Co je triak: spínací obvod a aplikace

Elektronické spínače Power jako BJT, SCR, IGBT, MOSFET a TRIAC jsou velmi důležitými prvky, pokud jde o spínací obvody jako DC-DC měniče, otáčky motoru kontroléry, motorových ovladačů a kmitočtových kontroléry atd. Každé zařízení má svůj vlastní jedinečný majetek a proto mají své vlastní specifické aplikace. V tomto tutoriálu se dozvíme o TRIAC, což je obousměrné zařízení, což znamená, že může fungovat v obou směrech. Díky této vlastnosti se TRIAC používá výhradně tam, kde se jedná o sinusové střídavé napájení.

Úvod do TRIAC

Termín TRIAC je zkratka pro TRI ódou na A lternating C urrent. Jedná se o třípólové spínací zařízení podobné SCR (tyristor), ale může provádět obě směry, protože je konstruováno kombinací dvou SCR v antiparalelním stavu. Symbol a špendlík z TRIACu jsou zobrazeny níže.

Vzhledem k tomu, že TRIAC je obousměrné zařízení, může proud při spuštění hradlového terminálu proudit buď z MT1 do MT2, nebo z MT2 do MT1. U TRIAC může být toto spouštěcí napětí, které má být aplikováno na terminál brány, kladné nebo záporné vzhledem ke svorce MT2. Tím se TRIAC uvede do čtyř provozních režimů, jak je uvedeno níže

• Kladné napětí při MT2 a kladný puls do hradla (kvadrant 1)
• Kladné napětí při MT2 a záporný puls do hradla (kvadrant 2)
• Záporné napětí při MT2 a kladný puls do hradla (kvadrant 3)
• Záporné napětí při MT2 a záporný puls do hradla (kvadrant 4)

VI Charakteristika TRIAC

Níže uvedený obrázek ukazuje stav systému TRIAC v každém kvadrantu.

Charakteristiky zapnutí a vypnutí TRIAC lze pochopit pohledem na graf VI charakteristik TRIAC, který je také zobrazen na obrázku výše. Protože TRIAC je pouze kombinací dvou SCR v antiparalelním směru, graf charakteristik VI vypadá podobně jako SCR. Jak můžete vidět TRIAC většinou pracuje v 1 ^prvním kvadrantu a 3 ^třetím kvadrantu.

Charakteristiky zapnutí

Pro zapnutí TRIAC musí být na hradlový kolík TRIAC přivedeno kladné nebo záporné hradlové napětí / puls. Po spuštění jednoho ze dvou SCR uvnitř začne TRIAC provádět na základě polarity terminálů MT1 a MT2. Pokud je MT2 kladný a MT1 je záporný, první SCR vede a pokud je terminál MT2 záporný a MT1 je kladný, pak druhý SCR vede. Tímto způsobem jeden z SCR vždy zůstane zapnutý, čímž je TRIAC ideální pro AC aplikace.

Minimální napětí, které musí být aplikováno na hradlový kolík, aby se zapnul TRIAC, se nazývá prahové hradlové napětí (V _GT) a výsledný proud procházející hradlovým kolíkem se nazývá prahový hradlový proud (I _GT). Jakmile je toto napětí přivedeno na hradlový kolík, TRIAC je předpjatý dopředu a začne provádět, čas potřebný k tomu, aby se TRIAC přepnul ze stavu vypnuto do stavu zapnuto, se nazývá doba zapnutí (t _zapnuto).

Stejně jako SCR zůstane i TRIAC jednou zapnutý, pokud nebude komutován. Ale za této podmínky by zátěžový proud přes TRIAC měl být větší nebo roven blokovacímu proudu (_IL) TRIAC. Abychom tedy dospěli k závěru, TRIAC zůstane zapnutý i po odstranění hradlového impulzu, pokud je zátěžový proud větší než hodnota západkového proudu.

Podobně jako u západkového proudu existuje další důležitá hodnota proudu zvaná přídržný proud. Minimální hodnota proudu pro udržení TRIAC v režimu dopředného vedení se nazývá udržovací proud (_IH). TRIAC vstoupí do režimu spojitého vedení až po průchodu přidržovacím proudem a blokovacím proudem, jak je znázorněno v grafu výše. Také hodnota blokovacího proudu jakéhokoli TRIAC bude vždy větší než hodnota přidržovacího proudu.

Vypínací charakteristiky

Proces vypnutí TRIAC nebo jiného napájecího zařízení se nazývá komutace a obvod s ním spojený k provedení úkolu se nazývá komutační obvod. Nejběžnější metodou používanou k vypnutí TRIAC je snížení zatěžovacího proudu přes TRIAC, dokud nedosáhne hodnoty udržovacího proudu (_IH). Tento typ komutace se v DC obvodech nazývá nucená komutace. Dozvíme se více o tom, jak je TRIAC zapnutý a vypnutý prostřednictvím aplikačních obvodů.

Aplikace TRIAC

TRIAC se velmi běžně používá v místech, kde je třeba ovládat střídavé napájení, používá se například v regulátorech otáček stropních ventilátorů, stmívacích obvodech žárovek atd. Podívejme se na jednoduchý spínací obvod TRIAC, abychom pochopili, jak to funguje prakticky.

Zde jsme použili TRIAC k zapnutí a vypnutí zátěže AC pomocí tlačítka. Síťový zdroj je poté připojen k malé žárovce přes TRIAC, jak je uvedeno výše. Když je spínač sepnutý, je fázové napětí přivedeno na hradlový kolík TRIAC přes odpor R1. Pokud je toto hradlové napětí vyšší než prahové napětí hradla, protéká kolíkem hradla proud, který bude větší než mezní proud hradla.

Za této podmínky vstoupí TRIAC do předpětí a proud zátěže bude proudit žárovkou. Pokud zatížení spotřebovává dostatek proudu, vstupuje TRIAC do západkového stavu. Jelikož se však jedná o zdroj střídavého proudu, napětí dosáhne nuly za každou polovinu cyklu, a tedy i proud na okamžik dosáhne nuly. Blokování proto není v tomto obvodu možné a TRIAC se vypne, jakmile je spínač otevřen a není zde nutný komutační obvod. Tento typ komutace TRIAC se nazývá přirozená komutace. Nyní postavme tento obvod na prkénku pomocí BT136 TRIAC a zkontrolujte, jak funguje.

Při práci se střídavými napájecími zdroji je zapotřebí vysoké opatrnosti, provozní napětí je z bezpečnostních důvodů sníženo. Standardní střídavé napětí 230 V 50 Hz (v Indii) je pomocí transformátoru sníženo na 12V 50 Hz. Malá žárovka je připojena jako zátěž. Po dokončení bude experimentální nastavení vypadat takto.

Po stisknutí tlačítka hradlový kolík přijme hradlové napětí a tím je TRIAC ZAPNUTÝ. Žárovka bude svítit, dokud bude tlačítko drženo stisknuté. Jakmile je tlačítko uvolněno, TRIAC bude v zablokovaném stavu, ale protože vstupní napětí je střídavé, proud i když bude TRIAC klesat pod přídržný proud a tím se TRIAC vypne, kompletní práci najdete také ve videu uveden na konci tohoto tutoriálu.

Řízení TRIAC pomocí mikrokontrolérů

Pokud se TRIAC používají jako stmívače světla nebo pro aplikaci fázového řízení, je třeba hradlový pulz dodávaný do hradlového kolíku ovládat pomocí mikrokontroléru. V takovém případě bude hradlový kolík také izolován pomocí optočlenu. Schéma zapojení stejného schématu je uvedeno níže.

Pro ovládání TRIAC pomocí signálu 5V / 3,3V použijeme optočlen jako MOC3021, který má uvnitř TRIAC. Tento TRIAC lze spustit pomocí 5V / 3,3V prostřednictvím světelné diody. Normálně bude signál PWM aplikován na ^první pin MOC3021 a frekvence a pracovní cyklus signálu PWM se budou měnit, aby se získal požadovaný výstup. Tento typ obvodu se běžně používá pro řízení jasu lampy nebo pro řízení otáček motoru.

Hodnotit efekt - obvody Snubber

Všichni TRIAC trpí problémem s názvem Rate Effect. To je, když je terminál MT1 vystaven prudkému nárůstu napětí v důsledku spínacího šumu nebo přechodových jevů nebo rázů, TRIAC jej jako přerušovací signál přeruší a automaticky zapne. Je to z důvodu vnitřní kapacity přítomné mezi svorkami MT1 a MT2.

Nejjednodušší způsob, jak tento problém překonat, je použití obvodu Snubber. Ve výše uvedeném obvodu tvoří rezistor R2 (50R) a kondenzátor C1 (10nF) společně RC síť, která funguje jako Snubberův obvod. Jakákoli špičková napětí dodávaná do MT1 bude touto RC sítí pozorována.

Efekt vůle

Dalším běžným problémem, kterému budou návrháři čelit při používání TRIAC, je Backlash efekt. K tomuto problému dochází, když se k řízení hradlového napětí TRIAC používá potenciometr. Když je POT nastaven na minimální hodnotu, na kolík brány nebude přivedeno žádné napětí a tím dojde k vypnutí zátěže. Ale když je POT nastaven na maximální hodnotu, TRIAC se nezapne kvůli kapacitnímu efektu mezi piny MT1 a MT2, měl by tento kondenzátor najít cestu k vybití, jinak neumožní zapnutí TRIAC. Tento efekt se nazývá Backlash efekt. Tento problém lze napravit jednoduchým zavedením rezistoru do série se spínacím obvodem, aby byla zajištěna cesta k vybití kondenzátoru.

Vysokofrekvenční rušení (RFI) a TRIAC

Spínací obvody TRIAC jsou náchylnější k vysokofrekvenčnímu rušení (EFI), protože když je zátěž zapnutá, proud najednou zvýší formu 0A na maximální hodnotu, čímž vytvoří výbuch elektrických pulzů, které způsobí vysokofrekvenční rozhraní. Čím větší je zatěžovací proud, tím horší bude interference. Tento problém vyřeší použití obvodů Suppressor jako LC Supresor.

TRIAC - Omezení

Pokud je potřeba přepnout střídavé křivky v obou směrech, bude TRIAC samozřejmě první volbou, protože je to jediný obousměrný výkonový elektronický spínač. Funguje stejně jako dva SCR připojené zády k sobě a také sdílejí stejné vlastnosti. I když při navrhování obvodů pomocí TRIAC je třeba vzít v úvahu následující omezení

• TRIAC má uvnitř dvě SCR struktury, jedna vede během kladné poloviny a druhá během záporné poloviny. Nespouštějí však symetricky způsobující rozdíl v kladném a záporném půlcyklu výstupu
• Protože přepínání není symetrické, vede k vysokým úrovním harmonických, které způsobí šum v obvodu.
• Tento problém s harmonickými také povede k elektromagnetickému rušení (EMI)
• Při použití indukčních zátěží existuje obrovské riziko náběhového proudu proudícího ke zdroji, proto by mělo být zajištěno, že TRIAC je zcela vypnutý a indukční zátěž je bezpečně vybita alternativní cestou