트라이악 튜토리얼

 

트라이악 튜토리얼

트라이악은 정현파의 양방향으로 AC 전원을 전환하고 제어할 수 있는 고속 고체 장치입니다.

사이리스터와 트라이액은 모두 램프, 모터 또는 히터 등을 제어하는 ​​데 사용할 수 있습니다. 그러나 이러한 회로를 제어하기 위해 사이리스터를 사용하는 경우의 문제점 중 하나는 다이오드와 마찬가지로 "사이리스터"가 단방향 장치라는 것입니다. 양극 에서 음극 으로 한 방향으로만 전류를 전달합니다 .

DC 스위칭 회로의 경우 이 "단방향" 스위칭 특성은 일단 트리거되면 모든 DC 전력이 부하에 직접 전달되므로 허용될 수 있습니다. 그러나 정현파 AC 스위칭 회로에서 이러한 단방향 스위칭은 게이트 신호에 관계없이 양극이 양극일 때 사이클의 절반(반파 정류기와 같은) 동안에만 전도되므로 문제가 될 수 있습니다. 그런 다음 AC 작동의 경우 사이리스터에 의해 전력의 절반만 부하로 전달됩니다.

전파 전력 제어를 얻기 위해 우리는 각각의 양의 반파장에서 트리거되는 전파 브리지 정류기 내부에 단일 사이리스터를 연결하거나 아래와 같이 두 개의 사이리스터를 역병렬(연속)로 함께 연결할 수 있습니다. 그러나 이로 인해 스위칭 회로에 사용되는 구성 요소의 복잡성과 수가 증가합니다.

사이리스터 구성

 

 

그러나 "Triode AC Switch"(약칭 Triac) 라고 하는 또 다른 유형의 반도체 장치 도 있으며 고체 전력 스위칭 장치로 사용할 수 있는 사이리스터 제품군에 속합니다. 그러나 트라이악이 SCR(실리콘 제어 정류기)에 비해 갖는 가장 큰 장점은 이것이 "양방향" 스위칭 장치라는 것입니다.

즉, 트라이액은 양극에 적용된 양극 및 음극 전압과 게이트 터미널에 적용된 양극 및 음극 트리거 펄스에 의해 전도로 트리거될 수 있어 2사분면 스위칭 게이트 제어 장치가 됩니다.

트라이 악은 서로 역병렬(백투백)로 함께 연결된 두 개의 기존 사이리스터처럼 작동하며 이러한 배열로 인해 두 개의 사이리스터는 단일 3단자 패키지 내에서 모두 공통 게이트 단자를 공유합니다.

정현파의 양방향으로 전도되기 때문에 사이리스터의 주 전원 단자를 식별하는 데 사용되는 양극 단자와 음극 단자의 개념은 다음과 같은 식별로 대체됩니다. 메인 단자 1 의 경우 MT 1 , 메인 단자 의 경우 MT 2 2 의 게이트 터미널 G도 동일하게 참조됩니다.

대부분의 AC 스위칭 애플리케이션에서 트라이액 게이트 단자는 사이리스터의 게이트-음극 관계 또는 트랜지스터의 베이스-이미터 관계와 유사하게 MT 1 단자와 연결됩니다. 트라이액을 나타내는 데 사용되는 구성, PN 도핑 및 회로도 기호는 다음과 같습니다.

트라이악 기호 및 구성

 

이제 우리는 "트라이액"이 4층, 양의 방향은 PNPN이고 음의 방향은 NPNP이며 개방 회로 스위치처럼 작동하는 "OFF" 상태에서 전류를 차단하는 3단자 양방향 장치라는 것을 알고 있습니다. 기존 사이리스터와 달리 단일 게이트 펄스에 의해 트리거되면 어느 방향으로든 전류를 전도할 수 있습니다. 그러면 트라이악에는 다음과 같이 4가지 가능한 트리거링 작동 모드가 있습니다.

• Ι + 모드 = MT 2 전류 양(+ve), 게이트 전류 양(+ve)
• Ι – 모드 = MT 2 전류 포지티브(+ve), 게이트 전류 네거티브(-ve)
• ΙΙΙ + 모드 = MT 2 전류 음(-ve), 게이트 전류 양(+ve)
• ΙΙΙ – 모드 = MT 2 전류 음(-ve), 게이트 전류 음(-ve)

그리고 작동할 수 있는 4가지 모드는 IV 특성 곡선을 사용하여 표시됩니다.

IV 특성 곡선

 

사분면 Ι에서 트라이악은 일반적으로 위에서 모드 Ι+로 표시된 양의 게이트 전류에 의해 전도로 트리거됩니다. 그러나 음의 게이트 전류, 모드 Ι–에 의해 트리거될 수도 있습니다. 마찬가지로, <ΙΙΙ 사분면에서는 음의 게이트 전류로 트리거하는 –Ι G 도 일반적이며 모드 ΙΙΙ+와 함께 모드 ΙΙΙ–가 있습니다. 그러나 모드 Ι– 및 ΙΙΙ+는 Ι+ 및 ΙΙΙ–의 보다 일반적인 트라이액 트리거링 모드보다 트리거링을 유발하기 위해 더 큰 게이트 전류가 필요한 덜 민감한 구성입니다.

또한 SCR(실리콘 제어 정류기)과 마찬가지로 트라이악도 파형 교차점에서 전도를 유지하기 위해 최소 유지 전류 I H 가 필요합니다. 그러면 두 개의 사이리스터가 하나의 단일 장치로 결합되더라도 서로 다른 항복 전압, 유지 전류 및 트리거 전압 레벨과 같은 개별 전기 특성을 단일 SCR 장치에서 기대하는 것과 정확히 동일하게 나타납니다.

트라이액 애플리케이션

트라이 악은 당시 AC 전원의 극성에 관계없이 양극 또는 음극 게이트 펄스에 의해 'ON'으로 전환될 수 있으므로 AC 시스템의 스위칭 및 전력 제어에 가장 일반적으로 사용되는 반도체 장치입니다. 따라서 트라이액은 아래에 제공된 매우 기본적인 트라이액 스위칭 회로를 사용하여 램프 또는 AC 모터 부하를 제어하는 ​​데 이상적입니다.

 

기본 트라이악 스위칭 회로

 

위의 회로는 간단한 DC 트리거 트라이악 전력 스위칭 회로를 보여줍니다. 스위치 SW1이 열려 있으면 트라이악의 게이트로 전류가 흐르지 않으므로 램프가 "OFF"됩니다. SW1이 닫히면 게이트 전류가 저항기 R을 통해 배터리 공급 VG 에서 트라이 악 에 적용되고 트라이악은 닫힌 스위치처럼 작동하여 전체 전도 상태로 구동되며 정현파 공급에서 램프에 의해 전체 전력이 끌어옵니다.

스위치 SW1이 닫힐 때마다 배터리가 트라이악에 양의 게이트 전류를 공급하기 때문에 트라이 악은 단자 MT2 의 극성에 관계없이 모드 Ι+ 및 ΙΙΙ+에서 계속해서 게이트됩니다 .

물론 이 간단한 트라이악 스위칭 회로의 문제점은 트라이악을 전도로 트리거하기 위해 추가 양극 또는 음극 게이트 공급이 필요하다는 것입니다. 그러나 실제 AC 공급 전압 자체를 게이트 트리거 전압으로 사용하여 트라이악을 트리거할 수도 있습니다. 아래 회로를 고려하십시오.

트라이액 스위칭 회로

 

이 회로는 이전 DC 회로와 작동이 유사한 "ON"-"OFF" 기능을 제공하는 간단한 정적 AC 전원 스위치로 사용되는 트라이액을 보여줍니다. 스위치 SW1이 열리면 트라이악은 열린 스위치 역할을 하고 램프는 전류가 0이 됩니다. SW1이 닫히면 트라이악은 전류 제한 저항기 R 을 통해 "ON"으로 게이트되고 각 반주기가 시작된 직후 자체 래치되어 전체 전력을 램프 부하로 전환합니다.

공급 장치가 정현파 AC이므로 트라이액은 각 AC 반주기가 끝날 때 순간 공급 전압으로 자동으로 래치를 해제하므로 부하 전류는 잠시 0으로 떨어지지만 다음 반주기에 반대쪽 사이리스터 절반을 사용하여 다시 래칭됩니다. 스위치가 닫혀 있는 한. 이러한 유형의 스위칭 제어는 사인파의 양쪽 절반이 제어된다는 사실로 인해 일반적으로 전파 제어라고 합니다.

트라이악은 사실상 두 개의 연속 연결된 SCR이므로 아래와 같이 게이트가 트리거되는 방식을 수정하여 이 트라이악 스위칭 회로를 더욱 발전시킬 수 있습니다.

수정된 스위칭 회로

 

위와 같이 스위치 SW1이 A 위치에서 열리면 게이트 전류가 발생하지 않고 램프가 “OFF”됩니다. 스위치가 B 위치로 이동하면 이전과 동일하게 매 반주기마다 게이트 전류가 흐르고 트라이액이 모드 Ι+ 및 ΙΙΙ- 에서 작동할 때 램프에 의해 최대 전력이 소비됩니다 .

그러나 이번에 스위치가 C 위치에 연결되면 다이오드 는 역방향 바이어스되기 때문에 MT 2가 음수 일 때 게이트의 트리거링을 방지합니다 . 따라서 모드 I+에서만 작동하는 양의 반주기에서만 전도되며 램프는 절반 전력으로 켜집니다. 그런 다음 스위치 위치에 따라 부하는 꺼짐 , 절반 전력 또는 완전 켜짐이 됩니다 .

트라이액 위상 제어

또 다른 일반적인 유형의 스위칭 회로는 위상 제어를 사용하여 전압의 양을 변경하므로 입력 파형의 양과 음의 절반 모두에 대해 부하(이 경우 모터)에 적용되는 전력을 변경합니다. 이러한 유형의 AC 모터 속도 제어는 그림과 같이 전압을 0에서 전체 적용 전압까지 조정할 수 있기 때문에 완전 가변 및 선형 제어를 제공합니다.

위상 제어

 

이 기본 위상 트리거링 회로는 AC 정현파 전원을 통해 모터와 직렬로 연결된 트라이악을 사용합니다. 가변 저항기 VR1은 트라이악 게이트의 위상 변이량을 제어하는 ​​데 사용되며 트라이악은 AC 사이클 중 서로 다른 시간에 모터를 켜서 모터에 적용되는 전압의 양을 제어합니다.

트라이악의 트리거링 전압은 Diac을 통해 VR1 – C1 조합 에서 파생됩니다 (diac은 트라이악을 완전히 켜기 위해 날카로운 트리거 전류 펄스를 제공하는 데 도움이 되는 양방향 반도체 장치입니다).

각 사이클이 시작될 때 C1은 가변 저항 VR1을 통해 충전됩니다 . 이는 C1 양단의 전압이 diac을 전도로 트리거하기에 충분할 때까지 계속됩니다. 그러면 커패시터 C1이 트라이악의 게이트로 방전되어 이를 "ON"으로 전환할 수 있습니다.

전도가 시작되고 포화되면 병렬로 연결된 게이트 트리거링 위상 제어 회로를 효과적으로 단락시키고 나머지 반주기 동안 제어합니다.

위에서 본 것처럼 트라이악은 반주기가 끝나면 자동으로 꺼지고 VR1 – C1 트리거링 프로세스는 다음 반주기에 다시 시작됩니다.

그러나 트라이악은 각 스위칭 작동 모드(예: Ι+ 및 ΙΙΙ-)에서 서로 다른 양의 게이트 전류를 필요로 하기 때문에 트라이악은 비대칭이므로 각 양의 반주기와 음의 반주기에 대해 정확히 동일한 지점에서 트리거할 수 없다는 의미입니다.

이 간단한 트라이액 속도 제어 회로는 AC 모터 속도 제어뿐만 아니라 램프 조광기 및 전기 히터 제어에도 적합하며 실제로 많은 가정에서 사용되는 트라이액 조명 조광기와 매우 유사합니다. 그러나 일반적으로 트라이액 조명 조광기는 백열등과 같은 저항성 부하에만 사용하도록 설계되었으므로 상업용 트라이액 조광기를 모터 속도 컨트롤러로 사용해서는 안 됩니다.

그러면 다음과 같이 주요 사항을 요약하여 이 Triac 튜토리얼을 마무리할 수 있습니다 .

• "트라이악"은 SCR과 유사한 또 다른 4층, 3단자 사이리스터 장치입니다.
• 이는 어느 방향으로든 전도되도록 촉발될 수 있습니다.
• 4개의 가능한 트리거링 모드가 있으며 그 중 2개가 선호됩니다.

트라이액을 사용한 전기 AC 전력 제어는 휴대용 전동 공구 및 소형 가전제품에서 흔히 볼 수 있는 백열등, 히터 또는 소형 범용 모터와 같은 저항성 부하를 제어하는 ​​데 적절하게 사용될 때 매우 효과적입니다.

그러나 이러한 장치는 주 AC 전원에 직접 연결하여 사용할 수 있으므로 전원 제어 장치가 주 전원 공급 장치에서 분리되었을 때 회로 테스트를 수행해야 한다는 점을 기억하십시오. 안전을 먼저 기억해주세요!.