- Úvod do systému TRIAC
- VI Charakteristika systému TRIAC
- Aplikácie TRIAC
- Ovládanie TRIAC pomocou mikrokontrolérov
- Miera efektu - obvody tlmenia
- Efekt vôle
- Rádiofrekvenčné rušenie (RFI) a TRIAC
- TRIAC - Obmedzenia
Elektronické spínače Power ako BJT, SCR, IGBT, MOSFET a TRIAC sú veľmi dôležitými prvkami, pokiaľ ide o spínacie obvody ako DC-DC meniče, otáčky motora kontroléry, motorových ovládačov a frekvenčných kontroléry atď. Každé zariadenie má svoj vlastný jedinečný majetok a teda majú svoje vlastné špecifické aplikácie. V tomto výučbe sa dozvieme o TRIAC, čo je obojsmerné zariadenie, čo znamená, že môže pracovať oboma smermi. Kvôli tejto vlastnosti sa TRIAC používa výlučne tam, kde je zapojené sínusové striedavé napájanie.
Úvod do systému TRIAC
Termín TRIAC je skratka pre TRI ódou na A lternating C urrent. Jedná sa o trojpólové spínacie zariadenie podobné SCR (tyristor), ale môže viesť obojsmerne, pretože je vytvorené kombináciou dvoch SCR v antiparalelnom stave. Symbol a špendlík v systéme TRIAC sú uvedené nižšie.
Pretože TRIAC je obojsmerné zariadenie, môže prúd pri spustení hradlového terminálu prúdiť buď z MT1 do MT2, alebo z MT2 do MT1. Pre TRIAC môže byť toto spúšťacie napätie, ktoré sa má aplikovať na bránu, buď kladné alebo záporné vzhľadom na svorku MT2. Týmto sa TRIAC uvedie do štyroch prevádzkových režimov, ktoré sú uvedené nižšie
- Kladné napätie pri MT2 a kladný impulz do hradla (kvadrant 1)
- Kladné napätie pri MT2 a záporný impulz do hradla (kvadrant 2)
- Záporné napätie pri MT2 a kladný impulz do hradla (kvadrant 3)
- Záporné napätie pri MT2 a záporný impulz do hradla (kvadrant 4)
VI Charakteristika systému TRIAC
Nasledujúci obrázok zobrazuje stav systému TRIAC v každom kvadrante.
Charakteristiky zapínania a vypínania TRIAC-u možno pochopiť pohľadom na graf charakteristík VI TRIAC-u, ktorý je tiež znázornený na obrázku vyššie. Pretože TRIAC je iba kombináciou dvoch SCR v antiparalelnom smere, graf charakteristík VI vyzerá podobne ako graf SCR. Ako vidíte, TRIAC väčšinou pracuje v 1. kvadrante a 3. kvadrante.
Charakteristiky zapnutia
Pre zapnutie TRIAC musí byť na pin hradla TRIAC dodané kladné alebo záporné hradlové napätie / impulz. Keď sa spustí jeden z dvoch SCR vo vnútri, TRIAC začne pracovať na základe polarity terminálov MT1 a MT2. Ak je MT2 pozitívny a MT1 je negatívny, vedie prvý SCR a ak je terminál MT2 záporný a MT1 je pozitívny, vedie druhý SCR. Týmto spôsobom buď jeden z SCR stále zostáva, čím je TRIAC ideálny pre AC aplikácie.
Minimálne napätie, ktoré musí byť aplikované na hradlový kolík, aby sa zapol TRIAC, sa nazýva prahové hradlové napätie (V GT) a výsledný prúd cez hradlový kolík sa nazýva prah hradlového prúdu (I GT). Akonáhle je toto napätie aplikované na hradlový kolík, TRIAC sa posunie dopredu a začne viesť, čas potrebný na to, aby sa TRIAC zmenil zo stavu vypnutia do stavu zapnutia, sa nazýva čas zapnutia (t on).
Rovnako ako SCR, aj TRIAC po zapnutí zostane zapnutý, pokiaľ nie je komutovaný. Ale pre túto podmienku zaťaženia prúd TRIAC by mala byť väčšia ako alebo rovná aretačná prúd (I L) v TRIAC. Takže aby sme dospeli k záveru, že TRIAC zostane zapnutý aj po odstránení impulzu hradla, pokiaľ je záťažový prúd väčší ako hodnota aretačného prúdu.
Podobne ako pri západkovom prúde existuje aj ďalšia dôležitá hodnota prúdu, ktorá sa nazýva prídržný prúd. Minimálna hodnota prúdu, ktorá udržuje TRIAC v režime dopredného vedenia, sa nazýva prídržný prúd (IH). TRIAC vstúpi do režimu nepretržitého vedenia až po prechode zadržiavacím prúdom a blokovacím prúdom, ako je znázornené na grafe vyššie. Tiež hodnota blokovacieho prúdu ktoréhokoľvek TRIAC bude vždy vyššia ako hodnota zadržovacieho prúdu.
Vypínacia charakteristika
Proces vypínania TRIAC alebo iného výkonového zariadenia sa nazýva komutácia a obvod s ním spojený na vykonávanie úlohy sa nazýva komutačný obvod. Najbežnejšou metódou používanou na vypnutie TRIAC je zníženie zaťažovacieho prúdu cez TRIAC, až kým nedosiahne hodnotu udržiavacieho prúdu (IH). Tento typ komutácie sa v obvodoch jednosmerného prúdu nazýva vynútená komutácia. Dozvieme sa viac o tom, ako je TRIAC zapnutý a vypnutý prostredníctvom aplikačných obvodov.
Aplikácie TRIAC
TRIAC sa veľmi často používa v miestach, kde je potrebné riadiť striedavé napájanie, používa sa napríklad v regulátoroch otáčok stropných ventilátorov, stmievacích obvodoch žiaroviek atď. Pozrime sa na jednoduchý spínací obvod TRIAC, aby sme pochopili, ako to funguje prakticky.
Tu sme použili TRIAC na zapnutie a vypnutie záťaže AC pomocou tlačidla. Ako je to znázornené vyššie, potom je sieťový napájací zdroj pripojený k malej žiarovke cez TRIAC. Keď je spínač zopnutý, fázové napätie sa privádza na hradlový kolík TRIAC cez odpor R1. Ak je toto hradlové napätie vyššie ako prahové napätie hradla, potom cez hradlový kolík preteká prúd, ktorý bude väčší ako medzný prah hradla.
Za tohto stavu vstupuje TRIAC do predpätia a prúd záťaže bude prúdiť žiarovkou. Ak zaťaženie spotrebuje dostatok prúdu, vstupuje TRIAC do stavu blokovania. Ale keďže sa jedná o zdroj striedavého prúdu, napätie dosiahne nulu za každý pol cyklus a teda aj prúd dosiahne na okamih nulu. Blokovanie preto nie je v tomto obvode možné a TRIAC sa vypne, akonáhle je spínač otvorený a nie je tu potrebný komutačný obvod. Tento typ komutácie TRIAC sa nazýva prirodzená komutácia. Teraz postavme tento obvod na prkénku pomocou BT136 TRIAC a skontrolujme, ako funguje.
Pri práci so sieťovými zdrojmi je potrebná veľká opatrnosť, prevádzkové napätie je z bezpečnostných dôvodov znížené. Štandardné napájanie zo siete 230V 50Hz (v Indii) je pomocou transformátora znížené na 12V 50Hz. Malá žiarovka je pripojená ako záťaž. Po dokončení bude experimentálne nastavenie vyzerať takto.
Po stlačení tlačidla prijíma pin hradla hradlové napätie a tým je TRIAC zapnutý. Žiarovka bude svietiť, pokiaľ je tlačidlo držané stlačené. Po uvoľnení tlačidla bude TRIAC v zablokovanom stave, ale keďže vstupné napätie je AC, prúd aj napriek tomu, že TRIAC poklesne pod prídržný prúd a tak sa TRIAC vypne, úplné fungovanie nájdete aj vo videu uvedený na konci tohto tutoriálu.
Ovládanie TRIAC pomocou mikrokontrolérov
Keď sa TRIAC používajú ako stmievače svetla alebo na aplikáciu fázového riadenia, hradlový impulz dodávaný do hradla sa musí riadiť pomocou mikrokontroléra. V takom prípade bude hradlový kolík tiež izolovaný pomocou optočlenu. Schéma zapojenia rovnakých obvodov je uvedená nižšie.
Na ovládanie TRIAC pomocou signálu 5V / 3,3V použijeme optospojku ako MOC3021, ktorá má v sebe TRIAC. Tento TRIAC môže byť spustený 5V / 3,3V cez svetelnú diódu. Normálne signál PWM sa aplikuje na 1 I. čapu MOC3021 a frekvencie a pracovného cyklu signálu PWM bude meniť tak, aby sa požadovaný výkon. Tento typ obvodu sa bežne používa na reguláciu jasu žiarovky alebo na reguláciu otáčok motora.
Miera efektu - obvody tlmenia
Všetci TRIAC trpia problémom nazývaným Rate Effect. To znamená, že keď je svorka MT1 vystavená prudkému zvýšeniu napätia v dôsledku prepínacieho šumu alebo prechodových javov alebo rázov, TRIAC ju preruší ako prepínací signál a automaticky sa zapne. Je to z dôvodu vnútornej kapacity prítomnej medzi svorkami MT1 a MT2.
Najjednoduchší spôsob, ako prekonať tento problém, je použitie obvodu Snubber. Vo vyššie uvedenom obvode tvoria rezistor R2 (50R) a kondenzátor C1 (10nF) spoločne RC sieť, ktorá funguje ako Snubberov obvod. Akékoľvek špičkové napätie dodávané do MT1 bude táto RC sieť pozorovať.
Efekt vôle
Ďalším častým problémom, s ktorým sa stretnú dizajnéri pri používaní TRIAC, je efekt Backlash. Tento problém nastáva, keď sa na riadenie hradlového napätia zariadenia TRIAC používa potenciometer. Keď je POT nastavený na minimálnu hodnotu, na kolík hradla nebude pripojené žiadne napätie a záťaž sa tak vypne. Ale keď je POT nastavený na maximálnu hodnotu, TRIAC sa nezapne kvôli kapacitnému efektu medzi pinmi MT1 a MT2, tento kondenzátor by mal nájsť cestu k vybitiu, inak to TRIACu nedovolí zapnúť. Tento efekt sa nazýva Backlash effect. Tento problém je možné napraviť jednoduchým zavedením rezistora do série so spínacím obvodom, aby sa zabezpečila cesta pre vybitie kondenzátora.
Rádiofrekvenčné rušenie (RFI) a TRIAC
Spínacie obvody TRIAC sú náchylnejšie na vysokofrekvenčné rušenie (EFI), pretože keď je záťaž zapnutá, prúd zrazu zvýši formu 0A na maximálnu hodnotu, čím vytvorí výbuch elektrických impulzov, ktoré spôsobia vysokofrekvenčné rozhranie. Čím väčší je záťažový prúd, tým horšie bude rušenie. Tento problém vyrieši použitie obvodov Supresor ako LC Supresor.
TRIAC - Obmedzenia
Pokiaľ je potrebné prepínať krivky striedavého prúdu v oboch smeroch, bude TRIAC samozrejme prvou voľbou, pretože je to jediný obojsmerný výkonový elektronický spínač. Funguje rovnako ako dva SCR spojené chrbtom k sebe a tiež zdieľajú rovnaké vlastnosti. Aj keď pri navrhovaní obvodov pomocou TRIAC musia byť zohľadnené nasledujúce obmedzenia
- TRIAC má vo vnútri dve štruktúry SCR, jednu vedie počas kladnej polovice a druhú počas zápornej polovice. Nespúšťajú však symetricky spôsobujúce rozdiel v pozitívnom a negatívnom polovičnom cykle výstupu
- Pretože prepínanie nie je symetrické, vedie k vysokým úrovniam harmonických, ktoré indukujú šum v obvode.
- Tento problém s harmonickými tiež povedie k elektromagnetickému rušeniu (EMI)
- Pri použití indukčných záťaží existuje veľké riziko zapínacieho prúdu prúdiaceho k zdroju, preto by sa malo zabezpečiť, aby bol TRIAC úplne vypnutý a indukčná záťaž bola bezpečne vybíjaná alternatívnou cestou.