Triaki - obwody robocze i aplikacyjne

Triak można porównać do przekaźnika zatrzaskowego. Natychmiast włączy się i zamknie, gdy tylko zostanie wyzwolony i pozostanie zamknięty, dopóki napięcie zasilania pozostanie powyżej zera V lub polaryzacja zasilania nie zostanie zmieniona.

Jeśli zasilanie jest prądem zmiennym (prąd przemienny), triak otworzy się w okresach, w których cykl AC przekracza linię zerową, ale zamknie się i włączy, gdy tylko zostanie ponownie wyzwolony.

Zalety triaka jako przełączników statycznych

• Triaki można skutecznie zastąpić przełącznikami mechanicznymi lub przekaźnikami do sterowania obciążeniami w obwodach prądu przemiennego.
• Triaki można skonfigurować tak, aby przełączały stosunkowo cięższe obciążenia poprzez minimalne wyzwalanie prądu.
• Gdy triaki przewodzą (zamykają się), nie powodują efektu odbicia, jak w przełącznikach mechanicznych.
• Kiedy triaki wyłączają się (przy AC przejście przez zero ), robi to bez generowania żadnych stanów przejściowych, z powodu wstecznego pola elektromagnetycznego itp.
• Triaki eliminują również stapianie styków lub problemy z wyładowaniami łukowymi, a także inne formy zużycia, które są powszechnie obserwowane w mechanicznych przełącznikach elektrycznych.
• Triaki charakteryzują się elastycznym wyzwalaniem, które umożliwia ich przełączanie w dowolnym punkcie wejściowego cyklu prądu przemiennego poprzez dodatni sygnał niskiego napięcia przez bramkę i wspólną masę.
• To napięcie wyzwalające może pochodzić z dowolnego źródła prądu stałego, takiego jak bateria lub wyprostowany sygnał z samego źródła prądu przemiennego. W każdym przypadku triak przejdzie przez okresy wyłączenia za każdym razem, gdy przebieg każdego półcyklu AC przechodzi przez linię przejścia przez zero (prąd), jak pokazano poniżej:

Jak włączyć triak

Triak składa się z trzech terminali: Gate, A1, A2, jak pokazano poniżej:

Aby włączyć triak, należy przyłożyć prąd wyzwalania bramki do jego bolca bramki (G). Powoduje to przepływ prądu bramki przez bramkę i terminal A1. Prąd bramki może być dodatni lub ujemny w stosunku do zacisku A1 triaka. Zacisk A1 może być połączony z ujemną linią VSS lub dodatnią linią VDD zasilania sterowania bramą.

Poniższy diagram przedstawia uproszczony schemat triaka, a także jego wewnętrzną strukturę krzemową.

Kiedy prąd wyzwalający jest doprowadzany do bramki triaka, jest on włączany za pomocą wbudowanych diod wbudowanych plecami do siebie między zaciskiem G a zaciskiem A1. Te 2 diody są zainstalowane na złączach P1-N1 i P1-N2 triaka.

Kwadranty wyzwalania triaka

Wyzwalanie triaka jest realizowane przez cztery kwadranty w zależności od polaryzacji prądu bramki, jak pokazano poniżej:

Te kwadranty wyzwalające można praktycznie zastosować w zależności od rodziny i klasy triaka, jak podano poniżej:

Q2 i Q3 są zalecanymi kwadrantami wyzwalania dla triaków, ponieważ pozwalają na minimalne zużycie i niezawodne wyzwalanie.

Kwadrant wyzwalający Q4 nie jest zalecany, ponieważ wymaga wyższego prądu bramki.

Ważne parametry wyzwalania dla triaków

Wiemy, że triak może być używany do przełączania obciążenia AC o dużej mocy na zaciskach A1 / A2 poprzez stosunkowo małe zasilanie wyzwalacza DC na zacisku bramki.

Przy projektowaniu obwodu sterującego triaka kluczowe stają się parametry wyzwalania jego bramki. Parametry wyzwalania to: prąd wyzwalania bramki triaka IGT, napięcie wyzwalania bramki VGT i prąd zatrzaskiwania bramki IL.

• Minimalny prąd bramki wymagany do włączenia triaka nazywany jest prądem wyzwalania bramki IGT. Należy to zastosować w poprzek bramki i zacisku A1 triaka, który jest wspólny dla zasilania wyzwalacza bramki.
• Prąd bramki powinien być wyższy niż wartość znamionowa dla najniższej określonej temperatury roboczej. Zapewnia to optymalne wyzwalanie triaka w każdych okolicznościach. Idealnie, wartość IGT powinna być 2 razy wyższa niż wartość znamionowa w arkuszu danych.
• Napięcie wyzwalające przyłożone do bramki i zacisku A1 triaka jest nazywane VGT. Jest nakładany przez rezystor, który omówimy wkrótce.
• Prąd bramki, który skutecznie blokuje triak, jest prądem zatrzasku i jest podawany jako LT. Zablokowanie może nastąpić, gdy prąd obciążenia osiągnie wartość LT, dopiero po tym zatrzaśnięcie jest możliwe, nawet gdy prąd bramki jest usunięty.
• Powyższe parametry są określone dla temperatury otoczenia 25 ° C i mogą wykazywać zmiany w zależności od tej temperatury.

Nieizolowane wyzwalanie triaka można wykonać w dwóch podstawowych trybach, pierwsza metoda jest pokazana poniżej:

Tutaj dodatnie napięcie równe VDD jest przykładane do bramki i zacisku A1 triaka. W tej konfiguracji widzimy, że A1 jest również podłączony do Vss lub ujemnej linii źródła zasilania bramki. Jest to ważne, w przeciwnym razie triak nigdy nie zareaguje.

Druga metoda polega na przyłożeniu ujemnego napięcia do bramki triaka, jak pokazano poniżej:

Ta metoda jest identyczna jak poprzednia, z wyjątkiem polaryzacji. Ponieważ bramka jest wyzwalana napięciem ujemnym, zacisk A1 jest teraz połączony razem z linią VDD zamiast Vss napięcia źródła bramki. Ponownie, jeśli nie zostanie to zrobione, triak nie zareaguje.

Obliczanie rezystora bramki

Rezystor bramkowy ustawia IGT lub prąd bramki do triaka w celu niezbędnego wyzwolenia. Prąd ten rośnie, gdy temperatura spada poniżej określonej temperatury złącza 25 ° C.

Na przykład, jeśli określony IGT wynosi 10 mA przy 25 ° C, może wzrosnąć do 15 mA przy 0 ° C.

Aby zapewnić, że rezystor jest w stanie dostarczyć wystarczający IGT nawet przy 0 ° C, należy go obliczyć dla maksymalnego dostępnego VDD ze źródła.

Zalecana wartość to około 160 do 180 omów 1/4 wata dla VGT bramki 5 V. Wyższe wartości będą również działać, jeśli temperatura otoczenia jest raczej stała.

Wyzwalanie przez zewnętrzny prąd stały lub istniejący prąd przemienny : Jak pokazano na poniższym rysunku, triak może być przełączany przez zewnętrzne źródło prądu stałego, takie jak bateria lub panel słoneczny, lub adapter AC / DC. Alternatywnie można go również wyzwolić z samego istniejącego zasilania AC.

Tutaj przełącznik S1 ma na nim znikome obciążenie, ponieważ przełącza triak przez rezystor, powodując przepływ minimalnego prądu przez S1, chroniąc go w ten sposób przed jakimkolwiek zużyciem.

Przełączanie triaka przez przekaźnik kontaktronowy : Do przełączania triaka przez poruszający się obiekt można zastosować wyzwalanie magnetyczne. Kontaktron i można użyć magnesu takich aplikacji , jak pokazano niżej:

W tym zastosowaniu magnes jest przymocowany do poruszającego się obiektu. Ilekroć poruszający się system przechodzi obok kontaktronu, wyzwala triak w stan przewodzenia poprzez dołączony magnes.

Kontaktron może być również używany, gdy wymagana jest izolacja elektryczna między źródłem wyzwalania a triakiem, jak pokazano poniżej.

W tym przypadku cewka miedziana o odpowiednich wymiarach jest nawinięta wokół kontaktronu, a zaciski cewki są połączone z potencjałem DC za pomocą przełącznika. Każde naciśnięcie przełącznika powoduje izolowane wyzwolenie triaka.

Ze względu na to, że przekaźniki kontaktronowe są zaprojektowane tak, aby wytrzymać miliony operacji włączania / wyłączania, ten system przełączający staje się niezwykle wydajny i niezawodny w dłuższej perspektywie.

Kolejny przykład izolowanego wyzwalania triaka można zobaczyć poniżej, tutaj zewnętrzne źródło prądu przemiennego jest używane do przełączania triaka przez transformator izolujący.

Jeszcze inną formę izolowanego wyzwalania triaków pokazano poniżej za pomocą sprzęgaczy fotokomórkowych. W tej metodzie dioda LED i fotokomórka lub fotodioda są zintegrowane w jednej obudowie. Te łączniki optyczne są łatwo dostępne na rynku.

Na poniższym schemacie pokazano nietypowe przełączanie triaka w postaci obwodu wyłącz / połowy mocy / pełnej mocy. Aby zaimplementować 50% mniej mocy, dioda jest przełączana szeregowo z bramką triaka. Ta metoda wymusza włączenie triaka tylko na przemienne dodatnie półcykle na wejściu AC.

Obwód można skutecznie zastosować do sterowania obciążeniami grzejników lub innymi obciążeniami rezystancyjnymi posiadającymi bezwładność cieplną. Może to nie działać w przypadku sterowania oświetleniem, ponieważ pół dodatnia częstotliwość cykli AC spowoduje irytujące migotanie świateł, to wyzwalanie nie jest zalecane w przypadku obciążeń indukcyjnych, takich jak silniki lub transformatory.

Ustaw obwód triaka z zatrzaskiem resetowania

Poniższa koncepcja pokazuje, jak triak może być użyty do wykonania zatrzasku resetowania za pomocą kilku przycisków.

Naciśnięcie przycisku set powoduje zatrzaśnięcie triaka i włączenie obciążenia, podczas gdy naciśnięcie przycisku resetowania powoduje zatrzask.

Obwody timera opóźnienia triaka

Triak może być ustawiony jako obwód czasowy opóźnienia do włączania lub wyłączania obciążenia po ustalonym z góry określonym opóźnieniu.

Pierwszy przykład poniżej przedstawia obwód timera opóźnienia wyłączenia triaka. Początkowo po włączeniu triak zostanie włączony.

W międzyczasie 100uF zaczyna się ładować, a po osiągnięciu progu UJT 2N2646 odpala, włączając SCR C106.

SCR zwiera bramę do masy wyłączając triak. Opóźnienie zależy od ustawienia 1M i wartości kondensatora szeregowego.

Następny obwód reprezentuje obwód timera triaka z opóźnieniem włączenia. Po włączeniu triak nie reaguje natychmiast. Diak pozostaje wyłączony, podczas gdy kondensator 100uF ładuje się do progu zapłonu.

Gdy to nastąpi, plik diac odpala i wyzwala triak włączony. Czas opóźnienia zależy od wartości 1M i 100uF.

Następny obwód to kolejna wersja timera opartego na triaku. Po włączeniu UJT jest włączany przez kondensator 100uF. UJT utrzymuje wyłącznik SCR w pozycji OFF, pozbawiając triak od prądu bramki, a zatem triak również pozostaje wyłączony.

Po pewnym czasie, w zależności od regulacji ustawienia wstępnego 1M, kondensator jest w pełni naładowany, wyłączając UJT. SCR teraz włącza się, wyzwalając triak, a także obciążenie.

Obwód migacza lampy z triakiem

Ten obwód migacza z triakiem może być używany do błysku standardowej żarówki o częstotliwości, którą można regulować w zakresie od 2 do około 10 Hz. Układ działa na zasadzie prostowania napięcia sieciowego za pomocą diody 1N4004 wraz ze zmienną siecią RC. W momencie, gdy kondensator elektrolityczny ładuje się do napięcia przebicia diaka, zmuszony jest do rozładowania przez diak, który z kolei odpala triak, co powoduje miganie podłączonej lampy.

Po opóźnieniu ustawionym przez sterowanie 100 k kondensator ponownie ładuje się, powodując powtórzenie cyklu migania. Regulator 1 k ustawia prąd wyzwalania triaka.

Wniosek

Triak to jeden z najbardziej wszechstronnych elementów rodziny elektroniki. Triaki mogą być używane do realizacji różnych przydatnych koncepcji obwodów. W powyższym poście dowiedzieliśmy się o kilku prostych zastosowaniach obwodu triaka, jednak istnieje niezliczona ilość sposobów, w jakie triak można skonfigurować i zastosować do wykonania żądanego obwodu.

Na tej stronie zamieściłem już wiele obwodów opartych na triaku, z których możesz skorzystać w celu dalszej nauki, tutaj jest link do tego: