Triyaklara Giriş

Bu yazımızda triyakları inceleyeceğiz. Katı hal cihazı olan tristörler, lambaları, motorları veya ısıtıcıları vb. kontrol etmek için kullanılabilir. Ancak bu tür devreleri kontrol etmek için bir tristör kullanmanın sorunlarından biri, diyot gibi “tristör”ün de tek yönlü bir cihaz olmasıdır. Anottan Katoda sadece bir yönde akım geçmesini sağlar.

DC anahtarlama devreleri için bu “tek yönlü” anahtarlama karakteristiği, bir kez tetiklendiğinde tüm DC gücü doğrudan yüke iletildiği için kabul edilebilir. Ancak sinüzoidal AC anahtarlama devrelerinde, bu tek yönlü anahtarlama, Kapı sinyali ne yaparsa yapsın, Anot pozitif olduğunda, döngünün yalnızca yarısı boyunca (yarım dalga doğrultucu gibi) ilettiği için bir sorun olabilir. Daha sonra AC çalışması için gücün sadece yarısı bir tristör tarafından yüke iletilir.

Tam dalga güç kontrolü elde etmek için, her pozitif yarım dalgada tetiklenen bir tam dalga köprü doğrultucu içine tek bir tristör bağlayabilir veya aşağıda gösterildiği gibi iki tristörü ters paralel (arka arkaya) birbirine bağlayabiliriz. Ancak bu anahtarlama devresinde kullanılan bileşenlerin hem karmaşıklığını hem de sayısını artırır.

Tristör Konfigürasyonları

Triyak
Tristör Konfigürasyonları

Bununla birlikte, “Triode AC Switch” veya kısaca Triac olarak adlandırılan ve aynı zamanda tristör ailesinin bir üyesi olan ve katı hal güç anahtarlama cihazı olarak kullanılan başka bir yarı iletken cihaz türü daha vardır. Ancak daha da önemlisi “çift yönlü” bir cihazdır. Başka bir deyişle, bir Triyak, Anotuna uygulanan hem pozitif hem de negatif voltajlar tarafından ve Kapı terminaline uygulanan hem pozitif hem de negatif tetik darbeleri ile iletime tetiklenebilir. Onu iki kadranlı anahtarlamalı Kapı kontrollü bir cihaz yapar.

Bir Triyak, birbirine göre ters paralel (arka arkaya) bağlı iki geleneksel tristör gibi davranır ve bu düzenleme nedeniyle iki tristör, tümü tek, üç terminalli paket içinde ortak bir Gate terminalini paylaşır.

Triyak, sinüzoidal dalga formunun her iki yönünde de ilettiğinden, bir tristörün ana güç terminallerini tanımlamak için kullanılan bir Anot terminali ve bir Katot terminali kavramı, Ana Terminal 1 için MT1, Ana Terminal 2 için MT2 tanımlamalarıyla değiştirilir. Gate terminali G ile aynı referans alınır.

Çoğu AC anahtarlama uygulamasında triyak kapı terminali, tristörün gate-katot ilişkisine veya transistörün base-emitter ilişkisine benzer şekilde MT1 terminali ile ilişkilidir.

Triyak Sembolü ve Yapısı

Triyak
Triyak Sembolü ve Yapısı

Artık bir “triyak”ın 4 katmanlı olduğunu biliyoruz. Pozitif yönde PNPN ve negatif yönde bir NPNP, “KAPALI” durumunda akımı bloke eden, açık devre anahtarı gibi davranan üç terminalli çift yönlü cihazdır. Ancak Geleneksel bir tristörden farklı olarak, triyak, tek bir kapı darbesi tarafından tetiklendiğinde akımı her iki yönde de iletebilir. Daha sonra bir triyak aşağıdaki gibi dört olası tetikleme çalışma moduna sahiptir.

  • Ι + Mod = MT2 akımı pozitif (+ve), gate akımı pozitif (+ve)
  • Ι – Mod = MT2 akımı pozitif (+ve), gate akımı negatif (-ve)
  • ΙΙΙ + Mod = MT2 akımı negatif (-ve), gate akımı pozitif (+ve)
  • ΙΙΙ – Mod = MT2 akımı negatif (-ve), gate akımı negatif (-ve)

Ve bir triyakın çalıştırılabileceği bu dört mod, triyak I-V karakteristik eğrileri kullanılarak gösterilmektedir.

Triyak I-V Karakteristik Eğrileri

Triyak
Triyak I-V Karakteristik Eğrileri

Triyak genellikle yukarıda mod Ι+ olarak etiketlenen pozitif bir gate akımı tarafından iletime tetiklenir. Ancak aynı zamanda negatif bir gate akımı, mod Ι– tarafından da tetiklenebilir. Benzer şekilde, <ΙΙΙ Çeyreğinde, bir negatif gate akımı ile tetikleme, –ΙG de yaygındır, mod ΙΙΙ– ile birlikte mod ΙΙΙ+. Bununla birlikte, Ι– ve ΙΙΙ+ modları, tetiklemeye neden olmak için daha yaygın triyak tetikleme modları olan Ι+ ve ΙΙΙ–’den daha büyük bir geçit akımı gerektiren daha az hassas konfigürasyonlardır.

Ayrıca silikon kontrollü doğrultucular (SCR’ler) gibi, triyaklar da geçiş noktalarında dalga formlarında iletimi sürdürmek için minimum tutma akımı IH gerektirir. Daha sonra, iki tristör tek bir triyak cihazında birleştirilse bile, farklı arıza voltajları, tutma akımları ve tetikleme voltajı seviyeleri gibi tek bir SCR cihazından beklediğimiz gibi bireysel elektriksel özellikler sergilemeye devam ederler.

Triyak Uygulamaları

Triyak, o sırada AC kaynağının polaritesinden bağımsız olarak, triyak, pozitif veya negatif bir Kapı darbesi ile “AÇIK” duruma getirilebildiğinden, AC sistemlerinin anahtarlanması ve güç kontrolü için en yaygın olarak kullanılan yarı iletken cihazdır. Bu, triyakı, aşağıda verilen çok basit bir triyak anahtarlama devresi ile bir lambayı veya AC motor yükünü kontrol etmek için ideal kılar.

Triyak Anahtarlama Devresi

Triyak
Triyak Anahtarlama Devresi

Yukarıdaki devre, basit bir DC tetiklemeli triyak güç anahtarlama devresini göstermektedir. Anahtar SW1 açıkken, triyak Kapısına akım akmaz ve bu nedenle lamba “KAPALI” olur. SW1 kapatıldığında, Kapı akımı, VG pil kaynağından triyaka, direnç R aracılığıyla uygulanır ve triyak, kapalı bir anahtar gibi davranarak tam iletime sürülür ve lamba tarafından sinüzoidal kaynaktan tam güç çekilir.

Pil, SW1 anahtarı her kapatıldığında triyaka pozitif bir Kapı akımı sağladığından, triyak, MT2 terminalinin polaritesinden bağımsız olarak sürekli olarak Ι+ ve ΙΙΙ+ modlarında kapılanır.

Tabii ki, bu basit triyak anahtarlama devresindeki sorun, triyakı iletime tetiklemek için ek bir pozitif veya negatif Gate kaynağına ihtiyaç duymamızdır. Ancak kapı tetikleme voltajı olarak gerçek AC besleme voltajının kendisini kullanarak triyakı da tetikleyebiliriz. Aşağıdaki devreyi düşünün.

Triyak Anahtarlama Devresi

Triyak
Triyak Anahtarlama Devresi

Devre, önceki DC devresine benzer bir “AÇIK”-“KAPALI” işlevi sağlayan basit bir statik AC güç anahtarı olarak kullanılan bir triyak gösterir. SW1 anahtarı açıkken, triyak açık anahtar görevi görür ve lamba sıfır akım geçirir. SW1 kapatıldığında, triyak, akım sınırlama direnci R aracılığıyla “AÇIK” duruma getirilir ve her yarım döngünün başlangıcından kısa bir süre sonra kendi kendine kilitlenir. Böylece tam gücü lamba yüküne geçirir.

Besleme sinüzoidal AC olduğundan, triyak her AC yarı döngüsünün sonunda anlık besleme gerilimi olarak otomatik olarak açılır ve bu nedenle yük akımı kısa süreliğine sıfıra düşer, ancak sonraki yarı döngüde ters tristör yarısını kullanarak tekrar kilitlenir. anahtar kapalı kaldığı sürece. Bu tip anahtarlama kontrolü, sinüs dalgasının her iki yarısının da kontrol edilmesi gerçeğinden dolayı genellikle tam dalga kontrolü olarak adlandırılır.

Triyak etkili bir şekilde arka arkaya bağlı iki SCR olduğundan, geçidin nasıl tetiklendiğini aşağıda gösterildiği gibi değiştirerek bu triyak anahtarlama devresini daha ileriye götürebiliriz.

Modifiye Triyak Anahtarlama Devresi

Triyak
Modifiye Triyak Anahtarlama Devresi

Eğer SW1 anahtarı A konumunda açıksa, kapı akımı yoktur ve lamba “KAPALI”dır. Anahtar B konumuna getirilirse, kapı akımı her yarım döngüde öncekiyle aynı şekilde akar ve triyak Ι+ ve ΙΙΙ– modlarında çalıştığından lamba tarafından tam güç çekilir.

Ancak bu sefer anahtar C konumuna bağlandığında, diyot ters kutuplu olduğu için MT2 negatif olduğunda diyot kapının tetiklenmesini önleyecektir. Böylece triyak, yalnızca I+ modunda çalışan pozitif yarım döngülerde çalışır ve lamba yarı güçte yanar. Ardından anahtarın konumuna bağlı olarak yük Kapalı, Yarım Güçte veya Tam Açıktır.

Triyak Faz Kontrolü

Diğer bir yaygın triyak anahtarlama devresi türü, giriş dalga formunun hem pozitif hem de negatif yarısı için voltaj miktarını ve dolayısıyla bir yüke, bu durumda bir motora uygulanan gücü değiştirmek için faz kontrolünü kullanır. Bu tip AC motor hız kontrolü, gerilim sıfırdan tam uygulanan gerilime kadar ayarlanabildiği için tamamen değişken ve doğrusal bir kontrol sağlar.

Triyak Faz Kontrolü

Triyak
Triyak Faz Kontrolü

Bu temel faz tetikleme devresi, bir AC sinüzoidal besleme boyunca motorla seri olarak triyakı kullanır. Değişken direnç, VR1 triyak kapısı üzerindeki faz kaymasının miktarını kontrol etmek için kullanılır ve bu da AC çevrimi sırasında farklı zamanlarda motoru AÇIK duruma getirerek motora uygulanan voltaj miktarını kontrol eder.

Triyakın tetikleme voltajı, Diac aracılığıyla VR1 – C1 kombinasyonundan türetilir (Diyak, triyakı tamamen AÇMAK için keskin bir tetikleme akımı darbesi sağlamaya yardımcı olan çift yönlü bir yarı iletken cihazdır).

Her döngünün başlangıcında, C1 değişken direnç VR1 aracılığıyla şarj olur. Bu, C1’deki voltaj, diyağı iletime tetiklemek için yeterli olana kadar devam eder, bu da kapasitörün, C1’in triyak kapısına boşalmasını ve onu “AÇIK” hale getirmesini sağlar.

Triyak iletim için tetiklenip doygun hale geldiğinde, paralel olarak bağlı olan geçit tetikleme fazı kontrol devresini etkin bir şekilde kısa devre yapar ve triyak yarım döngünün geri kalanı için kontrolü ele alır.

Yukarıda gördüğümüz gibi, yarım döngü sonunda triyak otomatik olarak kapanır ve bir sonraki yarım döngüde VR1 – C1 tetikleme işlemi tekrar başlar.

Bununla birlikte, triyak, örneğin Ι+ ve ΙΙΙ– gibi her anahtarlama modunda farklı miktarlarda kapı akımı gerektirdiğinden, bir triyak asimetriktir, yani her pozitif ve negatif yarım döngü için tam olarak aynı noktada tetiklenmeyebilir.

Bu basit triyak hız kontrol devresi sadece AC motor hız kontrolü için değil, lamba dimmerleri ve elektrikli ısıtıcı kontrolü için de uygundur ve aslında birçok evde kullanılan triyak ışık dimmerine çok benzer. Ancak, genel olarak triyak ışık dimmerlerinin yalnızca akkor lambalar gibi dirençli yüklerle kullanılması amaçlandığından, ticari bir triyak dimmer motor hız kontrolörü olarak kullanılmamalıdır.

  • Bir “Triyak”, SCR’ye benzer başka bir 4 katmanlı, 3 terminalli tristör cihazıdır.
  • Triyak, her iki yönde de iletime tetiklenebilir.
  • Triyak için 2’si tercih edilen dört olası tetikleme modu vardır.

Triyak kullanan elektrik AC güç kontrolü, akkor lambalar, ısıtıcılar veya taşınabilir elektrikli aletlerde ve küçük cihazlarda yaygın olarak bulunan küçük evrensel motorlar gibi dirençli tip yükleri kontrol etmek için uygun şekilde kullanıldığında son derece etkilidir.