Der TRIAC

SCRs sind unidirektionale (unidirektionale) Stromgeräte, wodurch sie nur für die Steuerung von Gleichstrom nützlich sind. Wenn zwei SCRs parallel Rücken-an-Rücken verbunden werden, so wie zwei Shockley-Dioden zu einem DIAC zusammengefügt wurden, haben wir ein neues Gerät, das als TRIAC bekannt ist:(Abbildung unten)

Das TRIAC-SCR-Äquivalent und das TRIAC-Schemasymbol.

Da einzelne SCRs flexibler in fortschrittlichen Steuerungssystemen verwendet werden können, werden diese häufiger in Schaltungen wie Motorantrieben verwendet. TRIACs werden normalerweise in einfachen, stromsparenden Anwendungen wie Haushaltsdimmerschaltern verwendet. Eine einfache Lampendimmerschaltung ist in der Abbildung unten gezeigt, komplett mit dem phasenschiebenden Widerstands-Kondensator-Netzwerk, das für die Nachspitzenzündung erforderlich ist.

TRIAC-Phasensteuerung der Leistung

TRIACs sind dafür bekannt, dass sie nicht symmetrisch feuern. Dies bedeutet, dass diese normalerweise nicht bei genau demselben Gate-Spannungspegel für eine Polarität auslösen wie für die andere. Dies ist im Allgemeinen unerwünscht, da eine asymmetrische Zündung zu einer Stromwellenform mit einer größeren Vielfalt an harmonischen Frequenzen führt. Wellenformen, die oberhalb und unterhalb ihrer durchschnittlichen Mittellinie symmetrisch sind, bestehen nur aus ungeradzahligen Harmonischen. Asymmetrische Wellenformen hingegen enthalten geradzahlige Harmonische (die auch von ungeradzahligen Harmonischen begleitet sein können oder nicht).

Im Interesse der Reduzierung des Gesamtoberwellengehalts in Stromversorgungssystemen gilt:Je weniger und weniger unterschiedlich die Oberwellen, desto besser – ein weiterer Grund, warum einzelne SCRs gegenüber TRIACs für komplexe Hochleistungssteuerkreise bevorzugt werden. Eine Möglichkeit, die Stromwellenform des TRIAC symmetrischer zu gestalten, besteht darin, ein Gerät außerhalb des TRIAC zu verwenden, um den Triggerimpuls zu messen. Ein mit dem Gate in Reihe geschalteter DIAC macht dies gut:(Abbildung unten)

DIAC verbessert die Symmetrie der Kontrolle

DIAC-Knickspannungen sind in der Regel viel symmetrischer (in einer Polarität gleich wie in der anderen) als die TRIAC-Auslösespannungsschwellen. Da der DIAC jeglichen Gate-Strom verhindert, bis die Triggerspannung einen bestimmten, wiederholbaren Pegel in beide Richtungen erreicht hat, ist der Zündpunkt des TRIAC von einer Halbwelle zur nächsten tendenziell konsistenter und die Wellenform nach oben und unten symmetrischer seine Mittellinie.

Praktisch alle Eigenschaften und Nennwerte von SCRs gelten gleichermaßen für TRIACs, außer dass TRIACs natürlich bidirektional sind (können Strom in beide Richtungen verarbeiten). Über dieses Gerät muss nicht viel mehr gesagt werden, außer einer wichtigen Einschränkung bezüglich der Anschlussbezeichnungen.

Aus dem oben gezeigten Ersatzschaltbild könnte man meinen, die Hauptklemmen 1 und 2 seien austauschbar. Diese sind nicht! Obwohl es hilfreich ist, sich den TRIAC aus zwei miteinander verbundenen SCRs vorzustellen, ist er tatsächlich aus einem einzigen Stück Halbleitermaterial aufgebaut, das entsprechend dotiert und geschichtet ist. Die tatsächlichen Betriebseigenschaften können geringfügig von denen des entsprechenden Modells abweichen.

Dies wird am deutlichsten durch die Gegenüberstellung zweier einfacher Schaltungsdesigns, eines funktioniert und eines nicht. Die folgenden beiden Schaltungen sind eine Variation der zuvor gezeigten Lampendimmerschaltung, wobei der Phasenverschiebungskondensator und der DIAC der Einfachheit halber entfernt wurden. Obwohl der resultierenden Schaltung die Feinsteuerungsfähigkeit der komplexeren Version (mit Kondensator und DIAC) fehlt, funktioniert sie:(Abbildung unten)

Diese Schaltung mit dem Tor zu MT2 funktioniert.

Angenommen, wir würden die beiden Hauptterminals des TRIAC vertauschen. Nach dem zuvor in diesem Abschnitt gezeigten Ersatzschaltbild sollte der Tausch keinen Unterschied machen. Die Schaltung sollte funktionieren:(Abbildung unten)

Wenn das Gate auf MT1 getauscht ist, funktioniert diese Schaltung nicht.

Wenn diese Schaltung jedoch gebaut wird, stellt sich heraus, dass sie nicht funktioniert! Die Last erhält keinen Strom, der TRIAC weigert sich überhaupt zu feuern, egal auf welchen niedrigen oder hohen Widerstandswert der Steuerwiderstand eingestellt ist. Der Schlüssel zum erfolgreichen Auslösen eines TRIAC besteht darin, sicherzustellen, dass das Gate seinen Auslösestrom von der Seite des Hauptanschlusses 2 der Schaltung erhält (der Hauptanschluss auf der gegenüberliegenden Seite des TRIAC-Symbols vom Gate-Anschluss). Die Identifizierung der MT1- und MT2-Klemmen muss über die Teilenummer des TRIAC unter Bezugnahme auf ein Datenblatt oder Buch erfolgen.

RÜCKBLICK:

• Ein TRIAC verhält sich ähnlich wie zwei SCRs, die für den bidirektionalen (AC) Betrieb Back-to-Back verbunden sind.
• TRIAC-Steuerungen werden häufiger in einfachen Stromkreisen mit geringer Leistung als in komplexen Stromkreisen mit hoher Leistung verwendet. In großen Leistungsregelkreisen werden mehrere SCRs bevorzugt.
• Wenn TRIACs zur Steuerung der Wechselstromversorgung einer Last verwendet werden, werden sie oft von DIACs begleitet, die mit ihren Gate-Anschlüssen in Reihe geschaltet sind. Der DIAC hilft dem TRIAC, symmetrischer zu feuern (konsistenter von einer Polarität zur anderen).
• Hauptklemmen 1 und 2 an einem TRIAC sind nicht austauschbar.
• Um einen TRIAC erfolgreich auszulösen, muss der Gate-Strom von der Hauptklemme 2 (MT2) der Schaltung kommen!

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Thyristoren-Arbeitsblatt