Bardzo często w technologii odbiornik musi być sterowany z wyczuciem. Może to być konieczne na przykład do regulacji jasności lampy lub powolnego uruchamiania elektronarzędzia.
Funkcje te są wówczas realizowane przez ściemniacze lamp lub elektronikę sterującą w wiertarce. Pomimo różnych zastosowań, oba systemy mają jedną wspólną cechę.
W większości przypadków triak służy jako elektroniczny element sterujący do regulacji energii.
W naszym poradniku podsumowaliśmy, czym dokładnie jest ten komponent, jak działa i co powinieneś wiedzieć o triakach.
Triak (czerwony element na załączonym zdjęciu ściemniacza) jest jednym z aktywnych komponentów. Podobnie jak tyrystor, jest to element elektroniczny, który może być używany na przykład do włączania i wyłączania żarówki.
Proces przełączania odbywa się bez mechanicznie poruszających się styków, dzięki czemu te elektroniczne przełączniki nie podlegają żadnym oznakom zużycia.
W przeciwieństwie do tyrystora, który umożliwia przepływ prądu tylko w jednym kierunku, triak może przełączać prąd w obu kierunkach. Triaki są zatem doskonale przystosowane do pracy z napięciem przemiennym.
Nazwa triak pochodzi od angielskiego terminu „Triode Alternating Current Switch”
Triaki są używane głównie do przełączania procesów lub regulacji mocy w zakresie napięcia przemiennego.
Obszary zastosowań obejmują ściemniacze żarówek, bezprzewodowe gniazda zdalnego sterowania, organy świetlne lub kontrolę prędkości silników elektrycznych w urządzeniach kuchennych lub elektronarzędziach.
Triaki nie są w stanie obsługiwać bardzo wysokich prądów, dlatego w energoelektronice nadal stosuje się pojedyncze tyrystory.
Aby lepiej zrozumieć strukturę, triak można przedstawić jako dwa tyrystory połączone przeciwrównolegle (patrz symbol obwodu na rysunku).
Jedna anoda (A) i jedna katoda (K) dwóch tyrystorów są połączone.
Powstałe w ten sposób główne elektrody są oznaczane jako H1 i H2 lub Main Terminal (MT1 i MT2). Alternatywnie, powszechnie stosowane są również oznaczenia anoda 1 i anoda 2.
Z reguły elektroda główna H2 (MT2) jest podłączona do obudowy triaka. W związku z tym należy ją zamontować w izolacji, aby powierzchnia montażowa nie była pod napięciem.
Wejścia sterujące dwóch tyrystorów (bramek) są również połączone ze sobą.
Struktura krystaliczna
Aby przejrzyście przedstawić wewnętrzną strukturę krystaliczną, równolegle zgodnie ze szkicem A łączy się tyrystor sterowany katodowo, zwany również tyrystorem z bramką p (1), oraz tyrystor sterowany anodowo, określany jako tyrystor z bramką n (2).
Szkic B ilustruje układ krystaliczny obu półprzewodników. Połączenie ich w jeden blok tworzy strukturę przedstawioną na szkicu C.
Aby umożliwić sterowanie obydwoma tyrystorami za pomocą wspólnej bramki, do kryształu półprzewodnikowego dodano dodatkowe strefy domieszkowane typu N (szkic D). Obszary te, pełniące funkcję zapłonowych lub pomocniczych ścieżek tyrystorowych (3), odpowiadają za zwiększone zapotrzebowanie triaków na prąd sterujący niezbędny do ich przełączenia.
Główna elektroda H1 (MT1 ) ma bezpośredni kontakt półprzewodnikowy z bramką i dlatego służy jako potencjał odniesienia dla bramki.
Bramka może być sterowana impulsem dodatnim lub ujemnym.
W zależności od typu triaka, do wyzwolenia wystarcza impuls o napięciu kilku woltów, co powoduje przepływ prądu bramki o natężeniu kilku mA.
Czułość zapłonu zależy jednak od polaryzacji na H1 i H2 (patrz szkic zapłonu typu I+/I- i III+/III-) oraz od polaryzacji impulsu bramki (patrz szkic zapłonu typu I+/III+ i I-/III-).
Triaki z trybami sterowania I+ i III- mają największą czułość zapłonu.
Pozostałe dwa typy zapłonu wymagają w niektórych przypadkach znacznie wyższego prądu bramki.
W najprostszym przypadku impuls zapłonowy można wygenerować za pomocą diaka.
Funkcja ściemniania
Zasadę działania triaka można łatwo zilustrować za pomocą ściemniacza.
Gdy pełna fala sinusoidalna napięcia sieciowego jest przyłożona do źródła światła (1), świeci ono z pełną jasnością.
Aby zmniejszyć maksymalną jasność, część fali sinusoidalnej musi zostać odcięta.
Dokładnie taką funkcję pełni triak (2).
W tym celu jest on połączony szeregowo z obciążeniem (lampą).
Proces przełączania o wysokiej jasności lampy
Gdy tyrystor nie otrzymuje impulsu sterującego, pozostaje w stanie wysokiej rezystancji. Oznacza to, że obwód pozostaje otwarty, a napięcie na lampie wynosi 0 V, co uniemożliwia jej świecenie.
W momencie t1 krótki impuls sterujący na bramce powoduje przewodzenie triaka. Przechodzi on ze stanu wysokiej rezystancji do niskiej rezystancji, co w terminologii technicznej określa się jako zadziałanie. Zamknięcie obwodu skutkuje gwałtownym wzrostem napięcia na lampie (UL) do aktualnej wartości napięcia zasilającego, co inicjuje przepływ prądu i uruchamia źródło światła.
Po zainicjowaniu przewodzenia triak utrzymuje stan aktywny nawet po zaniku impulsu sterującego na bramce. Dopiero w chwili t2, gdy napięcie zmienne przechodzi przez zero i wartość prądu spada poniżej prądu podtrzymania, element przechodzi w stan blokowania. W języku technicznym proces ten określa się jako wygaszenie triaka, co skutkuje przerwaniem zasilania lampy.
Stan blokowania utrzymuje się do momentu t3, gdy kolejny impuls sterujący przywraca przewodzenie. Ze względu na dwukierunkową przewodność triaka, w ujemnej połówce napięcia zmiennego również dochodzi do przepływu prądu przez lampę.
W chwili t4 prąd podtrzymania ponownie spada poniżej wartości progowej, co powoduje przejście triaka w stan blokowania. W momencie t5 impuls sterujący ponownie go załącza, przywracając przepływ prądu.
Ponieważ czas zapłonu t1 jest wczesny, lampa otrzymuje bardzo dużą część napięcia sieciowego AC. Tylko niewielka część jest odcinana na początku każdej półfali. W rezultacie lampa nadal świeci bardzo jasno.
Proces przełączania przy niskiej jasności lampy
Gdy moment zapłonu następuje później lub zostaje przesunięty w prawo, zmniejsza się pozostała część sinusoidy (UL) dostarczana do lampy. W rezultacie otrzymuje ona mniej energii i świeci słabiej. Przy częstotliwości sieciowej 50 Hz lampa jest włączana i wyłączana 100 razy na sekundę – 50 razy podczas dodatniej i 50 razy podczas ujemnej połówki sinusoidy.
Szybkie przełączanie sprawia, że ludzkie oko nie dostrzega pojedynczych zmian stanu. W przypadku żarówek dodatkowo występuje efekt krótkotrwałego żarzenia po odłączeniu napięcia, co zapewnia płynne przejście w zakresie jasności.
Regulowany ściemniacz zmienia wyłącznie moment podania impulsu zapłonowego do triaka. Impuls bramkowy musi być generowany w odpowiednim miejscu przebiegu sinusoidalnego, co wymaga stałego odniesienia do jego aktualnej fazy. Na przedstawionym schemacie zależność ta została zilustrowana niebieską linią.
Uwaga:
Ze względu na to, że w przedstawionym przykładzie faza jest blokowana na początku półfali, a następnie włączana, sterowanie to jest ściemniaczem fazy z krawędzią wiodącą. Ten typ ściemniacza doskonale nadaje się do obciążeń rezystancyjnych, takich jak żarówki lub wysokonapięciowe lampy halogenowe, ale także do obciążeń indukcyjnych, takich jak konwencjonalne transformatory halogenowe.
Obciążenia pojemnościowe, takie jak elektroniczne transformatory halogenowe, wymagają natomiast ściemniacza odcinającego fazę. W tej koncepcji obwodu napięcie na obciążeniu rośnie w synchronizacji z napięciem sieciowym, a następnie jest wyłączane po określonym czasie. Jednak zamiast triaków, jako przełączniki elektroniczne stosowane są przełączalne tyrystory lub tranzystory MOSFET lub IGBT.
Nawet jeśli podstawowa funkcja triaków jest zawsze taka sama, poszczególne modele mogą się znacznie różnić.
Konstrukcja
Jedną z głównych cech wyróżniających jest konstrukcja.
W zależności od tego, jak duży prąd lub moc musi obsługiwać triak, kształt obudowy ze zintegrowaną powierzchnią chłodzącą i konstrukcja połączeń są optymalizowane podczas produkcji. Im wyższa przepustowość mocy, tym większy triak.
Dane techniczne
Jednak nawet przy tej samej konstrukcji różnice mogą być dość duże. Dotyczą one jednak przede wszystkim danych technicznych.
W szczególności specyfikacje dotyczące maksymalnego napięcia lub maksymalnego dopuszczalnego prądu mogą się znacznie różnić. Także napięcie zapłonu i prąd podtrzymania mogą się od siebie nieznacznie różnić. W razie wątpliwości należy koniecznie zapoznać się z arkuszem danych.
Jeśli konieczna jest wymiana uszkodzonego triaka w urządzeniu, należy zastosować dokładnie taki sam model. W przypadku układu, w którym zastosowano BTA16-600B w obudowie TO220AB, należy ponownie zainstalować dokładnie ten typ jako zamiennik z serii Conrad.
W zależności od konstrukcji układu radiator wymaga izolowanego montażu, co zapewnia prawidłową współpracę wymienionego elementu z istniejącą elektroniką. Wybierając część o zbliżonych parametrach, należy zachować ostrożność. Różnice w charakterystykach półprzewodników mogą powodować istotne zakłócenia, mimo zgodności danych katalogowych.
Ważne:
Ponieważ triaki są używane w obwodzie sieciowym, podczas usuwania usterek lub ich wymiany należy zapoznać się z obowiązującymi przepisami bezpieczeństwa. Nieprawidłowe przeprowadzenie prac lub usuwanie usterek pod napięciem może stanowić poważne zagrożenie dla życia. Z tego powodu należy skonsultować się ze specjalistą, jeśli nie jest się zaznajomionym z niezbędnymi procedurami.
Jak można przetestować triak?
W większości przypadków triaki mają niską rezystancję i zwarcie między połączeniami anodowymi. W takim przypadku podłączone obciążenie zawsze będzie działać z pełną mocą. Zwarcie można łatwo sprawdzić za pomocą omomierza po odłączeniu triaka. Nieuszkodzony triak musi mieć wysoką impedancję między anodami po wyjęciu. Test funkcjonalny po wyjęciu triaka jest nieco bardziej skomplikowany i powinien być przeprowadzany wyłącznie przez wykwalifikowanych specjalistów.
Co to jest zapłon górny?
W przypadku zapłonu górnego napięcie na anodach wzrasta do takiego stopnia, że osiągane jest zerowe napięcie przechyłu. Triak staje się wtedy przewodzący nawet bez impulsu bramki i blokuje się ponownie, gdy tylko prąd spadnie poniżej prądu podtrzymania. Nawet jeśli triak nie zostanie zniszczony w tym procesie, takie zachowanie jest niepożądane.