Mikä on triac: kytkentäpiiri ja sovellukset

Voimansiirtokytkimet, kuten BJT, SCR, IGBT, MOSFET ja TRIAC, ovat erittäin tärkeitä komponentteja kytkentäpiireissä, kuten DC-DC-muuntimet, moottorin nopeudensäätimet, moottoriohjaimet ja taajuusohjaimet jne. Jokaisella laitteella on oma ainutlaatuinen ominaisuutensa ja siten heillä on omat erityiset sovelluksensa. Tässä opetusohjelmassa opitaan TRIAC: sta, joka on kaksisuuntainen laite, mikä tarkoittaa, että se voi toimia molempiin suuntiin. Tämän ominaisuuden vuoksi TRIAC: ta käytetään yksinomaan sinimuotoisen vaihtovirran syöttöön.

Johdatus TRIAC: iin

Termi TRIAC tarkoittaa TRI oodi varten lternating C urrent. Se on kolmen päätelaitteen kytkentälaite, joka on samanlainen kuin SCR (tyristori), mutta se voi johtaa molempiin suuntiin, koska se rakentuu yhdistämällä kaksi SCR: tä rinnakkaisessa tilassa. TRIAC: n symboli ja tappi on esitetty alla.

Koska TRIAC on kaksisuuntainen laite, virta voi joko virrata MT1: stä MT2: een tai MT2: sta MT1: een, kun porttipääte laukeaa. TRIAC: lle tämä liipaisujännite, joka on tarkoitus kohdistaa portin liittimeen, voi olla joko positiivinen tai negatiivinen liittimeen MT2 nähden. Täten tämä asettaa TRIAC: n neljään toimintatilaan, kuten alla on lueteltu

Positiivinen jännite MT2: lla ja positiivinen pulssi porttiin (kvadrandi 1)
Positiivinen jännite MT2: lla ja negatiivinen pulssi portille (kvadrandi 2)
Negatiivinen jännite MT2: lla ja positiivinen pulssi portille (kvadrandi 3)
Negatiivinen jännite MT2: lla ja negatiivinen pulssi portille (kvadrandi 4)

VI TRIAC: n ominaisuudet

Seuraava kuva kuvaa TRIAC: n tilaa kussakin kvadrantissa.

TRIAC: n virran kytkeminen päälle ja pois päältä voidaan ymmärtää tarkastelemalla TRIAC: n VI karakterisointikaaviota, joka näkyy myös yllä olevassa kuvassa. Koska TRIAC on vain kahden SCR: n yhdistelmä vastakkaiseen suuntaan, näyttää VI-ominaisuustiedot samankaltaiselta kuin SCR: n. Kuten näette TRIAC lähinnä toimii 1 ^s Quadrant ja 3 ^rd Quadrant.

Käynnistysominaisuudet

TRIAC: n kytkemiseksi päälle, positiivinen tai negatiivinen porttijännite / pulssi on syötettävä TRIAC: n porttitappiin. Kun laukaistaan toinen sisäpuolella olevasta SCR: stä, TRIAC alkaa toimia MT1- ja MT2-liittimien napaisuuden perusteella. Jos MT2 on positiivinen ja MT1 on negatiivinen, ensimmäinen SCR johtaa ja jos MT2-pääte on negatiivinen ja MT1 on positiivinen, toinen SCR johtaa. Tällä tavoin jompikumpi SCR: stä pysyy aina päällä, mikä tekee TRIAC: sta ihanteellisen AC-sovelluksiin.

Vähimmäisjännitettä, joka on käytettävä portin tapaan TRIAC: n kytkemiseksi päälle, kutsutaan kynnysportin jännitteeksi (V _GT) ja tuloksena olevaa virtaa tapin läpi kutsutaan kynnysporttivirraksi (I _GT). Kun tämä jännite on kytketty, portin tappi, TRIAC siirtyy eteenpäin esijännitettynä ja alkaa johtaa, TRIAC: n siirtymisaika pois-tilasta päälle-tilaan kutsutaan käynnistysajaksi (t _on).

Aivan kuten SCR, TRIAC kerran kytkettynä pysyy päällä, ellei sitä vaihdeta. Mutta tässä tilanteessa TRIAC: n läpi kulkevan kuormavirran tulisi olla suurempi tai yhtä suuri kuin TRIAC: n lukitusvirta (I _L). Joten TRIAC pysyy päällä, vaikka porttipulssi olisi poistettu, kunhan kuormitusvirta on suurempi kuin lukitusvirran arvo.

Samoin kuin lukitusvirta, on olemassa toinen tärkeä arvo, jota kutsutaan pitovirraksi. Virran vähimmäisarvoa TRIAC: n pitämiseksi eteenpäin johtavassa tilassa kutsutaan pitovirraksi (I _H). TRIAC siirtyy jatkuvaan johtamistilaan vasta ohitettuaan pitovirta ja salpavirta yllä olevan kaavion mukaisesti. Myös minkä tahansa TRIAC: n lukitusvirran arvo on aina suurempi kuin pitovirran arvo.

Sammutusominaisuudet

TRIAC: n tai minkä tahansa muun virtalähteen virran katkaisuprosessia kutsutaan kommutointiksi, ja siihen tehtävän suorittamiseen liittyvää piiriä kutsutaan kommutointipiiriksi. Yleisin menetelmä TRIAC: n sammuttamiseksi on vähentää kuormavirtaa TRIAC: n kautta, kunnes se saavuttaa pitovirran arvon (I _H) alapuolella. Tämän tyyppistä kommutointia kutsutaan pakotetuksi kommutointiksi DC-piireissä. Opimme lisää siitä, miten TRIAC kytketään päälle ja pois päältä sen sovelluspiirien kautta.

TRIAC-sovellukset

TRIAC: tä käytetään hyvin yleisesti paikoissa, joissa vaihtovirtaa on ohjattava, esimerkiksi kattotuulettimien nopeussäätimissä, vaihtovirta-lamppujen himmenninpiireissä jne. Katsotaanpa yksinkertainen TRIAC-kytkentäpiiri ymmärtämään, miten se toimii käytännössä.

Tässä olemme käyttäneet TRIAC-laitetta kytkemään päälle ja pois päältä vaihtovirta painikkeella. Verkkovirtalähde kytketään sitten pieneen lamppuun TRIAC: n kautta, kuten yllä on esitetty. Kun kytkin on suljettu, vaihejännite kohdistetaan TRIAC: n hilatappiin vastuksen R1 kautta. Jos tämä portin jännite on yli portin kynnysjännitteen, portin tapin läpi virtaa virta, joka on suurempi kuin portin kynnysvirta.

Tässä tilassa TRIAC siirtyy eteenpäin esijännitteeseen ja kuormitusvirta kulkee polttimon kautta. Jos kuormat kuluttavat tarpeeksi virtaa, TRIAC siirtyy lukitustilaan. Mutta koska tämä on vaihtovirtalähde, jännite saavuttaa nollan jokaista puolisykliä kohti ja siten myös virta saavuttaa hetkellisesti nollan. Siksi lukitus ei ole mahdollista tässä piirissä ja TRIAC sammuu heti, kun kytkin avataan, eikä kommutointipiiriä tarvita tässä. Tämän tyyppistä TRIAC-kommutointia kutsutaan luonnolliseksi kommutointiksi. Rakennetaan nyt tämä piiri leipälevylle BT136 TRIAC: lla ja tarkistetaan, miten se toimii.

Suurta varovaisuutta tarvitaan työskenneltäessä vaihtovirtalähteiden kanssa, käyttöjännitettä pienennetään turvallisuussyistä. 230 V 50 Hz: n vakiovirta (Intiassa) vähennetään 12 V 50 Hz: iin muuntajan avulla. Pieni polttimo on kytketty kuormana. Kokeellinen kokoonpano näyttää tältä alla, kun se on valmis.

Kun painiketta painetaan, portin tappi vastaanottaa portin jännitteen ja siten TRIAC kytketään päälle. Lamppu hehkuu niin kauan kuin painiketta pidetään painettuna. Kun painike vapautetaan, TRIAC on salvatilassa, mutta koska tulojännite on vaihtovirta, vaikka TRIAC menee pitovirran alapuolelle ja siten TRIAC sammuu, täydellinen toiminta löytyy myös videosta. annetaan tämän opetusohjelman lopussa.

TRIAC-ohjaus mikrokontrollereilla

Kun TRIAC: ita käytetään valon himmentiminä tai vaiheen ohjaussovelluksissa, portin tapiin syötettyä portin pulssia on ohjattava mikrokontrollerilla. Tällöin myös portti tappi eristetään opto-liittimellä. Saman kytkentäkaavio on esitetty alla.

TRIAC: n ohjaamiseksi 5V / 3.3V-signaalilla käytämme optokytkintä, kuten MOC3021, jonka sisällä on TRIAC. Tämän TRIAC: n voi laukaista 5 V / 3,3 V valodiodin kautta. Yleensä PWM-signaali syötetään 1 ^st pin MOC3021 ja taajuus ja pulssisuhde PWM signaali voidaan vaihdella saada halutun tehon. Tämän tyyppistä piiriä käytetään yleensä lampun kirkkauden tai moottorin nopeuden säätämiseen.

Nopeusvaikutus - Snubber-piirit

Kaikki TRIAC: t kärsivät ongelmasta nimeltä Rate Effect. Tällöin MT1-liitäntään kohdistuu jyrkkä jännitteen nousu kytkentämelun tai transienttien takia tai ylijännitettynä, TRIAC epäonnistuu ja keskeyttää sen kytkentäsignaalina ja kytkeytyy automaattisesti päälle. Tämä johtuu päätelaitteiden MT1 ja MT2 välisestä sisäisestä kapasitanssista.

Helpoin tapa ratkaista tämä ongelma on käyttää Snubber-piiriä. Edellä olevassa piirissä vastus R2 (50R) ja kondensaattori C1 (10nF) muodostavat yhdessä RC-verkon, joka toimii Snubber-piirinä. Kaikki RC1: lle syötetyt huippujännitteet havaitaan tässä RC-verkossa.

Takaiskuefekti

Toinen yleinen ongelma, jonka suunnittelijat kohtaavat käyttäessään TRIACia, on Backlash-vaikutus. Tämä ongelma ilmenee, kun potentiometriä käytetään TRIAC-portin jännitteen ohjaamiseen. Kun POT käännetään minimiarvoon, porttitappiin ei kohdisteta jännitettä ja näin ollen kuorma kytketään pois päältä. Mutta kun POT käännetään maksimiarvoon, TRIAC ei kytkeydy päälle nastojen MT1 ja MT2 välisen kapasitanssivaikutuksen takia, tämän kondensaattorin tulisi löytää polku purkautumiseen, muuten se ei salli TRIAC: n käynnistymistä. Tätä vaikutusta kutsutaan Backlash-efektiksi. Tämä ongelma voidaan korjata tuomalla yksinkertaisesti vastus sarjaan kytkentäpiirin kanssa, jotta kondensaattori purkautuu.

Radiotaajuushäiriöt (RFI) ja TRIAC

TRIAC-kytkentäpiirit ovat alttiimpia radiotaajuushäiriöille (EFI), koska kun kuormitus kytketään päälle, virta nostaa muodon 0A yhtäkkiä maksimiarvoon, mikä luo sähköpulssien purskeen, joka aiheuttaa radiotaajuisen rajapinnan. Mitä suurempi kuormavirta on, sitä huonommat häiriöt. Suppressoripiirien käyttö kuten LC-vaimennin ratkaisee tämän ongelman.

TRIAC - Rajoitukset

Kun vaaditaan vaihtamaan AC-aaltomuotoja molempiin suuntiin, TRIAC on ilmeisesti ensimmäinen valinta, koska se on ainoa kaksisuuntainen sähköinen elektroninen kytkin. Se toimii aivan kuten kaksi SCR: ää, jotka on kytketty toisiinsa ja joilla on myös samat ominaisuudet. Vaikka suunniteltaessa piirejä TRIAC: n avulla, on otettava huomioon seuraavat rajoitukset

TRIAC: n sisällä on kaksi SCR-rakennetta, toinen johtaa positiivisen puoliskon aikana ja toinen negatiivisen puoliskon aikana. Mutta ne eivät laukaise symmetrisesti aiheuttaen eroa tuotoksen positiivisessa ja negatiivisessa puolisyklissä
Koska kytkentä ei ole symmetristä, se johtaa korkean tason harmonisiin, mikä aiheuttaa melua piirissä.
Tämä harmoninen ongelma johtaa myös sähkömagneettisiin häiriöihin (EMI)
Kun käytetään induktiivisia kuormia, on olemassa suuri riski, että virta lähtee kohti virtaavaa virtaa, joten on varmistettava, että TRIAC sammutetaan kokonaan ja induktiivinen kuorma purkautuu turvallisesti vaihtoehtoisen reitin kautta