Was ist Triac: Schaltkreis und Anwendungen

Leistungselektronische Schalter wie BJT, SCR, IGBT, MOSFET und TRIAC sind sehr wichtige Komponenten, wenn es um Schaltkreise wie DC-DC-Wandler, Motordrehzahlregler, Motortreiber und Frequenzregler usw. geht. Jedes Gerät hat seine eigenen Eigenschaften und Eigenschaften Somit haben sie ihre eigenen spezifischen Anwendungen. In diesem Tutorial lernen wir den TRIAC kennen, ein bidirektionales Gerät, das in beide Richtungen führen kann. Aufgrund dieser Eigenschaft wird TRIAC ausschließlich bei sinusförmiger Wechselstromversorgung eingesetzt.

Einführung in TRIAC

Der Begriff TRIAC steht für TRI Ode für A lternating C urrent. Es ist ein SCR (Thyristor) ähnliches Schaltgerät mit drei Anschlüssen, das jedoch in beide Richtungen leiten kann, da es durch Kombination von zwei SCR im antiparallelen Zustand aufgebaut wird. Das Symbol und der Pin von TRIAC sind unten dargestellt.

Da der TRIAC ein bidirektionales Gerät ist, kann der Strom entweder von MT1 nach MT2 oder von MT2 nach MT1 fließen, wenn der Gate-Anschluss ausgelöst wird. Bei einem TRIAC kann diese Triggerspannung, die an den Gate-Anschluss angelegt werden soll, in Bezug auf den Anschluss MT2 entweder positiv oder negativ sein. Somit wird der TRIAC in vier Betriebsmodi versetzt, wie unten aufgeführt

• Positive Spannung an MT2 und positiver Impuls zum Gate (Quadrant 1)
• Positive Spannung an MT2 und negativer Impuls zum Gate (Quadrant 2)
• Negative Spannung an MT2 und positiver Impuls an Gate (Quadrant 3)
• Negative Spannung an MT2 und negativer Impuls zum Gate (Quadrant 4)

VI Eigenschaften eines TRIAC

Das folgende Bild zeigt den Status von TRIAC in jedem Quadranten.

Das Ein- und Ausschalten des TRIAC kann anhand des VI-Diagramms des TRIAC verstanden werden, das auch im obigen Bild dargestellt ist. Da der TRIAC nur eine Kombination von zwei SCR in antiparalleler Richtung ist, ähnelt der VI-Charakteristikgraph dem eines SCR. Wie können Sie die TRIAC sehen vor allem in der 1 arbeitet ^st Quadrant und dem 3 ^rd Quadrant.

Einschaltmerkmale

Um einen TRIAC einzuschalten, muss eine positive oder negative Gate-Spannung / ein positiver Gate-Impuls an den Gate-Pin des TRIAC angelegt werden. Wenn einer der beiden SCR im Inneren ausgelöst wird, beginnt der TRIAC basierend auf der Polarität der Klemmen MT1 und MT2 zu leiten. Wenn MT2 positiv und MT1 negativ ist, leitet der erste SCR und wenn der MT2-Anschluss negativ und MT1 positiv ist, leitet der zweite SCR. Auf diese Weise bleibt einer der SCRs immer eingeschaltet, wodurch der TRIAC ideal für AC-Anwendungen ist.

Die minimale Spannung, die an den Gate-Pin angelegt werden muss, um einen TRIAC einzuschalten, wird als Schwellen-Gate-Spannung (V _GT) bezeichnet, und der resultierende Strom durch den Gate-Pin wird als Schwellen-Gate-Strom (I _GT) bezeichnet. Sobald diese Spannung an den Gate-Pin angelegt ist, wird der TRIAC vorwärts vorgespannt und beginnt zu leiten. Die Zeit, die der TRIAC benötigt, um vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand zu wechseln, wird als Einschaltzeit (t _on) bezeichnet.

Genau wie bei einem SCR bleibt der einmal eingeschaltete TRIAC eingeschaltet, es sei denn, er wird kommutiert. Für diesen Zustand sollte der Laststrom durch den TRIAC jedoch größer oder gleich dem Verriegelungsstrom (I _L) des TRIAC sein. Zum Schluss bleibt ein TRIAC auch nach Entfernen des Gate-Impulses eingeschaltet, solange der Laststrom größer als der Wert des Verriegelungsstroms ist.

Ähnlich wie beim Verriegelungsstrom gibt es einen weiteren wichtigen Stromwert, der als Haltestrom bezeichnet wird. Der minimale Stromwert, um den TRIAC im Vorwärtsleitungsmodus zu halten, wird als Haltestrom (I _H) bezeichnet. Ein TRIAC wechselt erst nach Durchlaufen des Haltestroms und des Verriegelungsstroms in den kontinuierlichen Leitungsmodus, wie in der obigen Grafik gezeigt. Auch der Wert des Verriegelungsstroms eines TRIAC ist immer größer als der Wert des Haltestroms.

Abschalteigenschaften

Der Vorgang des Ausschaltens eines TRIAC oder eines anderen Leistungsgeräts wird als Kommutierung bezeichnet, und die ihm zur Ausführung der Aufgabe zugeordnete Schaltung wird als Kommutierungsschaltung bezeichnet. Die gebräuchlichste Methode zum Ausschalten eines TRIAC besteht darin, den Laststrom durch den TRIAC zu reduzieren, bis er den Wert des Haltestroms (I _H) unterschreitet. Diese Art der Kommutierung wird in Gleichstromkreisen als erzwungene Kommutierung bezeichnet. Wir werden mehr darüber erfahren, wie ein TRIAC über seine Anwendungsschaltungen ein- und ausgeschaltet wird.

TRIAC-Anwendungen

TRIAC wird sehr häufig an Orten verwendet, an denen die Wechselstromversorgung geregelt werden muss, z. B. in Drehzahlreglern von Deckenventilatoren, Dimmerschaltkreisen für Wechselstromlampen usw. Schauen wir uns einen einfachen TRIAC-Schaltkreis an, um zu verstehen, wie er praktisch funktioniert.

Hier haben wir den TRIAC verwendet, um eine Wechselstromlast über einen Druckknopf ein- und auszuschalten. Die Netzstromquelle wird dann wie oben gezeigt über den TRIAC mit einer kleinen Glühbirne verbunden. Wenn der Schalter geschlossen ist, wird die Phasenspannung über den Widerstand R1 an den Gate-Pin des TRIAC angelegt. Wenn diese Gate-Spannung über der Gate-Schwellenspannung liegt, fließt ein Strom durch den Gate-Pin, der größer als der Gate-Schwellenstrom ist.

In diesem Zustand tritt der TRIAC in Vorwärtsrichtung ein und der Laststrom fließt durch die Glühlampe. Wenn die Lasten genügend Strom verbrauchen, geht der TRIAC in den Verriegelungszustand über. Da es sich jedoch um eine Wechselstromquelle handelt, erreicht die Spannung für jeden halben Zyklus Null, und somit erreicht der Strom auch kurzzeitig Null. Daher ist in dieser Schaltung keine Verriegelung möglich, und die TRIAC wird ausgeschaltet, sobald der Schalter geöffnet wird und hier keine Kommutierungsschaltung erforderlich ist. Diese Art der Kommutierung von TRIAC wird als natürliche Kommutierung bezeichnet. Lassen Sie uns nun diese Schaltung mit dem BT136 TRIAC auf einem Steckbrett aufbauen und überprüfen, wie es funktioniert.

Bei der Arbeit mit Wechselstromversorgungen ist große Vorsicht geboten. Die Betriebsspannung wird aus Sicherheitsgründen herabgesetzt. Die Standard-Wechselspannung von 230 V bis 50 Hz (in Indien) wird mit einem Transformator auf 12 V bis 50 Hz herabgesetzt. Eine kleine Glühbirne wird als Last angeschlossen. Der Versuchsaufbau sieht nach Abschluss folgendermaßen aus.

Wenn die Taste gedrückt wird, empfängt der Gate-Pin die Gate-Spannung und somit wird der TRIAC eingeschaltet. Die Glühbirne leuchtet, solange die Taste gedrückt gehalten wird. Sobald die Taste losgelassen wird, befindet sich der TRIAC im verriegelten Zustand. Da die Eingangsspannung jedoch Wechselstrom ist, wird der Strom, obwohl der TRIAC unter den Haltestrom fällt und somit der TRIAC ausgeschaltet wird, die vollständige Funktionsweise auch im Video gefunden gegeben am Ende dieses Tutorials.

TRIAC-Steuerung mit Mikrocontrollern

Wenn TRIACs als Lichtdimmer oder für Phasensteuerungsanwendungen verwendet werden, muss der dem Gate-Pin zugeführte Gate-Impuls mit einem Mikrocontroller gesteuert werden. In diesem Fall wird der Gate-Pin auch mit einem Optokoppler isoliert. Das Schaltbild dafür ist unten dargestellt.

Um den TRIAC mit einem 5V / 3,3V-Signal zu steuern, verwenden wir einen Optokoppler wie den MOC3021, in dem sich ein TRIAC befindet. Dieser TRIAC kann durch 5 V / 3,3 V über die Leuchtdiode ausgelöst werden. Normalerweise wird ein PWM - Signal an den 1 angewandt wird ^st Stift MOC3021 und die Frequenz und das Tastverhältnis des PWM - Signals wird die gewünschte Ausgabe zu erhalten, variiert werden. Diese Art von Schaltung wird normalerweise zur Steuerung der Lampenhelligkeit oder der Motordrehzahl verwendet.

Rate Effect - Snubber Circuits

Alle TRIACs leiden unter einem Problem namens Rate Effect. Dies ist der Fall, wenn der MT1-Anschluss aufgrund von Schaltrauschen oder Transienten einem starken Spannungsanstieg ausgesetzt ist oder wenn der TRIAC ihn als Schaltsignal falsch unterbricht und automatisch einschaltet. Dies liegt an der internen Kapazität der Gegenwart zwischen den Klemmen MT1 und MT2.

Der einfachste Weg, um dieses Problem zu lösen, ist die Verwendung einer Snubber-Schaltung. In der obigen Schaltung bilden der Widerstand R2 (50R) und der Kondensator C1 (10nF) zusammen ein RC-Netzwerk, das als Snubber-Schaltung wirkt. Alle an MT1 gelieferten Spitzenspannungen werden von diesem RC-Netzwerk beobachtet.

Spieleffekt

Ein weiteres häufiges Problem, mit dem Designer bei der Verwendung von TRIAC konfrontiert werden, ist der Spieleffekt. Dieses Problem tritt auf, wenn ein Potentiometer zur Steuerung der Gate-Spannung des TRIAC verwendet wird. Wenn der POT auf den Minimalwert gedreht wird, wird keine Spannung an den Gate-Pin angelegt und somit wird die Last ausgeschaltet. Wenn der POT jedoch auf den Maximalwert gedreht wird, schaltet sich der TRIAC aufgrund des Kapazitätseffekts zwischen den Pins MT1 und MT2 nicht ein. Dieser Kondensator sollte einen Weg zum Entladen finden, da sonst der TRIAC nicht eingeschaltet werden kann. Dieser Effekt wird als Spieleffekt bezeichnet. Dieses Problem kann behoben werden, indem einfach ein Widerstand in Reihe mit der Schaltschaltung geschaltet wird, um einen Weg für die Entladung des Kondensators bereitzustellen.

Radio Frequency Interference (RFI) und TRIACs

TRIAC-Schaltkreise sind anfälliger für Hochfrequenzstörungen (EFI), da der Strom beim Einschalten der Last plötzlich von 0A auf den Maximalwert ansteigt und so einen Stoß elektrischer Impulse erzeugt, der eine Hochfrequenzschnittstelle verursacht. Je größer der Laststrom ist, desto schlimmer ist die Störung. Die Verwendung von Suppressor-Schaltkreisen wie einem LC-Suppressor löst dieses Problem.

TRIAC - Einschränkungen

Wenn AC-Wellenformen in beide Richtungen geschaltet werden müssen, ist TRIAC offensichtlich die erste Wahl, da es der einzige bidirektionale leistungselektronische Schalter ist. Es verhält sich wie zwei SCRs, die hintereinander verbunden sind und dieselben Eigenschaften aufweisen. Beim Entwerfen von Schaltkreisen mit TRIAC müssen jedoch die folgenden Einschränkungen berücksichtigt werden

• Der TRIAC enthält zwei SCR-Strukturen, von denen eine während der positiven Hälfte und die andere während der negativen Hälfte leitet. Sie werden jedoch nicht symmetrisch ausgelöst, was zu Unterschieden im positiven und negativen Halbzyklus des Ausgangs führt
• Da das Schalten nicht symmetrisch ist, führt es auch zu Harmonischen mit hohem Pegel, die Rauschen in der Schaltung induzieren.
• Dieses Oberwellenproblem führt auch zu elektromagnetischen Störungen (EMI).
• Bei Verwendung von induktiven Lasten besteht ein großes Risiko, dass ein Einschaltstrom zur Quelle fließt. Daher sollte sichergestellt werden, dass TRIAC vollständig ausgeschaltet und die induktive Last sicher über einen anderen Pfad entladen wird