ما هو التيرستورات: تبديل الدائرة والتطبيقات

السلطة التبديل الالكترونية مثل BJT، SCR، IGBT، MOSFET، وTRIAC هي عناصر هامة للغاية عندما يتعلق الأمر دوائر التبديل مثل المحولات DC-DC ، موتور تحكم السرعة ، سائقين للسيارات ، و أجهزة تحكم التردد الخ كل جهاز له خاصية فريدة من نوعها و وبالتالي فإن لديهم تطبيقاتهم الخاصة. في هذا البرنامج التعليمي سوف نتعرف على TRIAC ، وهو جهاز ثنائي الاتجاه مما يعني أنه يمكن أن يعمل في كلا الاتجاهين. نظرًا لهذه الخاصية ، يتم استخدام TRIAC حصريًا في حالة وجود مصدر تيار متردد جيبي.

مقدمة إلى TRIAC

على المدى TRIAC تقف على TRI قصيدة ل A lternating C urrent. إنه جهاز تبديل طرفي ثلاثي مشابه لـ SCR (Thyristor) ولكنه يمكن أن يعمل في كلا الاتجاهين لأنه يبني من خلال الجمع بين اثنين من SCR في حالة مضادة للتوازي. يظهر الرمز والمسمار من TRIAC أدناه.

نظرًا لأن TRIAC عبارة عن جهاز ثنائي الاتجاه ، يمكن أن يتدفق التيار إما من MT1 إلى MT2 أو من MT2 إلى MT1 عند تشغيل محطة البوابة. بالنسبة إلى TRIAC ، يمكن أن يكون جهد الزناد الذي سيتم تطبيقه على طرف البوابة إما موجبًا أو سالبًا فيما يتعلق بالمحطة MT2. وبالتالي فإن هذا يضع TRIAC في أربعة أوضاع تشغيل كما هو موضح أدناه

• الجهد الموجب عند MT2 والنبضة الموجبة للبوابة (الربع 1)
• الجهد الموجب عند MT2 والنبض السالب إلى البوابة (الربع 2)
• الجهد السالب عند MT2 والنبض الموجب للبوابة (الربع 3)
• الجهد السالب عند MT2 والنبض السالب للبوابة (الربع 4)

السادس خصائص TRIAC

توضح الصورة أدناه حالة TRIAC في كل ربع.

يمكن فهم خصائص تشغيل وإيقاف تشغيل TRIAC من خلال النظر إلى الرسم البياني الذي يميز VI الخاص بـ TRIAC والذي يظهر أيضًا في الصورة أعلاه. نظرًا لأن TRIAC هو مجرد مزيج من اثنين من SCR في الاتجاه الموازي ، فإن الرسم البياني لخصائص VI يبدو مشابهًا لمخطط SCR. كما ترون في TRIAC يعمل معظمهم في 1 ^شارع كوادرانت و3 ^{الثالثة} ربع الدائرة.

خصائص تشغيل

لتشغيل TRIAC ، يجب توفير جهد / نبضة بوابة موجبة أو سالبة إلى دبوس البوابة الخاص بـ TRIAC. عند تشغيل أحد اثنين من SCR في الداخل ، يبدأ TRIAC في العمل بناءً على قطبية محطتي MT1 و MT2. إذا كانت MT2 موجبة وكانت MT1 سالبة ، يتم إجراء SCR الأول وإذا كانت محطة MT2 سالبة وكانت MT1 موجبة ، فسيجري SCR الثاني. وبهذه الطريقة يبقى أي من SCR دائمًا في وضع التشغيل ، مما يجعل TRIAC مثاليًا لتطبيقات AC.

يُطلق على الحد الأدنى للجهد الذي يجب تطبيقه على دبوس البوابة لتشغيل TRIAC اسم جهد بوابة العتبة (V _GT) ويسمى التيار الناتج عبر دبوس البوابة باسم تيار بوابة العتبة (I _GT). بمجرد تطبيق هذا الجهد ، يصبح دبوس البوابة الذي يتحكم فيه TRIAC متحيزًا للأمام ويبدأ في التصرف ، يُطلق على الوقت الذي يستغرقه تغيير TRIAC من حالة إيقاف التشغيل إلى حالة التشغيل وقت التشغيل (t _on).

تمامًا مثل SCR ، سيظل TRIAC قيد التشغيل بمجرد تشغيله ما لم يتم تبديله. ولكن في هذه الحالة ، يجب أن يكون تيار الحمل عبر TRIAC أكبر من أو يساوي تيار الإغلاق (I _L) الخاص بـ TRIAC. لذلك لاستنتاج ، سيظل TRIAC قيد التشغيل حتى بعد إزالة نبضة البوابة طالما أن تيار الحمل أكبر من قيمة تيار الإغلاق.

على غرار تيار الإغلاق ، هناك قيمة مهمة أخرى للتيار تسمى تيار الحمل. تسمى القيمة الدنيا للتيار للحفاظ على TRIAC في وضع التوصيل الأمامي باسم تيار التثبيت (I _H). لن يدخل TRIAC في وضع التوصيل المستمر إلا بعد المرور عبر تيار التثبيت وتيار الإغلاق كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه. كما أن قيمة تيار الإغلاق لأي TRIAC ستكون دائمًا أكبر من قيمة تيار التثبيت.

خصائص المنعطفات

تسمى عملية إيقاف تشغيل TRIAC أو أي جهاز طاقة آخر بالتبديل ، وتسمى الدائرة المرتبطة به لأداء المهمة باسم دائرة التبديل. أكثر طريقة شائعة تستخدم لإيقاف TRIAC هو عن طريق الحد من تيار الحمل على الرغم من أن TRIAC حتى يصل إلى أقل من قيمة عقد الحالي (I _H). يسمى هذا النوع من التخفيف بالتبديل القسري في دوائر التيار المستمر. سوف نتعلم المزيد حول كيفية تشغيل TRIAC وإيقاف تشغيله من خلال دوائر التطبيق.

تطبيقات TRIAC

يتم استخدام TRIAC بشكل شائع في الأماكن التي يجب التحكم فيها في طاقة التيار المتردد على سبيل المثال ، يتم استخدامه في منظمات السرعة لمراوح السقف ، ودوائر باهتة لمبة التيار المتردد وما إلى ذلك. دعونا ننظر في دائرة تبديل TRIAC بسيطة لفهم كيفية عملها عمليًا.

استخدمنا هنا TRIAC لتشغيل وإيقاف حمل التيار المتردد من خلال زر ضغط. ثم يتم توصيل مصدر الطاقة الرئيسي بمصباح صغير عبر TRIAC كما هو موضح أعلاه. عند إغلاق المفتاح ، يتم تطبيق جهد الطور على دبوس البوابة الخاص بـ TRIAC من خلال المقاوم R1. إذا كان جهد البوابة أعلى من جهد عتبة البوابة ، فإن تيارًا يتدفق عبر دبوس البوابة ، والذي سيكون أكبر من تيار عتبة البوابة.

في هذه الحالة ، يدخل TRIAC في انحياز أمامي وسيتدفق تيار الحمل من خلال المصباح. إذا كانت الأحمال تستهلك تيارًا كافيًا ، تدخل TRIAC في حالة الإغلاق. ولكن نظرًا لأن هذا مصدر طاقة تيار متردد ، فإن الجهد سيصل إلى الصفر لكل نصف دورة ، وبالتالي سيصل التيار أيضًا إلى الصفر مؤقتًا. ومن ثم فإن الإغلاق غير ممكن في هذه الدائرة وسيتم إيقاف تشغيل TRIAC بمجرد فتح المفتاح ولا يلزم وجود دائرة تبديل هنا. يسمى هذا النوع من تبديل TRIAC باسم التخفيف الطبيعي. الآن دعونا نبني هذه الدائرة على لوح التجارب باستخدام BT136 TRIAC ونتحقق من كيفية عملها.

يجب توخي الحذر الشديد أثناء العمل مع مزودات طاقة التيار المتردد ، يتم تقليل جهد التشغيل لأغراض السلامة. تم تخفيض طاقة التيار المتردد القياسية البالغة 230 فولت 50 هرتز (في الهند) إلى 12 فولت 50 هرتز باستخدام محول. لمبة صغيرة متصلة كحمل. يبدو الإعداد التجريبي كما يلي عند الانتهاء.

عند الضغط على الزر ، يتلقى دبوس البوابة جهد البوابة وبالتالي يتم تشغيل TRIAC. سوف يتوهج المصباح طالما استمر الضغط على الزر. بمجرد تحرير الزر ، سيكون TRIAC في حالة الإغلاق ، ولكن نظرًا لأن جهد الدخل هو AC ، فإن التيار على الرغم من أن TRIAC سينخفض ​​إلى أسفل تيار التثبيت وبالتالي سيتم إيقاف تشغيل TRIAC ، يمكن أيضًا العثور على العمل الكامل في الفيديو المقدمة في نهاية هذا البرنامج التعليمي.

التحكم TRIAC باستخدام ميكروكنترولر

عند استخدام TRIACs كمخفتات للضوء أو لتطبيق التحكم في الطور ، يجب التحكم في نبضة البوابة التي يتم توفيرها إلى دبوس البوابة باستخدام متحكم دقيق. في هذه الحالة ، سيتم أيضًا عزل دبوس البوابة باستخدام مقرنة بصرية. يظهر مخطط الدائرة لنفسه أدناه.

للتحكم في TRIAC باستخدام إشارة 5V / 3.3V ، سنستخدم مقرن بصري مثل MOC3021 الذي يحتوي على TRIAC بداخله. يمكن تشغيل TRIAC بواسطة 5V / 3.3V من خلال الصمام الثنائي الباعث للضوء. وعادة ما يتم تطبيق إشارة PWM إلى 1 ^الحادي ودبوس من MOC3021 وتواتر واجب دورة إشارة PWM تكون متنوعة للحصول على النتيجة المرجوة. يستخدم هذا النوع من الدوائر عادةً للتحكم في سطوع المصباح أو التحكم في سرعة المحرك.

تأثير المعدل - دوائر Snubber

تعاني جميع TRIACs من مشكلة تسمى Rate Effect. هذا عندما تتعرض محطة MT1 لزيادة حادة في الجهد بسبب تبديل الضوضاء أو العابرة أو زيادة التيار ، يخطئ TRIAC في مقاطعته كإشارة تبديل ويتم تشغيله تلقائيًا. هذا بسبب السعة الداخلية للحاضر بين المحطات الطرفية MT1 و MT2.

أسهل طريقة للتغلب على هذه المشكلة هي استخدام دائرة Snubber. في الدائرة أعلاه ، يشكل المقاوم R2 (50R) والمكثف C1 (10nF) معًا شبكة RC التي تعمل كدائرة Snubber. ستلاحظ شبكة RC هذه أي جهد ذروة يتم توفيره لـ MT1.

تأثير رد الفعل العكسي

هناك مشكلة شائعة أخرى سيواجهها المصممون أثناء استخدام TRIAC وهي تأثير Backlash. تحدث هذه المشكلة عند استخدام مقياس الجهد للتحكم في جهد بوابة TRIAC. عندما يتم تشغيل POT إلى الحد الأدنى من القيمة ، لن يتم تطبيق أي جهد على دبوس البوابة وبالتالي سيتم إيقاف الحمل. ولكن عندما يتم تشغيل POT إلى أقصى قيمة ، فلن يتم تشغيل TRIAC بسبب تأثير السعة بين المسامير MT1 و MT2 ، يجب أن يجد هذا المكثف مسارًا للتصريف وإلا فلن يسمح بتشغيل TRIAC. يسمى هذا التأثير بتأثير Backlash. يمكن تصحيح هذه المشكلة ببساطة عن طريق إدخال المقاوم المتسلسل بدائرة التبديل لتوفير مسار للمكثف لتفريغه.

تداخل الترددات الراديوية (RFI) و TRIACs

تعد دوائر تبديل TRIAC أكثر عرضة لتداخل التردد اللاسلكي (EFI) لأنه عند تشغيل الحمل ، يرتفع التيار من 0A إلى القيمة القصوى بشكل مفاجئ ، مما يؤدي إلى اندفاع نبضات كهربائية تسبب واجهة تردد الراديو. كلما زاد تيار الحمل كلما كان التداخل أسوأ. سيؤدي استخدام دارات المكثف مثل مثبط LC إلى حل هذه المشكلة.

TRIAC - القيود

عند الحاجة إلى تبديل أشكال موجة التيار المتردد في كلا الاتجاهين ، من الواضح أن TRIAC سيكون الخيار الأول لأنه المفتاح الإلكتروني الوحيد ثنائي الاتجاه للطاقة. إنه يعمل تمامًا مثل اثنين من SCR متصلان بطريقة متتالية ويتشاركان أيضًا في نفس الخصائص. على الرغم من أنه أثناء تصميم الدوائر باستخدام TRIAC ، يجب مراعاة القيود التالية

• يحتوي TRIAC على بنيتين SCR بداخله ، أحدهما يعمل خلال النصف الموجب والآخر أثناء النصف السالب. لكنهم لا يتسببون بشكل متماثل في إحداث فرق في دورة النصف الموجبة والسالبة من الناتج
• أيضًا نظرًا لأن التبديل ليس متماثلًا ، فإنه يؤدي إلى التوافقيات عالية المستوى التي ستحدث ضوضاء في الدائرة.
• ستؤدي مشكلة التوافقيات هذه أيضًا إلى التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)
• أثناء استخدام الأحمال الاستقرائية ، هناك خطر كبير من تدفق تيار التدفق نحو المصدر ، ومن ثم يجب التأكد من إيقاف تشغيل TRIAC تمامًا وتفريغ الحمل الاستقرائي بأمان من خلال مسار بديل