خلاصه ۳ خطی
فهرست مطالب11 بخش
- ترایاک چیست و چطور کار میکند؟
- فرق ترایاک و تریستور (SCR)
- پارامترهای مهم دیتاشیت ترایاک
- انتخاب ترایاک مناسب قدم‌به‌قدم
- جدول ترایاک‌های پرکاربرد
- روش‌های راه‌اندازی گیت
- کنترل فاز و دیمر: برای کدام بارها مناسب است؟
- حفاظت، نویز و ایمنی
- تست ساده‌ی ترایاک
- سؤالات متداول
- ترایاک چیست و چه فرقی با تریستور دارد؟
- چرا ترایاک با قطع گیت خاموش نمیشود؟
- برای برق ۲۲۰ ولت ترایاک چند ولتی لازم است؟
- فرق BTA16 و BT136 چیست؟
- در مدار ترایاک به‌جای دیود هرزگرد از چه استفاده کنیم؟
- جمع‌بندی
- ترایاک کلید نیمههادی سهپایه (T1، T2 و گیت) برای برق AC است. با یک پالس گیت در هر دو جهت روشن میشود و تا وقتی جریان در عبور از صفر از جریان نگهدارنده کمتر شود، روشن میماند. کاربرد اصلی‌اش دیمر، کنترل هیتر و کلید بی‌صدای بار AC است.
- برای برق ۲۲۰ ولت (پیک حدود ۳۱۱ ولت) ترایاک ۶۰۰ ولتی انتخاب رایج است. جریان RMS را با حاشیه و همراه هیتسینک انتخاب کنید. برای میکروکنترلر، ترایاک گیت حساس یا راه‌اندازی ایزوله با اپتوترایاک بهتر است.
- زبانهی سری BT13x به پایهی T2 وصل است و برق دارد. در سری BTA شرکت ST زبانه عایق است (۲۵۰۰ ولت RMS). برای بارهای القایی اسنابر یا نسخه‌ی Snubberless، و برای همه‌ی مدارها فیوز لازم است.
ترایاک (TRIAC) یکی از اصلی‌ترین قطعات کنترل توان AC است. دیمر لامپ، کنترل دمای هیتر، کنترل دور بعضی موتورهای خانگی و رله‌های حالت جامد همه بر پایهی ترایاک کار می‌کنند. در این راهنمای ایکانو ساختار و نحوه‌ی کار ترایاک، پارامترهای مهم دیتاشیت، روش انتخاب با مثال، جدول ترایاک‌های رایج با عددهای دیتاشیت و نکات ایمنی را مرور می‌کنیم. هشدار: مدارهای ترایاک مستقیم به برق شهر وصل‌اند. کار با آن‌ها بدون تجربه و احتیاط کافی خطر برق‌گرفتگی و آتش‌سوزی دارد.
ترایاک چیست و چطور کار میکند؟
ترایاک را میتوان مثل دو تریستور (SCR) دید که پشتبهپشت به هم وصل شده‌اند و یک گیت مشترک دارند. نتیجه کلیدی است که جریان را در هر دو جهت عبور میدهد. سه پایه دارد: T1 (یا MT1)، T2 (یا MT2) و گیت (G). ولتاژ و جریان گیت همیشه نسبت به T1 سنجیده میشوند.
- روشن شدن: یک پالس جریان کوتاه به گیت کافی است. بعد از روشن شدن، اگر جریان اصلی از «جریان چفت» (IL) بیشتر شده باشد، دیگر به جریان گیت نیازی نیست.
- خاموش شدن: ترایاک با قطع گیت خاموش نمیشود. در هر نیمسیکل AC، وقتی جریان نزدیک صفر از «جریان نگهدارنده» (IH) کمتر شود، خاموش میشود. به همین دلیل ترایاک برای DC مناسب نیست، چون جریان DC هیچ‌وقت صفر نمیشود.
- ربع‌ها (Quadrants): دیتاشیت‌ها روشن شدن را در چهار حالت قطبیت T2 و گیت می‌دهند: T2+G+، T2+G−، T2−G− و T2−G+. ربع چهارم (T2−G+) معمولاً جریان گیت بیشتری می‌خواهد. مثلاً در دیتاشیت WeEn برای BT136-600، حداکثر IGT در سه ربع اول ۳۵ میلی‌آمپر و در ربع چهارم ۷۰ میلی‌آمپر است. به همین دلیل مدارهای راه‌انداز معمولاً گیت را با پالس منفی یا در ربع‌های اول تا سوم تحریک می‌کنند.
فرق ترایاک و تریستور (SCR)
| ویژگی | ترایاک | تریستور (SCR) |
|---|---|---|
| جهت هدایت | دوطرفه (هر دو نیمسیکل AC) | یک‌طرفه (آند به کاتد) |
| کاربرد رایج | دیمر AC، کنترل هیتر، کلید بار AC | یکسوساز کنترل‌شده، شارژر، مدار حفاظت (Crowbar) |
| پایه‌ها | T1، T2، گیت | آند، کاتد، گیت |
| نمونه در ایکانو | BT136، BT139-600E، BTA16 | BT151-500R، TYN1225، C106MG |
طبق دیتاشیت WeEn، تریستور BT151-500R ولتاژ ۵۰۰ ولت، جریان RMS ۱۲ آمپر (متوسط ۷٫۵ آمپر) و حداکثر IGT ۱۵ میلی‌آمپر دارد. طبق دیتاشیت ST، TYN1225 جریان RMS ۲۵ آمپر دارد. همه‌ی مدل‌ها در دسته‌ی ترایاک و تریستور هستند.
پارامترهای مهم دیتاشیت ترایاک
اعداد جدول زیر از دیتاشیت‌های WeEn برای BT136-600 (۴ آمپر) و BT139-600E (۱۶ آمپر، گیت حساس) آمده است. روش خواندن جدول‌ها را در راهنمای خواندن دیتاشیت توضیح داده‌ایم.
| پارامتر | معنی | BT136-600 | BT139-600E |
|---|---|---|---|
| VDRM | حداکثر ولتاژ پیک تکراری در حالت خاموش | ۶۰۰ ولت | ۶۰۰ ولت |
| IT(RMS) | جریان RMS (با شرط دمای پایهی نصب Tmb) | ۴ آمپر (Tmb ≤ ۱۰۷ درجه) | ۱۶ آمپر (Tmb ≤ ۹۹ درجه) |
| ITSM | جریان ضربه‌ی غیرتکراری (یک سیکل ۲۰ میلی‌ثانیه) | ۲۵ آمپر | ۱۵۵ آمپر |
| IGT (ربع ۱ تا ۳) | جریان گیت لازم برای روشن شدن (حداکثر) | ۳۵ میلی‌آمپر | ۱۰ میلی‌آمپر |
| IH | جریان نگهدارنده (حداکثر) | ۱۵ میلی‌آمپر | ۳۰ میلی‌آمپر |
| VT | افت ولتاژ در حالت روشن (حداکثر) | ۱٫۷ ولت در ۵ آمپر | ۱٫۶ ولت در ۲۰ آمپر |
| Rth(j-mb) | مقاومت حرارتی پیوند تا پایهی نصب | ۳ کلوین بر وات | ۱٫۲ کلوین بر وات |
| Tj | حداکثر دمای پیوند | ۱۲۵ درجه | ۱۲۵ درجه |
به شرط کنار IT(RMS) دقت کنید: جریان ۴ یا ۱۶ آمپر وقتی مجاز است که دمای پایهی نصب زیر عدد گفته‌شده بماند. یعنی بدون هیتسینک مناسب، به این جریان‌ها نمی‌رسید. دیتاشیت WeEn نمودار «توان تلفاتی بر حسب جریان RMS» هم دارد که برای انتخاب هیتسینک لازم است.
انتخاب ترایاک مناسب قدم‌به‌قدم
- ولتاژ: پیک برق ۲۲۰ ولت حدود ۲۲۰ × ۱٫۴۱ ≈ ۳۱۱ ولت است و نوسان شبکه و ضربه‌ها هم به آن اضافه میشوند. ترایاک ۶۰۰ ولتی (مثل BT136-600 و BT139-600E) انتخاب رایج است. MAC97A6 طبق دیتاشیت WeEn فقط ۴۰۰ ولت VDRM دارد و برای برق شهر حاشیهی کمی دارد.
- جریان: جریان RMS بار را حساب کنید: I = P ÷ V. مثلاً هیتر ۱۰۰۰ واتی روی ۲۲۰ ولت حدود ۴٫۵ آمپر می‌کشد. پس BT136 با ۴ آمپر کافی نیست و ترایاکی مثل BT137-600 (۸ آمپر) یا بالاتر، همراه با هیتسینک، مناسب است. لامپ رشته‌ای در لحظه‌ی روشن شدن و موتور در لحظه‌ی راه‌اندازی جریان بیشتری می‌کشند، پس حاشیه را بیشتر بگیرید.
- گرما: با جریان RMS، توان تلفاتی را از نمودار دیتاشیت بخوانید و با Rth و حداکثر دمای پیوند، هیتسینک را انتخاب کنید.
- حساسیت گیت: اگر گیت را مستقیم از میکروکنترلر یا مدار کم‌جریان تحریک می‌کنید، ترایاک گیت حساس انتخاب کنید. مثلاً BT131-600 با حداکثر IGT ۳ میلی‌آمپر در ربع اول، یا BT139-600E با ۱۰ میلی‌آمپر. پسوند E در سری BT13x شرکت WeEn یعنی گیت حساس.
- زبانهی عایق یا غیرعایق: طبق دیتاشیت WeEn، زبانهی BT136 و BT139 به T2 وصل است. طبق دیتاشیت ST، زبانهی سری BTA عایق است و ۲۵۰۰ ولت RMS را تحمل میکند، ولی سری BTB عایق نیست. اگر چند ترایاک روی یک هیتسینک می‌گذارید یا هیتسینک به بدنه وصل است، BTA سادهتر و امنتر است.
- بار القایی: برای موتور و ترانس، نسخه‌های Snubberless (در ST با پسوند W) یا مدار اسنابر را در نظر بگیرید.
جدول ترایاک‌های پرکاربرد
عددها از دیتاشیت سازنده‌ی ذکرشده است. اگر قطعه‌ی شما ساخت شرکت دیگری است، دیتاشیت همان سازنده را چک کنید.
| مدل | پکیج | VDRM | IT(RMS) | حداکثر IGT (ربع ۱) | منبع |
|---|---|---|---|---|---|
| MAC97A6 | TO-92 | ۴۰۰ ولت | ۰٫۶ آمپر | ۵ میلی‌آمپر | WeEn |
| BT131-600 | TO-92 | ۶۰۰ ولت | ۱ آمپر | ۳ میلی‌آمپر | WeEn |
| BT136-600 | TO-220 | ۶۰۰ ولت | ۴ آمپر | ۳۵ میلی‌آمپر | WeEn |
| BT137-600 | TO-220 | ۶۰۰ ولت | ۸ آمپر | ۳۵ میلی‌آمپر | WeEn |
| BT138-600 | TO-220 | ۶۰۰ ولت | ۱۲ آمپر | ۳۵ میلی‌آمپر | WeEn |
| BT139-600E | TO-220 | ۶۰۰ ولت | ۱۶ آمپر | ۱۰ میلی‌آمپر | WeEn |
| BTA16-600 | TO-220 عایق | ۶۰۰ ولت | ۱۶ آمپر | ۵۰ میلی‌آمپر (پسوند B) یا ۳۵ (پسوند C) | ST |
برای جریان‌های بالاتر، BTA12-600B، BTA24-600B، BTA26-600B (پکیج TOP-3)، BTA41-600B و BTA40-600B (پکیج RD-91) را ببینید. جریان هر مدل در صفحه‌ی محصول و دیتاشیت ST آمده است. نسخه‌ی SMD هم مثل BT136S و BT137S-600E در پکیج TO-252 موجود است.
روش‌های راه‌اندازی گیت
- مدار RC و دیاک: روش کلاسیک دیمرهای ساده. یک پتانسیومتر و خازن زمان رسیدن ولتاژ گیت به آستانه را در هر نیمسیکل تنظیم می‌کنند. ایزولاسیونی بین برق شهر و دست کاربر وجود ندارد و باید داخل جعبه‌ی عایق نصب شود.
- اپتوترایاک: برای کنترل با میکروکنترلر، یک LED داخلی و یک ترایاک کوچک نوری، مدار فرمان را از برق شهر جدا می‌کنند. دو نوع رایج دارد: بدون تشخیص عبور از صفر (Random Phase، مثل خانواده‌ی MOC302x) برای کنترل فاز، و با تشخیص عبور از صفر (Zero-Cross، مثل MOC304x) برای روشن و خاموش کردن ساده با نویز کمتر. اصول اپتوکوپلرها را در مقاله‌ی اپتوکوپلر ببینید.
- رله‌ی حالت جامد (SSR): اگر فقط روشن و خاموش کردن بار AC را می‌خواهید، SSR آماده همان ترایاک یا تریستور به‌همراه مدار ایزوله است. مثلاً SSR-10DA طبق صفحه‌ی محصول با ورودی ۳ تا ۳۲ ولت DC، بار AC را کنترل میکند. فرق رله‌ی مکانیکی و SSR را در مقاله‌ی رله خوانده‌اید؟
کنترل فاز و دیمر: برای کدام بارها مناسب است؟
در کنترل فاز، ترایاک در هر نیمسیکل با تأخیر روشن میشود. تأخیر کم یعنی توان زیاد و تأخیر زیاد یعنی توان کم. این روش برای همه‌ی بارها مناسب نیست:
| نوع بار | کنترل فاز با ترایاک | توضیح |
|---|---|---|
| مقاومتی (هیتر، المنت، لامپ رشته‌ای، هویه‌ی ساده) | مناسب | ساده‌ترین و رایج‌ترین کاربرد |
| موتور یونیورسال (دریل، همزن، جاروبرقی) | معمولاً مناسب | بار القایی است و اسنابر لازم دارد |
| موتور القایی و موتورهای خازنی | معمولاً نامناسب | کاهش ولتاژ باعث گرم شدن و گشتاور کم میشود. کنترل دور این موتورها روش دیگری می‌خواهد |
| لامپ LED و کم‌مصرف | فقط مدل‌هایی که روی بسته‌شان «قابل دیمر» نوشته شده | لامپ‌های معمولی ممکن است چشمک بزنند یا آسیب ببینند |
| ترانس و آداپتور | توصیه نمیشود | جریان هجومی و اشباع هسته |
اگر دیمر آماده می‌خواهید، کیت دیمر ۵۰۰ وات، ۱۸۰۰ وات، ۳۰۰۰ وات و ماژول دیمر ۴۰۰۰ وات (طبق صفحه‌ی محصول با ترایاک BTA41-600B) را در دسته‌ی دیمرها ببینید. توان نامی دیمر را بزرگ‌تر از توان بار انتخاب کنید.
حفاظت، نویز و ایمنی
- فیوز: همیشه یک فیوز مناسب در مسیر بار بگذارید تا در اتصال کوتاه ترایاک یا بار، مدار قطع شود. برای موتور و لامپ که جریان راه‌اندازی بالایی دارند، معمولاً فیوز کندکار انتخاب میشود. انتخاب فیوز در راهنمای انواع فیوز آمده است. مثلاً فیوز شیشه‌ای ۱۰ آمپر با پایهی فیوز ۵×۲۰.
- اسنابر: در بارهای القایی، یک مدار RC موازی ترایاک از روشن شدن ناخواسته در اثر dV/dt جلوگیری میکند. مقدار مقاومت و خازن را از یادداشت کاربردی سازنده بگیرید. خازن اسنابر باید برای برق شهر رده‌بندی شده باشد.
- وریستور: یک وریستور مناسب ولتاژ شبکه، ضربههای ولتاژ را محدود میکند. طبق دیتاشیت Bourns، وریستور کد 471K حداکثر ۳۰۰ ولت AC دائم را تحمل میکند. مثلاً 10D471K. کدها را در جدول کد وریستور ببینید.
- نویز EMI: کنترل فاز موج را ناگهانی قطع و وصل میکند و نویز تولید میکند. یک فیلتر ورودی با سلف و خازن X2 مثل 100nF/275V، سیم‌کشی کوتاه و در کاربردهای روشن و خاموش، راه‌اندازی در عبور از صفر، نویز را کم میکند.
- اشتباه رایج: «دیود هرزگرد» برای بار DC است. در مدار ترایاک و برق AC، به‌جای آن از اسنابر و وریستور استفاده میشود.
تست ساده‌ی ترایاک
با مولتی‌متر روی حالت اهم، بین T1 و T2 در هر دو جهت باید مقاومت خیلی زیاد ببینید. اگر مقاومت کم است، ترایاک اتصال کوتاه شده است. بین گیت و T1 معمولاً مقاومت کمی دیده میشود. این تست فقط سالم بودن کلی را نشان میدهد. تست واقعی، روشن کردن یک بار کوچک با پالس گیت در مدار ولتاژ پایین است. برای ترایاک‌های گیت استاندارد، ممکن است جریان مولتی‌متر برای روشن نگه داشتن آن کافی نباشد.
سؤالات متداول
ترایاک چیست و چه فرقی با تریستور دارد؟
ترایاک کلید نیمههادی سهپایه برای برق AC است که جریان را در هر دو جهت عبور میدهد و با پالس گیت روشن میشود. تریستور (SCR) فقط در یک جهت، از آند به کاتد، هدایت میکند. ترایاک را میتوان مثل دو تریستور پشتبهپشت با گیت مشترک دید.
چرا ترایاک با قطع گیت خاموش نمیشود؟
ترایاک بعد از روشن شدن، تا وقتی جریان اصلی از جریان نگهدارنده (IH) بیشتر باشد روشن میماند. در برق AC، جریان در هر نیمسیکل از صفر رد میشود و ترایاک خودبهخود خاموش میشود. به همین دلیل ترایاک برای کلید زدن DC مناسب نیست.
برای برق ۲۲۰ ولت ترایاک چند ولتی لازم است؟
پیک برق ۲۲۰ ولت حدود ۳۱۱ ولت است و نوسان و ضربههای شبکه هم اضافه میشوند. ترایاک ۶۰۰ ولتی مثل BT136-600 یا BTA16-600 انتخاب رایج است. MAC97A6 طبق دیتاشیت WeEn فقط ۴۰۰ ولت VDRM دارد و حاشیهی کمی برای برق شهر دارد.
فرق BTA16 و BT136 چیست؟
BT136-600 طبق دیتاشیت WeEn ترایاک ۴ آمپری است و زبانهی آن به پایهی T2 وصل است، پس روی هیتسینک برق دارد. BTA16-600 طبق دیتاشیت ST ترایاک ۱۶ آمپری با زبانهی عایق ۲۵۰۰ ولت RMS است و نصبش روی هیتسینک سادهتر و امنتر است.
در مدار ترایاک به‌جای دیود هرزگرد از چه استفاده کنیم؟
دیود هرزگرد برای بار DC است. در مدار ترایاک و برق AC، برای بار القایی از مدار اسنابر RC یا ترایاک Snubberless استفاده میشود. یک وریستور مناسب ولتاژ شبکه، مثل 10D471K، ضربههای ولتاژ را محدود میکند و فیوز هم در مسیر بار لازم است.
جمع‌بندی
برای انتخاب ترایاک، اول ولتاژ را با حاشیه (۶۰۰ ولت برای برق ۲۲۰ ولت) و بعد جریان RMS را با حاشیه و هیتسینک انتخاب کنید. بعد ببینید گیت حساس لازم دارید یا زبانهی عایق. برای کنترل با میکروکنترلر از اپتوترایاک یا SSR استفاده کنید و فیوز، اسنابر و وریستور را فراموش نکنید. همه‌ی مدل‌ها در دسته‌ی ترایاک و تریستور ایکانو هستند. برای آشنایی با بقیه‌ی قطعات قدرت، قطعات الکترونیکی چیست؟ را بخوانید.
امکان تحویل حضوری در اصفهان هم وجود دارد.
