[KoJiRo]

b)TETİKLEYİCİ DİYOT İLE ATEŞLEME:


Şekil 1.13 ’ te gösterildiği gibi , temel tam dalga triyak faz kontrol devresi oluşturmak için sadece 4 bileşene ihtiyaç duyulur . Bunlar , ayarlanabilir R1 direnci ve C1 kapasitesi , diyak ve triyaktır . Diyak karakteristiği , ileri veya geri yönde olmak üzere benzer simetride yaklaşık olarak ±32 V’ta diyağın devrilmesini gösterir.Ayrıca ,bir negatif direnç karakteristiği ve düşük tetikleme - akım gereksinimlerini sergiler . C1 üzerindeki gerilim diyağın (iki yönlü tetikleyici diyot) VBO devrilme gerilimine ulaştığında , C1 , diyak üzerinden triyağın kapısına kısmen boşalır . Şekilde diyak , C1 kapasitesi yaklaşık olarak ±32 V’ a kadar şarj olduğunda devrilir ve bu değer de 115 veya 230 V ’ luk hat için uygun bir seviyedir. Bu yarım periyodun kalanında , bu darbe triyağı iletim durumuna tetikler . Dalga şeklinde gösterildiği gibi yarım periyodun geri kalanında hat gerilimi yüke taşınır. R1 direnci oldukça düşük bir direnç değerine ayarlandığında ,tetikleme her alternansta erken gerçekleşir ve yük gücü artar . R1 direnci arttırıldığında , C1 ‘in diyak devrilme gerilimine ulaşması için gerekli olan zaman da büyüyecek ve hat geriliminin küçük bir yüzdesi yüke uygulanacaktır.


Şekil 1.13.Temel Diyak-Triyak Faz Kontrolü

Şekildeki kapasite-gerilim dalga şekli , kapasite gerilimindeki istenmeyen etkileri gösterir. İlk diyak tetiklenmesinde kapasite gerilimi, diyak ileri gerilimi seviyesine kadar azalır.Böylece, C1 gerilimi öncekinden daha düşük bir gerilimden şarj olmaya başlar ve devrilme gerilimi bir sonraki periyotta daha sonra oluşur . VC1 ‘ deki bu azalma istenmeyen bir histeresis etkisine neden olur .Yükü başlatma ve durdurma ayarı aynı olmayacaktır.Bu ,bir lamba ayarlayıcısında (lamp dimmer) ,lambanın geçirmeye geçmesi ve ayarların %40 kadar aynı zamana rastlamadığı anlamına gelir.Böylece potansiyometre kontrol sahası %60 ‘a sınırlandırılmış olur.Bunun için şekilde kesikli çizgiyle gösterilmiş olan ikinci bir R-C faz kayma ağının eklenmesiyle histeresis azaltılır ve saha da arttırılır .İkinci R-C zaman sabiti ilkinden daha büyük yapılır. Böylece ikinci kapasite C1 ‘i tekrar doldurur ve onun tetiklemeden sonraki normal şarjını korumasına yardımcı olur . Bu tek veya çift R-C ‘ li devre , akkor lambaların parlaklık kontrolünde kullanılabilir.Burada yük bir lamba veya lamba grubu şeklindedir.Akkor lambanın ışık şiddeti , uygulanmış gücün lineer fonksiyonu değildir . Bu nedenle , ışıklandırma , R1’in ayarlanmasıyla oldukça hızlı bir şekilde değişir . Lamba kontrolüne özgü problemlerden biri , oldukça düşük soğuk flaman direnci nedeniyle oluşan yüksek başlama akımıdır . Bu direnç , normal çalışma sıcaklığındaki flaman dirençten birkaç kat daha düşüktür . Bununla beraber , genelde birkaç yüz milisaniye içinde normal dirence ulaşılır.Yüksek akım sadece bir çift devir için akacaktır. Bu devrede , tetikleme I ve III bölgelerindedir . Bu devrenin sınırlı bir kontrol sahası olmasına rağmen ve bu sahanın sonunda düşük-çıkışta büyük histeresis etkileri olmasına rağmen , lamba , ısıtıcı , fan hız kontrolleri gibi küçük uygulamaların birçoğunda devrenin basitliğinden dolayı çok uygun bir devredir.Bu basit devredeki bazı problemleri yok etmek için , tam bir kontrol sahasının gerektiği yerlerde , çok daha karmaşık devreler (dv/dt bastırma , RFI bastırma , endüktif yükler için bir paralel R-C devresi , bir mekanik ana güç anahtarı vb.) genelde kullanılır. Asimetrik tetikleyici anahtar (ST-4) gibi iki yönlü tetikleyici diyotların diğer tipleri de kullanılabilir.

Şekil 1.14.Resistif Bir Yükün Gerilimi
(a) R değeri düşükken,
(b) R değeri makul bir değerde,
(c) R değeri yüksekken . Şekil 1.15.Triyak Faz Kontrol Devresinde Dalga Şekilleri

Şekil 1.14‘de gösterildiği gibi ,triyak yük gücünü kontrol ederken her alternansta tetiklenir. Bu nedenle ,kapı ,her alternans sonunda kontrolü elde edemez.Anot akımı IA sıfırdan geçerken, triyak iletimden çıkma eğilimindedir ve kontrolü kapıya verir.Şekil 1.15 (a)’daki dalga şekilleri ,yük endüktifken triyak akımı ve kaynak gerilimi E arasındaki faz ilişkisini gösterir . IA akımı sıfıra yaklaştığı ve triyağın iletimden çıkması için elektron delik çiftleri birleştiği zaman aralığı Δt ‘dir(çizimde abartılmıştır).
Şekil (b)’de triyak kapamaya geçmeye meylettiğindeki triyak gerilimi değişimi gösterilmiştir.
Şekil (c) ’de ise de/dt etkisinin triyağı periyodik olarak tekrar tetiklediğindeki yük gerilim değişimini gösterir.
Bu devrede gösterilmemesine rağmen , neon lamba ve SBS de iki yönlü karakteristiğe sahip olduğu için triyak tetiklenmesi için kullanılabilir . Neon lambalar , 50 V ’ tan 100 V ’ a kadar olan devrilme gerilimleriyle kullanılabilir ve SBS anahtarlama gerilimi yaklaşık olarak 8 V’tur. SBS , düşük gerilim anahtarlaması istendiğinde tercih edilir.

DİĞER TRİYAK DEVRELERİ :


Şekil 1.16 ,birkaç triyak motor kontrol devresini gösterir.Endüksiyon motor hız kontrolünün basitleştirilmiş bir şeması (a) ’ da gösterilmiştir . Bu devre , çamaşır makinesi gibi 3 hızlı motorlarda kullanılabilir ve 2/1 oranında sürekli hız kontrolüne ek bir avantaj sunar.Bu devrede , triyak , sürme sarımı ile seridir ve bu nedenle , motor hızını ve bu bobinin gücünü kontrol eder . Böyle bir motorun kontrolü ve regülasyonu , küçük bir takometreden elde edilen UJT kaynağı ile bir UJT darbe devresi ile sağlanır . Takometre bobini motorun ucuna ( sonuna ) yerleştirilmiştir. Bunun AC çıkışı , motor hızı ile orantılıdır ve motorun hızını istenen ayarda korumak için geri beslenmiştir.




Şekil 1.16.Triyak Motor Kontrol Devreleri
(a)Endüksiyon Motoru Hız Kontrolü,
(b)Santrifüj Anahtar Yerine Triyağın Bağlanması,
(c)Triyak Ters Yön Motor Kontrolü.

Endüksiyon motorlarının diğer bir gereksinimi,motora hız kazandırmak için başlama sarımını enerjilendirmek ve onun bağlantısını kesmek gibi yollardır . Bu görev genelde röle veya santrifüj anahtar gibi elektromekanik elemanlarla yerine getirilir.Diğer bir durumda,ilk geçirme süresince gücün başlama sarımı üzerinden akmasına izin verilir ve daha sonra elektromekanik birim ,motorun sarımını açmasına neden olur.Şekil 1.16 (c)’ de gösterildiği gibi , bir triyak , bu elektromekanik elemanın yerine kullanılabilir.Güç uygulandığında,ilk akım baskını (yığılması) süresince ,trafo kapı tetikleme gerilimini üretir ve akım kesilince gerilimi VGT altına düşer. Bu noktada , triyak iletimi durdurur ve başlama sarımı açılır.
Diğer bir triyak uygulaması , şekil 1.16 (c) ’deki basitleştirilmiş şemada gösterilen ters yönde çalışan motorların kontrolüdür.Bu gibi uygulamalarda,triyaklar ,hem ileri hem de geri bobinleri enerjilendiren statik anahtarlar gibi davranır.Kontrol anahtarları , radyo frekansı veya ışık bağı yolu ile uzaktan veya normal olarak tetiklenen solid-state ya da mekanik anahtarlar olabilir. Motoru ,istenilen limitlerde durdurmak için genelde bir limit anahtarı birleştirilir. Komutasyon kapasitesi, triyak ana uç gerilimlerini tersine çevirir . Bir triyağın hala iletimde , diğerinin ise tetiklenmiş olduğu gibi bir durumda,R1 direnci, kapasite akımını sınırlandırmak için gereklidir.
Eğer kapı devresi dirençlerinden biri termistörse veya buna benzer ısıya duyarlı bir bileşense , şekil 1.13 (a) ’ daki devre, rezistans ısıtıcıya uygulanmış gücü kontrol edecektir . Bununla birlikte , ısıtıcıların genelde çok yüksek güçte olmasından , RFI aşırı olacaktır ve elverişli bir bastırma ağı büyük ve pahalı olacaktır . Bu nedenle , bir sıfır – gerilim anahtarlama devresi , ısıtıcı uygulamalarında en sık kullanılan devredir . Bu devreler , sıfır gerilim geçişleri yakınlarında meydana gelen bir anahtarlama ile yüke , yarım veya tam dalga periyotlarını uygular. Tristörde olduğu gibi, tetiklemenin sıfır bölgesinde meydana gelmesini sağlamak için en basit ve en etkili araçlardan biri , ana gerilimle 90 ° faz farkı (önde) olan bir kapı akımını sağlamak için kapı devresinde bir kapasite kullanmaktır . Ana gerilim minimumdayken , kapı tetikleme sinyali maksimumdur , ve tetikleme , ana gerilim birkaç volta ulaşınca oluşur.

TRİYAKLARIN KOMUTASYONU:



AC devrelerinde , triyağın kullanımı ve bir çift tristörün kullanımı arasında bir önemli fark vardır .Tristörlerden her biri kapamaya geçmek için tam bir yarım dalgaya sahiptir.Oysa ki yük akımı sıfırdan geçerken triyağın komutasyonu oldukça kısa bir an içinde gerçekleşmelidir . Bu problem , 3 ve 10 V/ms değerleri arasında ortadadır (şekil 1.1 (b)’de belirtilmiş olan “kritik komutasyon gerilim hızı). Endüktif yükler ile triyağın komutasyonu zorlaşır.

Triyağın kapamaya sokulmasındaki problem , elemanın her iki yönde de iletmesinden kaynaklanır . Bu nedenle , uygulanan gerilimin tersi , ters yöndeki iletime geçme olayını başlatabilecek bir algılama akımına neden olur. Bu problemi ortadan kaldırmak için , triyak ana akımı , IH ( tutma akımı ) değerinin altına düşürülmelidir . Akımın sıfırdan geçişinde var olan gerilim değişme hızına yaklaşık olarak denk olan bir zaman aralığı için ana gerilim tekrar uygulanmamalıdır . Bu zaman aralığı depolanmış taşıyıcıların tekrar birleşmesi için yeterli bir süredir.Böylece triyak tekrar iletime geçmeye hazır duruma gelmiş olacaktır.




Şekil 1.17. Endüktif Yük Dalga Şekilleri



Şekil 1.17 , tipik endüktif yük devresi için triyak akım ve gerilim dalga şekillerini gösterir. Endüktif yük ile , endüktans üzerindeki gerilim hemen değişebilir ve triyak gerilimi , akımının sıfıra düşmesinden sonra bir anda yükselir . Eğer sıfır akımdaki ( kapama noktasındaki ) dalga şekillerini incelersek , şekil 1.18’deki gibi bir dalga şekli bulunur . Burada da , algılama akımı fiili bir kapı akımı gibi davranır ve elemanı tekrar iletime sokmaya çalışır . Bundan başka, jonksiyon kapasitesi ve tekrar uygulanan dv/dt ‘ den dolayı geri akıma bir bileşen vardır . Bu bileşen direk olarak algılama akımına eklenir fakat triyak,ters polariteyi tıkamaya başlayana kadar bu bileşen ortaya çıkmaz . Akım değişme hızı (-di/dt ) azalınca , algılama akımı da azalır.Bu da ,verilen bir komutasyon yeteneği için düşük di/dt değerleri için ,tekrar uygulanmış yüksek dv/dt ‘lerin izin verilebilir olduğunu gösterir.
Yükselme hızı dv /dt , endüktif yükteki akım sıfır olduğundan sadece triyak kapasitesi ile sınırlandırılır . Eğer dv/dt belirli bir değeri aşarsa , yeni ek koruma devreleri eklenmelidir. Standart metot , şekil 1.17’deki R1C1 gibi bir R-C bastırma devresikullanılarak gerçekleştirilir. R1 ve C1 değerleri , kullanılan triyak , hat gerilimi ve yükün bir fonksiyonudur.




Şekil 1.18. Komutasyonda Triyak Akım ve Gerilimi

TRİYAK TERMİK DİRENÇLERİ:



Bütün yarı iletken elemanlarında olduğu gibi , sıcaklık , izin verilen çalışma gücünü etkiler. Yüksek sıcaklıklarda ( genelde 125° ) sızıntı akımlar yüksektir ve istenmeyen tetiklenme tehlikesi olasılığı yüksektir .Yüksek çevre sıcaklıkları ve akımlarda düşük seviyeli triyakların çalışması için bazı soğutma şekilleri gereklidir(triyağın soğutucu plaka üzerine monte edilmesi) . Özel bir uygulama için triyağın seçiminde elverişli emniyet sınırı sağlanmalıdır . Böylece eleman aşırı değerdeki TJMAX , PGM vs. gibi değerlerle karşı karşıya bırakılmamış olur.
Şekil 1.19. İki Farklı Triyak Termik Direnci

GE triyak kataloglarında , aynı eleman için 2 farklı termik direnç belirtilmiştir.

1)JEDEC Termik Direnci:
Elemanların , birbirinin yerine geçebilme yeteneğine kanıtlamak amacıyla JEDEC tarafından belirtilmiş bir termal karakteristiktir.Bir tek yönlü DC gücünün elemanda kaybı sonucu oluşan, gövde referans noktasındaki jonksiyon sıcaklık artışının ölçülmesiyle elde edilmiş bir değerdir. Termik karakteristik her iki iletim yönü için tamamıyla aynı değildir.

2)Görünür Termik Direnç:
Triyak genelde AC uygulamalarda kullanılır ve sonuç olarak , JEDEC tek yönlü termik direnç değeri,maksimum gövde sıcaklığında akım büyüklüğü hesaplamalarında kullanılırken AC akım büyüklüklerinde çok az koruyucu eleman sağlar.Bunu yenmek için ,GE , görünür termik direnç değeri yerleştirmiştir ki bu da ,belirtilen bir frekanstaki akımının tam sinüs dalgası tarafından üretilen bir ortalama güç tarafından arttırıldığında , akım iletiminin her yarım dalgasının onlarında bir anlık oluşan bir jonksiyon sıcaklığı sağlar. Akım büyüklüğü , bu anlık jonksiyon sıcaklığı değerinin eleman için maksimum değer olmasıyla saptanır. Bu da herhangi bir yarım dalga akım iletim zaman aralıklarını takip eden kapama gerilimlerini ( dv/dt sınırlamaları ile birlikte) elemanın tıkamasına hazır hale gelmesini temin eder.
Şekil 1.19 (b)’de gösterildiği gibi ,triyağın görünür termik direnci “Y” modeli ile gösterilir . ”Y”nin kollarından herbiri (RUA ,R UB) , silisyum elemanın yaklaşık olarak yarısının termik direncini gösterir (bir polaritedeki devre akımı için çalışma) . ”Y” nin ana ayağı ise silisyum eleman bağlantı noktasından referans noktasına (TC ) kadar kılıfın termik direncidir.Ayrıca GE , fazla yüklenmiş AC akım hesaplamalarında kullanılmak üzere bir görünür süreksiz termik empedans eğrisi belirtmiştir.


GTO TRİSTÖR


TANIM VE ÖZELLİKLERİ:


Normal tristörler güç elektroniği uygulamalarında hemen hemen ideal şalterler olarak kullanılır . Kapama yönünde birkaç bin volt değerindeki gerilimleri ve iletim yönünde ise birkaç bin ampere kadar çıkan akım değerlerini birkaç voltluk gerilim düşümü ile iletirler . En çok kullanımları , tristörün kapısına bir kontrol sinyali uygulayarak istenildiği anda iletime geçirilmeleridir . Bununla birlikte tristörlerin anahtarlama uygulamalarındaki kullanımlarını önleyen ciddi bir eksikliği vardır.Bir kontrol sinyali uygulayarak tıkamaya geçirilemezler . Bu tıkamaya geçirilme özelliğinin kazandırılması için eleman yapısında bazı değişiklikler yapılmalıdır.
GTO tristör (Gate Turn-Off thyristor) , normal bir tristörde olduğu gibi p-n-p-n yapıya sahiptir fakat katot bölgesi , kapıya uygulanan pozitif bir akımın elemanı iletime sokacak ve kapıya uygulanan negatif bir akımın elemanı iletimden çıkaracak şekilde tasarlanmıştır. Sonuç olarak , sıradan bir tristörle karşılaştırırsak , GTO tristör iki yolla iletimden çıkarılabilir:
a) Sıradan bir tristördeki gibi , ileri akımını tutma akımı IH0 ’ dan düşük bir değere azaltılmasıyla ,
b)Kapıya negatif kapama akımının uygulanmasıyla .
Geriye kalan işlevler, özellikler , karakteristiği ,normal tristör ile aynıdır.




Şekil 2.1.GTO Tristörün Çalışması.



Şekil 2.1 (a)’da tetikleme için , pozitif akım uygulanışı ; (b)’de GTO’dan geçen ileri akım IA ve J3 jonksiyon bölgesinde IA ‘den çıkarılan negatif kapama akımı – IG ; c’ de ise sonuç olarak , IA–IG sonucunda I<IH0 olması gereken I akımı J3 jonksiyonundan geçer . Bu durum olursa , tristör iletimden çıkar.Eğer p-n-p-n yapısı alanı yeteri derecede büyükse , yanal elektrik alanları ve yanal taşıyıcı konsantrasyon iniş çıkışları oluşur . Bu nedenle , açıklanan IA–IG çıkartması sadece kapı çevresinde uygulanabilir. Daha uzak bölgelerde bu unsur uygulanamaz ve GTO , negatif kapı akımı ile ( IG ) iletimden çıkarılamaz . İletimden çıkarılma mekanizmasının işlemesini sağlamak için p-n-p-n yapısının katot bölgesi için özel bir tasarım uygulanmalıdır.
GTO tristör inverterlerde , chopper devrelerinde , elektronik anahtarlama ve diğer uygulamalarda kullanılmaktadır. GTO’nun avantajları , sıradan bir tristörü iletimden çıkarmayı kolaylaştıran komutasyon zamanını elde etmek için gerekli olan chopper devrelerinde yardımcı endüktanslar ve kapasitelerin atılması olayına bağlıdır.
İletimden çıkma kazancı , anot akımının kapamaya yol açan kapı akımına oranına eşittir ve tipik değeri 3 - 5 mertebesindedir . Tam yük durumları altında , uygunsuz ısınma ve kapı bağlantısında olası erime meydana gelebilir. Tetikleme darbesi , darbe şeklinde başlamalı ve tGD ( maksimum kapı kontrolü gecikme zamanı) zamanına uygun olarak bir biçimde devam etmelidir.
Bir büyük sınırlama vardır ki , yüksek kapama kazancı elde etmek için geri tıkama gerilimi etkili bir şekilde azaltılmıştır ve eğer bir devrede kullanılıyorsa tristörü korumak için seri bir diyot bağlanmalıdır.
İletime girme ve serbest kalma süreleri bu elemanlar için genelde bir mikrosaniye mertebesindedir . GTO ‘ nun iletimdeki gerilim düşümü aynı büyüklükteki normal bir tristörle karşılaştırılırsa – GTO ’ nun eşdeğer direncinin büyük olmasından dolayı – daha fazladır ve nominal akımdaki tipik değeri 3 volt mertebesindedir.Kilitleme ve tutma akımları da yüksek değerdedir . İletimde iken anot akımı tutma akımı seviyesine kadar azalırsa , kristal yapıda akımın geçmediği izole adalar oluşabilir . Anot akımı tekrar arttırıldığında ve kapı akımı bulunmaması halinde , akımın tekrar tüm yüzeye yayılmaması ihtimali vardır . Sonuçta , bölgesel ısınma sonucu eleman tahrip olabilir . Böyle bir sorunun meydana gelme olasılığı bulunan uygulamalarda , GTO’nun iletim süresince kapı akımının sürekli olarak geçirilmesi gerekir.
GTO tristörün mevcut akım değeri 3500 A , gerilimi 6000 V’tur.