Значение чувствительности ворот и порогового напряжения в триаковом действии

Введение

Триака (триод для переменного тока) является двунаправленным тиристором, который действует как переключатель для мощности переменного тока. Его способность проводить ток в обоих направлениях делает его незаменимым в таких приложениях, как светомешалки, контроллеры скорости вентилятора, мягкие стартеры двигателя и твердотельные реле. Для проектирования схемы, которая надежно запускает триаку в нужный момент, избегая случайного включения, необходимо понимать два критических параметра: чувствительность шлюза и пороговое напряжение (также называемое напряжением запуска затвора). Эти параметры определяют условия, при которых триак переходит из своего состояния блокировки в состояние проводки.

Чувствительность затвора определяет минимальный ток затвора (]I_GT), необходимый для привязки триака к проводимости. Пороговое напряжение определяет минимальное напряжение затвора к основному терминалу (]VGT_{, необходимое для запуска процесса. Вместе они определяют, насколько легко триак может быть включен, влияют на шумовой иммунитет и устанавливают пределы для совместимых цепей привода затвора. В этой статье исследуются каждый параметр в глубину, объясняется их взаимозависимость и обеспечивается практическое руководство для выбора и использования триаков в реальных конструкциях.}

Что такое чувствительность врат?

Чувствительность затвора относится к минимальному току запуска затвора_GT, который при введении в затворный терминал относительно терминала A1 (MT1) заставит триак переключаться из состояния блокировки в состояние проводящего. Триак с высокой чувствительностью затвора требует меньшего тока затвора для включения; один с низкой чувствительностью требует большего тока. Чувствительность указана в таблице данных для каждого типа триака, как правило, при температуре перехода 25 °C. Например, стандартные триаки часто имеют значения I_GT значения между 5 мА и 50 мА, в то время как триаки чувствительных затворов могут требовать всего 3 мА.

Чувствительность ворот не является фиксированным абсолютным; она изменяется с температурой, квадрантом работы (поскольку триаки могут запускать в четырех квадрантах) и током нагрузки. Большинство таблиц данных обеспечивают значения I _GT для квадрантов I-IV (где квадрант определяется полярностью MT2 относительно MT1 и полярности ворот). На практике проектировщики больше всего обеспокоены квадрантом наихудшего случая, обычно квадрантом IV, который часто требует самого высокого тока ворот.

Факторы, влияющие на чувствительность ворот

• Температура: По мере повышения температуры соединения минимальный ток затвора, необходимый для запуска триака, обычно уменьшается. Триак, который надежно запускает 10 мА при 25 °C, может запускать только 5 мА при 100 °C. Эта зависимость от температуры должна учитываться в схемах, подверженных широким колебаниям температуры.
• Ширина импульса врат: Очень короткие импульсы затвора (микросекунды) могут потребовать более высокого мгновенного тока, чем более длинные импульсы (сотни микросекунд), потому что заряд затвора должен быть введен быстро, чтобы достичь состояния защелкивания.
• Ток нагрузки и напряжение: После окончания импульса затвора триак должен иметь достаточное количество основного тока терминала IT, чтобы защелкаться. ток затвора затвора не гарантирует защелкивания, если ток нагрузки слишком низкий. и ток удержания являются отдельными параметрами, хотя часто коррелируют с чувствительностью затвора.
• Кадр работы: Триаки проявляют асимметричную чувствительность ворот в зависимости от полярности комбинаций MT2 и ворот.Обычные таблицы данных указывают I_GT для каждого квадранта.Квадрант II (MT2 положительный, Gate отрицательный) и квадрант IV (MT2 отрицательный, Gate positive) часто имеют самые высокие I_GT требования.

При выборе триака инженеры должны убедиться, что цепь привода ворот может обеспечить наихудший случай I_GT в течение всего диапазона рабочих температур. Использование триака с излишне высокой чувствительностью может привести к ложному запуску из-за шума или токов утечки.Наоборот, слишком низкая чувствительность может потребовать громоздкого и дорогого драйвера ворот.

Понимание порогового напряжения (напряжение триггера)

, спусковое напряжение V_GT) — минимальное напряжение между терминалом затвора и MT1, необходимое для запуска тока затвора.V, как правило, находится в диапазоне от 0,7 В до 2,5 В для большинства триаков при 25 °C. Этот параметр гарантирует, что выход драйвера затвора может превысить внутренний порог триака до того, как ток начнет поступать в затвор.

Пороговое напряжение важно по двум причинам. Во-первых, оно определяет минимальное напряжение питания, необходимое для запуска триака в цепи привода dc-ворота. Во-вторых, оно влияет на шумовой иммунитет ворот. Если порог очень низкий (например, 0,5 В), случайные шумовые всплески или небольшие токи утечки из штифта микроконтроллера могут непреднамеренно вызвать триаку. Поэтому некоторые триаки предлагаются с более высоким номинальным V_GT, чтобы уменьшить ложное срабатывание в промышленных условиях.

V_GT и I_GT

Напряжение спускового крючка и ток спускового крючка связаны через гейт входного импеданса триака. В блокировочном состоянии переход от ворот к MT1 ведёт себя примерно как прямолинейный диод. Для большинства триаков входной ток ворот должен сначала вводить ток выше напряжения колена.VGT_GT быстро повышается для малых токов примерно до 1 В до 1,5 В, затем увеличивается медленнее по мере того, как ток поднимается.V_GTGT_GT условие.

Конструкторам редко требуется смоделировать точное соотношение. Вместо этого они гарантируют, что шлюз может подавать требуемое I_GT при выходном напряжении, которое превышает максимальное V_GT, по меньшей мере, на 20% для учета температурных и производственных допусков. Например, если VGT(max)_{GT(max) составляет 1,5 В, шлюз с подачей 5 В и токоограничивающим резистором легко удовлетворит как требования к напряжению, так и к току.}

Влияние температуры на пороговое напряжение

Подобно чувствительности ворот, V_GT уменьшается по мере повышения температуры соединения. VGT , снижаясь примерно на 2 мВ на градус Цельсия. Этот отрицательный температурный коэффициент (NTC) означает, что схема, предназначенная для надежного запуска при низких температурах (]V_{GT, может перегружать затвор при высоких температурах. Переезд, как правило, безвреден, если соблюдаются пределы рассеивания мощности ворот, но может тратить энергию в системах с батарейным питанием.}

Торговые операции между чувствительностью ворот и пороговым напряжением

Чувствительность затвора и пороговое напряжение обратно связаны во многих семействах триаков. Триак с очень высокой чувствительностью затвора (низкий ]I _GT, например, 5 мА) имеет тенденцию иметь более низкий V_GT (например, 0,9 В). И наоборот, триак с более низкой чувствительностью (например, 50 мА) часто имеет более высокий V_GT[[FLT]][[FLT]][[FLT]][[FLT]][[FLT]][[FLT]][[FLT]

Конструкторы должны понимать эти компромиссы при выборе триака. Высокочувствительный триак может быть идеальным для схемы с низким энергопотреблением, работающей от батареи или логического выхода CMOS (например, 3,3 В), но он будет более подвержен ложному включению от шума. Менее чувствительный триак более надежен в шумных промышленных средах, потому что более высокое пороговое напряжение и ток обеспечивают запас против помех. Однако для этого может потребоваться более сильный драйвер затвора, возможно, специальный импульсный трансформатор или опто-триакный драйвер с более высоким рейтингом тока.

Влияние на дизайн схемы

Чувствительность затвора и пороговое напряжение напрямую влияют на конструкцию схемы привода затвора. Общие триак-триггерные методы включают:

• DC привод затвора: Постоянный ток постоянного тока прикладывается к затвору через резистор и, возможно, транзистор или микроконтроллерный штифт. Резистор выбран для ограничения тока затвора максимумом (часто 1 A пик) при обеспечении по меньшей мере IGT_GT в наихудших условиях. Конструкторы должны вычислить значение резистора на основе напряжения питания минус максимальное VGT и желаемое IG.
• Пульсовый привод (через opto-triac): Многие современные схемы используют opto-triac (например, MOC3023, MOC3063) для обеспечения изоляции. Выходом opto-triac является фототиристор, который подает ток затвора в основной триак.I_GT Требование должно соответствовать чувствительности затвора главного триака. Кроме того, часто требуется схема снуббера для предотвращения запуска dv/dt в опто-триаке.
• Пульсовый трансформатор привод: Используется в мощных приложениях, где необходима полная изоляция и высокие импульсные токи. Трансформатор должен быть способен доставлять ток пикового затвора без насыщения и с достаточным напряжением для преодоления V_GT во время импульса.

Пример выбора резистора Gate

Рассмотрим триак с I_GT(max) = 25 мА при 25 °C, и V_GT(max) = 1,5 В. Для включения триака через NPN транзисторный переключатель используется микроконтроллер с подачей 5 В. Затворный резисторR_G должен быть:

R_G = [V − V_CE − V_GTIGT

= (5 В − 0,2 В − 1,5 В) / 0,025 А = 132 Ом (выберите 130 Ом или 120 Ом).

При высокой температуре V_GT будет ниже (может быть 1,0 В) и I_GT будет ниже (может быть 15 мА), поэтому фактический ток ворот будет (5−0,2−1,0)/120 = 31,7 мА, что все еще находится в пределах пикового рейтинга 1 А, но обеспечивает комфортный запас.

Если бы использовался триак чувствительных шлюзов (]I_GT = 5 мА), резистор был бы намного больше: (5−0,2−1.2) / 0,005 = 720 Ом. Большой резистор уменьшает ток привода и рассеивание мощности, но делает цепь более восприимчивой к емкостному шуму соединения от сети переменного тока. Меньший резистор (например, 330 Ом) может быть выбран для повышения шумового иммунитета за счет более высокой мощности привода затвора. Этот компромисс должен быть оценен во время обзора конструкции.

Шумовой иммунитет и снуббер-циркуты

Триаки могут быть ложно вызваны высокими событиями dv/dt (быстрые изменения напряжения по MT2-MT1), даже когда не применяется ток затвора. Это явление называется dv/dt триак с очень высокой чувствительностью затвора часто имеет более низкую способность dv/dt, потому что область затвора легче включается токами смещения. Для смягчения ложного триггера многие конструкции включают RC-шуббер через основные терминалы для ограничения скорости повышения напряжения. Схема снуббера должна быть выбрана для ограничения dv/dt ниже критического значения триака (параметр таблицы данных, например, 200 В/мкс).