Vad är triac: kopplingskrets och applikationer

Effektelektroniska omkopplare som BJT, SCR, IGBT, MOSFET och TRIAC är mycket viktiga komponenter när det gäller att koppla om kretsar som DC-DC-omvandlare, motorhastighetsregulatorer, motordrivrutiner och frekvensstyrenheter etc. Varje enhet har sin egen unika egenskap och alltså har de sina egna specifika applikationer. I denna handledning lär vi oss om TRIAC, som är en dubbelriktad enhet, vilket betyder att den kan leda i båda riktningarna. På grund av denna egenskap används TRIAC uteslutande där sinusformad växelströmsförsörjning är inblandad.

Introduktion till TRIAC

Termen TRIAC står för TRI- ode för A lternating C urrent. Det är en treterminalomkopplingsanordning som liknar SCR (Thyristor) men den kan leda i båda riktningarna eftersom den konstrueras genom att kombinera två SCR i antiparallellt tillstånd. Symbolen och nålen i TRIAC visas nedan.

Eftersom TRIAC är en dubbelriktad enhet kan strömmen antingen flöda från MT1 till MT2 eller från MT2 till MT1 när grindterminalen utlöses. För en TRIAC kan denna utlösarspänning som ska appliceras på grindterminalen antingen vara positiv eller negativ med avseende på terminal MT2. Således placerar TRIAC i fyra driftlägen enligt nedan

• Positiv spänning vid MT2 och positiv puls till grind (kvadrant 1)
• Positiv spänning vid MT2 och negativ puls till grind (kvadrant 2)
• Negativ spänning vid MT2 och positiv puls till grind (kvadrant 3)
• Negativ spänning vid MT2 och negativ puls till grind (kvadrant 4)

VI Egenskaper för en TRIAC

Bilden nedan illustrerar status för TRIAC i varje kvadrant.

På- och avstängningskaraktäristikerna för TRIAC kan förstås genom att titta på VI-karakteristikdiagrammet för TRIAC som också visas i bilden ovan. Eftersom TRIAC bara är en kombination av två SCR i antiparallell riktning ser VI-karaktärsdiagrammet ut som en SCR. Som ni kan se TRIAC arbetar främst i ett ^st Quadrant och 3 ^{: e} Quadrant.

Slå på egenskaper

För att slå på en TRIAC måste en positiv eller negativ grindspänning / puls matas till TRIAC: s grindstift. När en av de två SCR utlöses inuti börjar TRIAC att utföra baserat på polariteten hos MT1- och MT2-terminalerna. Om MT2 är positiv och MT1 är negativ leder den första SCR och om MT2-terminalen är negativ och MT1 är positiv så leder andra SCR. På så sätt förblir en av SCR alltid på och gör TRIAC perfekt för AC-applikationer.

Den minsta spänningen som måste appliceras på grindstiftet för att slå PÅ en TRIAC kallas som tröskelgrindspänningen (V _GT) och den resulterande strömmen genom grindstiftet kallas som tröskelgrindströmmen (I _GT). När denna spänning har applicerats på grindstiften blir TRIAC förspänd framåt och börjar leda, den tid det tar för TRIAC att byta från från-tillstånd till på-tillstånd kallas som påslagningstid (t _på).

Precis som en SCR förblir TRIAC en gång påslagen om den inte kommuteras. Men för detta tillstånd bör belastningsströmmen genom TRIAC vara större än eller lika med låsströmmen (I _L) för TRIAC. Så för att avsluta kommer en TRIAC att vara påslagen även efter att portpulsen tagits bort så länge belastningsströmmen är större än värdet på spärrströmmen.

På samma sätt som spärrström finns det ett annat viktigt strömvärde som kallas hållström. Minimivärdet för ström för att hålla TRIAC i ledningsläge framåt kallas som hållströmmen (_IH). En TRIAC går in i kontinuerligt ledningsläge först efter att ha passerat genom hållströmmen och spärrströmmen som visas i diagrammet ovan. Även värdet på spärrström för vilken TRIAC som helst kommer alltid att vara större än värdet på hållströmmen.

Avstängningsegenskaper

Processen för att stänga av en TRIAC eller någon annan kraftenhet kallas som pendling, och kretsen associerad med den för att utföra uppgiften kallas som en kommutationskrets. Den vanligaste metoden som används för att stänga av en TRIAC är att minska belastningsströmmen genom TRIAC tills den når under värdet på hållströmmen (_IH). Denna typ av pendling kallas för tvungen pendling i likströmskretsar. Vi lär oss mer om hur en TRIAC slås på och stängs av genom applikationskretsarna.

TRIAC-applikationer

TRIAC används mycket ofta på platser där växelström måste kontrolleras, till exempel används den i hastighetsregulatorerna för takfläktar, AC-lampa dimmerkretsar etc. Låt oss titta på en enkel TRIAC-omkopplingskrets för att förstå hur den fungerar praktiskt.

Här har vi använt TRIAC för att slå på och av en växelström genom en tryckknapp. Strömkällan kopplas sedan till en liten glödlampa genom TRIAC som visas ovan. När omkopplaren är stängd appliceras fasspänningen på grindstiftet på TRIAC genom motståndet R1. Om denna grindspänning ligger över grindtröskelspänningen strömmar en ström genom grindstiftet, vilket kommer att vara större än grindtröskelströmmen.

Vid detta tillstånd träder TRIAC framåt och belastningsströmmen kommer att strömma genom lampan. Om lasten förbrukar tillräckligt med ström går TRIAC i spärrläge. Men eftersom detta är en växelströmskälla kommer spänningen att nå noll för varje halvcykel och därmed kommer strömmen också att nå noll tillfälligt. Därför är spärrning inte möjlig i denna krets och TRIAC stängs av så snart omkopplaren öppnas och ingen kommuteringskrets krävs här. Denna typ av pendling av TRIAC kallas för naturlig pendling. Låt oss nu bygga den här kretsen på ett brödbräda med BT136 TRIAC och kontrollera hur det fungerar.

Stor försiktighet krävs vid arbete med växelströmsförsörjning. Driftspänningen minskas av säkerhetsskäl. Standardströmmen på 230V 50Hz (i Indien) trappas ner till 12V 50Hz med en transformator. En liten glödlampa är ansluten som en last. Den experimentella installationen ser ut så här nedan när den är klar.

När du trycker på knappen mottar grindstiftet grindspänningen och därmed slås TRIAC PÅ. Glödlampan lyser så länge knappen hålls intryckt. När knappen har släppts kommer TRIAC att vara i spärrat tillstånd, men eftersom ingångsspänningen är AC är strömmen även om TRIAC kommer att gå under hållströmmen och därmed stängs TRIAC av, kan hela arbetet också hittas i videon ges i slutet av denna handledning.

TRIAC-kontroll med hjälp av mikrokontroller

När TRIAC används som ljusdimmer eller för fasstyrningstillämpning måste grindpulsen som matas till grindstiftet styras med en mikrokontroller. I så fall isoleras grindstiftet också med en optokopplare. Kretsschemat för detsamma visas nedan.

För att styra TRIAC med en 5V / 3.3V-signal kommer vi att använda en optokopplare som MOC3021 som har en TRIAC inuti. Denna TRIAC kan utlösas av 5V / 3.3V via den ljusemitterande dioden. Normalt en PWM-signal kommer att tillämpas på den 1 ^{: a} -stiftet i MOC3021 och frekvensen och pulskvoten hos PWM-signalen kommer att varieras för att få önskad effekt. Denna typ av krets används normalt för lampans ljusstyrningskontroll eller motorvarvtalsreglering.

Rate Effect - Snubber Circuits

Alla TRIAC lider av ett problem som kallas Rate Effect. Det är då MT1-terminalen utsätts för kraftig ökning av spänningen på grund av omkopplingsbrus eller transienter eller ökar TRIAC-missavbrottet som en kopplingssignal och slås PÅ automatiskt. Detta beror på den interna kapacitansen för nuvarande mellan terminalerna MT1 och MT2.

Det enklaste sättet att lösa detta problem är att använda en Snubber-krets. I ovanstående krets bildar motståndet R2 (50R) och kondensatorn C1 (10nF) tillsammans ett RC-nätverk som fungerar som en Snubber-krets. Eventuella toppspänningar som levereras till MT1 kommer att observeras av detta RC-nätverk.

Backlash Effect

Ett annat vanligt problem som kommer att mötas av designers när de använder TRIAC är Backlash-effekten. Detta problem uppstår när en potentiometer används för att styra TRIACs grindspänning. När POT: n sätts till minimivärde kommer ingen spänning att appliceras på grindstiftet och därmed kommer belastningen att stängas av. Men när POT: n sätts till maximalt värde kommer TRIAC inte att sättas på på grund av kapacitanseffekten mellan stiften MT1 och MT2, den här kondensatorn bör hitta en väg att urladda annars tillåter den inte att TRIAC slås PÅ. Denna effekt kallas Backlash-effekten. Detta problem kan åtgärdas genom att helt enkelt införa ett motstånd i serie med omkopplingskrets för att ge en väg för kondensatorn att urladdas.

Radiofrekvensinterferens (RFI) och TRIAC

TRIAC-omkopplingskretsar är mer benägna att radiofrekvensstörningar (EFI), för när belastningen slås på ökar strömmen formen 0A till maximalt värde plötsligt, vilket skapar en serie elektriska pulser som orsakar radiofrekvensgränssnittet. Ju större belastningsström är desto värre blir störningen. Att använda suppressorkretsar som en LC-suppressor löser detta problem.

TRIAC - Begränsningar

När det krävs att växla växelströmsvågformer i båda riktningarna är TRIAC självklart det första valet eftersom det är den enda dubbelriktade effektelektronikomkopplaren. Det fungerar precis som två SCR-enheter som är anslutna i rygg mot rygg-mode och delar också samma egenskaper. Även om följande begränsningar måste beaktas vid utformning av kretsar med TRIAC

• TRIAC har två SCR-strukturer inuti, den ena leder under den positiva halvan och den andra under den negativa halvan. Men de utlöser inte symmetriskt och orsakar skillnad i den positiva och negativa halvcykeln för produktionen
• Eftersom omkopplingen inte är symmetrisk leder det till höga övertoner som kommer att inducera brus i kretsen.
• Detta harmoniska problem kommer också att leda till elektromagnetisk störning (EMI)
• Vid användning av induktiva belastningar, finns det en enorm risk för att strömmen strömmar in mot källan, därför bör det säkerställas att TRIAC stängs av helt och induktiv belastning släpps ut säkert genom en alternativ väg