Введение
ТРИАК (триод для переменного тока; также двунаправленный триодный тиристор или двусторонний триодный тиристор) – это трехвыводной электронный компонент, который проводит ток в обоих направлениях при включении. Термин TRIAC является зарегистрированным товарным знаком, ставшим общеупотребительным. ТРИАК – это подкласс тиристоров (аналогично реле, где небольшое напряжение и ток могут управлять значительно большим напряжением и током) и связан с кремниевыми управляемыми выпрямителями (SCR). ТРИАК отличаются от SCR тем, что обеспечивают прохождение тока в обоих направлениях, в то время как SCR проводит ток только в одном направлении. Большинство ТРИАКов могут быть включены подачей положительного или отрицательного напряжения на управляющий электрод (для SCR требуется положительное напряжение). После включения SCR и ТРИАК продолжают проводить ток, даже если ток управляющего электрода прекращается, до тех пор, пока основной ток не опустится ниже определенного уровня, называемого током удержания. Тиристоры с принудительным выключением (GTO) аналогичны ТРИАКам, но обеспечивают больший контроль, выключаясь при прекращении сигнала на управляющем электроде. Двунаправленность ТРИАКов делает их удобными переключателями для переменного тока (AC). Кроме того, подача импульса включения под управляемым углом фазы переменного тока в основной цепи позволяет регулировать средний ток, протекающий через нагрузку (фазовое регулирование). Это обычно используется для управления скоростью универсальных двигателей, диммирования ламп и регулирования электрических нагревателей. ТРИАК – это биполярный прибор.
A TRIAC (triode for alternating current; also bidirectional triode thyristor or bilateral triode thyristor) is a three terminal electronic component that conducts current in either direction when triggered. The term TRIAC is a genericised trademark. TRIACs are a subset of thyristors (analogous to a relay in that a small voltage and current can control a much larger voltage and current) and are related to silicon controlled rectifiers (SCRs). TRIACs differ from SCRs in that they allow current flow in both directions, whereas an SCR can only conduct current in a single direction. Most TRIACs can be triggered by applying either a positive or negative voltage to the gate (an SCR requires a positive voltage). Once triggered, SCRs and TRIACs continue to conduct, even if the gate current ceases, until the main current drops below a certain level called the holding current. Gate turn off thyristors (GTOs) are similar to TRIACs but provide more control by turning off when the gate signal ceases. The bidirectionality of TRIACs makes them convenient switches for alternating current (AC). In addition, applying a trigger at a controlled phase angle of the AC in the main circuit allows control of the average current flowing into a load (phase control). This is commonly used for controlling the speed of a universal motor, dimming lamps, and controlling electric heaters. TRIACs are Bipolar devices.
Операция
Чтобы понять принцип работы TRIAC, рассмотрим включение в каждой из четырех возможных комбинаций напряжений на управляющем электроде и MT2 относительно MT1. Четыре отдельных случая (квадранта) проиллюстрированы на рисунке 1. Главный вывод 1 (MT1) и главный вывод 2 (MT2) также называются анодом 1 (A1) и анодом 2 (A2) соответственно.
Квадрант 2
Работа во втором квадранте происходит, когда на затворе отрицательное напряжение, а MT2 положительно относительно MT1. Рисунок 1.
На рисунке 5 показан процесс включения. Включение устройства происходит в три этапа и начинается, когда ток от MT1 поступает в затвор через p-n переход под затвором. Это включает структуру, состоящую из NPN и PNP транзисторов, где затвор является катодом (включение этой структуры обозначено цифрой "1" на рисунке). По мере увеличения тока в затвор, потенциал левой стороны p-кремния под затвором повышается к уровню MT1, поскольку разность потенциалов между затвором и MT2 стремится уменьшиться: это создает ток между левой и правой сторонами p-кремния (обозначен цифрой "2" на рисунке), который, в свою очередь, включает NPN транзистор под выводом MT1 и, как следствие, также PNP транзистор между MT2 и правой стороной верхнего p-кремния. Таким образом, структура, через которую проходит основная часть тока, такая же, как при работе в первом квадранте ("3" на рисунке 5). Обычно в схеме уже предусмотрен встроенный резистор для защиты от ложного срабатывания при резком изменении напряжения (dv/dt). Это может маскировать предполагаемое диодно-подобное поведение затвора при тестировании TRIAC мультиметром. В технических характеристиках статический dv/dt обычно указывается как и, как упоминалось ранее, характеризует склонность TRIAC к включению из выключенного состояния после резкого изменения напряжения, даже без подачи тока на затвор.
Критический di/dt
Высокая скорость нарастания тока между МТ1 и МТ2 (в любом направлении) при включении устройства может повредить или разрушить TRIAC, даже если длительность импульса очень мала. Это происходит из-за того, что во время коммутации рассеивание мощности распределяется по устройству неравномерно. При включении устройство начинает проводить ток до завершения процесса распространения проводимости по всей площади перехода. Обычно устройство начинает проводить ток, заданный внешней схемой, через несколько наносекунд или микросекунд, но полное включение всей площади перехода занимает значительно больше времени, поэтому слишком быстрый рост тока может привести к образованию локальных перегревов, способных необратимо повредить TRIAC. В документации этот параметр обычно обозначается как и обычно составляет десятки ампер на микросекунду.
Пример данных
+ Некоторые типичные характеристики TRIAC
Наименование параметра Значение Типичное значение Единица пороговое напряжение управления 0,7–1,5 В пороговый ток управления 5–50 мА повторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии в прямом направлении 600–800 В повторяющееся пиковое напряжение в закрытом состоянии в обратном направлении 600–800 В действующее (RMS) значение тока в открытом состоянии 4–40 А импульсный ток в открытом состоянии 100–270 А прямое напряжение в открытом состоянии 1,5 В
Высококоммутационные (двух- и трехквадратное) ТРИАК
Три квадрантных TRIAC работают только в первом, втором и третьем квадрантах и не могут быть включены в четвертом квадранте. Эти устройства разработаны специально для улучшения коммутации и часто позволяют управлять реактивными нагрузками без использования снубберной схемы. Первые TRIAC этого типа были выпущены компанией Thomson Semiconductors (ныне ST Microelectronics) под названием "Alternistor". Более поздние версии продаются под торговыми марками "Snubberless" и "ACS" (AC Switch, хотя этот тип также включает буфер управления, что дополнительно исключает работу в первом квадранте). Littelfuse также использует название "Alternistor". Компания Philips Semiconductors (ныне NXP Semiconductors) разработала торговую марку "Hi Com" (Высокая коммутация). Часто эти TRIAC могут работать с меньшим током управления, что позволяет напрямую управлять ими компонентами логических уровней.