Triacs - Arbeits- und Anwendungsschaltungen

Ein Triac kann mit einem Verriegelungsrelais verglichen werden. Es schaltet sich sofort ein und zu, sobald es ausgelöst wird, und bleibt geschlossen, solange die Versorgungsspannung über Null Volt bleibt oder die Versorgungspolarität nicht geändert wird.

Wenn es sich bei der Versorgung um Wechselstrom handelt, öffnet sich der Triac während der Zeiträume, in denen der Wechselstromzyklus die Nulllinie überschreitet, schließt jedoch und schaltet sich ein, sobald er erneut ausgelöst wird.

Vorteile von Triac als statische Schalter

• Triacs können effektiv gegen mechanische Schalter oder Relais zur Steuerung von Lasten in Wechselstromkreisen ausgetauscht werden.
• Triacs können so konfiguriert werden, dass relativ schwere Lasten durch minimale Stromauslösung geschaltet werden.
• Wenn Triacs leiten (schließen), erzeugen sie keinen Entprellungseffekt wie bei mechanischen Schaltern.
• Wenn Triacs ausschalten (bei Wechselstrom Nullstelle ), dies ohne Transienten aufgrund von Gegen-EMFs usw.
• Triacs eliminieren auch das Verschmelzen von Kontakten oder Lichtbogenproblemen und andere Formen von Verschleiß, die üblicherweise bei elektrischen Schaltern auf mechanischer Basis auftreten.
• Triacs verfügen über eine flexible Auslösung, mit der sie an jedem beliebigen Punkt des Eingangs-Wechselstromzyklus über ein positives Niederspannungssignal über Gate und gemeinsame Masse geschaltet werden können.
• Diese Auslösespannung kann von einer beliebigen Gleichstromquelle stammen, beispielsweise von einer Batterie oder einem gleichgerichteten Signal von der Wechselstromversorgung selbst. In jedem Fall durchläuft der Triac Ausschaltperioden, wenn sich jede Halbzyklus-Wechselstromwellenform durch die Nulldurchgangslinie (Stromlinie) bewegt, wie unten dargestellt:

So schalten Sie einen Triac ein

Ein Triac besteht aus drei Anschlüssen: Gate, A1, A2, wie unten gezeigt:

Um einen Triac einzuschalten, muss an seinem Gate-Pin (G) ein Gate-Triggerstrom angelegt werden. Dadurch fließt ein Gate-Strom über Gate und Klemme A1. Der Gate-Strom kann in Bezug auf den A1-Anschluss des Triac positiv oder negativ sein. Der A1-Anschluss kann gemeinsam mit der negativen VSS-Leitung oder der positiven VDD-Leitung der Gate-Steuerversorgung verdrahtet werden.

Das folgende Diagramm zeigt das vereinfachte Schema eines Triac und auch seine interne Siliziumstruktur.

Wenn ein Auslösestrom an das Triac-Gate angelegt wird, wird es über seine eingebauten Dioden, die zwischen dem G-Anschluss und dem A1-Anschluss hintereinander eingebettet sind, eingeschaltet. Diese 2 Dioden sind an den Übergängen P1-N1 und P1-N2 des Triac installiert.

Triac auslösende Quadranten

Das Auslösen eines Triacs wird abhängig von der Polarität des Gate-Stroms durch vier Quadranten implementiert, wie unten gezeigt:

Diese auslösenden Quadranten können in Abhängigkeit von der Familie und der Klasse des Triac praktisch angewendet werden, wie unten angegeben:

Q2 und Q3 sind die empfohlenen Triggerquadranten für Triacs, da sie einen minimalen Verbrauch und eine zuverlässige Triggerung ermöglichen.

Der Q4-Triggerquadrant wird nicht empfohlen, da er einen höheren Gate-Strom erfordert.

Wichtige Auslöseparameter für Triacs

Wir wissen, dass ein Triac verwendet werden kann, um eine Hochleistungs-Wechselstromlast über seine A1 / A2-Anschlüsse durch eine relativ kleine DC-Triggerversorgung an seinem Gate-Anschluss zu schalten.

Beim Entwurf einer Triac-Steuerschaltung werden deren Gate-Triggerparameter entscheidend. Die Triggerparameter sind: Triac-Gate-Triggerstrom IGT, Gate-Triggerspannung VGT und Gate-Latch-Strom IL.

• Der minimale Gate-Strom, der zum Einschalten eines Triacs erforderlich ist, wird als Gate-Triggerstrom IGT bezeichnet. Dies muss über das Gate und den A1-Anschluss des Triac angewendet werden, der der Gate-Triggerversorgung gemeinsam ist.
• Der Gate-Strom sollte höher sein als der Wert für die niedrigste angegebene Betriebstemperatur. Dies gewährleistet unter allen Umständen eine optimale Auslösung des Triac. Idealerweise sollte der IGT-Wert zweimal höher sein als der Nennwert im Datenblatt.
• Die an das Gate und den A1-Anschluss eines Triacs angelegte Triggerspannung wird als VGT bezeichnet. Es wird über einen Widerstand angelegt, auf den in Kürze eingegangen wird.
• Der Gate-Strom, der einen Triac effektiv zwischenspeichert, ist der Zwischenstrom und wird als LT angegeben. Die Verriegelung kann erfolgen, wenn der Laststrom den LT-Wert erreicht hat. Erst danach wird die Verriegelung aktiviert, auch wenn der Gate-Strom entfernt wird.
• Die obigen Parameter sind bei einer Umgebungstemperatur von 25 ° C angegeben und können Abweichungen anzeigen, wenn diese Temperatur variiert.

Das nicht isolierte Auslösen eines Triacs kann in zwei Grundmodi erfolgen. Die erste Methode ist unten dargestellt:

Hier wird eine positive Spannung gleich dem VDD an das Gate und den A1-Anschluss des Triacs angelegt. In dieser Konfiguration können wir sehen, dass der A1 auch mit dem Vss oder der negativen Leitung der Gate-Versorgungsquelle verbunden ist. Dies ist wichtig, sonst reagiert der Triac nie.

Die zweite Methode besteht darin, eine negative Spannung an das Triac-Gate anzulegen, wie unten gezeigt:

Diese Methode ist bis auf die Polarität identisch mit der vorherigen. Da das Gate mit einer negativen Spannung ausgelöst wird, wird der A1-Anschluss jetzt gemeinsam mit der VDD-Leitung anstelle von Vss der Gate-Source-Spannung verbunden. Wenn dies nicht getan wird, reagiert der Triac nicht.

Berechnung des Gate-Widerstands

Der Gate-Widerstand setzt den IGT oder den Gate-Strom für die notwendige Triggerung auf den Triac. Dieser Strom steigt an, wenn die Temperatur unter die angegebene Sperrschichttemperatur von 25 ° C fällt.

Wenn die angegebene IGT beispielsweise 10 mA bei 25 ° C beträgt, kann sich diese bei 0 ° C auf bis zu 15 mA erhöhen.

Um sicherzustellen, dass der Widerstand auch bei 0 ° C ausreichend IGT liefern kann, muss er für den maximal verfügbaren VDD von der Quelle berechnet werden.

Ein empfohlener Wert liegt bei 160 bis 180 Ohm 1/4 Watt für ein 5-V-Gate-VGT. Höhere Werte funktionieren auch, wenn Ihre Umgebungstemperatur ziemlich konstant ist.

Auslösen durch externen Gleichstrom oder vorhandenen Wechselstrom : Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, kann ein Triac entweder über eine externe Gleichstromquelle wie eine Batterie oder ein Solarpanel oder einen AC / DC-Adapter geschaltet werden. Alternativ kann es auch über die vorhandene Wechselstromversorgung selbst ausgelöst werden.

Hier ist der Schalter S1 vernachlässigbar belastet, da er den Triac durch einen Widerstand schaltet, wodurch ein minimaler Strom durch den S1 fließt, wodurch er vor jeglichem Verschleiß geschützt wird.

Triac durch ein Reed-Relais schalten : Zum Umschalten eines Triacs durch ein sich bewegendes Objekt könnte eine magnetbasierte Triggerung eingebaut werden. Ein Reedschalter und ein Magnet kann für verwendet werden solche Anwendungen , Wie nachfolgend dargestellt:

Bei dieser Anwendung wird der Magnet an dem sich bewegenden Objekt angebracht. Immer wenn das sich bewegende System am Reed-Relais vorbeikommt, löst es den Triac durch seinen angebrachten Magneten zur Leitung aus.

Reed-Relais kann auch verwendet werden, wenn eine elektrische Isolation zwischen der Auslösequelle und dem Triac erforderlich ist, wie unten gezeigt.

Hier wird die Kupferspule geeigneter Abmessung um das Reed-Relais gewickelt und die Spulenanschlüsse über einen Schalter mit einem Gleichstrompotential verbunden. Jedes Mal, wenn der Schalter gedrückt wird, wird der Triac isoliert ausgelöst.

Aufgrund der Tatsache, dass Reed-Schalterrelais für Millionen von EIN / AUS-Vorgängen ausgelegt sind, wird dieses Schaltsystem auf lange Sicht äußerst effizient und zuverlässig.

Ein weiteres Beispiel für die isolierte Auslösung von Triac ist unten zu sehen. Hier wird eine externe Wechselstromquelle zum Schalten eines Triac über einen Isolationstransformator verwendet.

Eine weitere Form der isolierten Auslösung von Triacs wird nachstehend unter Verwendung eines Fotozellenkopplers gezeigt. Bei diesem Verfahren sind eine LED und eine Fotozelle oder Fotodiode in einem einzigen Gehäuse integriert. Diese Optokoppler sind auf dem Markt leicht erhältlich.

Ein ungewöhnliches Schalten des Triac in Form eines Aus- / Halb- / Vollstromkreises ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Um 50% weniger Leistung zu implementieren, wird die Diode in Reihe mit dem Triac-Gate geschaltet. Diese Methode zwingt den Triac, nur für die alternativen positiven Wechselstromeingangshalbzyklen einzuschalten.

Die Schaltung kann effektiv zur Steuerung von Heizlasten oder anderen ohmschen Lastlasten mit thermischer Trägheit eingesetzt werden. Dies funktioniert möglicherweise nicht für die Lichtsteuerung, da die halb positive Frequenz der Wechselstromzyklen ebenfalls zu einem störenden Flackern der Lichter führt. Diese Auslösung wird für induktive Lasten wie Motoren oder Transformatoren nicht empfohlen.

Stellen Sie den Reset Latching Triac Circuit ein

Das folgende Konzept zeigt, wie ein Triac verwendet werden kann, um mit ein paar Drucktasten einen Set-Reset-Latch zu erstellen.

Durch Drücken der Set-Taste wird der Triac verriegelt und die Last eingeschaltet, während durch Drücken der Reset-Taste die Verriegelung ausgelöst wird.

Triac Delay Timer-Schaltungen

Ein Triac kann als Verzögerungszeitgeberschaltung zum Ein- oder Ausschalten einer Last nach einer festgelegten vorgegebenen Verzögerung eingerichtet werden.

Das erste Beispiel unten zeigt eine Triac-basierte Verzögerungs-AUS-Zeitgeberschaltung. Beim Einschalten schaltet sich der Triac zunächst ein.

In der Zwischenzeit beginnt der Ladevorgang mit 100 uF. Sobald der Schwellenwert erreicht ist, wird der UJT 2N2646 ausgelöst und der SCR C106 eingeschaltet.

Der SCR schließt das Gate gegen Masse kurz und schaltet den Triac aus. Die Verzögerung wird durch die 1M-Einstellung und den Serienkondensatorwert bestimmt.

Die nächste Schaltung repräsentiert eine Verzögerungs-Einschalt-Triac-Zeitgeberschaltung. Bei Stromversorgung reagiert der Triac nicht sofort. Der Diac bleibt ausgeschaltet, während sich der 100uF-Kondensator auf seine Zündschwelle auflädt.

Sobald dies geschieht, wird die Diac feuert und löst aus der Triac EIN. Die Verzögerungszeit hängt von den Werten von 1 M und 100 uF ab.

Die nächste Schaltung ist eine andere Version eines Triac-basierten Timers. Beim Einschalten wird der UJT über den 100uF-Kondensator geschaltet. Das UJT hält den SCR-Schalter AUS, wodurch der Triac vom Gate-Strom befreit wird, und somit bleibt der Triac auch ausgeschaltet.

Abhängig von der Einstellung des 1M-Presets ist der Kondensator nach einiger Zeit vollständig aufgeladen und schaltet das UJT aus. Der SCR schaltet sich jetzt ein und löst den Triac EIN und auch die Last aus.

Triac Lamp Flasher Circuit

Diese Triac-Blinkschaltung kann verwendet werden, um eine Standardglühlampe mit einer Frequenz zu blinken, die zwischen 2 und etwa 10 Hz eingestellt werden kann. Die Schaltung arbeitet durch Gleichrichtung der Netzspannung durch eine 1N4004-Diode zusammen mit einem variablen RC-Netzwerk. In dem Moment, in dem sich der Elektrolytkondensator bis zur Durchbruchspannung des Diacs auflädt, muss er sich durch den Diac entladen, was wiederum den Triac auslöst, was zum Blinken der angeschlossenen Lampe führt.

Nach einer Verzögerung, die durch die 100-k-Steuerung eingestellt wurde, wird der Kondensator erneut aufgeladen, um eine Wiederholung des Blinkzyklus zu bewirken. Die 1-k-Steuerung stellt den Triac-Auslösestrom ein.

Fazit

Triac ist eine der vielseitigsten Komponenten der elektronischen Familie. Triacs können zur Implementierung einer Vielzahl nützlicher Schaltungskonzepte verwendet werden. Im obigen Beitrag haben wir einige einfache Triac-Schaltungsanwendungen kennengelernt. Es gibt jedoch unzählige Möglichkeiten, wie ein Triac konfiguriert und angewendet werden kann, um eine gewünschte Schaltung herzustellen.

Auf dieser Website habe ich bereits viele Triac-basierte Schaltkreise veröffentlicht, auf die Sie sich für weitere Informationen beziehen können. Hier ist der Link dazu: