Ce este triac: circuit de comutare și aplicații

Putere comutatoare electronice, cum ar fi BJT, SCR, IGBT, MOSFET, și triac sunt componente foarte importante atunci când vine vorba de circuite de comutare cum ar fi convertoare DC-DC, controlorii de motoare de viteză, Motor Drivers, și controlere de frecvență etc. Fiecare dispozitiv are propria proprietate unică și astfel au propriile aplicații specifice. În acest tutorial vom afla despre TRIAC, care este un dispozitiv bidirecțional, ceea ce înseamnă că poate conduce în ambele direcții. Datorită acestei proprietăți, TRIAC este utilizat exclusiv în cazul în care este implicată alimentarea sinusoidală cu curent alternativ.

Introducere în TRIAC

Termenul TRIAC înseamnă TRI ode pentru A lternating C urrent. Este un dispozitiv de comutare cu trei terminale similar cu SCR (Tiristor), dar poate conduce în ambele direcționale, deoarece construiește prin combinarea a două SCR în stare anti-paralelă. Simbolul și pinul din TRIAC sunt prezentate mai jos.

Deoarece TRIAC este un dispozitiv bidirecțional, curentul poate să curgă fie de la MT1 la MT2, fie de la MT2 la MT1 atunci când terminalul porții este declanșat. Pentru un TRIAC, această tensiune de declanșare care trebuie aplicată la terminalul porții poate fi fie pozitivă, fie negativă în raport cu terminalul MT2. Astfel, acesta pune TRIAC în patru moduri de operare, așa cum sunt enumerate mai jos

• Tensiune pozitivă la MT2 și impuls pozitiv la poartă (Quadrant 1)
• Tensiune pozitivă la MT2 și impuls negativ la poartă (Quadrant 2)
• Tensiune negativă la MT2 și impuls pozitiv la poartă (Quadrant 3)
• Tensiune negativă la MT2 și impuls negativ la poartă (Quadrant 4)

VI Caracteristicile unui TRIAC

Imaginea de mai jos ilustrează starea TRIAC în fiecare cadran.

Activarea și dezactivarea caracteristicilor TRIAC pot fi înțelese uitându-se la graficul caracterizează VI al TRIAC, care este, de asemenea, prezentat în imaginea de mai sus. Deoarece TRIAC este doar o combinație de două SCR în direcție anti-paralelă, graficul caracteristicilor VI arată similar cu cel al unui SCR. După cum puteți vedea, TRIAC funcționează în cea mai mare parte în ^primul cadran și al 3- ^lea cadran.

Caracteristici de pornire

Pentru a porni un TRIAC, o tensiune / impuls de poartă pozitivă sau negativă trebuie să fie furnizată pinului de poartă al TRIAC. Când este declanșat unul dintre cele două SCR din interior, TRIAC începe să conducă pe baza polarității terminalelor MT1 și MT2. Dacă MT2 este pozitiv și MT1 este negativ, primul SCR conduce și dacă terminalul MT2 este negativ și MT1 este pozitiv, atunci al doilea SCR conduce. În acest fel, oricare dintre SCR rămâne întotdeauna activ, făcând astfel TRIAC ideal pentru aplicații de curent alternativ.

Tensiunea minimă care trebuie aplicată pinului de poartă pentru a porni un TRIAC se numește tensiune de prag de prag (V _GT) și curentul rezultat prin pinul de poartă este numit curent de poartă de prag (I _GT). Odată ce această tensiune este aplicată pinul de poartă, TRIAC devine părtinitor și începe să conducă, timpul necesar pentru ca TRIAC să treacă de la starea oprită la starea pornită este numit timp de pornire (t _pornit).

La fel ca un SCR, TRIAC o dată pornit va rămâne pornit, cu excepția cazului în care este comutat. Dar pentru această condiție curentul de încărcare prin TRIAC ar trebui să fie mai mare sau egal cu curentul de blocare (I _L) al TRIAC. Deci, pentru a concluziona, un TRIAC va rămâne pornit chiar și după îndepărtarea impulsului porții, atâta timp cât curentul de încărcare este mai mare decât valoarea curentului de blocare.

Similar curentului de blocare, există o altă valoare importantă a curentului numită curent de reținere. Valoarea minimă a curentului pentru a menține TRIAC în modul de conducere directă se numește curent de menținere (I _H). Un TRIAC va intra în modul de conducție continuă numai după trecerea curentului de menținere și a curentului de blocare așa cum se arată în graficul de mai sus. De asemenea, valoarea curentului de blocare a oricărui TRIAC va fi întotdeauna mai mare decât valoarea curentului de deținere.

Caracteristici de oprire

Procesul de oprire a unui TRIAC sau a oricărui alt dispozitiv de alimentare este numit comutare, iar circuitul asociat acestuia pentru a efectua sarcina este numit ca un circuit de comutație. Cea mai obișnuită metodă utilizată pentru oprirea unui TRIAC este prin reducerea curentului de încărcare deși TRIAC până când ajunge sub valoarea curentului de menținere (I _H). Acest tip de comutare se numește comutare forțată în circuitele de curent continuu. Vom afla mai multe despre modul în care un TRIAC este pornit și oprit prin circuitele sale de aplicație.

Aplicații TRIAC

TRIAC este foarte frecvent utilizat în locurile în care trebuie controlată alimentarea de curent alternativ, de exemplu, este utilizat în regulatoarele de viteză ale ventilatoarelor de tavan, circuitelor de reglare a becurilor de curent alternativ etc. Să ne uităm într-un circuit simplu de comutare TRIAC pentru a înțelege cum funcționează practic.

Aici am folosit TRIAC pentru a activa și dezactiva o sarcină de curent alternativ printr-un buton. Sursa de alimentare de la rețea este apoi conectată la un bec mic prin TRIAC așa cum se arată mai sus. Când comutatorul este închis, tensiunea de fază este aplicată pinului de poartă al TRIAC prin rezistorul R1. Dacă această tensiune a porții este peste tensiunea pragului porții, atunci un curent curge prin pinul porții, care va fi mai mare decât curentul pragului porții.

În această condiție, TRIAC introduce polarizarea înainte și curentul de sarcină va curge prin bec. Dacă încărcăturile consumă suficient curent, TRIAC intră în stare de blocare. Dar, deoarece aceasta este o sursă de curent alternativ, tensiunea va ajunge la zero pentru fiecare jumătate de ciclu și, astfel, curentul va ajunge și la zero momentan. Prin urmare, blocarea nu este posibilă în acest circuit și TRIAC se va opri imediat ce comutatorul este deschis și nu este necesar niciun circuit de comutare aici. Acest tip de comutare a TRIAC se numește comutare naturală. Acum, haideți să construim acest circuit pe o placă de calcul folosind BT136 TRIAC și să verificăm cum funcționează.

Este necesară o mare precauție în timpul lucrului cu surse de alimentare CA. Tensiunea de funcționare este redusă din motive de siguranță. Puterea CA standard de 230V 50Hz (în India) este redusă la 12V 50Hz folosind un transformator. Un bec mic este conectat ca o sarcină. Configurarea experimentală arată așa mai jos când este finalizată.

Când butonul este apăsat, pinul porții primește tensiunea porții și astfel TRIAC este pornit. Becul va lumina atâta timp cât butonul este ținut apăsat. Odată ce butonul este eliberat, TRIAC va fi blocat, dar din moment ce tensiunea de intrare este AC curentul, deși TRIAC va coborî sub curentul de menținere și astfel TRIAC se va opri, funcționarea completă poate fi găsită și în videoclip oferit la sfârșitul acestui tutorial.

Control TRIAC folosind microcontrolere

Când TRIAC-urile sunt utilizate ca regulatoare de lumină sau pentru aplicații de control de fază, impulsul de poartă care este furnizat pinului de poartă trebuie controlat cu ajutorul unui microcontroler. În acest caz, știftul porții va fi, de asemenea, izolat folosind un opto-cuplaj. Schema circuitului pentru același lucru este prezentată mai jos.

Pentru a controla TRIAC folosind un semnal de 5V / 3,3V vom folosi un opto-cuplaj precum MOC3021 care are în interior un TRIAC. Acest TRIAC poate fi declanșat de 5V / 3,3V prin dioda emițătoare de lumină. În mod normal, un semnal PWM va fi aplicat la 1 ^st știftului de MOC3021 și ciclul de frecvență și de lucru al semnalului PWM va varia pentru a obține rezultatul dorit. Acest tip de circuit este utilizat în mod normal pentru controlul luminozității lămpii sau controlul vitezei motorului.

Rate Effect - Circuite Snubber

Toate TRIAC-urile suferă de o problemă numită Rate Effect. Atunci când terminalul MT1 este supus la o creștere bruscă a tensiunii din cauza zgomotului de comutare sau a tranzitorilor sau supratensiunilor, TRIAC îl întrerupe greșit ca semnal de comutare și pornește automat. Acest lucru se datorează capacității interne prezente între terminalele MT1 și MT2.

Cel mai simplu mod de a depăși această problemă este prin utilizarea unui circuit Snubber. În circuitul de mai sus, rezistorul R2 (50R) și condensatorul C1 (10nF) formează împreună o rețea RC care acționează ca un circuit Snubber. Toate tensiunile de vârf furnizate către MT1 vor fi respectate de această rețea RC.

Efect de reacție

O altă problemă obișnuită cu care se vor confrunta designerii în timpul utilizării TRIAC este efectul Backlash. Această problemă apare atunci când este utilizat un potențiometru pentru controlul tensiunii de poartă a TRIAC. Când POT este transformat la valoarea minimă, nu se va aplica tensiune la pinul de poartă și astfel încărcarea va fi oprită. Dar când POT-ul este transformat la valoarea maximă, TRIAC nu va porni din cauza efectului de capacitate dintre pinii MT1 și MT2, acest condensator ar trebui să găsească o cale de descărcare, altfel nu va permite TRIAC o să pornească. Acest efect este numit efect de reacție inversă. Această problemă poate fi remediată prin simpla introducere a unui rezistor în serie cu circuit de comutare pentru a oferi o cale de descărcare a condensatorului.

Interferența prin frecvență radio (RFI) și TRIAC

Circuitele de comutare TRIAC sunt mai predispuse la interferențe de radiofrecvență (EFI), deoarece atunci când sarcina este pornită, curentul ridică forma 0A la valoarea maximă dintr-o dată, creând astfel o explozie de impulsuri electrice care determină interfața de frecvență radio. Cu cât curentul de sarcină este mai mare, cu atât este mai gravă interferența. Folosirea circuitelor de supresie ca un supresor LC va rezolva această problemă.

TRIAC - Limitări

Când este necesar să comutați formele de undă AC în ambele direcții, evident TRIAC va fi prima alegere, deoarece este singurul comutator electronic de putere bidirecțional. Acționează la fel ca două SCR-uri conectate în mod spate în spate și, de asemenea, împărtășesc aceleași proprietăți. Deși în timpul proiectării circuitelor folosind TRIAC trebuie luate în considerare următoarele limitări

• TRIAC are două structuri SCR în interior, una conduce în timpul jumătății pozitive și cealaltă în timpul jumătății negative. Dar ele nu se declanșează simetric, provocând diferențe în semiciclul pozitiv și negativ al ieșirii
• De asemenea, deoarece comutarea nu este simetrică, aceasta duce la armonici de nivel înalt care vor induce zgomot în circuit.
• Această problemă a armonicilor va duce, de asemenea, la interferențe electromagnetice (EMI)
• În timpul utilizării sarcinilor inductive, există un risc imens de curent de intrare care curge spre sursă, prin urmare ar trebui să se asigure că TRIAC este oprit complet și sarcina inductivă este descărcată în siguranță printr-o cale alternativă