Типовое включение симистора bt138 600e 127
Содержание:
На рисунке представлена схема симисторного регулятора мощности, которую можно менять за счет изменения общего количества сетевых полупериодов, пропускаемых симистором за определенный интервал времени. На элементах микросхемы DD1.1.DD1.3 сделан генератор прямоугольных импульсов, период колебания которого около 15-25 сетевых полупериодов. Скважность импульсов регулируется резистором R3. Транзистор VT1 совместно с диодами VD5-VD8 предназначен для привязки момента включения симистора во время перехода сетевого напряжения через нуль. В основном этот транзистор открыт, соответственно, на вход DD1.4 поступает "1" и транзистор VT2 с симистором VS1 закрыты. В момент перехода через нуль транзистор VT1 закрывается и почти сразу открывается. При этом, если на выходе DD1.3 была 1, то состояние элементов DD1.1.DD1.6 не изменится, а если на выходе DD1.3 был "ноль", то элементы DD1.4.DD1.6 сгенерируют короткий импульс, который усилится транзистором VT2 и откроет симистор. До тех пор пока на выходе генератора будет логический ноль, процесс будет идти цикличиски после каждого перехода сетевого напряжения через точку нуля. |
Обозначение | Параметр | Условия | Мин. | Тип. | Макс. | Ед. изм. |
VDRM | Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии | 600 | В | |||
ITSM | Неповторяющийся импульс тока в открытом состоянии | полная синусоида; Tj(init) = 25 °C; tp = 20 ms; Рис. 4 ; Рис. 5 |
95 | А | ||
Tj | Температура перехода | 125 | °C | |||
IT(RMS) | Среднее за период значение тока в открытом состоянии | полная синусоида; Tmb ≤ 99 °C; Рис. 1 ; Рис. 2 ; Рис. 3 | 12 | А |
Статические характеристики | ||||||
Обозначение | Параметр | Условия | Мин. | Тип. | Макс. | Ед. изм. |
IGT | Отпирающий ток управляющего электрода | VD = 12 В; IT = 0.1 A; T2+ G+; Tj = 25 °C; Рис. 7 |
2,5 | 10 | мA | |
VD = 12 В; IT = 0.1 A; T2+ G-; Tj = 25 °C; Рис. 7 |
4 | 10 | мA | |||
VD = 12 В; IT = 0.1 A; T2- G-; Tj = 25 °C; Рис. 7 |
5 | 10 | мA | |||
VD = 12 В; IT = 0.1 A; T2- G+; Tj = 25 °C; Рис. 7 |
11 | 25 | мA | |||
Динамические характеристики | ||||||
dVD/dt | Скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии | VDM = 402 В; Tj = 125 °C; (VDM = 67% от VDRM); экспоненциальная форма сигнала; управляющий электрод в разомкнутой цепи |
150 | В/мкс |
5. Расположение выводов
Вывод | Обозначение | Описание | Упрощенная схема | Графическое обозначение |
1 | T1 | Основной вывод 1 | ||
2 | T2 | Основной вывод 2 | ||
3 | G | Управляющий электрод | ||
mb | T2 | Основание для монтажа;основной вывод 2 |
6. Информация для заказа
Серия | Корпус | ||
Обозначение | Описание | Версия | |
BT138-600E | TO-220AB | Пластиковый несимметричный корпус; возможен монтаж радиатора; одно монтажное отверстие; 3 вывода TO-220AB | SOT78 |
BT138-600E/DG | TO-220AB | Пластиковый несимметричный корпус; возможен монтаж радиатора; одно монтажное отверстие; 3 вывода TO-220AB | SOT78 |
7. Предельные значения
Обозначение | Параметр | Условия | Мин. | Макс. | Ед. Изм. |
VDRM | Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии | 600 | В | ||
IT(RMS) | Среднее за период значение тока в открытом состоянии | полная синусоида; Tmb ≤ 99 °C; Рис. 1 ; Рис. 2 ; Рис. 3 | 12 | А | |
ITSM | Неповторяющийся импульс тока в открытом состоянии | полная синусоида; Tj(init) = 25 °C; tp = 20 мс; Рис. 4 ; Рис. 5 |
95 | А | |
полная синусоида; Tj(init) = 25 °C; tp = 16,7 мс; |
105 | А | |||
I 2 t | I 2 t предохранитель | tp = 10 ms; синусоидальный импульс | 45 | А 2 с | |
dIT/dt | скорость нарастания тока в открытом состоянии | IT = 20 A; IG = 0.2 A; dIG/dt = 0.2 A/мкс; T2+ G+ |
50 | А/мкс | |
IT = 20 A; IG = 0.2 A; dIG/dt = 0.2 A/мкс; T2+ G- |
50 | А/мкс | |||
IT = 20 A; IG = 0.2 A; dIG/dt = 0.2 A/мкс; T2- G- |
50 | А/мкс | |||
IT = 20 A; IG = 0.2 A; dIG/dt = 0.2 A/мкс; T2- G+ |
10 | А/мкс | |||
IGM | пиковый ток на управляющем электроде | 2 | А | ||
PGM | пиковая мощность на управляющем электроде | 5 | Вт | ||
PG(AV) | средняя мощность на управляющем электроде | за любой период 20 мс | 0,5 | Вт | |
Tstg | температура хранения | -40 | 150 | °C | |
Tj | температура перехода | 125 | °C |
Рис.1 Среднее за период значение тока в открытом состоянии как функция от температуры монтажной базы; максимальные значения
f = 50 Гц; Tmb = 90 °C
Рис. 2 Среднее за период значение тока в открытом состоянии как функция от продолжительности импульса
Рис. 3 Общая рассеиваемая мощность как функция от среднего за период значение тока в открытом состоянии
Рис.4 Неповторяющийся пиковый ток в открытом состоянии как функция от числа циклов синусоидального тока; максимальные значения
(1) dIT/dt limit
(2) T2- G+ quadrant limit
Рис. 5 Неповторяющийся пиковый ток в открытом состоянии как функция от длительности импульса; максимальные значения
8. Тепловые характеристики
Обозначение | Параметр | Условия | Мин. | Тип. | Макс. | Ед. Изм. |
Rth(j-mb) |
Тепловое сопротивление между
точкой контакта и монтажной базой
Тепловое сопротивление между
точкой контакта и атмосферой
(1) Однонаправленный (половинный цикл)
(2) Двунаправленный (полный цикл)
Рис. 6 Тепловое сопротивление между точкой соединения и монтажной базой как функция от длительности импульса
9. Электрические характеристики
Обозначение | Параметр | Условия | Мин. | Тип. | Макс. | Ед. Изм. |
Статические характеристики | ||||||
IGT | Отпирающий ток управляющего электрода | VD = 12 В; IT = 0.1 A; T2+ G+; Tj = 25 °C; Рис. 7 |
2,5 | 10 | мА | |
VD = 12 В; IT = 0.1 A; T2+ G-; Tj = 25 °C; Рис. 7 |
4 | 10 | мА | |||
VD = 12 В; IT = 0.1 A; T2- G-; Tj = 25 °C; Рис. 7 |
5 | 10 | мА | |||
VD = 12 В; IT = 0.1 A; T2- G+; Tj = 25 °C; Рис. 7 |
11 | 25 | мА | |||
IL | Ток включения | VD = 12 В; IG = 0.1 A; T2+ G+; Tj = 25 °C; Рис. 8 |
30 | мА | ||
VD = 12 В; IG = 0.1 A; T2+ G-; Tj = 25 °C; Рис. 8 |
40 | мА | ||||
VD = 12 В; IG = 0.1 A; T2- G-; Tj = 25 °C; Рис. 8 |
30 | мА | ||||
VD = 12 В; IG = 0.1 A; T2- G+; Tj = 25 °C; Рис. 8 |
40 | мА | ||||
IH | Удерживающий ток | VD = 12 В; Tj = 25 °C; Рис. 9 | 30 | мА | ||
VT | Напряжение в открытом состоянии | IT = 15 A; Tj = 25 °C; Рис. 10 | 1,6 | 1,65 | В | |
VGT | Отпирающее напряжение на управляющем электроде | VD = 12 В; IT = 0.1 A; Tj = 25 °C; Рис. 11 | 0,7 | 1 | В | |
VD = 400 В; IT = 0.1 A; Tj = 125 °C; Рис. 11 | 0,25 | 0,4 | В | |||
ID | Ток в закрытом состоянии | VD = 600 В; Tj = 125 °C | 0,1 | 0,5 | мА | |
Динамические характеристики | ||||||
dVD/dt | Скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии | VDM = 402 В; Tj = 125 °C; (VDM = 67% от VDRM); экспоненциальная форма сигнала; управляющий электрод в разомкнутой цепи |
150 | В/мкс | ||
tgt | Время отпирания по управляющему электроду | ITM = 16 A; VD = 600 В; IG = 0.1 A; dIG/ dt = 5 A/мкс |
2 | мкс |
Рис. 7 Нормальный отпирающий ток управляющего электрода как функция от температуры перехода
Рис. 8 Нормальный ток срабатывания как функция от температуры перехода
Рис. 9 Нормальный удерживающий ток как функция от температуры перехода
Рис. 10 Ток в открытом состоянии как функция от напряжения
Рис. 11 Нормальное отпирающее напряжение на управляющем электроде как функция от температуры перехода
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Существенный недостаток тиристоров заключается в том, что это однополупериодные элементы, соответственно, в цепях переменного тока они работают с половинной мощностью. Избавиться от этого недостатка можно используя схему встречно-параллельного включения двух однотипных устройств или установив симистор. Давайте разберемся, что представляет собой этот полупроводниковый элемент, принцип его функционирования, особенности, а также сферу применения и способы проверки.
Что такое симистор?
Это один из видов тиристоров, отличающийся от базового типа большим числом p-n переходов, и как следствие этого, принципом работы (он будет описан ниже). Характерно, что в элементной базе некоторых стран данный тип считается самостоятельным полупроводниковым устройством. Эта незначительная путаница возникла вследствие регистрации двух патентов, на одно и то же изобретение.
Описание принципа работы и устройства
Основное отличие этих элементов от тиристоров заключается в двунаправленной проводимости электротока. По сути это два тринистора с общим управлением, включенных встречно-параллельно (см. А на рис. 1) .
Рис. 1. Схема на двух тиристорах, как эквивалент симистора, и его условно графическое обозначение
Это и дало название полупроводниковому прибору, как производную от словосочетания «симметричные тиристоры» и отразилось на его УГО. Обратим внимание на обозначения выводов, поскольку ток может проводиться в оба направления, обозначение силовых выводов как Анод и Катод не имеет смысла, потому их принято обозначать, как «Т1» и «Т2» (возможны варианты ТЕ1 и ТЕ2 или А1 и А2). Управляющий электрод, как правило, обозначается «G» (от английского gate).
Теперь рассмотрим структуру полупроводника (см. рис. 2.) Как видно из схемы, в устройстве имеется пять переходов, что позволяет организовать две структуры: р1-n2-p2-n3 и р2-n2-p1-n1, которые, по сути, являются двумя встречными тринисторами, подключенными параллельно.
Рис. 2. Структурная схема симистора
Когда на силовом выводе Т1 образуется отрицательная полярность, начинается проявление тринисторного эффекта в р2-n2-p1-n1, а при ее смене – р1-n2-p2-n3.
Заканчивая раздел о принципе работы приведем ВАХ и основные характеристики прибора.
ВАХ симистора
Обозначение:
- А – закрытое состояние.
- В – открытое состояние.
- UDRM (UПР) – максимально допустимый уровень напряжения при прямом включении.
- URRM (UОБ) – максимальный уровень обратного напряжения.
- IDRM (IПР) – допустимый уровень тока прямого включения
- IRRM (IОБ) – допустимый уровень тока обратного включения.
- IН (IУД) – значения тока удержания.
Особенности
Чтобы иметь полное представление о симметричных тринисторах, необходимо рассказать про их сильные и слабые стороны. К первым можно отнести следующие факторы:
- относительно невысокая стоимость приборов;
- длительный срок эксплуатации;
- отсутствие механики (то есть подвижных контактов, которые являются источниками помех).
В число недостатков приборов входят следующие особенности:
- Необходимость отвода тепла, примерно из расчета 1-1,5 Вт на 1 А, например, при токе 15 А величина мощности рассеивания будет около 10-22 Вт, что потребует соответствующего радиатора. Для удобства крепления к нему у мощных устройств один из выводов имеет резьбу под гайку.
Симистор с креплением под радиатор
- Устройства подвержены влиянию переходных процессов, шумов и помех;
- Не поддерживаются высокие частоты переключения.
По последним двум пунктам необходимо дать небольшое пояснение. В случае высокой скорости коммутации велика вероятность самопроизвольной активации устройства. Помеха в виде броска напряжения также может привести к этому результату. В качестве защиты от помех рекомендуется шунтировать прибор RC цепью.
RC-цепочка для защиты симистора от помех
Помимо этого рекомендуется минимизировать длину проводов ведущих к управляемому выводу, или в качестве альтернативы использовать экранированные проводники. Также практикуется установка шунтирующего резистора между выводом T1 (TE1 или A1) и управляющим электродом.
Применение
Этот тип полупроводниковых элементов первоначально предназначался для применения в производственной сфере, например, для управления электродвигателями станков или других устройств, где требуется плавная регулировка тока. Впоследствии, когда техническая база позволила существенно уменьшить размеры полупроводников, сфера применения симметричных тринисторов существенно расширилась. Сегодня эти устройства используются не только в промышленном оборудовании, а и во многих бытовых приборах, например:
- зарядные устройства для автомобильных АКБ;
- бытовое компрессорное оборудования;
- различные виды электронагревательных устройств, начиная от электродуховок и заканчивая микроволновками;
- ручные электрические инструменты (шуроповерт, перфоратор и т.д.).
И это далеко не полный перечень.
Одно время были популярны простые электронные устройства, позволяющие плавно регулировать уровень освещения. К сожалению, диммеры на симметричных тринисторах не могут управлять энергосберегающими и светодиодными лампами, поэтому эти приборы сейчас не актуальны.
Как проверить работоспособность симистора?
В сети можно найти несколько способ, где описан процесс проверки при помощи мультиметра, те, кто описывал их, судя по всему, сами не пробовали ни один из вариантов. Чтобы не вводить в заблуждение, следует сразу заметить, что выполнить тестирование мультиметром не удастся, поскольку не хватит тока для открытия симметричного тринистора. Поэтому, у нас остается два варианта:
- Использовать стрелочный омметр или тестер (их силы тока будет достаточно для срабатывания).
- Собрать специальную схему.
Алгоритм проверки омметром:
- Подключаем щупы прибора к выводам T1 и T2 (A1 и A2).
- Устанавливаем кратность на омметре х1.
- Проводим измерение, положительным результатом будет бесконечное сопротивление, в противном случае деталь «пробита» и от нее можно избавиться.
- Продолжаем тестирование, для этого кратковременно соединяем выводы T2 и G (управляющий). Сопротивление должно упасть примерно до 20-80 Ом.
- Меняем полярность и повторяем тест с пункта 3 по 4.
Если в ходе проверки результат будет таким же, как описано в алгоритме, то с большой вероятностью можно констатировать, что устройство работоспособное.
Заметим, что проверяемую деталь не обязательно демонтировать, достаточно только отключить управляющий вывод (естественно, обесточив предварительно оборудование, где установлена деталь, вызывающая сомнение).
Необходимо заметить, что данным способом не всегда удается достоверно проверку, за исключением тестирования на «пробой», поэтому перейдем ко второму варианту и предложим две схемы для тестирования симметричных тринисторов.
Схему с лампочкой и батарейкой мы приводить не будем в виду того, что таких схем достаточно в сети, если вам интересен этот вариант, можете посмотреть его в публикации о тестировании тринисторов. Приведем пример более действенного устройства.
Схема простого тестера для симисторов
Обозначения:
- Резистор R1 – 51 Ом.
- Конденсаторы C1 и С2 – 1000 мкФ х 16 В.
- Диоды – 1N4007 или аналог, допускается установка диодного моста, например КЦ405.
- Лампочка HL – 12 В, 0,5А.
Можно использовать любой трансформатор с двумя независимыми вторичными обмотками на 12 Вольт.
Алгоритм проверки:
- Устанавливаем переключатели в исходное положение (соответствующее схеме).
- Производим нажатие на SB1, тестируемое устройство открывается, о чем сигнализирует лампочка.
- Жмем SB2, лампа гаснет (устройство закрылось).
- Меняем режим переключателя SA1 и повторяем нажатие на SB1, лампа снова должна зажечься.
- Производим переключение SA2, нажимаем SB1, затем снова меня ем положение SA2 и повторно жмем SB1. Индикатор включится, когда на затвор попадет минус.
Теперь рассмотрим еще одну схему, только универсальную, но также не особо сложную.
Схема для проверки тиристоров и симисторов
Обозначения:
- Резисторы: R1, R2 и R4 – 470 Ом; R3 и R5 – 1 кОм.
- Емкости: С1 и С2 – 100 мкФ х 10 В.
- Диоды: VD1, VD2, VD5 и VD6 – 2N4148; VD2 и VD3 – АЛ307.
В качестве источника питания используется батарейка на 9V, по типу Кроны.
Тестирование тринисторов производится следующим образом:
- Переключатель S3, переводится в положении, как продемонстрировано на схеме (см. рис. 6).
- Кратковременно производим нажатие на кнопку S2, тестируемый элемент откроется, о чем просигнализирует светодиод VD
- Меняем полярность, устанавливая переключатель S3 в среднее положение (отключается питание и гаснет светодиод), потом в нижнее.
- Кратковременно жмем S2, светодиоды не должны загораться.
Если результат будет соответствовать вышеописанному, значит с тестируемым элементом все в порядке.
Теперь рассмотрим, как проверить с помощью собранной схемы симметричные тринисторы:
- Выполняем пункты 1-4.
- Нажимаем кнопку S1- загорается светодиод VD
То есть, при нажатии кнопок S1 или S2 будут загораться светодиоды VD1 или VD4, в зависимости от установленной полярности (положения переключателя S3).
Схема управления мощностью паяльника
В завершении приведем простую схему, позволяющую управлять мощностью паяльника.
Простой регулятор мощности для паяльника
Обозначения:
- Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – 3,3 кОм, R3 – 20 кОм, R4 – 1 Мом.
- Емкости: С1 – 0,1 мкФ х 400В, С2 и С3 – 0,05 мкФ.
- Симметричный тринистор BTA41-600.
Приведенная схема настолько простая, что не требует настройки.
Теперь рассмотрим более изящный вариант управления мощностью паяльника.
Схема управления мощностью на базе фазового регулятора
Обозначения:
- Резисторы: R1 – 680 Ом, R2 – 1,4 кОм, R3 – 1,2 кОм, R4 и R5 – 20 кОм (сдвоенное переменное сопротивление).
- Емкости: С1 и С2 – 1 мкФ х 16 В.
- Симметричный тринистор: VS1 – ВТ136.
- Микросхема фазового регулятора DA1 – KP1182 ПМ1.
Настройка схемы сводится к подбору следующих сопротивлений:
- R2 – с его помощью устанавливаем необходимую для работы минимальную температуру паяльника.
- R3 – номинал резистора позволяет задать температуру паяльника, когда он находится на подставке (срабатывает переключатель SA1),
Отправить ответ