Какво е триак: превключваща верига и приложения

Електрическите превключватели като BJT, SCR, IGBT, MOSFET и TRIAC са много важни компоненти, когато става въпрос за превключване на вериги като DC-DC преобразуватели, регулатори на скоростта на двигателя, двигатели и честотни контролери и т.н. Всяко устройство има свое уникално свойство и по този начин те имат свои специфични приложения. В този урок ще научим за TRIAC, който е двупосочно устройство, което означава, че може да провежда и в двете посоки. Поради това свойство TRIAC се използва изключително там, където е включено синусоидално захранване с променлив ток.

Въведение в TRIAC

Терминът триак щандове за TRI ода за A lternating С urrent. Това е три терминално комутационно устройство, подобно на SCR (тиристор), но може да провежда и в двете посоки, тъй като конструира чрез комбиниране на два SCR в антипаралелно състояние. Символът и щифтът от TRIAC са показани по-долу.

Тъй като TRIAC е двупосочно устройство, токът може да тече от MT1 към MT2 или от MT2 към MT1, когато се задейства терминалът на портата. За TRIAC това задействащо напрежение, което трябва да се приложи към терминала на портата, може да бъде положително или отрицателно по отношение на клема MT2. По този начин това поставя TRIAC в четири режима на работа, както е изброено по-долу

• Положително напрежение при MT2 и положителен импулс към порта (квадрант 1)
• Положително напрежение при MT2 и отрицателен импулс към порта (квадрант 2)
• Отрицателно напрежение при MT2 и положителен импулс към порта (квадрант 3)
• Отрицателно напрежение при MT2 и отрицателен импулс към порта (квадрант 4)

VI Характеристики на TRIAC

Картината по-долу илюстрира състоянието на TRIAC във всеки квадрант.

Включването и изключването на характеристиките на TRIAC може да се разбере, като се погледне графиката на VI характеристиките на TRIAC, която също е показана на горната снимка. Тъй като TRIAC е само комбинация от два SCR в антипаралелна посока, графиката на VI характеристиките изглежда подобна на тази на SCR. Както можете да видите TRIAC работи предимно в 1- ^ви квадрант и 3 ^-ти квадрант.

Характеристики на включване

За да включите TRIAC, трябва да се подаде положително или отрицателно напрежение / импулс на затвора към щифта на затвора на TRIAC. Когато се задейства един от двата SCR вътре, TRIAC започва да провежда въз основа на полярността на терминалите MT1 и MT2. Ако MT2 е положителен и MT1 е отрицателен, първият SCR провежда, а ако терминалът MT2 е отрицателен и MT1 е положителен, тогава вторият SCR провежда. По този начин някой от SCR винаги остава включен, като по този начин TRIAC е идеален за приложения с променлив ток.

Минималното напрежение, което трябва да се приложи към щифта на портата, за да се включи TRIAC, се нарича като праг на напрежението на порта (V _GT), а полученият ток през щифта на порта се нарича като ток на прага на порта (I _GT). След като това напрежение е приложено, щифтът на портата TRIAC се пристрасти напред и започва да провежда, времето, необходимо на TRIAC да премине от изключено състояние в състояние на включване, се нарича като време за включване (t _on).

Точно като SCR, TRIAC веднъж включен, ще остане включен, освен ако не бъде комутиран. Но за това състояние токът на натоварване през TRIAC трябва да бъде по-голям или равен на тока на заключване (I _L) на TRIAC. Така че в заключение TRIAC ще остане включен дори след отстраняване на импулса на портата, стига токът на натоварване да е по-голям от стойността на тока на заключване

Подобно на заключващия ток, има и друга важна стойност на тока, наречена задържащ ток. Минималната стойност на тока за поддържане на TRIAC в режим на провеждане напред се нарича задържащ ток (I _H). TRIAC ще влезе в режим на непрекъсната проводимост само след преминаване през задържащия и заключващия ток, както е показано на графиката по-горе. Също така стойността на фиксиращия ток на всеки TRIAC винаги ще бъде по-голяма от стойността на задържащия ток.

Характеристики на изключване

Процесът на изключване на TRIAC или друго захранващо устройство се нарича комутация, а веригата, свързана с него за изпълнение на задачата, се нарича комутационна верига. Най-често използваният метод за изключване на TRIAC е чрез намаляване на тока на натоварване чрез TRIAC, докато достигне под стойността на задържащия ток (I _H). Този тип комутация се нарича принудителна комутация в постояннотокови вериги. Ще научим повече за това как TRIAC се включва и изключва чрез схемите за приложение.

TRIAC приложения

TRIAC се използва много често на места, където променливотоковото захранване трябва да се контролира, например, използва се в регулаторите на скоростта на таванните вентилатори, веригите на димерите за променлив ток и др. Нека разгледаме една проста превключваща верига на TRIAC, за да разберем как работи на практика.

Тук използвахме TRIAC за включване и изключване на натоварване с променлив ток чрез бутон. След това захранващият източник на енергия се свързва към малка крушка през TRIAC, както е показано по-горе. Когато ключът е затворен, фазовото напрежение се подава към щифта на затвора на TRIAC през резистора R1. Ако това напрежение на вратата е над прага на напрежението на портата, токът преминава през щифта на портата, който ще бъде по-голям от прага на тока на портата.

При това състояние TRIAC навлиза в преден отклонение и токът на натоварване ще тече през крушката. Ако натоварванията консумират достатъчно ток, TRIAC влиза в състояние на заключване. Но тъй като това е източник на променлив ток, напрежението ще достигне нула за всеки половин цикъл и по този начин токът също ще достигне нула за момент. Следователно заключването не е възможно в тази верига и TRIAC ще се изключи веднага щом ключът се отвори и тук не се изисква комутационна верига. Този тип комутация на TRIAC се нарича естествена комутация. Сега нека изградим тази схема върху макет с помощта на BT136 TRIAC и да проверим как работи.

Необходимо е голямо внимание при работа с променливотокови захранвания, работното напрежение се намалява с цел безопасност Стандартната променлива мощност от 230V 50Hz (в Индия) се намалява до 12V 50Hz с помощта на трансформатор. Малка крушка е свързана като товар. Експерименталната настройка изглежда по-долу, когато е завършена.

При натискане на бутона щифтът на порта получава напрежение на портата и по този начин TRIAC се включва. Крушката ще свети, докато бутонът се държи натиснат. След като бутонът бъде освободен, TRIAC ще бъде в заключено състояние, но тъй като входното напрежение е AC, токът, въпреки че TRIAC ще падне под задържащия ток и по този начин TRIAC ще се изключи, пълната работа може да се намери и във видеото даден в края на този урок.

TRIAC контрол с помощта на микроконтролери

Когато TRIAC се използват като димери за светлина или за приложение на фазовия контрол, импулсът на портата, който се подава към щифта на портата, трябва да се контролира с помощта на микроконтролер. В този случай щифтът на вратата също ще бъде изолиран с помощта на опто-съединител. Схемата за същото е показана по-долу.

За да контролираме TRIAC, използвайки сигнал 5V / 3.3V, ще използваме оптосъединител като MOC3021, който има TRIAC вътре в себе си. Този TRIAC може да се задейства от 5V / 3.3V чрез светодиода. Обикновено PWM сигнал ще бъде приложен към ^първия пин на MOC3021 и честотата и работният цикъл на PWM сигнала ще бъдат променяни, за да се получи желаният изход. Този тип верига обикновено се използва за контрол на яркостта на лампата или контрол на скоростта на двигателя.

Ефект на скоростта - Snubber Circuits

Всички TRIAC страдат от проблем, наречен Rate Effect. Тогава, когато терминалът MT1 е подложен на рязко увеличаване на напрежението поради превключващ шум или преходни процеси или пренапрежения, TRIAC го прекъсва като превключващ сигнал и се включва автоматично. Това се дължи на вътрешния капацитет, присъстващ между клемите MT1 и MT2.

Най-лесният начин за преодоляване на този проблем е чрез използване на Snubber схема. В горната схема резисторът R2 (50R) и кондензаторът C1 (10nF) заедно образуват RC мрежа, която действа като Snubber верига. Всички пикови напрежения, подадени към MT1, ще се наблюдават от тази RC мрежа.

Ефект на обратен ефект

Друг често срещан проблем, с който ще се сблъскат дизайнерите, докато използват TRIAC, е ефектът Backlash. Този проблем възниква, когато се използва потенциометър за управление на напрежението на затвора на TRIAC. Когато POT се завърти на минимална стойност, няма да се подаде напрежение към щифта на портата и по този начин натоварването ще бъде изключено. Но когато POT е обърнат на максимална стойност, TRIAC няма да се включи поради капацитетния ефект между щифтовете MT1 и MT2, този кондензатор трябва да намери път за разреждане, иначе няма да позволи TRIAC да се включи. Този ефект се нарича ефект на обратен ефект. Този проблем може да бъде отстранен чрез просто въвеждане на резистор последователно с превключваща верига, за да се осигури път за разряд на кондензатора.

Радиочестотни смущения (RFI) и TRIAC

TRIAC превключващите вериги са по-податливи на радиочестотни смущения (EFI), тъй като при включване на натоварването токът изведнъж се повишава от форма 0А до максимална стойност, като по този начин създава серия от електрически импулси, което причинява радиочестотен интерфейс. Колкото по-голям е токът на натоварване, толкова по-лоша ще бъде интерференцията. Използването на супресорни схеми като LC супресор ще реши този проблем.

TRIAC - Ограничения

При необходимост от превключване на променливотоковите вълни в двете посоки TRIAC очевидно ще бъде първият избор, тъй като това е единственият двупосочен електронен превключвател. Той действа точно като два SCR, свързани помежду си, и също споделят едни и същи свойства. Въпреки че при проектирането на схеми, използващи TRIAC, трябва да се имат предвид следните ограничения

• TRIAC има две SCR структури в себе си, едната провежда през положителната половина, а другата през отрицателната половина. Но те не задействат симетрично, причинявайки разлика в положителния и отрицателния полупериод на изхода
• Също така, тъй като превключването не е симетрично, това води до високо ниво на хармоници, които ще предизвикат шум във веригата.
• Този проблем с хармониците също ще доведе до електромагнитни смущения (EMI)
• Докато се използват индуктивни натоварвания, съществува огромен риск от изтичащ ток, протичащ към източника, поради което трябва да се гарантира, че TRIAC е напълно изключен и индуктивният товар се освобождава безопасно през алтернативен път