SCR Gate Generatore di impulsi

La famiglia di dispositivi a semiconduttore definita "raddrizzatori controllati al silicio" o SCR, comprende tiristori e triac. A differenza di molti altri semiconduttori che possono essere testati e controllati con un semplice multimetro, gli SCR richiedono test dinamici applicando impulsi di "attivazione" al loro terminale di "gate". Il semplice e utile circuito qui presentato utilizza la tensione di rete per ottenere impulsi di gate sincronizzati.

Introduzione

Questo circuito è stato originariamente progettato per l'uso dei due circuiti a tiristori MOSFET a due anodi pubblicati sulla rivista ElektorLabs (ovvero le schede n. 160515-1 v1.1 e 160515-1 v1.2) ma può essere utilizzato anche per altre applicazioni.

Funzionamento del circuito

Nello schema di Figura 1, il fotoaccoppiatore IC1, il CNY65, funge da rilevatore del passaggio per lo zero per le tensioni alternate applicate all'ingresso su K2. Due resistori standard da 250 V, 100 kΩ, R1 e R2, vengono utilizzati per pilotare il LED all'interno dell'accoppiatore ottico. Se la tensione applicata a K2 è relativamente bassa, può essere necessario abbassare i valori di R1 e R2. Per motivi di sicurezza elettrica, il fotoaccoppiatore CNY65 effettua una connessione optoisolata. Il suo segnale di uscita è invertito, bufferizzato e amplificato dal transistor T1, il BC547B. Il seguente dispositivo attivo, IC2, è il doppio comparatore LM393. Ha un ingresso in modo comune da 0 V a 1.5 V (a 25°C) al di sotto del livello dell'alimentazione positiva. Se l'ingresso è compreso in questa gamma e l'altro è superiore, non c'è inversione di fase all'uscita dell'open collector. I comparatori IC2A e IC2B hanno entrambi una tensione di riferimento di 2.5 V, generata dal divisore di tensione R11-R12 e disaccoppiata con C. P1 e il condensatore C1 determinano la costante di tempo dell'impulso RC. C2 è richiesto solo se il controllo deve essere più preciso o adattato alla frequenza CA di 60 Hz. Ricordando che i potenziometri, in genere, hanno una tolleranza del 20%, la costante di tempo RC τ (tau) è uguale a:

τ = (C1 + C2) × P1 [s]

Il diodo D6 scarica il condensatore C1 subito dopo che la tensione d'ingresso ha superato lo "zero crossing". La frequenza di uscita HV del raddrizzatore a onda intera è 100 Hz, ipotizzando una frequenza di rete di 50 Hz (rete collegata su K2). Questa tensione di uscita su K1 può essere utilizzata per alimentare circuiti SCR contenenti tiristori, triac o componenti simili. Per rendere più generico il circuito, il connettore K4 può anche accettare la tensione di alimentazione di +5 V CC. E' necessario un alimentatore esterno da 5 V CC. Se è installata la resistenza da 0 Ω (R3) sul PCB, l'alimentazione esterna è anche al potenziale di rete, supponendo che la tensione di rete sia collegata a K2. Non si deve toccare il circuito durante il funzionamento. Rimuovere sempre la tensione di rete quando si modifica il cablaggio. A K3 può essere collegato un potenziometro esterno, ma solo di plastica! In questo caso rimuovere il trimmer dal PCB altrimenti esso sarà collegato in parallelo con il componente esterno. Utilizzare preferibilmente solo il trimmer. E' stato aggiunto lo stadio di uscita su T2 per assicurarsi che la tensione di uscita oscilli fino a zero volt. Utilizzando un valore basso come resistenza di pull-up all'uscita di IC2B si abbasserà un pò la tensione a causa dell'uscita open collector del comparatore. Il valore di 330 Ω di R9 assicurerà una corretta corrente per l'innesco dei tiristori e dei triac (più di 10 mA di corrente sul gate).

Figura 1: Questi pochi componenti consentono ai dispositivi SCR, come tiristori e triac, di essere testati dinamicamente in modo sicuro e controllato. Per comodità la tensione di accensione SCR è sincronizzata con la tensione di rete

Costruire il tester

A prima vista il PCB monofaccia (vedi Figura 2) sembra un pò grande ma occorre prendere in considerazione le norme di sicurezza che prevedono una distanza minima di 3 mm dove la tensione di rete è presente. Nel circuito tale distanza dal bordo del PCB è di 6 mm. La tensione del test d'isolamento CC del CNY65 è di 13.9 kV per un secondo.

Figura 2: La realizzazione pratica del tester

Elenco componenti

Resistenze
- R1, R2, R4 = 100 kOhm, 5%, 0.25 W, 250 V
- R3 = 0 Ohm, 5%, 0.25 W (o ponticello di filo), vedi testo
- R5, R6 = 1 kOhm, 5%, 0.25 W
- R7, R8 = 2.2 kOhm, 5%, 0.25 W
- R9 = 330 Ohm, 5%, 0.25 W
- R10, R11, R12 = 10 kOhm, 5%, 0.25 W
- P1 = 1 MOhm, trimmer orizzontale
Condensatori
- C1 = 15 nF, 100 V, 10%, PET, passo 5.0/7.5 mm
- C2 = normalmente non usato (vedi testo)
- C3, C4 = 100 nF, 50 V, 10%, X7R, passo 5.0/7.5 mm
Semiconduttori
- D1-D4 = 1N4007, DO-41
- D5, D6 = 1N4148, DO-35
- T1 = BC547B, TO-92
- T2 = BC557B, TO-92
- IC1 = CNY65, DIP-4 HV (17.8 mm x 9.6 mm)
- IC2 = LM393P, DIP-8
Varie
- K1, K2 = morsetto a 2 vie per PCB, passo 0.3" per 630 V
- K3 = morsetto verticale a 2 pin, passo 0.1"
- K4 = morsetto verticale a 5 pin, passo 0.1"
- zoccolo a 8 pin DIL, passo 0.1", opzionale per IC2
- PCB no.180611-1 v1.0