Mi a triac: kapcsolási áramkör és alkalmazások

Az olyan elektromos elektronikus kapcsolók, mint a BJT, SCR, IGBT, MOSFET és TRIAC, nagyon fontos elemek az olyan kapcsolási áramkörök kapcsán, mint a DC-DC átalakítók, a motor fordulatszám-szabályozói, a motorvezérlők és a frekvenciavezérlők stb. Minden eszköznek megvan a maga egyedi tulajdonsága, és így saját saját alkalmazásuk van. Ebben az oktatóanyagban megismerhetjük a TRIAC-ot, amely kétirányú eszköz, vagyis mindkét irányban képes vezetni. Ennek a tulajdonságnak köszönhetően a TRIAC kizárólag szinuszos váltakozó áramú tápellátás esetén alkalmazható.

Bevezetés a TRIAC-ba

A kifejezés TRIAC jelentése TRI ode for A lternating C ram. Ez egy három terminálos kapcsolókészülék, hasonló az SCR-hez (tirisztor), de mindkét irányban képes vezetni, mivel két SCR párhuzamos állapotban történő kombinálásával épít. A TRIAC szimbóluma és csapja az alábbiakban látható.

Mivel a TRIAC kétirányú eszköz, a kapu termináljának aktiválásakor az áram MT1-ről MT2-re vagy MT2-ről MT1-re áramolhat. TRIAC esetében ez a kapu terminálra alkalmazandó kiváltó feszültség pozitív vagy negatív lehet az MT2 terminálhoz képest. Így ez teszi a TRIAC négy üzemmóddal az alább felsorolt

• Pozitív feszültség az MT2-nél és pozitív impulzus a kapu felé (1. negyed)
• Pozitív feszültség az MT2-nél és negatív impulzus a kapu felé (2. negyed)
• Negatív feszültség az MT2-nél és pozitív impulzus a kapu felé (3. negyed)
• Negatív feszültség az MT2-nél és negatív impulzus a kapuhoz (4. kvadráns)

VI. A TRIAC jellemzői

Az alábbi kép szemlélteti a TRIAC állapotát minden negyedben.

A TRIAC be- és kikapcsolási karakterisztikáját meg lehet érteni a TRIAC VI karakterisztikus grafikonjának megtekintésével, amelyet a fenti képen is bemutatunk. Mivel a TRIAC csak két SCR kombinációja párhuzamos irányban, a VI karakterisztika grafikon hasonlóan néz ki, mint egy SCR. Mint látható, a TRIAC többnyire működik a 1 ^st Quadrant és a 3 ^rd Quadrant.

Bekapcsolási jellemzők

A TRIAC bekapcsolásához pozitív vagy negatív kapufeszültséget / impulzust kell táplálni a TRIAC kapu csapjába. Amikor a két SCR egyikét beindítja, a TRIAC vezetni kezd az MT1 és MT2 terminálok polaritása alapján. Ha az MT2 pozitív és az MT1 negatív, akkor az első SCR vezet, és ha az MT2 terminál negatív és az MT1 pozitív, akkor a második SCR vezet. Így bármelyik SCR mindig bekapcsolva marad, így a TRIAC ideális az AC alkalmazásokhoz.

A TRIAC bekapcsolásához a kapu tüskéjére alkalmazandó minimális feszültséget kapu küszöbfeszültségnek (V _GT), a kapun átmenő áramot pedig küszöb kapu áramnak (I _GT) nevezzük . Miután ezt a feszültséget felhelyezték, a TRIAC torzul előre és kezd vezetni, a TRIAC kikapcsolt állapotból bekapcsolt állapotba kapcsolásához szükséges időt bekapcsolási időnek (t _on) hívják .

Csakúgy, mint egy SCR, a bekapcsolt TRIAC is bekapcsolva marad, hacsak nem kommutálják. De ebben az állapotban a TRIAC-on keresztüli terhelési áramnak nagyobbnak vagy egyenlőnek kell lennie a TRIAC reteszelő áramával (I _L). Tehát a TRIAC bekapcsolva marad a kapu impulzusának eltávolítása után is, mindaddig, amíg a terhelési áram nagyobb, mint a reteszelő áram értéke.

A reteszelő áramhoz hasonlóan van egy másik fontos értéke is az áramnak, amelyet úgy hívnak, hogy tartó áram. A TRIAC elővezetési üzemmódban tartásának minimális áramértékét tartási áramnak hívjuk (I _H). A TRIAC csak akkor lép folyamatos vezetési üzemmódba, ha áthalad a tartóáramon és a reteszelő áramon, amint az a fenti grafikonon látható. Bármely TRIAC reteszelő áramának értéke mindig nagyobb lesz, mint a tartó áram értéke.

Kikapcsolási jellemzők

A TRIAC vagy bármely más áramellátó eszköz kikapcsolásának folyamatát kommutációnak nevezzük, a feladat végrehajtásához kapcsolódó áramkört pedig kommutációs áramkörnek. A TRIAC kikapcsolására a leggyakoribb módszer az, hogy a terhelési áramot a TRIAC-on keresztül csökkentik, amíg el nem éri a tartóáram értékét (I _H). Ezt a típusú kommutációt kényszerített kommutációnak nevezzük a DC áramkörökben. Tudni fogunk többet arról, hogy a TRIAC-t hogyan lehet be- és kikapcsolni az alkalmazás áramkörein keresztül.

TRIAC alkalmazások

A TRIAC-ot nagyon gyakran használják olyan helyeken, ahol a váltakozó áramú tápellátást vezérelni kell, például mennyezeti ventilátorok, AC izzó-dimmer áramkörök fordulatszám-szabályozóiban. Nézzünk meg egy egyszerű TRIAC kapcsoló áramkört, hogy megértsük, hogyan működik.

Itt a TRIAC-t használtuk egy váltakozó áramú terhelés be- és kikapcsolásához egy nyomógomb segítségével. A hálózati áramforrást ezután a TRIAC-on keresztül egy kis izzóhoz kötözik, a fentiek szerint. Amikor a kapcsoló zárva van, a fázisfeszültséget a TRIAC kapu tüskéjére vezetjük az R1 ellenálláson keresztül. Ha ez a kapu feszültsége meghaladja a kapu küszöbfeszültségét, akkor egy áram áramlik át a kapu csapján, amely nagyobb lesz, mint a kapu küszöbárama.

Ennél a feltételnél a TRIAC előrehaladásba lép, és a terhelési áram az izzón keresztül áramlik. Ha a terhelések elegendő áramot fogyasztanak, a TRIAC reteszelő állapotba kerül. De mivel ez egy váltóáramú áramforrás, a feszültség minden fél ciklusban eléri a nullát, és így az áram is pillanatnyilag eléri a nullát. Ezért ebben a körben a reteszelés nem lehetséges, és a TRIAC kikapcsol, amint a kapcsolót kinyitják, és itt nincs szükség kommutációs áramkörre. A TRIAC ilyen típusú kommutációját természetes kommutációnak nevezzük. Most építsük fel ezt az áramkört egy kenyérlapra a BT136 TRIAC segítségével, és ellenőrizzük, hogyan működik.

Nagyfokú óvatosságra van szükség a váltóáramú tápegységekkel való munkavégzés során, az üzemi feszültséget biztonsági okokból csökkenteni kell. A szokásos 230 V 50 Hz (Indiában) váltóáramot 12 V 50 Hz-re csökkentik egy transzformátor segítségével. Egy kis izzót terhelésként csatlakoztatnak. A kísérleti beállítás az alábbiak szerint néz ki, ha elkészült.

A gomb lenyomásakor a kapu csap megkapja a kapu feszültségét, és így a TRIAC bekapcsol. Az izzó addig világít, amíg a gombot nyomva tartják. A gomb felengedése után a TRIAC reteszelt állapotban lesz, de mivel a bemeneti feszültség váltakozó áramú, bár a TRIAC a tartóáram alatt megy, és így a TRIAC kikapcsol, a teljes működés megtalálható a videóban is adott a végén ez a bemutató.

TRIAC vezérlés mikrokontrollerek segítségével

Ha a TRIAC-kat fényszóróként vagy fázisvezérlésben használják, akkor a kaputüskéhez juttatott kapuimpulzust mikrokontrollerrel kell vezérelni. Ebben az esetben a kaputüskét is opto-csatoló segítségével izolálják. Az alábbiakban a kapcsolási rajz látható.

A TRIAC vezérléséhez 5V / 3.3V jel segítségével egy opto-csatolót fogunk használni, mint a MOC3021, amelynek TRIAC van. Ezt a TRIAC-ot 5V / 3.3V-val lehet kiváltani a fénykibocsátó diódán keresztül. Normális esetben egy PWM jelet visznek a MOC3021 ^1. tűjére, és a PWM jel frekvenciáját és munkaciklusát megváltoztatják a kívánt kimenet eléréséhez. Ezt a típusú áramkört általában a lámpa fényerejének vagy a motor fordulatszámának szabályozására használják.

Rate Effect - Snubber áramkörök

Minden TRIAC szenved a Rate Effect nevű problémától. Ez az, amikor az MT1 terminált a kapcsolási zaj vagy tranziensek miatt éles feszültségnövekedés éri, vagy a túlfeszültség a TRIAC hibaként kapcsolási jelként megszakítja és automatikusan bekapcsol. Ennek oka az MT1 és MT2 terminálok közötti jelenlegi belső kapacitás.

A probléma legegyszerűbb módja a Snubber áramkör használata. A fenti áramkörben az R2 ellenállás (50R) és a C1 kondenzátor (10nF) együtt egy RC hálózatot alkot, amely Snubber áramkörként működik. Az MT1-be táplált csúcsfeszültségeket ez az RC hálózat fogja megfigyelni.

Visszahatás

Egy másik gyakori probléma, amellyel a TRIAC használata során a tervezőknek szembe kell nézniük, a Backlash effekt. Ez a probléma akkor fordul elő, amikor egy potenciométert használnak a TRIAC kapufeszültségének szabályozására. Amikor a POT minimális értékre vált, a kapu csapjára nem lesz feszültség, így a terhelés kikapcsol. De amikor a POT-ot maximális értékre fordítják, a TRIAC nem kapcsol be az MT1 és MT2 érintkezők közötti kapacitási hatás miatt, ennek a kondenzátornak meg kell találnia a kisütési utat, különben nem engedi a TRIAC-ot bekapcsolni. Ezt a hatást Backlash effektusnak hívják. Ezt a problémát úgy lehet orvosolni, hogy egyszerűen bekapcsolunk egy ellenállást soros kapcsolási áramkörrel, így biztosítva a kondenzátor kisütési útját.

Rádiófrekvenciás interferencia (RFI) és TRIAC

A TRIAC kapcsoló áramkörök hajlamosabbak a rádiófrekvenciás interferenciára (EFI), mert amikor a terhelést bekapcsolják, az áram hirtelen a 0A formát a maximális értékre emeli, ezáltal villamos impulzusok sorozatát hozva létre, amely rádiófrekvenciás interfészt okoz. Minél nagyobb a terhelési áram, annál rosszabb lesz az interferencia. A szuppresszor áramkörök, mint egy LC szuppresszor, megoldja ezt a problémát.

TRIAC - Korlátozások

Ha a váltakozó áramú hullámformákat mindkét irányban meg kell váltani, akkor nyilvánvalóan a TRIAC lesz az első választás, mivel ez az egyetlen kétirányú elektromos kapcsoló. Ugyanúgy működik, mint két SCR, amelyek egymáshoz kapcsolódnak, és ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkeznek. Bár az áramkörök TRIAC segítségével történő megtervezése során figyelembe kell venni az alábbi korlátozásokat

• A TRIAC-ben két SCR-szerkezet van, az egyik a pozitív, a másik a negatív felében vezet. De nem váltanak ki szimmetrikusan különbséget a kimenet pozitív és negatív félciklusában
• Mivel a kapcsolás nem szimmetrikus, magas szintű harmonikusokhoz vezet, amelyek zajt indukálnak az áramkörben.
• Ez a harmonikus probléma elektromágneses interferenciához (EMI) is vezet
• Induktív terhelések használata közben óriási a beáramló áram forrása felé áramlásának veszélye, ezért biztosítani kell, hogy a TRIAC teljesen kikapcsoljon, és az induktív terhelés biztonságosan ürüljön ki egy alternatív úton