Tristör Devreleri

Bu yazıda tristör devrelerini inceleyeceğiz. Bu sefer lambalar, motorlar veya ısıtıcılar gibi çok daha büyük yükleri kontrol etmek için tristör ve tristör anahtarlama devrelerini nasıl kullanabileceğimize bakacağız.

Tristörün “AÇIK” duruma gelmesini sağlamak için Gate(G) Terminaline küçük bir tetikleyici akım darbesi (sürekli bir akım değil) enjekte etmemiz gerektiğini söylemiştik.

Tristör Devreleri
Tipik Tristör

Genel olarak bu tetik darbesinin süresi sadece birkaç mikro saniye olmalıdır. Ancak Kapı darbesi ne kadar uzun uygulanırsa, dahili çığ kırılması o kadar hızlı gerçekleşir ve tristörün “AÇIK” dönüş süresi o kadar hızlı olur, ancak maksimum Kapı akımı aşılmamalıdır. Tetiklendikten ve tamamen iletildikten sonra, tristör boyunca Anottan Katoda olan voltaj düşüşü, anma değerine kadar tüm Anot akımı değerleri için yaklaşık 1.0V’da makul bir şekilde sabittir.

Ancak unutmayın ki, bir Tristör bir kez iletmeye başladığında Kapı sinyali olmasa bile, Anot akımı, akımı tutan cihazların (IH) altına düşene kadar iletmeye devam eder ve bu değerin altında otomatik olarak “KAPALI” olur. Bipolar transistörlerin ve FET’lerin aksine, tristörler amplifikasyon veya kontrollü anahtarlama için kullanılamaz.

Tristörler, özellikle yüksek güçlü anahtarlama uygulamalarında kullanılmak üzere tasarlanmış ve yükseltici özelliği olmayan yarı iletken cihazlardır. Tristörler, yalnızca açık veya kapalı bir anahtar gibi hareket eden bir anahtarlama modunda çalışabilir. Kapı terminali tarafından iletime tetiklendikten sonra, bir tristör her zaman iletken (akım geçen) olarak kalacaktır. Bu nedenle DC devrelerinde ve bazı yüksek endüktif AC devrelerinde, akımın ayrı bir anahtar veya kapatma devresi ile yapay olarak düşürülmesi gerekir.

DC Tristör Devresi

Doğru akım DC kaynağına bağlandığında, tristör daha büyük DC akımlarını ve yüklerini kontrol etmek için bir DC anahtarı olarak kullanılabilir. Tristör bir anahtar olarak kullanıldığında elektronik bir mandal gibi davranır çünkü bir kez etkinleştirildiğinde manuel olarak sıfırlanana kadar “AÇIK” durumda kalır. Aşağıdaki DC tristör devresini düşünün.

DC Tristör Anahtarlama Devresi

Tristör Devreleri
DC Tristör Anahtarlama Devresi

Bu basit “açma-kapama” tristör ateşleme devresi, bir lambayı kontrol etmek için bir anahtar olarak tristör kullanır, ancak aynı zamanda bir motor, ısıtıcı veya diğer DC yükleri için bir açma-kapama kontrol devresi olarak da kullanılabilir. Tristör ileriye doğru eğimlidir ve normalde açık olan “AÇIK” basma düğmesinin, S1 Kapı terminalini Kapı direnci aracılığıyla DC kaynağına bağlayan, böylece akımın Kapıya akmasına izin veren S1 kısa süreliğine kapatılarak iletime tetiklenir. RG değeri besleme gerilimine göre çok yüksek ayarlanırsa, tristör tetiklenmeyebilir.

Devre “AÇIK” hale getirildikten sonra, yük akımının tristör kilitleme akımından daha fazla olması koşuluyla, basma düğmesi bırakıldığında bile kendi kendine kilitlenir ve “AÇIK” kalır. Basmalı düğmenin ek işlemleri, S1’in devre durumu üzerinde hiçbir etkisi olmayacaktır. Çünkü Kapı bir kez “tetiklendiğinde” tüm kontrolü kaybeder. Tristör şimdi tam olarak “AÇIK” (iletken) hale getirilir ve tam yük devre akımının cihazdan ileri yönde ve pil kaynağına geri akmasına izin verir.

DC devresinde anahtar olarak bir tristör kullanmanın ana avantajlarından biri, çok yüksek bir akım kazancına sahip olmasıdır. Tristör, akımla çalışan bir cihazdır çünkü küçük bir Kapı akımı çok daha büyük bir Anot akımını kontrol edebilir.

Gate-katot direnci RGK, genellikle Gate’in hassasiyetini azaltmak ve dv/dt kapasitesini artırmak için dahil edilir, böylece cihazın yanlış tetiklenmesini önler.

Tristör “ON” durumuna kendi kendine kilitlendiğinden, devre ancak güç kaynağı kesilerek ve Anot akımı tristörlerin minimum tutma akımı (IH) değerinin altına düşürülerek sıfırlanabilir.

Normalde kapalı olan “KAPALI” butonunu açan S2, devreyi keserek Tristörden geçen devre akımını sıfıra indirir. Böylece başka bir Kapı sinyalinin tekrar uygulanmasına kadar onu “KAPALI” duruma getirmeye zorlar.

Alternatif DC Tristör Devresi

Tristör Devreleri
Alternatif DC Tristör Devresi

Burada tristör anahtarı gerekli terminal voltajını ve Kapı darbe sinyalini önceki gibi alır, ancak önceki devrenin daha büyük normalde kapalı anahtarı, tristöre paralel olarak daha küçük normalde açık bir anahtarla değiştirilir. S2 anahtarının aktivasyonu anlık olarak tristörler Anot ve Katot arasında kısa devre oluşturarak tutma akımını minimum değerinin altına düşürerek cihazın iletimini durdurur.

AC Tristör Devresi

Alternatif akım AC kaynağına bağlandığında, tristör önceki DC bağlantılı devreden farklı davranır. Bunun nedeni, AC gücünün polariteyi periyodik olarak tersine çevirmesidir ve bu nedenle bir AC devresinde kullanılan herhangi bir tristör, otomatik olarak ters yönlü olacak ve her döngünün yarısında “KAPALI” duruma gelmesine neden olacaktır. Aşağıdaki AC tristör devresini düşünün.

AC Tristör Devresi

Tristör Devreleri
AC Tristör Devresi

Yukarıdaki tristör ateşleme devresi, ek bir “KAPALI” anahtarının olmaması ve Kapıya ters öngerilim uygulanmasını önleyen D1 diyotunun dahil edilmesi dışında, tasarım olarak DC SCR devresine benzer. Sinüzoidal dalga formunun pozitif yarı çevrimi sırasında, cihaz ileri yönlüdür. Ancak S1 anahtarı açıkken, tristöre sıfır geçit akımı uygulanır ve “KAPALI” kalır. Negatif yarı çevrimde, cihaz ters polarmalıdır ve S1 anahtarının durumuna bakılmaksızın “KAPALI” kalacaktır.

S1 anahtarı kapalıysa, her pozitif yarı çevrimin başlangıcında tristör tamamen “KAPALI” olur, ancak kısa bir süre sonra yeterli pozitif tetikleme voltajı olacaktır ve bu nedenle, tristörü ve lambayı “AÇMAK” için Kapıda mevcut akım olacaktır.

Tristör şimdi pozitif yarım çevrim süresi boyunca kilitlidir – “AÇIK” ve pozitif yarım çevrim sona erdiğinde ve Anot akımı tutma akımı değerinin altına düştüğünde otomatik olarak tekrar “KAPALI” duruma gelir.

Bir sonraki negatif yarı döngü sırasında, süreç kendini tekrar ettiğinde ve tristör anahtar kapalı olduğu sürece tekrar ilettiğinde sonraki pozitif yarı döngüye kadar cihaz zaten tamamen “KAPALI”dır.

O zaman bu durumda, tristör bir doğrultucu diyot gibi davrandığından ve ileriye doğru kutuplandığında yalnızca pozitif yarım döngüler sırasında akım ilettiğinden, lamba AC kaynağından mevcut gücün yalnızca yarısını alacaktır. Tristör, anahtar açılıncaya kadar lambaya yarım güç sağlamaya devam eder.

S1 anahtarını hızlı bir şekilde AÇIK ve KAPALI konuma getirmek mümkün olsaydı, böylece tristör Kapı sinyalini her pozitif yarı çevrimin “tepe” (90 derece) noktasında alırsa, cihaz sadece pozitif yarının yarısı için iletecekti. Çevrim. Başka bir deyişle, iletim bir sinüs dalgasının yalnızca yarısı sırasında gerçekleşecek ve bu durum, lambanın AC kaynağından elde edilen toplam gücün “dörtte birini” veya dörtte birini almasına neden olacaktır.

Kapı darbesi ile pozitif yarı çevrim arasındaki zamanlama ilişkisini doğru bir şekilde değiştirerek, Tristör, yüke %0 ile %50 arasında istenen herhangi bir güç yüzdesini sağlayacak şekilde yapılabilir. Açıktır ki, bu devre konfigürasyonunu kullanarak lambaya %50’den fazla güç sağlayamaz, çünkü ters kutuplandığında negatif yarım döngüler sırasında iletemez. Aşağıdaki devreyi düşünün.

Yarım Dalga Faz Kontrolü

Tristör Devreleri
Yarım Dalga Faz Kontrolü

Faz kontrolü, tristör AC güç kontrolünün en yaygın şeklidir ve yukarıda gösterildiği gibi temel bir AC faz kontrol devresi oluşturulabilir. Burada tristörlerin Kapı voltajı, tetik diyot D1 aracılığıyla RC şarj devresinden türetilir.

Pozitif yarı çevrim sırasında, tristör ileri kutuplandığında, kapasitör, C, AC besleme voltajını takiben direnç R1 aracılığıyla şarj olur. Kapı, yalnızca A noktasındaki voltaj, tetik diyotu D1’in iletmesine neden olacak kadar yükseldiğinde ve kapasitör, tristörün Kapısını “AÇIK” hale getirerek boşaldığında etkinleştirilir. İletimin başladığı döngünün pozitif yarısındaki süre, değişken direnç R1 tarafından ayarlanan RC zaman sabiti tarafından kontrol edilir.

R1 değerinin arttırılması, tristör Kapısına sağlanan tetikleme voltajını ve akımı geciktirme etkisine sahiptir ve bu da cihazların iletim süresinde bir gecikmeye neden olur. Sonuç olarak, cihazın ilettiği yarım çevrim oranı 0 ile 180o arasında kontrol edilebilir. Bu da lamba tarafından harcanan ortalama gücün ayarlanabileceği anlamına gelir. Bununla birlikte, tristör tek yönlü bir cihazdır. Bu nedenle her pozitif yarım döngü sırasında yalnızca maksimum %50 güç sağlanabilir.

“Tristörler” kullanarak %100 tam dalga AC kontrolü elde etmenin çeşitli yolları vardır. Bir yol, AC’yi tristör aracılığıyla tek yönlü bir akıma dönüştüren bir diyot köprü doğrultucu devresine tek bir tristör eklemektir, daha yaygın yöntem ise ters paralel bağlanmış iki tristör kullanmaktır. Daha pratik bir yaklaşım, tek bir Triyak kullanmaktır. Çünkü bu cihaz her iki yönde de tetiklenebilir. Bu nedenle onları AC anahtarlama uygulamaları için uygun hale getirir.