O que é triac: circuito de comutação e aplicações

Interruptores electrónicos de energia como BJT, SCR, IGBT, MOSFET, e TRIAC são componentes muito importantes quando se trata de comutação de circuitos, como conversores CC-CC, controladores de motor de velocidade, controladores de motor e controladores de frequência etc. Cada dispositivo tem a sua própria propriedade única e portanto, eles têm seus próprios aplicativos específicos. Neste tutorial aprenderemos sobre o TRIAC, que é um dispositivo bidirecional, o que significa que pode conduzir em ambas as direções. Devido a esta propriedade, o TRIAC é usado exclusivamente onde a alimentação CA sinusoidal está envolvida.

Introdução ao TRIAC

O termo TRIAC significa TRI ode para A lternating C ACTUAL. É um dispositivo de chaveamento de três terminais semelhante ao SCR (tiristor), mas pode conduzir em ambos os sentidos, uma vez que constrói combinando dois SCR em estado antiparalelo. O símbolo e o pino do TRIAC são mostrados abaixo.

Como o TRIAC é um dispositivo bidirecional, a corrente pode fluir de MT1 para MT2 ou de MT2 para MT1 quando o terminal do gate é acionado. Para um TRIAC, essa tensão de disparo que deve ser aplicada ao terminal da porta pode ser positiva ou negativa em relação ao terminal MT2. Assim, isso coloca o TRIAC em quatro modos de operação, conforme listado abaixo

• Tensão positiva em MT2 e pulso positivo para porta (quadrante 1)
• Tensão positiva em MT2 e pulso negativo para porta (quadrante 2)
• Tensão negativa em MT2 e pulso positivo para porta (quadrante 3)
• Tensão negativa em MT2 e pulso negativo para porta (quadrante 4)

VI Características de um TRIAC

A imagem abaixo ilustra o status do TRIAC em cada quadrante.

As características de ligar e desligar do TRIAC podem ser entendidas olhando o gráfico de características do VI do TRIAC que também é mostrado na imagem acima. Como o TRIAC é apenas uma combinação de dois SCR na direção antiparalela, o gráfico de características do VI é semelhante ao de um SCR. Como você pode ver, o TRIAC opera principalmente no ^1º e no ^3º quadrante.

Características de ativação

Para ligar um TRIAC, uma tensão / pulso de porta positivo ou negativo deve ser fornecido ao pino de porta do TRIAC. Quando acionado um dos dois SCR internos, o TRIAC começa a conduzir com base na polaridade dos terminais MT1 e MT2. Se MT2 for positivo e MT1 for negativo, o primeiro SCR conduz e se o terminal MT2 for negativo e MT1 for positivo, o segundo SCR conduz. Desta forma, qualquer um dos SCR sempre permanece ligado, tornando o TRIAC ideal para aplicações CA.

A tensão mínima que deve ser aplicada ao pino da porta para LIGAR um TRIAC é chamada de tensão da porta de limiar (V _GT) e a corrente resultante através do pino da porta é chamada de corrente da porta de limiar (I _GT). Uma vez que essa tensão é aplicada ao pino do gate, o TRIAC obtém polarização direta e começa a conduzir, o tempo que leva para o TRIAC mudar do estado desligado para o estado ligado é chamado de tempo de ativação (t _on).

Assim como um SCR, o TRIAC, uma vez ligado, permanecerá ligado, a menos que seja comutado. Mas para esta condição, a corrente de carga através do TRIAC deve ser maior ou igual à corrente de retenção (I _L) do TRIAC. Portanto, para concluir, o TRIAC permanecerá ligado mesmo após a remoção do pulso da porta, desde que a corrente de carga seja maior que o valor da corrente de retenção.

Semelhante à corrente de retenção, há outro valor importante de corrente chamado corrente de retenção. O valor mínimo de corrente para manter o TRIAC no modo de condução direta é chamado de corrente de retenção (I _H). Um TRIAC entrará no modo de condução contínua somente depois de passar pela corrente de retenção e pela corrente de retenção, conforme mostrado no gráfico acima. Além disso, o valor da corrente de retenção de qualquer TRIAC será sempre maior que o valor da corrente de retenção.

Características de desligamento

O processo de desligar um TRIAC ou qualquer outro dispositivo de energia é chamado de comutação, e o circuito associado a ele para realizar a tarefa é chamado de circuito de comutação. O método mais comum usado para desligar um TRIAC é reduzindo a corrente de carga através do TRIAC até que atinja o valor da corrente de retenção (I _H). Este tipo de comutação é chamado de comutação forçada em circuitos CC. Aprenderemos mais sobre como um TRIAC é ligado e desligado por meio de seus circuitos de aplicação.

Aplicativos TRIAC

O TRIAC é muito comumente usado em lugares onde a energia CA deve ser controlada, por exemplo, é usado nos reguladores de velocidade de ventiladores de teto, circuitos dimmer de lâmpada CA etc. Vamos examinar um circuito de comutação TRIAC simples para entender como ele funciona na prática.

Aqui , usamos o TRIAC para ligar e desligar uma carga CA por meio de um botão. A fonte de alimentação principal é então conectada a uma pequena lâmpada através do TRIAC, conforme mostrado acima. Quando a chave está fechada, a tensão de fase é aplicada ao pino da porta do TRIAC por meio do resistor R1. Se a tensão da porta estiver acima da tensão do limiar da porta, então uma corrente flui através do pino da porta, que será maior do que a corrente do limiar da porta.

Nessa condição, o TRIAC entra em polarização direta e a corrente de carga fluirá pela lâmpada. Se as cargas consumirem corrente suficiente, o TRIAC entrará no estado de travamento. Mas como esta é uma fonte de alimentação CA, a tensão chegará a zero a cada meio ciclo e, portanto, a corrente também chegará a zero momentaneamente. Portanto, o travamento não é possível neste circuito e o TRIAC será desligado assim que a chave for aberta e nenhum circuito de comutação é necessário aqui. Este tipo de comutação do TRIAC é denominado como comutação natural. Agora vamos construir este circuito em uma placa de ensaio usando o BT136 TRIAC e verificar como ele funciona.

É necessário muito cuidado ao trabalhar com fontes de alimentação CA, pois a tensão de operação é reduzida para fins de segurança. A alimentação CA padrão de 230 V 50 Hz (na Índia) é reduzida para 12 V 50 Hz usando um transformador. Uma pequena lâmpada é conectada como uma carga. A configuração experimental se parece com a seguinte quando concluída.

Quando o botão é pressionado, o pino do gate recebe a tensão do gate e, portanto, o TRIAC é ligado. A lâmpada acenderá enquanto o botão for mantido pressionado. Uma vez que o botão é liberado, o TRIAC estará no estado travado, mas como a tensão de entrada é AC, a corrente embora o TRIAC cairá abaixo da corrente de retenção e, portanto, o TRIAC será desligado, o funcionamento completo também pode ser encontrado no vídeo fornecido no final deste tutorial.

Controle TRIAC usando microcontroladores

Quando os TRIACs são usados ​​como dimmers de luz ou para aplicação de controle de fase, o pulso do gate fornecido ao pino do gate deve ser controlado por meio de um microcontrolador. Nesse caso, o pino da porta também será isolado usando um opto-acoplador. O diagrama de circuito para o mesmo é mostrado abaixo.

Para controlar o TRIAC usando um sinal de 5 V / 3,3 V, vamos usar um opto-acoplador como o MOC3021 que tem um TRIAC dentro dele. Este TRIAC pode ser acionado por 5 V / 3,3 V através do Diodo Emissor de Luz. Normalmente, um sinal PWM vai ser aplicada ao 1 ^r pino de MOC3021 e o ciclo do sinal de PWM frequência e dever vai ser variada para obter o resultado desejado. Este tipo de circuito é normalmente usado para controle de brilho da lâmpada ou controle de velocidade do motor.

Efeito de taxa - circuitos de amortecimento

Todos os TRIACs sofrem de um problema denominado efeito de taxa. É quando o terminal MT1 está sujeito a um aumento acentuado na tensão devido a ruídos de comutação ou transientes ou surtos, o TRIAC interrompe-o como um sinal de comutação e liga automaticamente. Isso se deve à capacitância interna presente entre os terminais MT1 e MT2.

A maneira mais fácil de superar esse problema é usando um circuito Snubber. No circuito acima, o Resistor R2 (50R) e o Capacitor C1 (10nF) juntos formam uma rede RC que atua como um circuito Snubber. Quaisquer tensões de pico fornecidas ao MT1 serão observadas por esta rede RC.

Efeito Backlash

Outro problema comum que será enfrentado por designers ao usar o TRIAC é o efeito Backlash. Esse problema ocorre quando um potenciômetro é usado para controlar a tensão da porta do TRIAC. Quando o POT é colocado no valor mínimo, nenhuma tensão será aplicada ao pino do gate e, portanto, a carga será desligada. Mas quando o POT é colocado no valor máximo, o TRIAC não liga devido ao efeito da capacitância entre os pinos MT1 e MT2, este capacitor deve encontrar um caminho para descarregar, caso contrário não permitirá que o TRIAC ligue. Este efeito é denominado efeito Backlash. Esse problema pode ser corrigido simplesmente introduzindo um resistor em série com o circuito de chaveamento para fornecer um caminho para o capacitor descarregar.

Interferência de radiofrequência (RFI) e TRIACs

Os circuitos de comutação TRIAC são mais propensos à interferência de radiofrequência (EFI) porque quando a carga é ligada, a corrente sobe de 0A ao valor máximo de repente, criando uma explosão de pulsos elétricos que causa a interface de radiofrequência. Quanto maior for a corrente de carga, pior será a interferência. Usar circuitos supressores como um supressor LC resolverá este problema.

TRIAC - Limitações

Quando necessário para alternar as formas de onda CA em ambas as direções, obviamente, o TRIAC será a primeira escolha, pois é a única chave eletrônica de potência bidirecional. Ele atua como dois SCRs conectados em conjunto e também compartilham as mesmas propriedades. Embora ao projetar circuitos usando TRIAC, as seguintes limitações devem ser consideradas

• O TRIAC possui duas estruturas SCR dentro dele, uma conduz durante a metade positiva e a outra durante a metade negativa. Mas, eles não disparam simetricamente causando diferença no semiciclo positivo e negativo da saída
• Além disso, como o chaveamento não é simétrico, ele leva a harmônicos de alto nível que irão induzir ruído no circuito.
• Este problema de harmônicos também levará a Interferência Eletromagnética (EMI)
• Ao usar cargas indutivas, há um grande risco de corrente de pico fluindo em direção à fonte, portanto, deve-se garantir que o TRIAC esteja completamente desligado e a carga indutiva seja descarregada com segurança por um caminho alternativo