Mikä on Triac?

Triakka (vaihtovirtatriodi) on kolmiterminaalinen puolijohdelaite, joka voi laukaista virran molempiin suuntiin. Toisin kuin piiohjattu tasasuuntaaja (SCR), joka toimii vain yhteen suuntaan, kolmiakka mahdollistaa kaksisuuntaisen ohjauksen, mikä tekee siitä ihanteellisen AC-sovelluksille. Se on olennaisesti tyristoriperheen jäsen, jota kuvataan usein kahtena SCR:nä, jotka on yhdistetty yhden sirun käänteisesti. Tämä ainutlaatuinen rakenne mahdollistaa kolmiakan vaihtamisen ja hallinnan AC-piireissä yhdellä porttisignaalilla, yksinkertaistaen piirisuunnittelua.

Triacin rakentaminen

Triac koostuu neljästä P-tyypin ja N-tyypin puolijohdemateriaalien vaihtokerroksesta, jotka muodostavat PNPN-rakenteen. Tämä pino on jaettu kahteen pääalueeseen, jotka vastaavat kahta rinnakkaista SCR:ää. Laitteessa on kolme päätettä: Pääterminaali 1 (MT1), Pääterminaali 2 (MT2) ja portti (G). Porttipääte sijaitsee lähellä MT1:n puolta ja sitä käytetään johtumisen käynnistämiseen kumpaankin suuntaan. Rakennuksessa käytetään pitkälle kehitettyä diffuusio- tai seosprosessia symmetristen laukaisinominaisuuksien varmistamiseksi. Monissa nykyaikaisissa triakeissa on "portti-triggered" -alue keskeltä die dia:n herkkyyttä ja herkkyyttä vähentäen.

Fyysisesti triakit ovat saatavilla eri paketeissa.Small pinta-mount SOT-223 -paketeista pienitehoisiin sovelluksiin suurille TO-247- tai TO-3P-paketeille teollisille kuormille, joissa käsitellään kymmeniä ampeereja. Sisäinen die asennetaan kupari- tai alumiinivälilehdelle lämmönpoistoon, sillä triakit tuottavat merkittävää lämpöä johtumisen aikana.

Kolmion työskentelyperiaate

Triakki toimii kytkemällä sen off (blocking) -tilan ja (johtuvan) tilan välillä porttisignaalien seurauksena. Kun portin ja MT1 välillä käytetään pientä virtaa (tyypillisesti muutama milliamps), se käynnistää sisäiset tyristoriliitokset johtumiseen, jolloin virta virtaa MT1:n ja MT2:n välillä. Kun se on laukaistu, triakki pysyy lukossa niin kauan kuin päävirta ylittää tilavirran, jopa porttisignaalin poistamisen jälkeen. Tämä lukkoominaisuus tekee triakista itsestään ylläpidtävän kytkimen, kunnes AC-virta putoaa nollaan aaltomuodon luonnollisen nollan ylityksen aikana.

Vaihtovirtatoiminnon aikana kolmiakka voidaan käynnistää joko puolisyklissä (positiivinen tai negatiivinen polarity), koska portti voidaan sykkiä joko polaarisuuden suhteen MT1. Tämä kaksisuuntainen laukaisu mahdollistaa vaiheenohjauksen: viivyttämällä portin pulssia nollan ylityksen jälkeen, johtumiskulma pienenee, jolloin kuormalle toimitettua tehoa ohjataan. Esimerkiksi valohimmentimessä triakki ammutaan myöhemmin syklin aikana kirkkuuden vähentämiseksi. Laite sammuu automaattisesti, kun virta laskee tilan virran alapuolelle (joka tapahtuu kunkin puolisyklin lopussa vaihtovirtapiireissä).

Käynnistämistilat

Triakeilla on neljä mahdollista laukaisinquadranttia, jotka määritellään MT2:n polaarisuuden ja MT1:n ja porttipulssin napaisuuden perusteella. Useimmissa kuluttajasovelluksissa triakki laukaistaan kvadranteissa I ja III (positiivinen portti MT1:n suhteen MT2:n polaarisiin solmuihin), mikä edellyttää alhaisinta porttivirtaa. Laukaisupiirin asianmukainen valinta takaa luotettavan käynnistyksen kaikissa toimintaolosuhteissa.

Triakkien keskeiset eritelmät

Kun kolmiakko valitaan suunnittelulle, on arvioitava useita kriittisiä eritelmiä luotettavan toiminnan varmistamiseksi.

  • Voltage Rating (VDRM / VRRM):[] Suurin toistuva huippujännite, jonka kolmiakko voi estää molempiin suuntiin. Yhteiset arvot vaihtelevat 400 V:stä 1200 V:een, kun kyseessä ovat teolliset kolmivaihejärjestelmät.
  • Korkea luokitus (IT(RMS)):[] Suurin RMS-virta, jota triakki voi suorittaa ilman ylikuumenemista. Tyypilliset luokitukset ovat välillä 4A ja 40A; suurtehomoduulit voivat ylittää 100A.
  • Gate Trigger Current (IGT):[] Pienin porttivirta, jota tarvitaan triakin siirtämiseen estosta johtamistilaan. IGT-arvot vaihtelevat 3 mA:sta 50 mA:han, ja alemmat arvot ovat suositeltavia logiikkatason käynnistämiselle.
  • Gate Trigger Jännite (VGT):] Laukaisimen virran tuottamiseen tarvittava portista MT1-jännitteen jännite, tyypillisesti 1V-2.5V.
  • Holding current (IH):[] Minimi päävirta, jonka on oltava virtaamaan, jotta kolmio pysyy paikallaan käynnistymisen jälkeen. Jos virta laskee IH:n alapuolelle, laite palautuu estoon. Arvot vaihtelevat 5 mA:sta 50 mA:han.
  • Korkeusvirta (IL):[] Pienin tarvittava virta, joka tarvitaan kolmion lukitsemiseen välittömästi portin laukaisun jälkeen. IL on yleensä korkeampi kuin IH.
  • Kriittinen teho off-state -jännitteen nousussa (dv/dt):[ Mittaa kolmiakan immuniteetti nopeiden jännitemuutosten aiheuttamaa väärää laukaisua vastaan. Korkeat DV/dt-arvot (≥200 V/μs) ovat tarpeen induktiivisten kuormien kannalta.
  • Kriittinen nousunopeus tilavirta (di/dt):[ Suurin sallittu nousuaika päällekytkeytymisen aikana; tämän ylittäminen voi aiheuttaa vahinkoa.

Triacs-sovellus

Triakit ovat AC-tehonvalvonnan kaikkialla yksinkertaisuuden ja kustannustehokkuuden vuoksi.

  • Valonhimmentimet:[] Vaiheohjauspiirit, jotka säätävät hehkulamppujen ja halogeenilamppujen kirkkautta.
  • Moottorin nopeudensäätölaitteet:[] Käytetään sähkötuulettimissa, sähkötyökaluissa ja pölynimureiden muuntelunopeuden säätelyssä.
  • Lämmönsäätimet:[] Lämpötilan säätö juotosraudoissa, leivänpaahtimissa ja teollisuuden lämmityselementeissä.
  • Solid-State Relays (SSR):[] Triacs muodostaa monien automaatiojärjestelmissä käytettävien SSR:ien lähtövaiheen.
  • Ylijännitesuojaus:[) Crowbar-piirit, jotka risteävät kolmiakun oikosulkuun virransyöttöä ylijännitteen sattuessa.
  • AC Staattiset kytkimet:[] Valaisimien, pumppujen ja solenoidien koskematon vaihtaminen.

Triakkien edut ja rajoitukset

Edut

  • Kaksisuuntainen johtuminen yhdestä porttisignaalista vähentää komponenttien määrää.
  • Ei liikkuvia osia, hiljainen toiminta ja pitkä elämä.
  • Matalan porttiaseman (milliampeja) tarvitaan vaihtamaan korkea AC-virta (ampeja).
  • Yhteensopiva vakioitujen vaiheohjausjärjestelmien ja optocouplerien kanssa.

Rajoitukset

  • Ei sovellu tasavirtapiireille (ne eivät saa sammua ilman nollavirtaristeystä).
  • Epäiltävä DV/dt-sytyttimelle, joka laukaisee väärän lähdön induktiivisilla kuormituksilla; usein tarvitaan nubber-piiri.
  • Korkeampi tilan jännitelasku verrattuna SCR:ihin, mikä johtaa lämmön hajaantumiseen korkeissa virtauksissa.
  • Vaikeaa rinnastaa suurempaan virtavirtaan epätasaisen jakamisen vuoksi.

Vertailu SCR:ihin ja muihin laitteisiin

Vaikka SCR johtaa vain yhteen suuntaan, kolmiakko toimii molempiin suuntiin, jolloin se on ensisijainen valinta AC-sovelluksille, joissa tarvitaan yksi kytkin molempiin puolipyöriin. SCR:t tarjoavat kuitenkin pienempiä johtumishäviöitä ja korkeampi di/dt-toleranssi pulssivirtapiireille. Erittäin korkeille virtalähteille tai jännitteille SCR:t usein ylittävät yhden kolmiakan. Toinen vaihtoehto on MOSFET-pohjainen AC-kytkin (kuten kiinteä tilainen rele, jossa käytetään kahta MOSMET-järjestelmää), joka tarjoaa nopeamman kytkimen ja pienemmän on-resistentin, mutta vaatii monimutkaisemman porttiaseman.

Miten valita kolmio sinun suunnittelu

Oikean kolmion valinta edellyttää sen vaatimusten yhteensovittamista kuorman ja säätöympäristön kanssa. Aloita määrittämällä kuorman RMS-virta ja huippujännite, lisäämällä 20.30% turvamarginaali. Vastuskuormat (lämpölaitteet, hehkulamput) voivat riittää vakiokolmio, jossa on minimaalinen snubber. Induktiivisille kuormille (moottorit, solenoidit), priorisoimalla korkea DV/dt-arvostelut ja sisällyttämällä siihen RC-snubber (tyypillisesti 10....................................................................................................................................................

Päätelmät

Triakit ovat edelleen perusluonteinen kytkentäratkaisu AC-virranhallintaan lukemattomien kuluttaja- ja teollisuussovellusten kautta. Niiden kaksisuuntainen johtuminen, yksinkertainen porttikäyttö ja laaja saatavuus tekevät niistä go-to-komponentin insinööreille. Ymmärtämällä niiden rakenteen, työskentelyperiaatteen ja keskeiset eritelmät.Näin voidaan valita ja soveltaa luotettavasti triakeja. Lisätietoja STMicroelektroniikan sovellusmuistiin triakin laukaisemista varten[] ja sähköisten opetusohjelmien avulla Triacs[. Aina validoidaan suunnittelu datasheetparametreilla ja lämpösimulaatiolla, jotta saavutetaan kestävät ja kestävät tehonhallintajärjestelmät.