Porady
Uwaga! Poniższy opis został przetłumaczony automatycznie.
Triaki: element elektroniczny jako pomocnik podczas operacji przełączania
Każdy, kto kiedykolwiek używał ściemniacza do regulacji jasności żarówki, nieświadomie aktywował triak. Chcemy bardziej szczegółowo wyjaśnić, czym jest triak i jak działa.
Co to jest triak?
Gdzie są używane triaki?
Jak zbudować triak?
Jak działa triak?
Czym różnią się triaki?
O czym należy pamiętać przy wymianie triaka?
Co to jest triak?
Triak jest jednym z aktywnych elementów konstrukcyjnych. Jest on, podobnie jak tyrystory, elementem elektronicznym, który służy np. do włączania i wyłączania lub sterowania żarówką.
Ponieważ operacja przełączania odbywa się bez mechanicznie ruchomych styków, te elektroniczne przełączniki nie podlegają zużyciu.
W przeciwieństwie do tyrystora, który przepływa prąd tylko w jednym kierunku, triak może przełączać prąd w obu kierunkach. W ten sposób triaki idealnie nadają się do pracy z napięciem przemiennym.
Nazwa Triac pochodzi od angielskiego terminu „Triode Alternate Current Switch”. W języku niemieckim stosuje się również pojęcie trioda tyrystora dwukierunkowego lub triaki.
Gdzie są używane triaki?
Triaki są stosowane głównie do procesów przełączających lub regulacji mocy w zakresie napięcia zmiennego.
Do zastosowań należą: Żarówki o ściemniaczach, konsoli oświetleniowych oraz regulacja prędkości obrotowej silników elektrycznych w sprzęcie kuchennym lub elektrycznym.
Ponieważ triaki nie są w stanie porysować bardzo dużych prądów, w elektronice zasilania nadal stosowane są pojedyncze tyrystory.
Jak zbudować triak?
Aby lepiej zrozumieć konstrukcję, można sobie wyobrazić triak jak dwa podłączone równolegle tyrystory. Anoda (A) i katoda (K) dwóch tyrystorów są połączone.
Powstałe główne elektrody są oznaczone H1 i H2 lub zgodnie z angielską nazwą Main Terminal (MT1 i MT2). Alternatywnie można również używać nazw anoda 1 i anoda 2.
Z reguły główna elektroda H2 (MT2) jest połączona z obudową triaka. W związku z tym należy wykonać montaż izolowany, aby powierzchnia montażowa nie była pod napięciem.
Wejścia sterujące dwóch tyrystorów (bramek) są również ze sobą połączone.
Aby móc wyraźnie wyświetlać wewnętrzną strukturę krystaliczną, tyrystor sterowany katodowo lub tyrystor p-bramkowy (1) i tyrystor sterowany anodowo lub tyrystor n-bramkowy (2) są połączone równolegle zgodnie ze schematem A.
Szkic B przedstawia konstrukcję kryształową obu półprzewodników.
Po połączeniu obu kryształów w Block, wygląd będzie wyglądał zgodnie ze szkicem C.
Aby móc kontrolować oba tyrystory za pomocą wspólnej bramki, dodatkowe kryształki z domieszką N zostały wstawione do kryształu półprzewodnika (patrz szkic D). Obszary te, które działają jako strefy zapłonowe lub pomocnicze (3), są odpowiedzialne za to, że triaki wymagają wyższego prądu wysterowania (zapalników) niż tyrystory.
Elektroda główna H1 (MT1) ma bezpośredni styk półprzewodnikowy do bramki i służy jako potencjał odniesienia dla bramki.
Brama może być napędzana impulsem dodatnim lub ujemnym.
W zależności od typu triaka do sterowania wystarcza impuls kilku woltów, w którym to przypadku przepływa prąd bramki o wartości kilku mA.
Jednak czułość zapłonu zależy od polaryzacji w H1 i H2 (patrz szkic typu zapłonu I + / I - i III + / III - ) i polaryzację impulsu bramkowego (patrz szkic typu zapłonu I + / III + i I - / III <8 > - ) zależne.
Największą prędkość zapłonu posiadają triaki w układzie sterowania i + i III - . Pozostałe dwa rodzaje zapłonu wymagają częściowo znacznie wyższego prądu bramki.
Jak działa triak?
Zasadę lub sposób działania triaka można łatwo zilustrować za pomocą ściemniacza.
Gdy do lampy (1) zostanie przyłożona pełna fala sinusoidalna napięcia sieciowego (U B ), zapala się na pełnej jasności.
Aby zmniejszyć maksymalną jasność, należy odcięcie części fali sinusowej.
Dokładnie ta funkcja przejmuje triak (2). W tym celu jest szeregowo włączany do odbiornika (żarówki).
Triak ma wysoką oporność bez kontroli. Oznacza to, że elektroniczny przełącznik jest otwarty, a napięcie na lampie wynosi 0 V. Lampka nie świeci.
Jeśli w bramce w chwili t 1 wystąpi krótki impuls napędowy, triak przełączy się. Zmienia się ze stanu wysokiej odporności na stan niskiej odporności. W języku technicznym proces ten nazywany jest również zapłonem. Elektroniczny przełącznik jest zamknięty, a napięcie lampy (u L ) gwałtownie skoczy do aktualnej wartości napięcia zasilającego. W ten sposób lampa jest zasilana i zaczyna świecić.
Zapalony triak pozostaje przewodzący, nawet gdy impuls sterujący na bramce jest ponownie wyłączony. Dopiero gdy napięcie przemienne w czasie t 2 krzyżuje się z linią 0, a tym samym spada poniżej prądu zatrzymania triaka, blokuje on ponownie. Eksperci mówią, że triak zostanie usunięty. Lampa nie jest już zasilana.
Triak pozostaje teraz zablokowany do momentu pojawienia się następnego impulsu napędowego na bramce w czasie t 3 i ponownego włączenia. Ponieważ triak tak przewodzi w obu kierunkach, prąd przepływa przez lampę nawet przy ujemnym pół fali.
W momencie t 4 prąd trzymania jest niższy, a triak blokuje się ponownie do momentu, gdy t 5 zostanie zapalony ponownie.
Ponieważ czas zapłonu t 1 jest bardzo wczesny, lampa otrzymuje bardzo dużą część napięcia sieciowego. Na początku każdej półfali odcinana jest tylko niewielka część. W rezultacie lampa jest nadal bardzo jasna.
W przypadku gdy data zapłonu jest późniejsza lub przesuwana dalej w prawo, na lampie zmniejsza się niepotrzebna część fali sinusowej (u L ).
Lampa otrzymuje mniej energii i dlatego świeci ciemniej.
Przy częstotliwości sieciowej 50 Hz lampa jest włączana i wyłączana zasadniczo 100 razy na sekundę (50 razy dla dodatniej półfali i 50 razy dla ujemnej półfali).
Ta szybka sekwencja przełączania nie pozwala ludzkiemu oku obserwować więcej niż pojedynczych procesów przełączania. Ponadto w przypadku żarówek istnieje również krótki „efekt żarówki” w przypadku wyłączenia.
W ten sposób powstaje wrażenie równomiernej zmiany jasności podczas ściemniania.
W przypadku regulowanego ściemniacza czas można zmienić tylko wtedy, gdy impuls zapłonowy przełącza triak. W tym celu impuls bramki musi być zawsze emitowany we właściwym miejscu fali sinusowej.
W tym celu system zawsze wymaga aktualnego odniesienia do obecnej sytuacji fali sinusowej.
W przedstawionym powyżej schemacie połączeń przedstawiono ten związek z niebieską linią.
Uwaga: <1 /> W powyższym przykładzie faza na początku półfali jest blokowana, a następnie włączana, ta kontrola jest ściemniaczem krawędzi wiodącej. Ten typ ściemniacza jest idealny do obciążeń omowych, takich jak żarówki lub wysokoprądowe lampy halogenowe, ale także do obciążeń indukcyjnych, takich jak konwencjonalne transformatory halogenowe.
Z drugiej strony, obciążenia pojemnościowe, takie jak elektroniczne transformatory halogenowe, wymagają ściemniacza fazowego. W przypadku tej koncepcji przełączania napięcie na urządzeniu wzrasta synchronicznie z napięciem sieciowym, a następnie po upływie określonego czasu zostaje wyłączone. Jednak jako przełączniki elektroniczne nie są używane triaki, ale przełączane tyrystory lub MOSFET-y mocy lub IGBT.
Czym różnią się triaki?
Mimo że podstawowa funkcja triaka jest zawsze taka sama, poszczególne egzemplarze mogą się znacznie różnić.
Budowa
Jednym z istotnych cech odróżniających jest forma produktu. W zależności od tego, ile prądu lub mocy musi wytrzymać triak, kształt obudowy ze zintegrowaną powierzchnią chłodzącą i konstrukcja połączeń zostały zoptymalizowane podczas produkcji. Im wyższa przepustowość, tym większy triak.
Dane techniczne
Ale nawet przy takiej samej konstrukcji różnice mogą być jeszcze duże. Różnice te dotyczą jednak przede wszystkim danych technicznych. Szczególnie dane dotyczące maks. Napięcia lub maks. Dopuszczalnego prądu mogą się znacznie różnić. W razie wątpliwości należy bezwzględnie zapoznać się z arkuszem danych.
O czym należy pamiętać przy wymianie triaka?
W przypadku konieczności wymiany uszkodzonego triaka w urządzeniu, należy zawsze używać typu zamiennego o tym samym oznaczeniu. Jest to jedyny sposób, aby zapewnić, że zastąpiony triak idealnie pasuje do istniejącej elektroniki lub obwodu. Należy zachować ostrożność w przypadku wymiany części oryginalnej na egzemplarz zawierający w przybliżeniu takie same dane techniczne. Ponieważ dzięki różnym charakterystykom półprzewodnikowym nie może dojść do nieznacznych awarii.
Ważne:
Ponieważ triaki są używane w obwodzie zasilania sieciowego, podczas wyszukiwania błędów lub wymiany należy zapoznać się z obowiązującymi przepisami bezpieczeństwa. W przypadku nieprawidłowej pracy lub przy wyszukiwaniu błędów pod napięciem istnieje poważne zagrożenie życia. Z tego powodu, jeśli nie zapoznasz się z wymaganymi procedurami, należy zwrócić się do specjalisty.