Advies

Deze tekst is automatisch vertaald.

Triacs: elektronische component als helper bij schakeloperaties

Iedereen die ooit een dimmer heeft gebruikt om de helderheid van een gloeilamp te regelen, heeft onbewust een triac geactiveerd. We willen in meer detail uitleggen wat een triac is en hoe het werkt met onze gids.

  • Wat is een triac?

  • Waar worden triacs gebruikt?

  • Hoe wordt een triac gemaakt?

  • Hoe werkt een triac?

  • Hoe verschillen triacs?

  • Waar moet bij het vervangen van een triac rekening mee worden gehouden?

 

Wat is een triac?

Een triac is een van de actieve componenten. Net als een thyristor is het een elektronische component die kan worden gebruikt om een gloeilamp aan en uit te schakelen of om deze te bedienen.

Aangezien het schakelproces plaatsvindt zonder mechanisch bewegende contacten, zijn deze elektronische schakelaars niet onderhevig aan slijtage. 

In tegenstelling tot een thyristor, die de stroom maar in één richting laat stromen, kan een triac de stroom in beide richtingen doorschakelen. Triacs zijn daarom perfect geschikt voor gebruik met wisselspanning.

De naam Triac is afgeleid van de Engelse term "Triode Alternating Current Switch". De term bidirectionele thyristortriode of symistor wordt ook in het Duits gebruikt.

 

Waar worden triacs gebruikt?

Triacs worden voornamelijk gebruikt voor schakelhandelingen of voor vermogensregeling in het AC-spanningsbereik.

De toepassingsgebieden zijn onder meer gloeilampen dimmers, lichtorgels of de snelheidsregeling van elektromotoren in keukenapparatuur of elektrisch gereedschap.

Omdat triacs niet in staat zijn om zeer grote stromen te verwerken, worden individuele thyristors nog steeds gebruikt in vermogenselektronica.

 

Hoe wordt een triac gemaakt?

Om de structuur beter te begrijpen, kan een triac worden gezien als twee antiparallelle thyristors. Een anode (A) en een kathode (K) van de twee thyristors worden gecombineerd.

De resulterende hoofdelektroden worden aangeduid met H1 en H2 of volgens de Engelse naam Main Terminal (MT1 en MT2). Als alternatief worden ook de termen anode 1 en anode 2 gebruikt.

In de regel is de hoofdelektrode H2 (MT2) verbonden met de behuizing van de triac. Dientengevolge moet een geïsoleerde montage worden uitgevoerd zodat het montageoppervlak niet onder spanning staat.

De stuuringangen van de twee thyristors (poorten) zijn ook met elkaar verbonden.

Om de interne kristalstructuur duidelijk te kunnen weergeven, worden een kathodegestuurde thyristor of p-poort thyristor (1) en een anodegestuurde thyristor of n-poort thyristor (2) parallel geschakeld volgens schets A.

Schets B toont de kristalstructuur van de twee halfgeleiders.

Als je beide halfgeleiderkristallen in een blok samenvoegt, ziet het eruit als schets C.

Om beide thyristors met een gemeenschappelijke poort te kunnen besturen, zijn er extra N-gedoteerde zones in het halfgeleiderkristal ingevoegd (zie schets D). Deze gebieden, die fungeren als ontstekings- of aanvullende thyristorsecties (3), zijn verantwoordelijk voor het feit dat triacs een hogere aandrijfstroom nodig hebben voor schakelen (ontsteking) dan thyristors.

Werking

De hoofdelektrode H1 (MT1) heeft direct halfgeleidercontact met de poort en dient dus als referentiepotentiaal voor de poort.

De poort kan worden aangedreven met een positieve of negatieve puls.

Afhankelijk van het triac-type is een puls van enkele volt voldoende voor de aansturing, in dat geval stroomt een poortstroom van enkele mA.

De ontstekingsgevoeligheid hangt echter af van de polariteit bij H1 en H2 (zie schets ontstekingstype I+/ Ik-en III+/ III-) en de polariteit van de poortpuls (zie schets ontstekingstype I+/ III+en ik-/ III-) afhankelijk.

Triacs hebben de grootste ontstekingsgevoeligheid met controletype I+en III-. De andere twee soorten ontsteking vereisen een poortstroom die soms aanzienlijk hoger is.

 

Hoe werkt een triac?

Dimmers

Het principe of de werking van een triac kan heel eenvoudig worden geïllustreerd met behulp van een dimmer.

Als de volledige sinusgolf van de netspanning (UB) op de lamp (1), deze licht op met volledige helderheid.

Om de maximale helderheid te verminderen, moet een deel van de sinusgolf worden afgesneden.

Dit is precies wat een triac (2) doet. Hiervoor is hij in serie (serie) verbonden met de consument (lichtbron).

Triac

De triac heeft een hoge weerstand zonder controle. Dit betekent: De elektronische schakelaar is open en de spanning op de lamp is 0 volt. De lamp brandt niet.

Als op het moment t1de triac schakelt door een korte aandrijfpuls. Het verandert van de hoge weerstand naar de lage weerstand. In technische termen staat het proces ook bekend als ontsteking. De elektronische schakelaar is gesloten en de spanning aan de lamp (UL) springt plotseling naar de huidige waarde van de voedingsspanning. Hierdoor wordt de lamp van stroom voorzien en gaat deze branden.

De afgevuurde triac blijft geleidend, ook als de aandrijfpuls bij de gate weer wordt uitgeschakeld. Alleen als de wisselspanning op tijdstip t2het kruist de 0-lijn en valt daarom onder de houdstroom van de triac. Experts zeggen dat de triac wordt gewist. De lamp krijgt geen stroom meer.

De triac blijft vergrendeld tot tijd t3de volgende stuurimpuls is bij de poort aanwezig en deze ontsteekt weer. Omdat de triac in beide richtingen geleidend is, zal er zelfs tijdens de negatieve halve golf stroom door de lamp stromen.

Op tijd t4de houdstroom wordt onderschreden en de triac blokkeert weer tot hij stopt op tijdstip t5wordt weer ontstoken.

Aangezien het ontstekingspunt t1Als de lamp erg vroeg is, ontvangt de lamp een zeer groot deel van de netspanning. Aan het begin van elke halve golf wordt slechts een klein deel afgesneden. Hierdoor schijnt de lamp nog steeds erg fel.

Als het ontstekingstijdstip later optreedt of verder naar rechts wordt verschoven, wordt het resterende deel van de sinusgolf (UL).

De lamp krijgt minder energie en licht daardoor donkerder op.

Bij een netfrequentie van 50 Hz gaat de lamp in principe 100 keer per seconde aan en uit (50 keer voor de positieve halve golf en 50 keer voor de negatieve halve golf).

Het menselijk oog kan deze snelle schakelsequentie niet langer als individuele schakelprocessen waarnemen. Daarnaast is er ook een kort "nagloei-effect" bij het uitschakelen met gloeilampen.

Dit wekt bij het dimmen de indruk van een gelijkmatige verandering in helderheid.   

Bij een instelbare dimmer verandert dus alleen het tijdstip waarop de ontstekingspuls door de triac schakelt. Om dit te doen, moet de poortpuls altijd op het juiste punt op de sinusgolf worden afgegeven.

Hiervoor heeft de besturing altijd een actuele referentie nodig naar de actuele positie van de sinusgolf.

In het bovenstaande schakelschema werd deze relatie weergegeven met een blauwe lijn.

Notitie:
Aangezien in het hierboven getoonde voorbeeld de fase aan het begin van de halve golf wordt vergrendeld en vervolgens wordt ingeschakeld, is deze regeling een voorflankdimmer. Dit type dimmer is perfect voor ohmse belastingen zoals gloeilampen of hoogvolt halogeenlampen, maar ook voor inductieve belastingen zoals conventionele halogeen transformatoren.

Capacitieve belastingen zoals elektronische halogeentransformatoren vereisen daarentegen een fasedimmer met achterflank. Met dit schakelconcept stijgt de spanning bij de verbruiker synchroon met de netspanning en wordt dan na een bepaalde tijd uitgeschakeld. Er worden echter geen triacs, maar schakelbare thyristors of power-MOSFET's of IGBT's gebruikt als elektronische schakelaars.

 

Hoe verschillen triacs?

Zelfs als de basisfunctie van Triacs altijd hetzelfde is, kunnen de individuele kopieën aanzienlijk verschillen.

Vorm

Een van de belangrijkste onderscheidende kenmerken is het ontwerp. Afhankelijk van hoeveel stroom of vermogen een triac moet weerstaan, zijn de behuizingsvorm met geïntegreerd koeloppervlak en het ontwerp van de aansluitingen tijdens de fabricage geoptimaliseerd. Hoe hoger de doorvoer, hoe groter de triac.

Technische specificaties

Maar zelfs met hetzelfde ontwerp kunnen de verschillen nog steeds behoorlijk groot zijn. De verschillen hebben echter voornamelijk betrekking op de technische gegevens. Met name de informatie over de max. Spanning of tot max. toelaatbare stroom kan aanzienlijk verschillen. Bij twijfel is een blik op het datablad essentieel.

 

Waar moet bij het vervangen van een triac rekening mee worden gehouden?

Als een defecte triac in een apparaat moet worden vervangen, moet altijd een vervangend type met dezelfde naam worden gebruikt. Dit is de enige manier om ervoor te zorgen dat de vervangen triac perfect past bij de bestaande elektronica of het circuit. Wees voorzichtig bij het omwisselen van het originele onderdeel voor een kopie met ongeveer dezelfde technische gegevens. Omdat verschillende halfgeleiderkarakteristieken tot aanzienlijke storingen kunnen leiden.

Belangrijk:
Aangezien Triacs worden gebruikt in het netcircuit, moet u bekend zijn met de toepasselijke veiligheidsvoorschriften bij het oplossen van problemen of vervanging. Onjuist werk of probleemoplossing tijdens het leven is een acuut levensgevaar. Om deze reden kunt u beter contact opnemen met een specialist als u niet bekend bent met de noodzakelijke procedures.