Triak a Tyristor - vysvetlenie princípu a spôsob použitia

Triak a Tyristor - vysvetlenie princípu a spôsob použitia
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  358 zobrazení
7
 0
Rádioamatérov almanach

Triak a tyristor sú polovodičové viac vrstvové komponenty konštruované ako spínač a môžu byť použité na ovládanie rôznych elektronických zariadení. V úvode si povedzme čo to o tyristore. Jedným z problémov použitia tyristora na ovládanie takýchto obvodov je však to, že sa tyristor správa ako dióda, čo znamená že ním prechádza prúd len v jednom smere, teda od anódy smerom ku katóde.

Pre jednosmerné spínacie obvody môže byť táto "jednosmerná" spínacia charakteristika prijateľná, pretože po spustení sa všetka jednosmerná energia dodáva priamo do záťaže. Ale v sínusových spínacích obvodoch striedavého prúdu môže byť toto jednosmerné prepínanie problémom, pretože prebieha iba počas jednej polovice cyklu (ako polvlný usmerňovač), keď je anóda kladná, bez ohľadu na to, čo robí signál brány. Potom pri prevádzke so striedavým prúdom je môže tyristor dodávať na výstup iba polovičný výkon do záťaže.

Aby sme dosiahli celovlnovú reguláciu výkonu, mohli by sme pripojiť jeden tyristor do celovlnového mostíkového usmerňovača, ktorý sa spúšťa na každej kladnej polvlne, alebo spojiť dva tyristory spolu inverzne paralelne (back-to-back), ako je znázornené nižšie. Ale to samozrejme zvyšuje zložitosť a počet komponentov použitých v spínacom obvode.

Konfigurácie tyristorov

Existuje však ďalší typ polovodičového komponentu nazývaného "Triode AC Switch" alebo skrátene triak, ktorý je tiež členom rodiny tyristorov, ktoré sa používajú ako polovodičové spínacie zariadenie, ale čo je dôležitejšie, je to "obojsmerný" komponent. Inými slovami, triak môže byť uvedený do vodivého stavu kladným aj záporným napätím aplikovaným na jeho anódu a kladnými aj zápornými spúšťacími impulzmi aplikovanými na jeho hradlový terminál, čo z neho robí dvojkvadrantový spínací komponent ovládaný bránou.

Triak sa správa rovnako ako dva konvenčné tyristory spojené navzájom inverzne paralelne (back-to-back) vzhľadom na seba a vďaka tomuto usporiadaniu tieto dva tyristory zdieľajú spoločnú svorku Gate, všetko v jednom trojpólovom púzdre.

Keďže triak vedie v oboch smeroch sínusového tvaru vlny, koncepcia anódového terminálu a katódového terminálu používaného na identifikáciu hlavných výkonových svoriek tyristora sú nahradené identifikáciou: MT1 pre hlavný terminál 1 a MT2 pre hlavný terminál 2. s terminálom brány G označeným rovnako.

Vo väčšine aplikácií spínania striedavého prúdu je terminál triakového hradla spojený s terminálom MT1, podobne ako vzťah hradlo-katóda tyristora alebo vzťah báza-emitor tranzistora. Konštrukcia, doping P-N a schematický symbol používaný na znázornenie triaku je uvedený nižšie.

Symbol a konštrukcia triaku

Teraz vieme, že triak je 4-vrstvový, PNPN v kladnom smere a NPNP v zápornom smere, trojpólový obojsmerný komponent, ktorý blokuje prúd vo svojom stave "OFF" a funguje ako spínač s otvoreným okruhom, ale na rozdiel od konvenčného tyristora môže triak viesť prúd v oboch smeroch, keď je spustený jediným impulzom brány. Potom má triak štyri možné prevádzkové režimy, ako je uvedené nižšie.

  • Ι + režim = kladný prúd MT2 (+ue), kladný prúd brány (+ue)
  • Ι – režim = kladný prúd MT2 (+ue), záporný prúd hradla (-ue)
  • ΙΙΙ + režim = záporný prúd MT2 (-ue), kladný prúd brány (+ue)
  • ΙΙΙ – Režim = prúd MT2 záporný (-ue), prúd hradla záporný (-ue)

A tieto štyri režimy, v ktorých môže byť triak prevádzkovaný, sú znázornené pomocou U - I charakteristík triaku.

U-I charakteristiky triaku

V kvadrante Ι je triak zvyčajne spustený do vedenia kladným hradlovým prúdom, vyššie označeným ako režim Ι+. Môže sa však spustiť aj záporným hradlovým prúdom, režim Ι–. Podobne v kvadrante <ΙΙΙ, spúšťanie záporným hradlovým prúdom, –ΙG je tiež bežné, režim ΙΙΙ– spolu s režimom ΙΙΙ+. Módy Ι– a ΙΙΙ+ sú však menej citlivé konfigurácie vyžadujúce väčší hradlový prúd na vyvolanie spúšťania ako bežnejšie triakové spúšťacie módy Ι+ a ΙΙΙ–.

Rovnako ako kremíkové riadené usmerňovače (SCR), triakové tiež vyžadujú minimálny prídržný prúd IH na udržanie vodivosti v bode kríženia priebehov. Potom, aj keď sú dva tyristory kombinované do jedného triakového zariadenia, stále vykazujú individuálne elektrické charakteristiky, ako sú rôzne prierazné napätia, prídržné prúdy a úrovne spúšťacieho napätia presne rovnaké, ako by sme očakávali od jedného zariadenia SCR.

Aplikácie s použitím triaku

Triak je najčastejšie používaný polovodičový komponent na spínanie a riadenie napájania AC systémov, pretože triak môže byť zapnutý buď kladným alebo záporným impulzom brány, bez ohľadu na polaritu striedavého prúdu v danom čase. Vďaka tomu je triak ideálny na ovládanie žiarovky alebo záťaže striedavého motora s veľmi základným triakovým spínacím obvodom uvedeným nižšie.

Triakový spínací obvod

Vyššie uvedený obvod zobrazuje jednoduchý spínací obvod triakového napájania spúšťaný jednosmerným prúdom. Keď je spínač SW1 otvorený, do brány triaku netečie žiadny prúd a lampa je preto "OFF". Keď je SW1 zatvorený, hradlový prúd je privedený do triaku z batériového zdroja VG cez odpor R a triak je privedený do plnej vodivosti pôsobiacej ako zopnutý spínač a plný výkon lampy čerpá zo sínusového napájania.

Keďže batéria dodáva kladný hradlový prúd do triaku vždy, keď je spínač SW1 zatvorený, triak je preto neustále hradlovaný v režimoch Ι+ a ΙΙΙ+ bez ohľadu na polaritu svorky MT2.

Samozrejme, problém s týmto jednoduchým spínacím obvodom triaku je v tom, že by sme potrebovali dodatočné napájanie kladného alebo záporného hradla na spustenie triaku do vedenia. Ale môžeme tiež spustiť triak pomocou skutočného AC napájacieho napätia samotného ako spúšťacieho napätia brány. Obvod uvedený nižšie.

Triakový spínací obvod

Obvod zobrazuje triak, ktorý sa používa ako jednoduchý statický vypínač striedavého prúdu, ktorý poskytuje funkciu "ON" - "OFF" podobnú prevádzke ako predchádzajúci obvod jednosmerného prúdu. Keď je spínač SW1 otvorený, triak funguje ako otvorený spínač a lampa prechádza nulovým prúdom. Keď je spínač SW1 zatvorený, triak sa zapne cez odpor obmedzujúci prúd R a krátko po začiatku každého polcyklu sa automaticky zablokuje, čím sa prepne plný výkon na záťaž v tomzo prípade lampu.

Keďže napájanie je sínusové striedavé napätie, triak sa automaticky odblokuje na konci každého polcyklu striedavého prúdu ako okamžité napájacie napätie, a preto zaťažovací prúd krátko klesne na nulu, ale znova sa zablokuje pomocou opačnej polovice tyristora v nasledujúcom polcykle ako pokiaľ zostane spínač zatvorený. Tento typ ovládania spínania sa všeobecne nazýva celovlnové riadenie, pretože sú riadené obe polovice sínusoidy.

Keďže triak sú v skutočnosti dva za sebou prepojené SCR, môžeme tento spínací obvod triaku posunúť ďalej úpravou spôsobu spúšťania brány, ako je znázornené nižšie.

Upravený spínací obvod triaku

Ako je uvedené vyššie, ak je spínač SW1 otvorený v polohe A, nie je k dispozícii žiadny prúd brány a svietidlo je "VYPNUTÉ". Ak je prepínač presunutý do polohy B, prúd hradla tečie v každom pol cykle rovnaký ako predtým a lampa odoberá plný výkon, pretože triak pracuje v režimoch Ι+ a ΙΙΙ–.

Avšak tentoraz, keď je prepínač pripojený do polohy C, dióda zabráni spusteniu brány, keď je MT2 záporná, pretože dióda je spätne predpätá. Triak teda vykonáva iba kladné polcykly pracujúce iba v režime I+ a lampa sa rozsvieti na polovičný výkon. Potom v závislosti od polohy prepínača je záťaž vypnutá, na polovičný výkon alebo úplne zapnutá.

Fázové ridenie triaku

Iný bežný typ triakového spínacieho obvodu využíva fázovú reguláciu na zmenu množstva napätia, a teda výkonu aplikovaného na záťaž, v tomto prípade motor, pre kladnú aj zápornú polovicu vstupného tvaru vlny. Tento typ riadenia otáčok striedavého motora poskytuje plne variabilné a lineárne riadenie, pretože napätie je možné nastaviť od nuly po plné aplikované napätie, ako je znázornené.

Tento základný fázový spúšťací obvod používa triak v sérii s motorom cez sínusové napájanie striedavého prúdu. Variabilný odpor VR1 sa používa na ovládanie veľkosti fázového posunu na bráne triaku, ktorý zase riadi množstvo napätia aplikovaného na motor jeho zapínaním v rôznych časoch počas cyklu striedavého prúdu.

Spúšťacie napätie triaku je odvodené z kombinácie VR1 – C1 cez Diac (Diac je obojsmerný polovodičový komponent, ktorý pomáha poskytnúť ostrý spúšťací prúdový impulz na úplné zapnutie triaku). Na začiatku každého cyklu sa C1 nabíja cez premenlivý odpor VR1. Toto pokračuje, kým napätie na C1 nie je dostatočné na spustenie diaka do vedenia, čo následne umožní kondenzátoru C1 vybiť sa do brány triaku, čím sa zapne.

Akonáhle je triak spustený do vodivosti a saturuje, efektívne preruší obvod riadenia fázy spúšťania hradla pripojený paralelne cez neho a triak prevezme riadenie na zvyšok polcyklu. Ako sme videli vyššie, triak sa automaticky vypne na konci polcyklu a spúšťací proces VR1 – C1 sa znova spustí v ďalšom polcykle.

Pretože však triak vyžaduje rôzne množstvá hradlového prúdu v každom režime spínania, napríklad Ι+ a ΙΙΙ–, triak je preto asymetrický, čo znamená, že sa nemusí spustiť presne v rovnakom bode pre každý kladný a záporný polovičný cyklus.

Tento jednoduchý obvod riadenia rýchlosti triaku je vhodný nielen na riadenie otáčok striedavého motora, ale aj na stmievanie lámp a ovládanie elektrického ohrievača av skutočnosti je veľmi podobný stmievaču triakového svetla používaného v mnohých domácnostiach. Komerčný triakový stmievač by sa však nemal používať ako regulátor rýchlosti motora, pretože stmievače triakového svetla sú vo všeobecnosti určené na použitie len s odporovými záťažami, ako sú napríklad žiarovky.

Potom môžeme ukončiť tento článok na triak zhrnutím jeho hlavných bodov takto:

  1. Triak je ďalší 4-vrstvový, 3-koncový tyristorový komponent podobný SCR.
  2. Triak môže byť uvedený do vodivého stavu v oboch smeroch.
  3. Triak má štyri možné režimy spúšťania, z ktorých 2 sú preferované.

Elektrické riadenie striedavého prúdu pomocou triaku je mimoriadne efektívne, ak sa správne používa na riadenie záťaží odporového typu, ako sú žiarovky, ohrievače alebo malé univerzálne motory, ktoré sa bežne vyskytujú v prenosnom elektrickom náradí a malých spotrebičoch.

Pamätajte však, že tieto zariadenia možno použiť a pripojiť priamo k sieťovému zdroju striedavého prúdu, takže testovanie obvodu by sa malo vykonávať, keď je zariadenie na ovládanie napájania odpojené od sieťového napájania.

Prosím, majte na pamäti predovšetkým vašu bezpečnosť!
Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 250.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
Webwiki Button