Struktura

Triak

Triak

Pro řízení výkonu zátěží napájených střídavým proudem v obou půlperiodách napětí jsou používány triaky (název odvozen z anglického označení triac → TRIode Alternating Current switch).

Triak je možné funkčně považovat za náhradu dvojice antiparalelně (paralelně proti sobě) zapojených tyristorů se společnou řídicí elektrodou pro obousměrné spínání střídavého proudu (viz.obrázek 1)

Obr. 1: Triak – schematická značka a vnitřní struktura

Činnost triaku si můžeme představit jako činnost dvou antiparalelně zapojených tyristorů s jedním hradlem G. Triak má, podobně jako tyristor, tři elektrody – dvě anody A1 a A2 a řídicí elektrodu G.

Protože triakem teče proud v obou půlperiodách střídavého napětí, je nutné, aby byl vybaven větším chladičem než tyristor.

Obr. 2: V-A charakteristika triaku

Spínání triaků

Spínání triaků se uskutečňuje stejnými způsoby jako spínání tyristorů.

Nejčastěji je spínání uskutečňováno pomocí řídicí elektrody. Vliv velikosti proudu hradla IG na spínání je stejný jako u tyristoru. Jako u tyristoru je okamžik sepnutí triaku závislý nejen na hodnotách UG i IG, ale také na teplotě přechodů ϑj.

Struktura triaku je poměrně složitá. Umožňuje spínání triaku při obou polaritách anodového napětí UA2A1 i řídicího napětí UG, tedy ve všech čtyřech kvadrantech.

Kombinace polarit napětí UA1A2 a proudů IG umožňuje čtyři možnosti. Pro jakoukoliv polaritu napětí UA1A2 je vždy jeden tyristor v závěrném směru a druhý v blokující oblasti V-A charakteristiky.

Tam, kde je prováděno spínání triaku stejnosměrným napětím nebo stejnosměrnými impulzy při průchodu anodového proudu IA nulou, doporučuje se, aby byl pro spínání použit záporný proud hradla. Velikost proudu IGT je u tyristorů i triaků teplotně závislá.

Vypínání triaků

Protože jsou triaky používány téměř výhradně pro spínání střídavých proudů, je jejich vypínání zajišťováno stejně jako u tyristorů přirozenou komutací střídavého napětí.

Vzhledem k poměrně složité struktuře má triak oproti tyristoru menší odolnost proti rychlému nárůstu spínaného napětí du/dt a strmosti zmenšení proudu di/dt, ke kterému dochází při vypínání. Čím je rychlejší změna proudu, tím více zůstává v okamžiku vypnutí triaku nerekombinovaných elektrických nábojů. Čím je větší du/dt, tím je větší pravděpodobnost, že budou některé z těchto nosičů náboje vytvářet proud hradla.

Při odporové zátěži je proud procházející triakem ve fázi s napětím a při vypnutí triaku prochází napětí nulou zároveň s proudem.

Při indukční zátěži, kdy dochází k fázovému zpoždění proudu za napětím, vzniká nebezpečí samozapnuí. Při průchodu produ nulou je napětí maximální, proto při vypnutí triaku v okamžiku, kdy proud je nulový, dojde k prudké změně napětí na triaku, takže rychlost změny duAK/ dt je velká a dojde ke spínání kapacitním proudem. Přitom může dojít k jeho zničení.

Ochrana triaku

Ovládáme-li zátěže s převážně induktivním charakterem (elektromotory, relé atd.), pak se při nejčastějších aplikacích s napájením ze sítě 50Hz provádí ochrana triaku proti nežádoucímu spínání nebo zničení např. tak, že mezi anody A2 a A1 je zapojena sériová kombinace RC (C∼100 nF, R∼10 až 100 Ω). Kondenzátor působí paralelně k mezielkektrodové kapacitě a snižuje strmost náběžné hrany spínaného (vypínaného) napětí.

Při vypnutí triaku redukuje kondenzátor napěťovou špičku způsobenou indukčností zátěže. Rezistor R tlumí kmity rezonančního obvodu, který vznikne spojením kondenzátoru a induktivní zátěže.

Poznámka: Výrobci triaků jako např. Philips Semiconductors, ST Microelectronics, Motorola a další vyrábějí triaky se zvýšenou odolností proti přepětí při spínání induktivních zátěží (snubberless triacs).

Firma Philips Semiconductors vyvinula řadu triaků, které spínají ve třech kvadrantech (nespínají ve čtvrtém) a mají označení „High Commutation Triacs – Hi-Com“. Umožňují zjednodušení obvodu tím, že nevyžadují zařazení RC ochranného obvodu. Snesou velmi vysoké rychlostní změny napětí při vypínání dosahující až 1000 V/μs. Jsou vhodné pro spínání motorů, transformátorů a dalších induktivních zátěží v komerčních zařízeních pro domácnosti.

Vynechání tlumicího členu pro ochranu triaku při spínání induktivních zátěží umožňují také triaky označované jako „snubberless“ (ON Semiconductor, ST Microelectronics). Např. triaky BTA20 snesou spínací rychlosti až 750 V/μs a rychlost změny proudu až 36 A/ms. Uvedené triaky mají vysokou hodnotu IGT, která je optimalizovaná pro kvalitní komutaci a dosahuje velikosti 50mA.

Obecně při spínání induktivních zátěží nemá docházet ke spínání ve IV. kvadrantu (A2-, IG+) .

Parametry triaku

Parametry triaku jsou symetrické pro obě polarity anodového napětí a stejné jako u tyristoru v propustném směru.

Dynamické parametry

Triak je určen pro spínací aplikace v obvodech střídavého proudu 50Hz, proto se dynamické parametry často neudávají. Kmitočtový rozsah, ve kterém může triak pracovat, je mnohem menší než u tyristorů a omezuje se prakticky na oblast kmitočtů elektrorozvodné napájecí sítě 50 Hz. Nejvyšší provozní kmitočet se pohybuje ve stovkách hertzů (např. 400Hz).

Zdroje

  • KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009

Obrázky

  • Obr. 1: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Triak – schematická značka a vnitřní struktura, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
  • Obr. 2: Archiv autora
Logolink