ترایاک چیست؟

بازدید: 1187

ترایاک چیست

ترایاک چیست؟

بازدید: 1187

ترایاک (Triac) یک المان حالت جامد با سرعت بالا است که می‌­تواند برق متناوب را در هر دو جهت شکل موج سینوسی سوئیچ و کنترل کند.

در مقالات قبلی دیدیم که تریستور به عنوان یک دستگاه حالت جامد می­تواند برای کنترل لامپ‌­ها، موتورها یا هیتر­ها استفاده شود. اما یکی از مشکلات استفاده از تریستور برای کنترل چنین مدارهایی این است که تریستور مانند یک دیود یک المان یک طرفه است؛ بدین معنی که جریان را فقط در یک جهت از آند به کاتد می­‌گذراند.

برای مدارهای سوئیچینگ DC این مشخصه سوئیچینگ “یک طرفه” ممکن است قابل قبول باشد زیرا پس از راه‌­اندازی تمام توان DC مستقیماً به بار تحویل می­‌شود. اما در مدارهای سوئیچینگ AC سینوسی، این سوئیچینگ یک طرفه ممکن است مشکل­‌ساز باشد زیرا فقط در طول نیمی از چرخه (مانند یکسو­کننده نیم­‌موج)، زمانی که آند بدون توجه به سیگنال گیت مثبت است، هدایت می‌­کند. بنابراین، برای کاربرد AC فقط نیمی از توان توسط یک تریستور به بار تحویل داده می­‌شود.

برای به دست آوردن کنترل توان تمام موج، می‌توانیم یک تریستور را در داخل یک پل یکسوساز تمام‌موج که در هر نیم موج مثبت فعال می‌شود، وصل کنیم یا دو تریستور را به صورت موازی معکوس (پشت به پشت) به هم، همانطور که نشان داده شده، وصل کنیم اما این باعث افزایش پیچیدگی و تعداد اجزای مورد استفاده در مدار سوییچینگ می­‌شود.

تنظیمات تریستور

1. تنظیمات تریستور

با این حال، نوع دیگری از قطعات نیمه هادی به نام “سوئیچ AC تریود ” (Triode AC Switch) یا به اختصار ترایاک نیز وجود دارد که یکی از اعضای خانواده تریستور است و می­‌تواند به عنوان یک دستگاه سوئیچینگ توان حالت جامد استفاده شود. بزرگترین مزیت ترایاک نسبت به یکسو­کننده کنترل‌­شده سیلیکونی (SCR) این است که یک دستگاه سوایچینگ “دو جهته” است.

به عبارت دیگر، یک ترایاک می‌تواند توسط ولتاژهای مثبت و منفی اعمال شده به آند و با اعمال پالس‌های مثبت و منفی به ترمینال گیت وارد حالت هدایت شود و آن را به یک دستگاه کنترل‌شده گیت سوئیچینگ دو ربعی 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 آرایش، دو تریستور یک ترمینال گیت مشترک در یک بسته سه ترمینالی دارند.

از آنجایی که ترایاک در هر دو جهت شکل موج سینوسی هدایت می‌کند، مفهوم ترمینال آند و کاتد که برای شناسایی پایانه‌های توان اصلی یک تریستور استفاده می‌شود با شناسه‌های MT1 برای ترمینال اصلی 1 و MT2 برای ترمینال اصلی 2 با ترمینال گیت G مشترک، جایگزین می‌شوند.

در بیشتر کاربردهای سوئیچینگ AC، ترمینال گیت ترایاک با ترمینال MT1 مرتبط است، که مشابه رابطه گیت-کاتد تریستور یا رابطه بیس-امیتر ترانزیستور است. ساختار دوپینگ P-N (P-N doping) و نماد شماتیک مورد استفاده برای نشان دادن یک ترایاک در زیر آورده شده است.

نماد و ساختار ترایاک

2. نماد و ساختار ترایاک

اکنون می­‌دانیم که “ترایاک” یک المان 4 لایه است، PNPN در جهت مثبت و NPNP در جهت منفی، دستگاه دو طرفه سه ترمینالی که جریان را در حالت “خاموش” خود مسدود می­‌کند و مانند یک کلید مدار باز عمل می­‌کند. برخلاف تریستورهای معمولی، زمانی که توسط یک پالس گیت راه‌­اندازی شود، ترایاک می­‌تواند جریان را در هر جهتی هدایت کند. بنابراین، یک تریاک دارای چهار حالت عملیاتی احتمالی به شرح زیر است.

 

حالت  +Ι = جریان MT2 مثبت (ve+)، جریان گیت مثبت (ve+)

حالت   -Ι = جریان MT2 مثبت (ve+)، جریان گیت منفی (ve-)

حالت  +ΙΙΙ = جریان MT2 منفی (ve-)، جریان گیت مثبت (ve+)

حالت  – ΙΙΙ = جریان MT2 منفی (ve-)، جریان گیت منفی (ve-)

و این چهار حالت که در آن­ها یک ترایاک می‌­تواند کار کند با استفاده از منحنی­‌های مشخصه‌های I-V ترایاک نشان داده می­‌شوند.

منحنی‌های مشخصه‌های I-V ترایاک

3. منحنی‌های مشخصه‌های جریان و ولتاژ ترایاک

در ربع Ι، ترایاک معمولاً توسط یک جریان گیت مثبت که در بالا به عنوان حالت Ι+ نشان داده شده است، هدایت می­‌کند. همچنین می‌­تواند توسط جریان گیت منفی، حالت Ι- فعال شود. به طور مشابه، در ربع <ΙΙΙ، راه‌­اندازی با جریان گیت منفی ΙG– نیز رایج است، حالت ΙΙΙ- همراه با حالت ΙΙΙ+. با این حال، حالت‌های Ι- و ΙΙΙ+ پیکربندی‌هایی با حساسیت کمتر هستند که نسبت به حالت‌های رایج‌تر راه‌اندازی ترایاک Ι+ و ΙΙΙ-، نیاز به جریان گیت بیشتری برای ایجاد راه‌اندازی دارند.

همچنین، درست مانند یکسوکننده­‌های کنترل­‌شده سیلیکونی (SCR)، ترایاک­‌ها نیز به حداقل جریان نگهدارنده IH برای حفظ رسانایی در نقطه تقاطع شکل موج نیاز دارند. بنابراین اگرچه دو تریستور در یک دستگاه ترایاک ترکیب شده‌اند، باز هم ویژگی‌های الکتریکی منفرد مانند ولتاژهای شکست، جریان‌های نگه‌دارنده و سطوح ولتاژ راه‌اندازی مختلف را نشان می‌دهند که دقیقاً همان چیزی است که از یک قطعه SCR انتظار داریم.

کاربردهای ترایاک

تریاک رایج‌­ترین وسیله نیمه هادی است که برای سوئیچینگ و کنترل برق سیستم­‌های AC استفاده ‌شود، زیرا ترایاک را می­‌توان بدون توجه به قطبیت منبع AC در زمان، با یک پالس گیت مثبت یا منفی روشن کرد. این ویژگی باعث می­‌شود تریاک برای کنترل یک لامپ یا بار موتور AC با مدار کلیدزنی تریاک بسیار ابتدایی که در زیر آورده شده است، ایده‌­آل باشد.

مدار سوئیچینگ ترایاک

4. مدار سوییچینگ ترایاک

مدار بالا یک مدار سوییچینگ برق ترایاک با راه­‌اندازی DC ساده را نشان می‌­دهد. با باز بودن سوئیچ SW1، هیچ جریانی به گیت تریاک جریان نمی­‌یابد و بنابراین لامپ خاموش است. هنگامی که SW1 بسته است، جریان گیت از منبع تغذیه باتری VG از طریق مقاومت R به تریاک اعمال می‌­شود و تریاک مانند یک کلید بسته به حالت هدایت کامل می‌­رود و توان توسط لامپ از منبع سینوسی گرفته می­‌شود.

از آنجایی که باتری هر زمان که سوئیچ SW1 بسته می­‌شود یک جریان گیت مثبت به تریاک می‌­دهد، بنابراین گیت تریاک بدون توجه به قطبیت ترمینال MT2 به طور مداوم در حالت های ΙΙΙ+ و Ι+ مثبت می­‌شود.

البته مشکل این مدار سوئیچینگ ترایاک ساده این است که برای بردن ترایاک به حالت رسانایی، به یک منبع ورودی مثبت یا منفی اضافی نیاز داریم. اما همچنین می‌توانیم ترایاک را با استفاده از خود ولتاژ منبع AC واقعی به عنوان ولتاژ راه‌اندازی گیت، راه‌اندازی کنیم. مدار زیر را در نظر بگیرید.

مدار سوئیچینگ ترایاک

5. مدار سوئیچینگ ترایاک

مدار شکل بالا، یک ترایاک را نشان می‌دهد که به‌عنوان یک کلید برق AC استاتیک ساده استفاده می‌شود که عملکرد «روشن» – «خاموش» مشابه مدار DC قبلی را ارائه می‌کند. هنگامی که کلید SW1 باز است، ترایاک به عنوان یک کلید باز عمل می‌­کند و لامپ هیچ جریانی را عبور نمی‌­دهد. هنگامی که SW1 بسته است، تریاک از طریق مقاومت محدود­کننده جریان R در حالت روشن قرار می­‌گیرد و اندکی پس از شروع هر نیم چرخه، خود قفل می‌­شود، بنابراین کل توان به بار لامپ سوییچ می­‌شود.

از آنجایی که منبع تغذیه AC سینوسی است، ترایاک به طور خودکار در پایان هر نیم چرخه AC همانطور که ولتاژ منبع تغذیه آنی و بنابراین جریان بار برای مدت کوتاهی به صفر می­‌رسد، باز می‌­شود اما دوباره با استفاده از نیمه تریستور متقابل، در نیم سیکل بعدی دوباره قفل می­‌شود تا زمانی که سوئیچ بسته بماند. این نوع کنترل سوئیچینگ به دلیل کنترل هر دو نیمه موج سینوسی به طور کلی کنترل تمام موج نامیده می‌­شود.

از آنجایی که ترایاک عملاً دو SCR به هم متصل است، می‌توانیم این مدار سوئیچینگ تریاک را با تغییر نحوه راه‌اندازی گیت مانند شکل زیر، توسعه دهیم.

مدار سوییچینگ ترایاک اصلاح شده

6. مدار سوییچینگ ترایاک اصلاح شده

همانطور که در بالا گفته شد، اگر کلید SW1 در موقعیت A باز باشد، جریان گیت وجود ندارد و لامپ خاموش است. اگر سوئیچ به موقعیت B منتقل شود، جریان گیت در هر نیم سیکل مانند قبل جریان می­‌یابد و توان کامل توسط لامپ گرفته می­‌شود زیرا ترایاک در حالت های Ι+ و ΙΙΙ– کار می­‌کند.

با این حال، این بار هنگامی که سوئیچ به موقعیت C متصل می­‌شود، دیود از راه‌­اندازی گیت در زمانی که MT2 منفی است، جلوگیری می‌­کند زیرا دیود بایاس معکوس است. بنابراین تریاک فقط در نیم سیکل‌­های مثبت که فقط در حالت I+ کار می­‌کند، هدایت می­‌کند و لامپ با نصف توان روشن می­‌شود. در نتیجه بسته به موقعیت سوئیچ، بار در حالت می‌­توان، خاموش یا کاملا روشن است.

کنترل فاز ترایاک

یکی دیگر از انواع رایج مدارهای سوئیچینگ ترایاک از کنترل فاز برای تغییر مقدار ولتاژ و در نتیجه توان اعمال شده به یک بار، در این مورد یک موتور، برای هر دو نیمه مثبت و منفی شکل موج ورودی استفاده می‌­کند. این نوع کنترل سرعت موتور AC یک کنترل کاملاً متغیر و خطی می­‌دهد زیرا ولتاژ را می­‌توان از صفر تا کل ولتاژ اعمال شده، مطابق شکل، تنظیم کرد.

مدار کنترل فاز ترایاک

7. کنترل فاز ترایاک

این مدار تحریک فاز اولیه، از ترایاک به صورت سری با موتور و یک منبع سینوسی AC استفاده می­‌کند. مقاومت متغیر VR1 برای کنترل میزان تغییر فاز در گیت تریاک استفاده می­‌شود که به نوبه خود میزان ولتاژ اعمال شده به موتور را با روشن کردن آن در زمان‌­های مختلف در طول چرخه AC، کنترل می­‌کند.

ولتاژ راه‌­اندازی ترایاک از ترکیب VR1 – C1 و از طریق دیاک گرفته می­‌شود.

دیاک چیست؟ دیاک یک المان نیمه‌هادی دو طرفه است که به ارائه یک پالس جریان تحریک 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 می‌یابد که ولتاژ در C1 کافی باشد تا دیاک را به حالت هدایت ببرد که به نوبه خود به خازن C1 اجازه می‌دهد تا در گیت ترایاک تخلیه شود و آن را روشن کند.

هنگامی که ترایاک وارد حالت رسانایی شده و اشباع می‌­شود، به طور موثر مدار کنترل فاز راه­‌اندازی گیت را که به صورت موازی آن متصل شده است، اتصال کوتاه می­‌کند و ترایاک کنترل را برای باقیمانده نیم چرخه به دست می‌­گیرد.

همانطور که در بالا دیدیم، ترایاک به طور خودکار در پایان نیم چرخه خاموش می­‌شود و فرآیند راه اندازیVR1 – C1 دوباره در نیم چرخه بعدی شروع می­‌شود.

با این حال، از آنجایی که ترایاک به مقادیر متفاوتی از جریان گیت در هر حالت سوئیچینگ نیاز دارد، به عنوان مثال Ι+ و ΙΙΙ–، بنابراین تریاک نامتقارن است به این معنی که ممکن است برای هر نیم سیکل مثبت و منفی دقیقاً در نقطه یکسانی راه‌­اندازی نشود.

این مدار کنترل سرعت تریاک ساده، نه تنها برای کنترل سرعت موتور AC بلکه برای دیمرهای لامپ و کنترل هیتر برقی مناسب است و در واقع بسیار شبیه یک کاهش­‌دهنده نور (light dimmer) ترایاک است که در بسیاری از خانه­‌ها استفاده می­‌شود. با این حال، دیمر تریاک تجاری نباید به عنوان کنترل­‌کننده سرعت موتور استفاده شود، زیرا معمولاً دیمرهای نور ترایاک فقط برای بارهای مقاومتی مانند لامپ­‌های رشته‌­ای استفاده می­‌شوند.

بنابراین، می‌توانیم این آموزش تریاک را با خلاصه کردن نکات اصلی آن به شرح زیر پایان دهیم:

  • “ترایاک” یک دستگاه تریستور 4 لایه و 3 ترمینالی دیگر مشابه SCR است.
  • ترایاک می تواند در هر دو جهت به حالت رسانایی برود.
  • چهار حالت راه اندازی ممکن برای ترایاک وجود دارد که 2 حالت ترجیح داده می­‌شود.

کنترل برق متناوب AC با استفاده از ترایاک زمانی برای کنترل بارهای نوع مقاومتی مانند لامپ­‌های رشته­‌ای، گرم­‌کننده‌­ها (هیترها) یا موتورهای همه‌کاره کوچک که معمولاً در ابزارهای برقی قابل حمل و وسایل کوچک یافت می­‌شوند، بسیار مؤثر است.

 

اما به یاد داشته باشید که این دستگاه‌ها را می‌توان مستقیماً به منبع برق AC شهری وصل کرد، بنابراین آزمایش مدار باید زمانی انجام شود که دستگاه کنترل توان از منبع تغذیه جدا شده است. لطفا اول ایمنی را به خاطر بسپارید!.

نظرتان را درباره این مقاله بگویید 7 نظر

ترایاک چیست؟

با ثبت نظر و نوشتن کامنت، تیم ما را در راستای بهبود و افزایش کیفیت محتوا یاری خواهید کرد :)

فهرست مطالب

مقالات مرتبط

مشاهده محصولات

بروزترین مقالات

این مقاله را با دوستانتان به اشتراک بگذارید!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

19 + 5 =

فروشگاه