آگوست
در این مقاله قصد داریم بپردازیم به تعریف ترایاک ، نماد و طرز ساخت آن ، کاربرد ، مدار سوئیچ و کنترل فاز ترایاک صحبت کنیم.
فهرست
1- ترایاک چیست
2- نماد و ساخت ترایاک
3- کاربرد ترایاک
4- مدار سوئیچینگ ترایاک
5- کنترل فاز ترایاک
ترایاک چیست ؟
Triac یک دستگاه حالت جامد با سرعت بالاست که میتواند برق متناوب را در هر دو جهت شکل موج سینوسی سوئیچ و کنترل کند. هر دو تریستور و ترایاک را میتوان برای کنترل لامپ‌ها، موتورها یا بخاری ها و غیره استفاده‌کرد. اما یکی از مشکلات استفاده‌از تریستور برای کنترل چنین مدارهایی این است که تریستور مانند یک دیود یک دستگاه یک طرفه‌است، به این معنی که آن را کنترل میکند. جریان را فقط در یک جهت از آند به کاتد عبور میدهد.
برای مدارهای سوئیچینگ DC این مشخصه سوئیچینگ “یک طرفه” ممکن‌است قابل قبول باشد زیرا پس از راه‌اندازی تمام توان DC مستقیماً به بار تحویل‌می‌شود. اما در مدارهای سوئیچینگ AC سینوسی، این سوئیچینگ یک جهته ممکن‌است مشکل ساز باشد، زیرا تنها در طول نیمی از چرخه (مانند یکسو کننده نیمه موج) زمانی که آند بدون توجه به هر کاری که سیگنال گیت انجام میدهد مثبت‌‌است، هدایت‌می‌شود. سپس برای عملیات AC تنها نیمی از توان توسط یک تریستور به بار تحویل‌می‌شود.
ترایاک
برای به دست آوردن کنترل توان تمام موج، می‌توانیم یک تریستور را در داخل یک یکسوساز پل تمام‌موج که در هر نیم موج مثبت فعال‌می‌شود وصل کنیم یا دو تریستور را به صورت موازی معکوس (پشت به پشت) به هم وصل کنیم. اما این باعث افزایش پیچیدگی و تعداد اجزای مورد استفاده در مدار سوئیچینگ میشود.
تنظیمات تریستور
با این حال، نوع دیگری از دستگاه‌های نیمه هادی به نام “سوئیچ AC Triode” یا به اختصار Triac نیز وجود دارد که یکی از اعضای خانواده تریستور است که میتواند به عنوان یک دستگاه سوئیچینگ قدرت حالت جامد استفاده‌شود.
اما بزرگترین مزیتی که تریاک نسبت به یکسو‌کننده کنترل‌شده سیلیکونی (SCR) دارد این است که یک دستگاه سوئیچینگ “دو جهته”است. به عبارت دیگر، یک تریاک میتواند توسط ولتاژهای مثبت و منفی اعمال شده به آند و با اعمال پالس‌های مثبت و منفی به ترمینال گیت، وارد هدایت شود و آن را به یک دستگاه کنترل‌شده سوئیچینگ دو ربع تبدیل کند.
یک ترایاک دقیقاً مانند دو تریستور معمولی که به صورت موازی معکوس (پشت به پشت) به یکدیگر متصل شده‌اند، رفتار میکند و به دلیل این ترتیب، دو تریستور یک ترمینال دروازه مشترک همه در یک بسته سه ترمینال واحد دارند.
ترایاک
از آنجایی که در هر دو جهت شکل موج سینوسی هدایت‌می‌شود، مفهوم ترمینال آند و ترمینال کاتدی که برای شناسایی ترمینال های برق اصلی یک تریستور استفاده میشود با شناسه‌های: MT1، برای ترمینال اصلی 1 و MT2 برای ترمینال اصلی 2 جایگزین می‌شوند. ترمینال Gate G به همین مورد اشاره کرد. در اکثر کاربردهای سوئیچینگ AC، ترمینال گیت تریاک با ترمینال MT1 مرتبط است، مشابه رابطه گیت-کاتد تریستور یا رابطه پایه-امیتر ترانزیستور. ساختار، دوپینگ P-N و نماد شماتیک مورد استفاده‌برای نشان دادن یک Triac در زیر آورده‌شده‌است.
نماد و ساخت ترایاک
اکنون می دانیم که “ترایاک” یک دستگاه 4 لایه است، PNPN در جهت مثبت و NPNP در جهت منفی، دستگاه دو طرفه سه ترمینالی که جریان را در حالت “خاموش” مسدود‌می‌کند و مانند یک کلید مدار باز عمل میکند. برخلاف تریستورهای معمولی، هنگامی که توسط یک پالس گیت راه‌اندازی میشود، می‌تواند‌جریان را در هر جهت هدایت کند. سپس یک ترایاک دارای چهار حالت عملیاتی احتمالی به شرح زیراست.
I + Mode = جریان مثبت MT2 (+ve)، جریان دروازه مثبت (+ve)
Ι – حالت = جریان MT2 مثبت (+ve)، جریان دروازه منفی (-ve)
ΙΙΙ + حالت = جریان منفی MT2 (-ve)، جریان دروازه مثبت (+ve)
ΙΙΙ – حالت = جریان منفی MT2 (-ve)، جریان دروازه منفی (-ve)
و این چهار حالتی که در آنها میتوان کار کرد با استفاده‌از منحنی های ویژگی های I-V نشان داده‌شده‌است.
برنامه‌های کاربردی Triac
ترایاک رایج ترین وسیله نیمه هادی است که برای سوئیچینگ و کنترل توان سیستم‌های AC استفاده‌می‌شود، زیرا ترایاک را میتوان بدون توجه به قطبیت منبع AC در آن زمان، با یک پالس گیت مثبت یا منفی روشن کرد.
این باعث میشود ترایاک برای کنترل بار لامپ یا موتور AC با مدار سوئیچینگ تریاک بسیار ابتدایی که در زیر آورده شده‌است ایده‌آل‌باشد.
مدار سوئیچینگ ترایاک پایه
مدار بالا یک مدار سوئیچینگ برق ترایاک با راه‌اندازی DC ساده را نشان میدهد. با باز بودن سوئیچ SW1، هیچ جریانی به دروازه ترایاک جریان نمی یابد و بنابراین لامپ خاموش است. هنگامی که SW1 بسته‌است، جریان گیت از منبع تغذیه باتری VG از طریق مقاومت R به ترایاک اعمال‌می‌شود و تریاک مانند یک کلید بسته به رسانایی کامل هدایت‌می‌شود و برق کامل توسط لامپ از منبع سینوسی گرفته‌می‌شود.
از آنجایی که باتری هر زمان که سوئیچ SW1 بسته‌می‌شود یک جریان دروازه مثبت به ترایاک میدهد، بنابراین ترایاک بدون توجه به قطبیت ترمینال MT2 به طور مداوم در حالت‌های Ι+ و ΙΙΙ+ دریچه میشود.
البته، مشکل این مدار سوئیچینگ ترایاک ساده این‌است که برای راه‌اندازی ترایاک به رسانش، به یک منبع گیت مثبت یا منفی اضافی نیاز داریم. اما ما همچنین می‌توانیم ترایاک را با استفاده از خود ولتاژ منبع AC واقعی به عنوان ولتاژ راه‌اندازی گیت راه‌اندازی کنیم. شکل بالا را در نظر بگیرید.
مدار سوئیچینگ ترایاک
مدار یک ترایاک را نشان میدهد که به عنوان یک کلید برق AC استاتیک ساده استفاده میشود که عملکرد “روشن” – “خاموش” مشابه مدار DC قبلی را ارائه میدهد. هنگامی که کلید SW1 باز‌است، ترایاک به عنوان یک کلید باز عمل میکند و لامپ جریان صفر را عبور میدهد.
هنگامی که SW1 بسته‌می‌شود، ترایاک از طریق مقاومت محدود کننده جریان R در‌حالت روشن قرار می‌گیرد و مدت کوتاهی پس از شروع هر نیم چرخه، خود قفل‌می‌شود، بنابراین قدرت کامل به بار لامپ تغییر‌می‌کند.
از آنجایی که منبع تغذیه AC سینوسی‌است، ترایاک به طور خودکار در پایان هر نیم چرخه AC به عنوان ولتاژ منبع تغذیه آنی باز میشود .بنابراین جریان بار برای مدت کوتاهی به صفر میرسد اما دوباره با استفاده از نیمه تریستور مخالف در نیم سیکل بعدی باز میشود ، تا زمانی که سوئیچ بسته‌بماند. این نوع کنترل سوئیچینگ به دلیل کنترل هر دو نیمه موج سینوسی به طور کلی کنترل تمام موج نامیده‌می‌شود. از آنجایی که تریاک عملاً دو SCR متصل به پشت‌است، می‌توانیم این مدار سوئیچینگ ترایاک را با تغییر نحوه راه‌اندازی گیت مانند شکل زیر، بیشتر کنیم.
مدار سوئیچینگ اصلاح‌شده
همانطور که در بالا گفته‌شد، اگر کلید SW1 در موقعیت A باز باشد، جریان گیت وجود ندارد و لامپ خاموش‌است. اگر سوئیچ به موقعیت B منتقل شود، جریان در هر نیم سیکل مانند قبل جریان می یابد و قدرت کامل توسط لامپ گرفته‌می‌شود زیرا ترایاک در حالت‌های Ι+ و ΙΙΙ– کار میکند.
با این حال این بار هنگامی که سوئیچ به موقعیت C وصل‌می‌شود، دیود از راه‌اندازی گیت در زمانی که MT2 منفی‌است، جلوگیری میکند زیرا دیود بایاس معکوس‌است. بنابراین فقط در نیم چرخه های مثبت که فقط در‌حالت i+ کار میکنند هدایت‌می‌شود و لامپ با نصف توان روشن‌می‌شود. سپس بسته به موقعیت سوئیچ، بار خاموش، در‌حالت نیمه برق یا کاملا روشن‌است.
کنترل فاز ترایاک
یکی دیگر از انواع رایج مدارهای سوئیچینگ از کنترل فاز برای تغییر مقدار ولتاژ و در نتیجه توان اعمال‌شده به یک بار، در این مورد یک موتور، برای هر دو نیمه مثبت و منفی شکل موج ورودی استفاده‌می‌کند. این نوع کنترل سرعت موتور AC یک کنترل کاملاً متغیر و خطی میدهد زیرا ولتاژ را میتوان از صفر تا ولتاژ اعمال شده کامل مطابق شکل تنظیم کرد.
کنترل فاز
این مدار آغازگر فاز پایه از ترایاک به صورت سری با موتور در سراسر یک منبع سینوسی AC استفاده‌می‌کند. مقاومت متغیر VR1 برای کنترل میزان تغییر فاز در گیت ترایاک استفاده‌می‌شود. که به نوبه خود میزان ولتاژ اعمال‌شده به موتور را با روشن کردن آن در زمان‌های مختلف در طول چرخه AC کنترل‌می‌کند.
ولتاژ راه انداز ترایاک از ترکیب VR1 – C1 از طریق دیاک مشتق شده‌است (دیاک یک دستگاه نیمه هادی دو طرفه‌است که به ارائه یک پالس جریان ماشه تیز برای روشن کردن کامل ترایاک کمک میکند).
در شروع هر چرخه، C1 از طریق مقاومت متغیر VR1 شارژ میشود. این کار تا زمانی ادامه می یابد که ولتاژ در سرتاسر C1 برای راه‌اندازی دیاک به رسانایی کافی باشد که به نوبه خود به خازن، C1 اجازه میدهد تا در دروازه ترایاک تخلیه‌شود و آن را روشن کند. هنگامی که آن را به رسانایی راه‌اندازی و اشباع میشود، به طور موثر مدار کنترل فاز متصل به موازات آن را قطع میکند و کنترل را برای باقی مانده نیم چرخه به دست می‌گیرد.
ترایاک
همانطور که در بالا دیدیم، ترایاک به طور خودکار در پایان نیم چرخه خاموش‌می‌شود و فرآیند راه‌اندازی VR1 – C1 دوباره در نیم چرخه بعدی شروع‌می‌شود. با این حال، از آنجایی که ترایاک به مقادیر متفاوتی از جریان گیت در هر‌حالت سوئیچینگ نیاز دارد، برای مثال Ι+ و ΙΙΙ–، یک ترایاک نامتقارن‌است به این معنی که ممکن‌است در نقطه‌ای یکسان برای هر نیم سیکل مثبت و منفی فعال نشود.
ترایاک
این مدار ساده کنترل سرعت تریاک نه تنها برای کنترل سرعت موتور AC بلکه برای دیمرهای لامپ و کنترل بخاری برقی مناسب‌است. و در واقع بسیار شبیه یک دیمر نور تریاک‌است که در بسیاری از خانه‌ها استفاده‌می‌شود. با این حال، یک دیمر تجاری ترایاک نباید به عنوان کنترل کننده سرعت موتور استفاده‌شود. زیرا معمولاً دیمرهای ترایاک فقط برای بارهای مقاومتی مانند لامپ‌های رشته‌ای استفاده‌میشوند. سپس می‌توانیم این آموزش Triac را با خلاصه کردن نکات اصلی آن به شرح زیر پایان دهیم:
“Triac” یک دستگاه تریستور 4 لایه و 3 ترمینالی مشابه SCRاست. میتوان آن را در هر جهت هدایت کرد. دارای چهار‌حالت راه‌اندازی احتمالی‌است که 2حالت ترجیح داده‌می‌شود.
کنترل برق متناوب AC با استفاده‌از Triac زمانی که به درستی برای کنترل بارهای نوع مقاومتی مانند لامپ‌های رشته‌ای، بخاری‌ها یا موتورهای جهانی کوچک که معمولاً در ابزارهای برقی قابل حمل و وسایل کوچک یافت‌می‌شوند، بسیار مؤثر‌است. اما لطفاً به یاد داشته‌باشید که این دستگاه‌ها را میتوان مستقیماً به منبع برق AC اصلی وصل کرد. بنابراین آزمایش مدار باید زمانی انجام شود که دستگاه کنترل برق از منبع تغذیه جدا شده‌است. لطفا اول ایمنی را به خاطر بسپارید!.
مراجع
2- همه چیز در مورد خازن و انواع آن