Kas ir triac: komutācijas ķēde un lietojumi

Elektriski strāvas slēdži, piemēram, BJT, SCR, IGBT, MOSFET un TRIAC, ir ļoti svarīgi komponenti komutācijas ķēdēs, piemēram, līdzstrāvas līdzstrāvas pārveidotāji, motora ātruma kontrolieri, motora draiveri, frekvences kontrolieri utt. Katrai ierīcei ir savs unikālais īpašums un tādējādi viņiem ir savi specifiskie pielietojumi. Šajā apmācībā mēs uzzināsim par TRIAC, kas ir divvirzienu ierīce, kas nozīmē, ka tā var vadīt abos virzienos. Pateicoties šai īpašībai, TRIAC tiek izmantots tikai gadījumos, kad tiek izmantota sinusoidāla maiņstrāvas padeve.

Ievads TRIAC

Termins TRIAC apzīmē TRI odu A lternating C AŠREIZĒJIE. Tā ir trīs termināļu komutācijas ierīce, kas līdzīga SCR (tiristoram), taču tā var darboties abos virzienos, jo tā konstruē, apvienojot divus SCR anti-paralēlā stāvoklī. TRIAC simbols un tapa ir parādīta zemāk.

Tā kā TRIAC ir divvirzienu ierīce, strāva var plūst vai nu no MT1 uz MT2, vai no MT2 uz MT1, kad tiek iedarbināta vārtu spaile. TRIAC gadījumā šis sprūda spriegums, kas jāpieliek vārtu terminālim, var būt pozitīvs vai negatīvs attiecībā pret spaili MT2. Tādējādi tas TRIAC iedala četros darbības režīmos, kā norādīts zemāk

• Pozitīvs spriegums pie MT2 un pozitīvs impulss pret vārtiem (1. kvadrants)
• Pozitīvs spriegums pie MT2 un negatīvs impulss pret vārtiem (2. kvadrants)
• Negatīvs spriegums pie MT2 un pozitīvs impulss pret vārtiem (3. kvadrants)
• Negatīvs spriegums pie MT2 un negatīvs impulss pret vārtiem (4. kvadrants)

VI TRIAC raksturojums

Zemāk redzamais attēls ilustrē TRIAC statusu katrā kvadrantā.

TRIAC raksturojumu ieslēgt un izslēgt var saprast, aplūkojot TRIAC VI raksturojošo grafiku, kas parādīts arī iepriekš redzamajā attēlā. Tā kā TRIAC ir tikai divu SCR kombinācija pret paralēlu virzienu, VI raksturlielumu grafiks izskatās līdzīgs SCR. Kā jūs varat redzēt TRIAC galvenokārt darbojas 1 ^st Quadrant un 3 ^rd Quadrant.

Ieslēgšanas raksturojums

Lai ieslēgtu TRIAC, TRIAC vārtu tapai jāpiegādā pozitīvs vai negatīvs vārtu spriegums / impulss. Kad tiek iedarbināts viens no diviem SCR iekšpusē, TRIAC sāk vadīt, pamatojoties uz MT1 un MT2 spailes polaritāti. Ja MT2 ir pozitīvs un MT1 ir negatīvs, pirmais SCR vada un, ja MT2 termināls ir negatīvs un MT1 ir pozitīvs, tad otrais SCR vada. Tādā veidā kāds no SCR vienmēr paliek ieslēgts, padarot TRIAC ideālu maiņstrāvas lietojumiem.

Minimālais spriegums, kas jāpieliek vārtu tapai, lai ieslēgtu TRIAC, tiek saukts par sliekšņa vārtu spriegumu (V _GT), un iegūto strāvu caur vārtu tapu sauc par sliekšņa vārtu strāvu (I _GT). Kad šis spriegums ir pieslēgts vārtu tapai, TRIAC kļūst neobjektīvs un sāk vadīt, laiks, kas nepieciešams, lai TRIAC mainītos no izslēgta stāvokļa uz ieslēgtu, tiek saukts par ieslēgšanās laiku (t _on).

Tāpat kā SCR, arī ieslēgtais TRIAC paliks ieslēgts, ja vien tas netiks mainīts. Bet šajā gadījumā slodzes strāvai caur TRIAC jābūt lielākai vai vienādai ar TRIAC fiksējošo strāvu (I _L). Tātad, lai secinātu, TRIAC paliks ieslēgts pat pēc vārtu impulsa noņemšanas, kamēr slodzes strāva ir lielāka par fiksējošās strāvas vērtību.

Līdzīgi kā fiksējošā strāva, ir vēl viena svarīga strāvas vērtība, ko sauc par noturēšanas strāvu. Minimālo strāvas vērtību, lai TRIAC uzturētu vadīšanas režīmā uz priekšu, sauc par noturēšanas strāvu (I _H). TRIAC ieslēdzas nepārtrauktas vadīšanas režīmā tikai pēc tam, kad ir pagājis garām noturēšanas strāva un fiksējošā strāva, kā parādīts diagrammā iepriekš. Arī jebkura TRIAC fiksējošās strāvas vērtība vienmēr būs lielāka par noturošās strāvas vērtību.

Izslēgšanas raksturlielumi

TRIAC vai jebkuras citas barošanas ierīces izslēgšanas procesu sauc par komutāciju, un ķēdi, kas ar to saistīta uzdevuma veikšanai, sauc par komutācijas ķēdi. Visizplatītākā TRIAC izslēgšanas metode ir slodzes strāvas samazināšana, izmantojot TRIAC, līdz tā sasniedz zemāk par noturošās strāvas vērtību (I _H). Šis komutācijas veids tiek saukts par piespiedu komutāciju līdzstrāvas ķēdēs. Mēs uzzināsim vairāk par to, kā TRIAC tiek ieslēgts un izslēgts, izmantojot tā lietojumprogrammu shēmas.

TRIAC lietojumprogrammas

TRIAC ļoti bieži lieto vietās, kur ir jāpārvalda maiņstrāva, piemēram, griestu ventilatoru ātruma regulatoros, maiņstrāvas spuldžu regulēšanas ķēdēs utt. Apskatīsim vienkāršu TRIAC komutācijas ķēdi, lai saprastu, kā tā darbojas praktiski.

Šeit mēs izmantojām TRIAC, lai ieslēgtu un izslēgtu maiņstrāvas slodzi, izmantojot spiedpogu. Pēc tam tīkla strāvas avots caur TRIAC tiek pievienots mazai spuldzei, kā parādīts iepriekš. Kad slēdzis ir aizvērts, caur rezistoru R1 TRIAC vārtu tapai tiek pielikts fāzes spriegums. Ja šis vārtu spriegums ir virs vārtu sliekšņa sprieguma, caur vārtu tapu plūst strāva, kas būs lielāka par vārtu sliekšņa strāvu.

Šajā stāvoklī TRIAC iestājas uz priekšu un slodzes strāva plūst caur spuldzi. Ja kravas patērē pietiekami daudz strāvas, TRIAC nonāk fiksācijas stāvoklī. Bet, tā kā tas ir maiņstrāvas avots, spriegums katru pusciklu sasniegs nulli, līdz ar to strāva arī uz brīdi sasniegs nulli. Tādējādi šajā ķēdē fiksācija nav iespējama, un TRIAC izslēgsies, tiklīdz slēdzis tiks atvērts, un šeit nav nepieciešama komutācijas ķēde. Šis TRIAC komutācijas veids tiek saukts par dabisku komutāciju. Tagad izveidosim šo shēmu uz paneļa, izmantojot BT136 TRIAC, un pārbaudīsim, kā tā darbojas.

Strādājot ar maiņstrāvas barošanas avotiem, drošības nolūkos ir jāsamazina darba spriegums. Standarta maiņstrāvas jauda 230V 50Hz (Indijā) tiek pazemināta līdz 12V 50Hz, izmantojot transformatoru. Maza spuldze ir savienota kā slodze. Pēc pabeigšanas eksperimentālā iestatīšana izskatās šādi.

Nospiežot pogu, vārtu tapa saņem vārtu spriegumu un tādējādi TRIAC tiek ieslēgta. Spuldze spīdēs tik ilgi, kamēr tiek turēta nospiesta poga. Pēc pogas atlaišanas TRIAC būs fiksētā stāvoklī, taču, tā kā ieejas spriegums ir maiņstrāva, lai gan TRIAC iet zem zemāk esošās strāvas un tādējādi TRIAC izslēgsies, pilnīgu darbību var atrast arī videoklipā dots šīs apmācības beigās.

TRIAC vadība, izmantojot mikrokontrollerus

Ja TRIAC izmanto kā gaismas regulētājus vai fāzes kontrolei, vārtu impulss, kas tiek piegādāts vārtu tapai, jākontrolē, izmantojot mikrokontrolleru. Tādā gadījumā vārtu tapu arī izolēs, izmantojot opto-savienotāju. Tā paša shēma ir parādīta zemāk.

Lai kontrolētu TRIAC, izmantojot 5V / 3.3V signālu, mēs izmantosim opto savienotāju, piemēram, MOC3021, kura iekšpusē ir TRIAC. Šo TRIAC var iedarbināt ar 5 V / 3,3 V, izmantojot gaismas diodi. Parasti PWM signāls tiks piemēroti 1. ^st pin MOC3021 un frekvences un ciklu no PWM signālu būs jāmainās, lai iegūtu vēlamo rezultātu. Šāda veida shēmu parasti izmanto lampas spilgtuma vai motora ātruma kontrolei.

Rate Rate - Snubber shēmas

Visi TRIAC cieš no problēmas, ko sauc par Rate Effect. Tas ir tad, kad MT1 terminālis tiek pakļauts straujam sprieguma pieaugumam pārslēgšanās trokšņa vai īslaicīgu traucējumu dēļ, vai arī TRIAC kļūdaini to pārtrauc kā pārslēgšanas signālu un automātiski ieslēdzas. Tas notiek tāpēc, ka starp spailēm MT1 un MT2 ir iekšējā kapacitāte.

Vieglākais veids, kā pārvarēt šo problēmu, ir izmantot Snubber ķēdi. Iepriekš minētajā ķēdē rezistors R2 (50R) un kondensators C1 (10nF) kopā veido RC tīklu, kas darbojas kā Snubber ķēde. Jebkurus maksimālos spriegumus, kas tiek piegādāti MT1, novēros šis RC tīkls.

Pretreakcijas efekts

Vēl viena izplatīta problēma, ar kuru dizaineri saskarsies, lietojot TRIAC, ir Backlash efekts. Šī problēma rodas, ja TRIAC vārtu sprieguma kontrolei izmanto potenciometru. Kad POT ir pagriezts uz minimālo vērtību, vārtu tapai netiks piemērots spriegums, un tādējādi slodze tiks izslēgta. Bet, kad POT tiek pagriezts līdz maksimālajai vērtībai, TRIAC neieslēdzas kapacitātes efekta dēļ starp tapām MT1 un MT2, šim kondensatoram jāatrod izlādes ceļš, citādi tas neļaus TRIAC ieslēgties. Šo efektu sauc par Backlash efektu. Šo problēmu var novērst, vienkārši ieviešot rezistoru virknē ar komutācijas ķēdi, lai nodrošinātu kondensatora izlādes ceļu.

Radiofrekvenču traucējumi (RFI) un TRIAC

TRIAC komutācijas ķēdes ir vairāk pakļautas radiofrekvenču traucējumiem (EFI), jo, ieslēdzot slodzi, strāva pēkšņi paaugstina 0A formu līdz maksimālajai vērtībai, tādējādi radot elektrisko impulsu pārsprāgu, kas izraisa radiofrekvenču saskarni. Jo lielāka slodzes strāva, jo sliktāki būs traucējumi. Izmantojot Suppressor shēmas, piemēram, LC slāpētāju, šī problēma tiks atrisināta.

TRIAC - ierobežojumi

Ja nepieciešams mainīt maiņstrāvas viļņu formas abos virzienos, acīmredzot pirmā izvēle būs TRIAC, jo tas ir vienīgais divvirzienu jaudas elektroniskais slēdzis. Tas darbojas tāpat kā divi SCR, kas savienoti aizmugurē, un tiem ir arī tādas pašas īpašības. Lai gan, projektējot ķēdes, izmantojot TRIAC, ir jāņem vērā šādi ierobežojumi

• TRIAC iekšpusē ir divas SCR struktūras, viena vada pozitīvās puses laikā un otra negatīvās puses laikā. Bet tie neizraisa simetriski, izraisot atšķirību izejas pozitīvajā un negatīvajā pusciklā
• Tā kā komutācija nav simetriska, tā noved pie augsta līmeņa harmonikas, kas ķēdē izraisīs troksni.
• Šī harmonikas problēma radīs arī elektromagnētiskos traucējumus (EMI)
• Izmantojot induktīvās slodzes, pastāv milzīgs risks, ka strāvas avots plūst pret avotu, tāpēc jānodrošina, ka TRIAC ir pilnībā izslēgts un induktīvā slodze tiek droši izvadīta pa alternatīvu ceļu