Que es triac: circuito de conmutación y aplicaciones

Los interruptores electrónicos de potencia como BJT, SCR, IGBT, MOSFET y TRIAC son componentes muy importantes cuando se trata de circuitos de conmutación como convertidores CC-CC, controladores de velocidad de motor, controladores de motor y controladores de frecuencia, etc. Cada dispositivo tiene su propia propiedad única y por tanto, tienen sus propias aplicaciones específicas. En este tutorial aprenderemos sobre el TRIAC, que es un dispositivo bidireccional, lo que significa que puede conducir en ambas direcciones. Debido a esta propiedad, TRIAC se utiliza exclusivamente cuando se trata de suministro de CA sinusoidal.

Introducción al TRIAC

El término TRIAC significa TRI oda para A lternating C urrent. Es un dispositivo de conmutación de tres terminales similar al SCR (tiristor) pero puede conducir tanto en el direccional ya que se construye combinando dos SCR en estado antiparalelo. El símbolo y el pin de TRIAC se muestran a continuación.

Dado que el TRIAC es un dispositivo bidireccional, la corriente puede fluir de MT1 a MT2 o de MT2 a MT1 cuando se activa el terminal de puerta. Para un TRIAC, este voltaje de activación que se aplicará al terminal de la puerta puede ser positivo o negativo con respecto al terminal MT2. Por lo tanto, esto coloca al TRIAC en cuatro modos de funcionamiento que se enumeran a continuación.

• Voltaje positivo en MT2 y pulso positivo a la puerta (cuadrante 1)
• Voltaje positivo en MT2 y pulso negativo a la puerta (cuadrante 2)
• Voltaje negativo en MT2 y pulso positivo a la puerta (cuadrante 3)
• Voltaje negativo en MT2 y pulso negativo a la puerta (cuadrante 4)

VI Características de un TRIAC

La siguiente imagen ilustra el estado del TRIAC en cada cuadrante.

Las características de encendido y apagado del TRIAC pueden entenderse observando el gráfico de características VI del TRIAC que también se muestra en la imagen de arriba. Dado que el TRIAC es solo una combinación de dos SCR en dirección antiparalela, el gráfico de características del VI parece similar al de un SCR. Como se puede ver el TRIAC funciona sobre todo en el 1 ^er cuadrante y el 3 ^er cuadrante.

Características de encendido

Para encender un TRIAC, se debe suministrar un voltaje / pulso de puerta positivo o negativo al pin de puerta del TRIAC. Cuando se activa uno de los dos SCR internos, el TRIAC comienza a conducir según la polaridad de los terminales MT1 y MT2. Si MT2 es positivo y MT1 es negativo, el primer SCR conduce y si el terminal MT2 es negativo y MT1 es positivo, el segundo SCR conduce. De esta manera, cualquiera de los SCR siempre permanece encendido, lo que hace que el TRIAC sea ideal para aplicaciones de CA.

El voltaje mínimo que debe aplicarse al pin de la puerta para encender un TRIAC se llama voltaje de puerta de umbral (V _GT) y la corriente resultante a través del pin de puerta se llama corriente de puerta de umbral (I _GT). Una vez que se aplica este voltaje en el pin de la puerta, el TRIAC se polariza hacia adelante y comienza a conducir, el tiempo que tarda el TRIAC en cambiar del estado apagado al estado encendido se llama tiempo de encendido (t _encendido).

Al igual que un SCR, el TRIAC una vez encendido permanecerá encendido a menos que se conmute. Pero para esta condición, la corriente de carga a través del TRIAC debe ser mayor o igual que la corriente de enclavamiento (I _L) del TRIAC. Entonces, para concluir, un TRIAC permanecerá encendido incluso después de eliminar el pulso de la puerta siempre que la corriente de carga sea mayor que el valor de la corriente de enclavamiento.

Similar a la corriente de retención, hay otro valor importante de corriente llamado corriente de retención. El valor mínimo de corriente para mantener el TRIAC en modo de conducción directa se denomina corriente de retención (I _H). Un TRIAC entrará en modo de conducción continua solo después de pasar a través de la corriente de retención y la corriente de enclavamiento como se muestra en el gráfico anterior. Además, el valor de la corriente de bloqueo de cualquier TRIAC siempre será mayor que el valor de la corriente de retención.

Características de apagado

El proceso de apagar un TRIAC o cualquier otro dispositivo de potencia se denomina conmutación, y el circuito asociado con él para realizar la tarea se denomina circuito de conmutación. El método más común utilizado para apagar un TRIAC es reducir la corriente de carga a través del TRIAC hasta que llegue por debajo del valor de la corriente de mantenimiento (I _H). Este tipo de conmutación se denomina conmutación forzada en circuitos de CC. Aprenderemos más sobre cómo se enciende y apaga un TRIAC a través de sus circuitos de aplicación.

Aplicaciones TRIAC

TRIAC se usa muy comúnmente en lugares donde se debe controlar la energía de CA, por ejemplo, se usa en los reguladores de velocidad de ventiladores de techo, circuitos de atenuación de bombilla de CA, etc. Veamos un circuito de conmutación TRIAC simple para comprender cómo funciona en la práctica.

Aquí hemos utilizado el TRIAC para encender y apagar una carga de CA a través de un botón. La fuente de alimentación principal se conecta a una pequeña bombilla a través del TRIAC como se muestra arriba. Cuando el interruptor está cerrado, el voltaje de fase se aplica al pin de la puerta del TRIAC a través de la resistencia R1. Si este voltaje de puerta está por encima del voltaje de umbral de puerta, entonces una corriente fluye a través del pin de puerta, que será mayor que la corriente de umbral de puerta.

En esta condición, el TRIAC entra en polarización directa y la corriente de carga fluirá a través de la bombilla. Si las cargas consumen suficiente corriente, el TRIAC entra en estado de enclavamiento. Pero como se trata de una fuente de alimentación de CA, el voltaje llegará a cero por cada medio ciclo y, por lo tanto, la corriente también llegará a cero momentáneamente. Por lo tanto, el enclavamiento no es posible en este circuito y el TRIAC se apagará tan pronto como se abra el interruptor y no se requiere ningún circuito de conmutación aquí. Este tipo de conmutación del TRIAC se denomina conmutación natural. Ahora construyamos este circuito en una placa de pruebas usando el BT136 TRIAC y verifiquemos cómo funciona.

Es necesario tener mucho cuidado al trabajar con fuentes de alimentación de CA; el voltaje de funcionamiento se reduce por motivos de seguridad. La potencia de CA estándar de 230 V 50 Hz (en la India) se reduce a 12 V 50 Hz mediante un transformador. Una pequeña bombilla está conectada como carga. La configuración experimental se ve así a continuación cuando se completa.

Cuando se presiona el botón, el pin de la puerta recibe el voltaje de la puerta y, por lo tanto, el TRIAC se enciende. La bombilla brillará mientras se mantenga presionado el botón. Una vez que se suelta el botón, el TRIAC estará en estado bloqueado, pero como el voltaje de entrada es CA, la corriente aunque el TRIAC irá por debajo de la corriente de retención y, por lo tanto, el TRIAC se apagará, el funcionamiento completo también se puede encontrar en el video. que se da al final de este tutorial.

Control TRIAC mediante microcontroladores

Cuando los TRIAC se utilizan como atenuadores de luz o para aplicaciones de control de fase, el pulso de la puerta que se suministra al pin de la puerta debe controlarse mediante un microcontrolador. En ese caso, el pin de la puerta también se aislará mediante un optoacoplador. El diagrama de circuito para el mismo se muestra a continuación.

Para controlar el TRIAC usando una señal de 5V / 3.3V usaremos un optoacoplador como el MOC3021 que tiene un TRIAC en su interior. Este TRIAC puede activarse con 5 V / 3,3 V a través del diodo emisor de luz. Normalmente, se aplicará una señal PWM al ^primer pin de MOC3021 y la frecuencia y el ciclo de trabajo de la señal PWM variarán para obtener la salida deseada. Este tipo de circuito se utiliza normalmente para el control de brillo de la lámpara o el control de velocidad del motor.

Efecto de frecuencia: circuitos amortiguadores

Todos los TRIAC sufren un problema llamado Efecto de tasa. Es decir, cuando el terminal MT1 está sujeto a un fuerte aumento de voltaje debido al ruido de conmutación o transitorios o sobretensiones, el TRIAC lo interrumpe incorrectamente como una señal de conmutación y se enciende automáticamente. Esto se debe a la capacitancia interna de presente entre los terminales MT1 y MT2.

La forma más sencilla de superar este problema es mediante el uso de un circuito amortiguador. En el circuito anterior, la resistencia R2 (50R) y el condensador C1 (10nF) juntos forman una red RC que actúa como un circuito amortiguador. Esta red RC observará cualquier voltaje pico suministrado a MT1.

Efecto de reacción

Otro problema común al que se enfrentarán los diseñadores al usar TRIAC es el efecto Backlash. Este problema ocurre cuando se usa un potenciómetro para controlar el voltaje de puerta del TRIAC. Cuando el POT se gira al valor mínimo, no se aplicará voltaje al pin de la puerta y, por lo tanto, la carga se apagará. Pero cuando el POT se gira al valor máximo, el TRIAC no se encenderá debido al efecto de capacitancia entre los pines MT1 y MT2, este capacitor debe encontrar una ruta para descargar; de lo contrario, no permitirá que el TRIAC se encienda. Este efecto se denomina efecto Backlash. Este problema puede solucionarse simplemente introduciendo una resistencia en serie con el circuito de conmutación para proporcionar un camino para que se descargue el condensador.

Interferencia de radiofrecuencia (RFI) y TRIAC

Los circuitos de conmutación TRIAC son más propensos a la interferencia de radiofrecuencia (EFI) porque cuando se enciende la carga, la corriente aumenta de 0A al valor máximo de repente, creando así una ráfaga de pulsos eléctricos que causa la interfaz de radiofrecuencia. Cuanto mayor sea la corriente de carga, peor será la interferencia. El uso de circuitos Suppressor como un supresor LC resolverá este problema.

TRIAC - Limitaciones

Cuando sea necesario cambiar las formas de onda de CA en ambas direcciones, obviamente, TRIAC será la primera opción, ya que es el único interruptor electrónico de potencia bidireccional. Actúa como dos SCR conectados uno al lado del otro y también comparten las mismas propiedades. Aunque al diseñar circuitos usando TRIAC se deben considerar las siguientes limitaciones

• El TRIAC tiene dos estructuras SCR en su interior, una conduce durante la mitad positiva y la otra durante la mitad negativa. Pero, no se disparan simétricamente causando diferencias en el semiciclo positivo y negativo de la salida
• Además, dado que la conmutación no es simétrica, conduce a armónicos de alto nivel que inducirán ruido en el circuito.
• Este problema de armónicos también dará lugar a interferencias electromagnéticas (EMI)
• Al usar cargas inductivas, existe un gran riesgo de que la corriente de irrupción fluya hacia la fuente, por lo que debe asegurarse de que TRIAC esté completamente apagado y la carga inductiva se descargue de manera segura a través de una ruta alternativa