Triac คืออะไร: วงจรสวิตชิ่งและแอพพลิเคชั่น

สวิทช์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์เช่น BJT, SCR, IGBT, MOSFET และ TRIAC เป็นส่วนประกอบที่สำคัญมากเมื่อมันมาถึงการเปลี่ยนวงจรเช่นแปลง DC-DC, ควบคุมความเร็วมอเตอร์, ไดร์เวอร์มอเตอร์และควบคุมความถี่ฯลฯ อุปกรณ์แต่ละคนมีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวเองและ ดังนั้นพวกเขาจึงมีแอพพลิเคชั่นเฉพาะของตัวเอง ในบทช่วยสอนนี้เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับTRIACซึ่งเป็นอุปกรณ์แบบสองทิศทางซึ่งหมายความว่ามันสามารถทำงานได้ทั้งสองทิศทาง เนื่องจากคุณสมบัตินี้ TRIAC ใช้เฉพาะในกรณีที่เกี่ยวข้องกับแหล่งจ่ายไฟ AC แบบไซน์

รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับ TRIAC

คำว่าTRIACย่อมาจากTRI ode สำหรับA lternating C urrent เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งเทอร์มินัลสามตัวที่คล้ายกับ SCR (ไทริสเตอร์) แต่สามารถดำเนินการได้ทั้งสองทิศทางเนื่องจากสร้างโดยการรวม SCR สองตัวในสถานะต่อต้านขนาน สัญลักษณ์และหมุดออกจาก TRIAC แสดงอยู่ด้านล่าง

เนื่องจาก TRIAC เป็นอุปกรณ์สองทิศทางกระแสจึงสามารถไหลจาก MT1 ไปยัง MT2 หรือจาก MT2 ไปยัง MT1 เมื่อเทอร์มินัลประตูถูกทริกเกอร์ สำหรับ TRIAC แรงดันทริกเกอร์นี้ที่จะใช้กับเทอร์มินัลประตูอาจเป็นบวกหรือลบเมื่อเทียบกับเทอร์มินัล MT2 ดังนั้นจึงทำให้ TRIAC เป็นสี่โหมดการทำงานตามรายการด้านล่าง

• แรงดันไฟฟ้าบวกที่ MT2 และพัลส์บวกไปยังเกต (Quadrant 1)
• แรงดันไฟฟ้าบวกที่ MT2 และพัลส์ลบไปที่เกท (Quadrant 2)
• แรงดันไฟฟ้าเชิงลบที่ MT2 และพัลส์บวกไปยังเกต (Quadrant 3)
• แรงดันลบที่ MT2 และพัลส์ลบไปที่เกท (Quadrant 4)

VI ลักษณะของ TRIAC

ภาพด้านล่างแสดงสถานะของ TRIAC ในแต่ละควอดแรนท์

การเปิดและปิดลักษณะเฉพาะของ TRIAC สามารถเข้าใจได้โดยดูที่กราฟลักษณะ VI ของ TRIAC ซึ่งแสดงในภาพด้านบนด้วย เนื่องจาก TRIAC เป็นเพียงการรวมกันของสอง SCR ในทิศทางต่อต้านขนานกราฟลักษณะ VI จึงมีลักษณะคล้ายกับ SCR ดังที่คุณเห็น TRIAC ส่วนใหญ่ทำงานใน 1 ^st Quadrant และ 3 ^rd Quadrant

ลักษณะการเปิดเครื่อง

ในการเปิด TRIAC จะต้องจ่ายแรงดัน / พัลส์ประตูบวกหรือลบให้กับขาเกตของ TRIAC เมื่อทริกเกอร์หนึ่งในสอง SCR ภายใน TRIAC จะเริ่มดำเนินการตามขั้วของเทอร์มินัล MT1 และ MT2 หาก MT2 เป็นค่าบวกและ MT1 เป็นค่าลบ SCR ตัวแรกจะดำเนินการและหากเทอร์มินัล MT2 เป็นลบและ MT1 เป็นบวก SCR ที่สองจะดำเนิน วิธีนี้ทำให้ SCR ตัวใดตัวหนึ่งเปิดอยู่เสมอจึงทำให้ TRIAC เหมาะสำหรับการใช้งาน AC

แรงดันไฟฟ้าต่ำสุดที่ต้องใช้กับขาเกตเพื่อเปิด TRIAC เรียกว่าเป็นแรงดันเกตเกณฑ์ (V _GT)และกระแสไฟฟ้าที่ผ่านขาเกตจะเรียกว่าเป็นกระแสเกตเกณฑ์ (I _GT)เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้านี้กับขาเกต TRIAC จะเอนเอียงไปข้างหน้าและเริ่มทำงานเวลาที่ TRIAC เปลี่ยนจากสถานะปิดเป็นสถานะเปิดจะเรียกว่าเป็นเวลาเปิดเครื่อง (t _on)

เช่นเดียวกับ SCR TRIAC เมื่อเปิดแล้วจะยังคงเปิดอยู่เว้นแต่จะมีการสับเปลี่ยน แต่สำหรับเงื่อนไขนี้กระแสโหลดผ่าน TRIAC ควรมากกว่าหรือเท่ากับกระแสล็อค (I _L)ของ TRIAC ดังนั้นเพื่อสรุป TRIAC จะยังคงเปิดอยู่แม้ว่าจะถอดพัลส์เกตแล้วก็ตามตราบใดที่กระแสโหลดมากกว่าค่าของการล็อคปัจจุบัน

เช่นเดียวกับการล็อคกระแสมีค่าที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งของกระแสที่เรียกว่ากระแสถือ ค่าต่ำสุดของกระแสเพื่อให้ TRIAC อยู่ในโหมดการนำไปข้างหน้าเรียกว่ากระแสถือ (I _H) TRIAC จะเข้าสู่โหมดการนำไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องหลังจากผ่านไปแล้วเท่านั้นแม้ว่ากระแสไฟฟ้าที่ค้างอยู่และกระแสไฟฟ้าในการล็อคดังแสดงในกราฟด้านบน นอกจากนี้ค่าของ Latching current ของ TRIAC จะมากกว่าค่าของกระแสไฟฟ้าที่ถืออยู่เสมอ

ลักษณะการปิด

กระบวนการปิด TRIAC หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ เรียกว่าเป็นการสับเปลี่ยนและวงจรที่เกี่ยวข้องกับการทำงานนั้นเรียกว่าเป็นวงจรสับเปลี่ยน วิธีการทั่วไปที่ใช้ในการปิด TRIAC คือการลดกระแสโหลดแม้ว่า TRIAC จนกว่าจะถึงค่าต่ำกว่าค่าของการถือกระแส (I _H) การเปลี่ยนประเภทนี้เรียกว่าการเปลี่ยนแบบบังคับในวงจร DC เราจะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการเปิดและปิด TRIAC ผ่านวงจรแอปพลิเคชัน

แอปพลิเคชั่น TRIAC

TRIAC มักใช้ในสถานที่ที่ต้องควบคุมไฟฟ้ากระแสสลับเช่นใช้ในตัวควบคุมความเร็วของพัดลมเพดานวงจรหรี่หลอดไฟ AC เป็นต้นให้เราดูวงจรสวิตชิ่ง TRIAC แบบง่ายๆเพื่อทำความเข้าใจว่ามันทำงานอย่างไรในทางปฏิบัติ

ที่นี่เราได้ใช้ TRIAC ที่จะเปิดและปิดโหลด AC ผ่านปุ่มกดจากนั้นแหล่งจ่ายไฟหลักจะถูกต่อเข้ากับหลอดไฟขนาดเล็กผ่าน TRIAC ดังที่แสดงด้านบน เมื่อสวิตช์ปิดแรงดันเฟสจะถูกนำไปใช้กับขาเกตของ TRIAC ผ่านตัวต้านทาน R1 หากแรงดันเกตนี้สูงกว่าแรงดันเกตกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านพินเกตซึ่งจะมากกว่ากระแสเกต

ในเงื่อนไขนี้ TRIAC จะเข้าสู่อคติไปข้างหน้าและกระแสโหลดจะไหลผ่าน Bulb หากโหลดใช้กระแสไฟฟ้าเพียงพอ TRIAC จะเข้าสู่สถานะล็อค แต่เนื่องจากนี่เป็นแหล่งจ่ายไฟ AC แรงดันไฟฟ้าจะถึงศูนย์ทุกๆครึ่งรอบดังนั้นกระแสจะถึงศูนย์ชั่วขณะ ดังนั้นจึงไม่สามารถล็อคได้ในวงจรนี้และ TRIAC จะปิดทันทีที่สวิตช์ถูกเปิดและไม่จำเป็นต้องใช้วงจรสับเปลี่ยนที่นี่ ประเภทของการเปลี่ยนจาก TRIAC นี้จะเรียกว่าเป็นเปลี่ยนธรรมชาติตอนนี้ให้เราสร้างวงจรนี้บนเขียงหั่นขนมโดยใช้BT136 TRIACและตรวจสอบว่ามันทำงานอย่างไร

จำเป็นต้องใช้ความระมัดระวังอย่างสูงในขณะที่ทำงานกับแหล่งจ่ายไฟ AC แรงดันไฟฟ้าในการทำงานจะลดลงเพื่อความปลอดภัยกำลังไฟ AC มาตรฐาน 230V 50Hz (ในอินเดีย) ลดลงเป็น 12V 50Hz โดยใช้หม้อแปลง หลอดไฟขนาดเล็กเชื่อมต่อเป็นโหลด การตั้งค่าการทดลองจะมีลักษณะดังนี้ด้านล่างเมื่อเสร็จสิ้น

เมื่อกดปุ่มขาเกตจะได้รับแรงดันเกตและทำให้ TRIAC เปิดอยู่ หลอดไฟจะเรืองแสงตราบเท่าที่กดปุ่มค้างไว้ เมื่อปล่อยปุ่ม TRIAC จะอยู่ในสถานะสลัก แต่เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าอินพุตเป็น AC กระแสแม้ว่า TRIAC จะอยู่ต่ำกว่ากระแสไฟที่ค้างอยู่และด้วยเหตุนี้ TRIAC จะดับลงคุณสามารถดูการทำงานที่สมบูรณ์ได้ในวิดีโอ ให้ไว้ในตอนท้ายของบทช่วยสอนนี้

การควบคุม TRIAC โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์

เมื่อใช้ TRIAC เป็นตัวหรี่แสงหรือสำหรับแอปพลิเคชันการควบคุมเฟสต้องควบคุมชีพจรเกตที่จ่ายให้กับขาเกตโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ ในกรณีนั้นขาประตูจะถูกแยกออกโดยใช้ตัวต่อออปโป แผนภาพวงจรสำหรับสิ่งเดียวกันแสดงอยู่ด้านล่าง

ในการควบคุม TRIAC โดยใช้สัญญาณ 5V / 3.3V เราจะใช้opto-coupler เช่น MOC3021ซึ่งมี TRIAC อยู่ภายใน TRIAC นี้สามารถถูกกระตุ้นโดย 5V / 3.3V ผ่าน Light Emitting Diode โดยปกติสัญญาณ PWM จะถูกนำไปใช้กับ 1 ^{เซนต์}ขา MOC3021 และความถี่และหน้าที่วงจรของสัญญาณ PWM จะมีการเปลี่ยนแปลงเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ โดยปกติแล้ววงจรประเภทนี้จะใช้สำหรับการควบคุมความสว่างของหลอดไฟหรือการควบคุมความเร็วของมอเตอร์

อัตราผลกระทบ - วงจร Snubber

TRIAC ทั้งหมดประสบปัญหาที่เรียกว่า Rate Effect นั่นคือเมื่อเทอร์มินัล MT1 อยู่ภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากการเปลี่ยนสัญญาณรบกวนหรือช่วงเวลาชั่วคราวหรือไฟกระชาก TRIAC จะขัดจังหวะเป็นสัญญาณสวิตชิ่งและเปิดโดยอัตโนมัติ นี่เป็นเพราะความจุภายในของปัจจุบันระหว่างเทอร์มินัล MT1 และ MT2

วิธีที่ง่ายที่สุดในการแก้ไขปัญหานี้คือการใช้วงจร Snubber ในวงจรข้างต้น Resistor R2 (50R) และ Capacitor C1 (10nF) รวมกันเป็นเครือข่าย RC ซึ่งทำหน้าที่เป็นวงจร Snubber แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่จ่ายให้กับ MT1 จะถูกสังเกตโดยเครือข่าย RC นี้

ฟันเฟืองเอฟเฟกต์

ปัญหาทั่วไปอีกประการหนึ่งที่นักออกแบบต้องเผชิญขณะใช้ TRIAC คือเอฟเฟกต์ฟันเฟือง ปัญหานี้เกิดขึ้นเมื่อใช้โพเทนชิออมิเตอร์สำหรับควบคุมแรงดันเกตของ TRIAC เมื่อ POT ถูกเปลี่ยนเป็นค่าต่ำสุดจะไม่มีการใช้แรงดันไฟฟ้ากับขาเกตดังนั้นการโหลดจะถูกปิด แต่เมื่อ POT เปลี่ยนเป็นค่าสูงสุด TRIAC จะไม่เปิดขึ้นเนื่องจากผลของความจุระหว่างพิน MT1 และ MT2 ตัวเก็บประจุนี้ควรหาเส้นทางที่จะปล่อยออกจากกันซึ่งจะไม่อนุญาตให้ TRIAC เปิด เอฟเฟกต์นี้เรียกว่าเอฟเฟกต์ฟันเฟือง ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยเพียงแค่แนะนำตัวต้านทานแบบอนุกรมพร้อมวงจรสวิตชิ่งเพื่อเป็นเส้นทางให้ตัวเก็บประจุคายประจุ

การรบกวนความถี่วิทยุ (RFI) และ TRIAC

วงจรสวิตชิ่ง TRIAC มีแนวโน้มที่จะเกิดสัญญาณรบกวนจากคลื่นความถี่วิทยุ (EFI) มากขึ้นเนื่องจากเมื่อเปิดโหลดกระแสจะเพิ่มรูปแบบ 0A เป็นค่าสูงสุดในทันทีทันใดจึงสร้างพัลส์ไฟฟ้าออกมาซึ่งทำให้เกิดการเชื่อมต่อความถี่วิทยุ ยิ่งกระแสโหลดมากเท่าไหร่สัญญาณรบกวนก็จะยิ่งแย่ลงเท่านั้น การใช้วงจร Suppressor เช่นตัวยับยั้ง LC จะช่วยแก้ปัญหานี้ได้

TRIAC - ข้อ จำกัด

เมื่อจำเป็นต้องเปลี่ยนรูปคลื่น AC ทั้งสองทิศทางเห็นได้ชัดว่า TRIAC จะเป็นตัวเลือกแรกเนื่องจากเป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสองทิศทางเท่านั้น มันทำหน้าที่เหมือนกับ SCR สองตัวที่เชื่อมต่อกันในแบบย้อนกลับและยังแบ่งปันคุณสมบัติเดียวกัน แม้ว่าในขณะออกแบบวงจรโดยใช้ TRIAC จะต้องพิจารณาข้อ จำกัด ต่อไปนี้

• TRIAC มีโครงสร้าง SCR สองตัวอยู่ข้างในตัวหนึ่งทำหน้าที่ระหว่างครึ่งบวกและอีกตัวในช่วงครึ่งลบ แต่จะไม่ทำให้เกิดความแตกต่างแบบสมมาตรในครึ่งรอบบวกและลบของผลลัพธ์
• นอกจากนี้เนื่องจากการสลับไม่สมมาตรจึงนำไปสู่ฮาร์มอนิกระดับสูงซึ่งจะทำให้เกิดเสียงรบกวนในวงจร
• ปัญหาฮาร์มอนิกส์นี้จะนำไปสู่ ​​Electro Magnetic Interference (EMI)
• ในขณะที่ใช้โหลดอุปนัยมีความเสี่ยงอย่างมากที่กระแสไฟฟ้าไหลเข้าที่ไหลไปยังแหล่งกำเนิดดังนั้นจึงควรตรวจสอบให้แน่ใจว่า TRIAC ถูกปิดอย่างสมบูรณ์และโหลดอุปนัยจะถูกระบายออกอย่างปลอดภัยผ่านทางอื่น