Андрей Смирнов
Время чтения: ~10 мин.
Просмотров: 10

Регулятор мощности на симисторе BTA12-600

Свойства

  • Мощные симисторы
  • Низкое тепловое сопротивление
  • Высокая коммутирующая способность
  • Сертифицированы по стандарту UL1557
  • Корпусы соответствуют директиве RoHS (2002/95/EC)

Применение

  • В качестве ключа в релейных схемах, для регулировки нагрева, в цепях запуска асинхронных электродвигателей
  • Для управления фазой в димерах света, в регуляторах частоты вращения коллекторных двигателей

Описание

Доступны в мощных корпусах. Симисторы серии BTA / BTB40-41 подходят для коммутации переменного тока общего назначения. Серия BTA снабжена изолированным язычком (номинальное среднеквадратичное напряжение пробоя 2500 В).

pack-220x300.png
Типы корпусов (A1, A2 — аноды, G — управляющий электрод)
Общие характеристики
Обозначение Параметр BTA40(1) BTA41(1) BTB41 Ед. изм
IT(RMS) Действующий ток в открытом состоянии 40 41 41 А
VDRM/VRRM Повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии 600 и 800 600 и 800 600 и 800 В
!gt Отпирающий постоянный ток управления 50 50 50 мА
Абсолютные максимальные значения 
Обозначение Параметр Значение Ед. изм.
IT(RMS) Действующий ток в открытом состоянии (для полной синусоиды) TOP3 Tc = 95 °C 40 А
RD91 / TOP ins. Tc = 80 °C
ITSM Ударный ток в открытом состоянии (для полного цикла, Tj initial = 25 °C) F = 50 Гц t = 20 мс 400 A
F = 60 Гц t = 16.7 мс 420
l2t l2t  Значение плавления симистора tp = 10 мс 1000 A2с
dl/dt Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии lG = 2 ·lGT , tr< 100 нс F = 120 Гц Tj = 125 °C 50 A/мкс
VDSM/VRSM Неповторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии tp = 10 мс Tj = 25 °C VDSM/VRSM+ 100 В
IGM Импульсный ток управления tp = 20 мкс Tj = 125 °C 8 A
PG(AV) Средняя рассеиваемая мощность управления Tj = 125 °C 1 Вт
Tstg  Температура хранения -40…+ 150  °C
Tj Диапазон рабочих температур -40…+ 125 °C
Электрические характеристики (Tj = 25 °C)
Обозначение Параметр Значение Ед. изм.
IGT(1) Отпирающий постоянный ток управления VD = 12 В, RL = 33 Ом I- II — III MAX. 50 мА
IV 100
VGT Постоянное отпирающее напряжение управления все квадранты MAX. 1,3 В
VGD Неотпирающее постоянное напряжение управления VD = VDRM RL = 3.3 кОм Tj = 125 °C все квадранты MIN. 0,2 А
IH (2) Ток удержания lj = 500 mA MAX. 80 мА
IL Ток включения тиристора IG = 1.2 IGT I-III-IV MAX. 70 мА
II 160
dV/dt(2) Скорость нарастания напряжения VD = 67% VDRM  в открытом состоянии, Tj = 125 °C MIN. 500 В/мкс
(dV/dt)c(2) Критическая скорость нарастания напряжения (dl/dt)c = 20 А/мс, Tj = 125 °C MIN. 10 В/мкс
  1. Минимум IGT гарантируется на уровне 5% от IGT max.
  2. Для обеих полярностей от A2 к A1.
Статические характеристики 
Обозначение Условия Значение Ед. изм.
VT(1) Напряжение в открытом состоянии ITM = 60 A, tp = 380 мкс Tj = 25 °C MAX. 1,55 В
Vt0(2) Пороговое напряжение Tj= 125 °C MAX. 0,85 В
Rd(2) Динамическое сопротивление Tj= 125 °C MAX. 10 мОм
IDRM Повторяющийся импульсный ток в закрытом состоянии VDRM = VRRM T= 25 °C MAX. 5 мкА
IRRM Повторяющийся импульсный обратный ток VDRM = VRRM Tj= 125 °C 5 мА
  1. Минимум IGT гарантируется на уровне 5% от IGT max.
  2. Для обеих полярностей от A2 к A1.
Тепловое сопротивление 
Обозначение Условия Значение Ед. изм.
Rth(j-c) Тепловое сопротивление переход-корпус RD91 (изолированный корпус)/ТОРЗ изолированный 0,9 °С/Вт
TOP3 0,6
Rth(j-a) Тепловое сопротивление переход-среда ТОРЗ / TOP3 изолированный 50 °С/Вт
scope1-300x187.png
Зависимость максимальной рассеиваемой мощности от действующего тока (полный цикл)
scope2-300x182.png
Зависимость действующего тока от температуры корпуса
Зависимость теплового сопротивления от длительности импульса
Характеристики в отрытом состоянии (максимальные значения)
Зависимость ударного тока в открытом состоянии от количества циклов
Зависимость ударного тока в открытом состоянии от синусоидального импульса и значения плавления
Относительное изменение отпирающего тока, тока удержания и тока включения в зависимости от температуры перехода
Относительное изменение критической скорости снижения основного тока в зависимости от критической скорости нарастания напряжения
Относительное изменение критической скорости снижения основного тока в зависимости от температуры перехода
Расшифровка серии
Размеры для корпуса TOP3
Размеры для корпуса RD91

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.

Содержание

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:

  1. Использовать стрелочный омметр или тестер (их силы тока будет достаточно для срабатывания).
  2. Собрать специальную схему.

Алгоритм проверки омметром:

  1. Подключаем щупы прибора к выводам T1 и T2 (A1 и A2).
  2. Устанавливаем кратность на омметре х1.
  3. Проводим измерение, положительным результатом будет бесконечное сопротивление, в противном случае деталь «пробита» и от нее можно избавиться.
  4. Продолжаем тестирование, для этого кратковременно соединяем выводы T2 и G (управляющий). Сопротивление должно упасть примерно до 20-80 Ом.
  5. 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:

  1. Устанавливаем переключатели в исходное положение (соответствующее схеме).
  2. Производим нажатие на SB1, тестируемое устройство открывается, о чем сигнализирует лампочка.
  3. Жмем SB2, лампа гаснет (устройство закрылось).
  4. Меняем режим переключателя SA1 и повторяем нажатие на SB1, лампа снова должна зажечься.
  5. 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:

  1. Переключатель S3, переводится в положении, как продемонстрировано на схеме (см. рис. 6).
  2. Кратковременно производим нажатие на кнопку S2, тестируемый элемент откроется, о чем просигнализирует светодиод VD
  3. Меняем полярность, устанавливая переключатель S3 в среднее положение (отключается питание и гаснет светодиод), потом в нижнее.
  4. 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

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),

Если вы ищите схему простого регулятора мощности то эта схема вам обязательно пригодится. Она достаточно простая, мощность нагрузки составляет 3,5 кВт, с её помощью можно регулировать освещение, нагревательные тэны и тому подобное.

Единственный минус данной схемы, это то что подключить к ней индукционную нагрузку не получится, так как симистор выходит из строя!

Схема регулятора мощности

1538257749123923.png

Детали регулятора

* Симистор Т1 можно взять BTB16-600BW или подобный (КУ 208 ил ВТА, ВТ).

* Конденсатор 0,1мкФ керамический

1538257845154969525.png

Резистор R2 510Ом ограничивает максимальное напряжение на конденсатор 0,1 мкФ, если поставить движок регулятора в положение 0Ом, то сопротивление цепи всё равно будет 510Ом

Заряжается он через резисторы R2 510Ом и переменный резистор R1 420кОм, после того, как напряжение на конденсаторе достигнет напряжения открывания динистора DB3, динистор формирует импульс, открывающий симистор, после чего, при проходе синусоиды, симистор закрывается. Частота открывания-закрывания симистора зависит от напряжения на конденсаторе 0.1мкФ, которое, в свою очередь, зависит от сопротивления переменного резистора. Таким образом, прерывая ток (с большой частотой) схема регулирует мощность в нагрузке. Допустим, если подключить электролампу через диод, мы заставим работать её В«в пол накалаВ» и продлим ей срок службы, однако не получиться регулировать яркость, да и неприятного мерцания не избежать. В симисторных схемах этого недостатка нет, так как частота переключения симистора слишком высока, и увидеть мерцание лампы человеческому глазу не под силу. При работе на индуктивную нагрузку, например электродвигатель, можно услышать что-то вроде пение, это будет частота с которой симистор подключает нагрузку к цепи.

Источник: http://kavmaster.ru/skhema-regulyatora-moshchnosti-na-simist…

24Используемые источники:

  • https://rudatasheet.ru/datasheets/bta40_bta41_btb41/
  • https://www.asutpp.ru/simistory.html
  • https://pikabu.ru/story/skhema_regulyatora_moshchnosti_na_simistore_35_kvt_6186126

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации