Трехквадрантные триаки

Опубликовано 24.09.2010 Ведущий Антон Панкратов

Симистор (или "триак" - от английского triac) - полупроводниковый прибор, предназначенный для коммутации нагрузки в сети переменного тока. Он представляет собой "двунаправленный тиристор" и имеет три электрода: один управляющий и два основных для пропускания рабочего тока. Особенностью симистора является способность проводить ток как от анода к катоду, так и в обратном направлении. В отличие от тиристоров, триак может управляться как положительным, так и отрицательным током между затвором и T1. Это свойство позволяет симистору работать в четырёх режимах - квадрантах: 1+, 1-, 3-, 3+ (1 и 3 обозначают сектора ВАХ, а плюс и минус - полярность затвора). Так работают так называемые четырехквадрантные симисторы или, иначе 4Q триаки. Для управления режимом работы симистора используется низковольтный сигнал, подаваемый на управляющий электрод. Триак открывается, если через управляющий электрод проходит отпирающий ток или если напряжение между его силовыми электродами Т1 и Т2 превышает некоторую максимальную величину. В режиме переменного питания смена состояний симистора вызывается изменением полярности напряжения на рабочих электродах Т1 и Т2. Симистор переходит в закрытое состояние после изменения полярности между его выводами Т1 и Т2 или если значение рабочего тока меньше тока удержания. В стандартных цепях управления фазой переменного тока, таких как регуляторы яркости и регуляторы скорости вращения, полярность затвора и T2 всегда одинаковы. Это означает, что управление производится всегда в 1+ и 3- квадрантах, в которых коммутирующие параметры триака одинаковы, а затвор наиболее чувствителен. Наименее привлекателен для переключения триака квадрант 3+ по следующим причинам:
из-за особенностей внутреннего строения переходов симистора затвор наименее чувствителен;
самая длительная задержка между началом протекания тока затвора и переходом триака в состояние проводимости;
самая низкая допустимая скорость нарастания тока нагрузки, что является причиной ограничения критических характеристик и перегорания триака в области затвора при управлении нагрузками с высокими пусковыми токами, например емкостных нагрузок или ламп накаливания.
Для предотвращения ложных срабатываний триаков, вызванных шумами и пульсациями, создаваемыми двигателями, цепи, использующие четырехквадратные (4Q) триаки, должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка между силовыми электродами триака, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения и, в некоторых случаях, необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации. Эти компоненты увеличивают стоимость устройства и его габариты. Кроме того, они могут также уменьшать надежность устройства.
Отличие трехквадрантного 3Q-триака от 4Q-триака заключается в некритичной структуре перекрытия переходов у затвора. И хотя это делает его неспособным к управлению в 3+ квадранте, зато устраняет возможное самопроизвольное срабатывание, и помогает избежать всех неудобств, относящихся к 4Q-триакам. Во - первых, 3-Q триаки обладают более высокими рабочими характеристиками, во - вторых, в большинстве случаев можно обойтись без дросселя или демпферной цепи. Так как большинство устройств работает в квадрантах 1+ и 3- (управление фазой), или 1- и 3- (однополярное управление с помощью интегральных схем или других электронных цепей), то потеря управления в 3+ квадранте - очень малая цена за полученные преимущества.