สำรวจวงจรควบคุมเฟส Triac อย่างง่าย

ลองใช้เครื่องมือของเราเพื่อกำจัดปัญหา





ในวงจรควบคุมเฟสไตรแอคไตรแอกจะถูกเปิดเฉพาะสำหรับบางส่วนของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับครึ่งรอบทำให้โหลดทำงานเฉพาะช่วงเวลานั้นของรูปคลื่น AC ส่งผลให้มีการควบคุมแหล่งจ่ายไฟให้กับโหลด

Triacs นิยมใช้เป็นโซลิดสเตตแทนรีเลย์สำหรับเปลี่ยนโหลด AC กำลังสูง อย่างไรก็ตามมีคุณสมบัติที่มีประโยชน์มากอีกอย่างหนึ่งของ triacs ซึ่งช่วยให้สามารถใช้เป็นตัวควบคุมพลังงานเพื่อควบคุมโหลดที่กำหนดในระดับพลังงานที่ต้องการ



โดยทั่วไปแล้วจะดำเนินการผ่านสองวิธี: การควบคุมเฟสและการสลับแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์

แอปพลิเคชันการควบคุมเฟสเหมาะสำหรับโหลดเช่นเครื่องหรี่แสงมอเตอร์ไฟฟ้าเทคนิคการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า



การสลับแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์จะเหมาะสมกว่าสำหรับโหลดที่มีกระแสไฟฟ้าเช่นหลอดไส้เครื่องทำความร้อนเตารีดบัดกรีกีย์เซอร์ ฯลฯ แม้ว่าสิ่งเหล่านี้สามารถควบคุมได้ด้วยวิธีการควบคุมเฟส

Triac Phase Control ทำงานอย่างไร

Triac อาจถูกกระตุ้นให้เปิดใช้งานในส่วนใด ๆ ของ AC ครึ่งรอบที่ใช้และจะยังคงอยู่ในโหมดการดำเนินการจนกว่าครึ่งรอบ AC จะถึงเส้นตัดศูนย์

นั่นหมายความว่าเมื่อ Triac ถูกกระตุ้นเมื่อเริ่มต้นของ AC ครึ่งรอบ Triac จะเปิดเป็นหลักเช่นเดียวกับสวิตช์เปิด / ปิดโดยเปิดใช้งาน

อย่างไรก็ตามสมมติว่าหากมีการใช้สัญญาณทริกเกอร์นี้ที่จุดกึ่งกลางของรูปคลื่นวงจร AC Triac จะได้รับอนุญาตให้ดำเนินการเพียงแค่ช่วงเวลาที่เหลือของครึ่งรอบนั้น

และเนื่องจาก Triac เปิดใช้งาน เพียงครึ่งหนึ่งของช่วงเวลาจะลดกำลังไฟฟ้าที่จ่ายให้กับโหลดลงตามสัดส่วนโดยประมาณ 50% (รูปที่ 1)

ดังนั้นปริมาณกำลังไฟฟ้าของโหลดจึงสามารถควบคุมได้ในระดับที่ต้องการเพียงแค่เปลี่ยนจุดทริกเกอร์ไตรแอคบนรูปคลื่นเฟส AC นี่คือวิธีการทำงานของการควบคุมเฟสโดยใช้ไตรแอก

แอปพลิเคชั่นหรี่แสง

ถึง วงจรหรี่ไฟมาตรฐาน แสดงในรูปที่ 2 ด้านล่าง ในช่วงครึ่งรอบของ AC แต่ละตัวตัวเก็บประจุ 0.1µf จะถูกชาร์จ (ผ่านความต้านทานของโพเทนชิออมิเตอร์ควบคุม) จนกว่าจะถึงระดับแรงดันไฟฟ้า 30-32 ในพินของมัน

ในระดับนี้ไดโอดทริกเกอร์ (diac) จะถูกบังคับให้ยิงทำให้แรงดันไฟฟ้าผ่านทริกเกอร์ประตูของไตรแอค

ถึง หลอดไฟนีออน อาจใช้แทนก มัคนายก สำหรับการตอบสนองเดียวกัน เวลาที่ใช้โดยตัวเก็บประจุ 0.1µf ในการชาร์จไม่เกินเกณฑ์การยิงของไดแอกขึ้นอยู่กับการตั้งค่าความต้านทานของโพเทนชิออมิเตอร์ควบคุม

ตอนนี้สมมติว่าถ้าไฟล์ โพเทนชิออมิเตอร์ ถูกปรับให้มีความต้านทานเป็นศูนย์จะทำให้ตัวเก็บประจุชาร์จทันทีที่ระดับการยิงของไดแอกซึ่งจะทำให้เข้าสู่การนำไฟฟ้าสำหรับครึ่งรอบ AC ทั้งหมด

ในทางกลับกันเมื่อปรับโพเทนชิออมิเตอร์ที่ค่าความต้านทานสูงสุดอาจทำให้เกิด ตัวเก็บประจุ เพื่อชาร์จไปที่ระดับการยิงเท่านั้นจนกระทั่งครึ่งรอบเกือบถึงจุดสิ้นสุด ซึ่งจะช่วยให้ไฟล์

Triac จะดำเนินการในช่วงเวลาสั้น ๆ เท่านั้นในขณะที่รูปคลื่น AC เดินทางข้ามจุดสิ้นสุดของครึ่งรอบ

แม้ว่าวงจรหรี่ไฟที่แสดงให้เห็นข้างต้นนั้นง่ายและต้นทุนต่ำในการสร้างก็มีข้อ จำกัด ที่สำคัญอย่างหนึ่ง - แต่ก็ไม่อนุญาตให้ควบคุมพลังงานได้อย่างราบรื่นจากศูนย์ถึงสูงสุด

ในขณะที่เราหมุนโพเทนชิออมิเตอร์เราอาจพบว่ากระแสโหลดเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันจากศูนย์ไปยังระดับที่สูงขึ้นจากที่ซึ่งสามารถทำงานได้อย่างราบรื่นในระดับที่สูงขึ้นหรือต่ำลงเท่านั้น

ในกรณีที่แหล่งจ่ายไฟ AC ถูกตัดเป็นเวลาสั้น ๆ และไฟส่องสว่างของหลอดไฟจะต่ำกว่าระดับ 'กระโดด' (ฮิสเทรีซิส) นี้หลอดไฟจะยังคงดับอยู่แม้ในที่สุดพลังงานจะกลับคืนมา

วิธีลด Hysteresis

นี้ ผล hysteresis สามารถลดลงได้มากโดยใช้การออกแบบดังแสดงในวงจรในรูปที่ 3 ด้านล่าง

การแก้ไข: โปรดแทนที่ 100 uF ด้วย 100 uH สำหรับขดลวด RFI

วงจรนี้ใช้งานได้ดีในรูปแบบ หรี่ไฟในครัวเรือน . ชิ้นส่วนทั้งหมดสามารถติดตั้งที่ด้านหลังของแผงสวิตช์ผนังและในกรณีที่โหลดต่ำกว่า 200 วัตต์ Triac สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องขึ้นอยู่กับฮีทซิงค์

จำเป็นต้องไม่มีฮิสเทอรีซิส 100% สำหรับเครื่องหรี่แสงที่ใช้ในการแสดงวงออเคสตราและโรงละครเพื่อให้สามารถควบคุมการส่องสว่างของหลอดไฟได้อย่างสม่ำเสมอ คุณสมบัตินี้สามารถทำได้โดยการทำงานกับวงจรที่เปิดเผยในรูปที่ 4 ด้านล่าง

การแก้ไข: โปรดแทนที่ 100 uF ด้วย 100 uH สำหรับขดลวด RFI

การเลือก Triac Power

หลอดไส้จะดึงกระแสไฟฟ้ามากอย่างไม่น่าเชื่อในช่วงที่ไส้หลอดถึงอุณหภูมิในการทำงาน นี้ เปิดไฟกระชาก กระแสอาจเกินพิกัดกระแสของไตรแอกประมาณ 10 ถึง 12 เท่า

โชคดีที่หลอดไฟที่ใช้ในครัวเรือนสามารถเข้าถึงอุณหภูมิในการทำงานได้ภายในไม่กี่รอบ AC และช่วงเวลาสั้น ๆ ที่กระแสไฟฟ้าสูงนี้ถูกดูดซึมได้ง่ายโดย Triac โดยไม่มีปัญหาใด ๆ

อย่างไรก็ตามสถานการณ์อาจไม่เหมือนกันสำหรับสถานการณ์แสงในโรงละครซึ่งหลอดไฟขนาดใหญ่ต้องใช้เวลานานกว่ามากเพื่อให้ได้อุณหภูมิในการทำงาน สำหรับการใช้งานประเภทดังกล่าว Triac จะต้องได้รับการจัดอันดับอย่างน้อย 5 เท่าของโหลดสูงสุดทั่วไป

ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในวงจรควบคุมเฟส Triac

วงจรควบคุมเฟสไตรแอคแต่ละตัวที่แสดง ณ ตอนนี้ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกจะแตกต่างกันไปตามการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าอินพุต การพึ่งพาแรงดันไฟฟ้านี้สามารถกำจัดได้โดยใช้ซีเนอร์ไดโอดซึ่งสามารถรักษาเสถียรภาพและรักษาแรงดันไฟฟ้าตลอดค่าคงที่ของตัวเก็บประจุเวลา (รูปที่ 4)

การตั้งค่านี้จะช่วยรักษาเอาท์พุทที่แทบจะคงที่ไม่ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญใด ๆ ของแรงดันไฟฟ้าอินพุต AC หลัก พบเป็นประจำในการถ่ายภาพและแอปพลิเคชั่นอื่น ๆ ซึ่งจำเป็นต้องมีระดับแสงที่คงที่และคงที่สูง

การควบคุมหลอดฟลูออเรสเซนต์

อ้างอิงถึงวงจรควบคุมเฟสทั้งหมดที่อธิบายไว้จนถึงตอนนี้หลอดไส้หลอดไส้สามารถจัดการได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมใด ๆ กับระบบไฟบ้านที่มีอยู่

หลอดฟลูออเรสเซนต์ลดแสงอาจทำได้ด้วยการควบคุมเฟสไตรแอคประเภทนี้ เมื่ออุณหภูมิภายนอกของหลอดฮาโลเจนต่ำกว่า 2,500 องศาเซลเซียสวงจรฮาโลเจนที่สร้างใหม่จะไม่ทำงาน

สิ่งนี้อาจทำให้ไส้หลอดทังสเตนทับบนผนังของหลอดไฟทำให้อายุการใช้งานของหลอดลดลงและยัง จำกัด การส่งผ่านแสงผ่านกระจก การปรับแต่งซึ่งมักใช้ร่วมกับวงจรบางส่วนที่ตรวจสอบข้างต้นแสดงให้เห็นในรูปที่ 5

การตั้งค่านี้จะเปิดหลอดไฟเมื่อความมืดเข้ามาและจะดับลงอีกครั้งในตอนรุ่งสาง เซลล์ภาพถ่ายจำเป็นต้องมองเห็นแสงโดยรอบ แต่ต้องป้องกันหลอดไฟที่กำลังควบคุมอยู่

การควบคุมความเร็วมอเตอร์

Triac phase -control ยังช่วยให้คุณสามารถปรับ ความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้า . มอเตอร์แบบซีรีส์แผลทั่วไปสามารถควบคุมผ่านวงจรได้เหมือนกับที่ใช้สำหรับการหรี่แสง

อย่างไรก็ตามเพื่อรับประกันการเปลี่ยนที่เชื่อถือได้จำเป็นต้องเชื่อมต่อตัวเก็บประจุและความต้านทานแบบอนุกรมขนานกันทั่วทั้ง Triac (รูปที่ 6)

ด้วยการตั้งค่านี้ความเร็วมอเตอร์อาจแตกต่างกันไปตามการเปลี่ยนแปลงของโหลดและแรงดันไฟฟ้า

อย่างไรก็ตามสำหรับการใช้งานที่ไม่สำคัญ (เช่นการควบคุมความเร็วพัดลม) ซึ่งโหลดได้รับการแก้ไขที่ความเร็วใดก็ตามวงจรจะไม่ต้องการการเปลี่ยนแปลงใด ๆ

ความเร็วของมอเตอร์ซึ่งโดยปกติเมื่อตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าจะคงที่แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงในสภาวะโหลดดูเหมือนจะเป็นลักษณะที่มีประโยชน์สำหรับเครื่องมือไฟฟ้าเครื่องกวนในห้องปฏิบัติการล้อเครื่องกลึงของช่างทำนาฬิกา ฯลฯ เพื่อให้ได้คุณสมบัติ 'การตรวจจับโหลด' นี้ โดยปกติ SCR จะรวมอยู่ในการจัดเรียงครึ่งคลื่น (รูปที่ 7)

วงจรทำงานได้ดีในวง จำกัด ช่วงความเร็วมอเตอร์ แม้ว่าอาจจะเสี่ยงต่อการ 'สะอึก' ความเร็วต่ำและกฎการทำงานครึ่งคลื่นจะยับยั้งการทำงานที่มีความเสถียรสูงกว่าช่วงความเร็ว 50% วงจรควบคุมเฟสตรวจจับโหลดที่ Triac ให้การควบคุมศูนย์ถึงสูงสุดอย่างสมบูรณ์จะแสดงในรูปที่ 8

การควบคุมความเร็วมอเตอร์เหนี่ยวนำ

มอเตอร์เหนี่ยวนำ นอกจากนี้ยังสามารถควบคุมความเร็วได้โดยใช้ Triacs แม้ว่าคุณจะพบปัญหาเล็กน้อยโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีมอเตอร์สตาร์ทแบบแยกเฟสหรือตัวเก็บประจุ โดยปกติมอเตอร์เหนี่ยวนำสามารถควบคุมได้ระหว่างความเร็วเต็มและครึ่งหนึ่งเนื่องจากไม่ได้โหลด 100%

อุณหภูมิของมอเตอร์สามารถใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงที่เชื่อถือได้ อุณหภูมิไม่ควรเกินกว่าที่ผู้ผลิตกำหนดไม่ว่าจะด้วยความเร็วใด ๆ

อีกครั้งสามารถใช้วงจรหรี่ไฟที่ปรับปรุงแล้วที่ระบุในรูปที่ 6 ด้านบนได้ แต่ต้องเชื่อมต่อโหลดที่ตำแหน่งอื่นตามที่แสดงในเส้นประ

การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของหม้อแปลงผ่านการควบคุมเฟส

การตั้งค่าวงจรที่อธิบายไว้ข้างต้นยังสามารถใช้เพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าภายในขดลวดด้านหลักของหม้อแปลงซึ่งจะได้รับเอาต์พุตรองที่มีอัตราตัวแปร

การออกแบบนี้ถูกนำไปใช้ในตัวควบคุมหลอดไฟด้วยกล้องจุลทรรศน์ต่างๆ มีการกำหนดค่าศูนย์ตัวแปรโดยการเปลี่ยนตัวต้านทาน 47K ด้วยโพเทนชิออมิเตอร์ 100k

การควบคุมโหลดความร้อน

วงจรควบคุมเฟส Triac ต่างๆที่กล่าวถึงจนถึงตอนนี้อาจถูกนำไปใช้เพื่อควบคุมการใช้งานโหลดประเภทฮีตเตอร์แม้ว่าอุณหภูมิโหลดที่ควบคุมอาจเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับขาเข้าและอุณหภูมิโดยรอบ วงจรที่ชดเชยพารามิเตอร์ที่แตกต่างกันดังกล่าวแสดงในรูปที่ 10

สมมุติฐานวงจรนี้สามารถรักษาอุณหภูมิให้คงที่ภายใน 1% ของจุดที่กำหนดไว้ล่วงหน้าโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของสาย AC ที่ +/- 10% ประสิทธิภาพโดยรวมที่แม่นยำอาจถูกกำหนดโดยโครงสร้างและการออกแบบของระบบที่ใช้คอนโทรลเลอร์

วงจรนี้ให้การควบคุมแบบสัมพัทธ์ซึ่งหมายความว่าพลังงานทั้งหมดจะถูกมอบให้กับโหลดความร้อนเมื่อโหลดเริ่มอุ่นขึ้นจากนั้นเมื่อถึงจุดกึ่งกลางบางจุดพลังงานจะลดลงผ่านการวัดที่ได้สัดส่วนกับความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิจริงของ โหลดและอุณหภูมิโหลดที่ต้องการ

ช่วงสัดส่วนแปรผันผ่านการควบคุม 'อัตราขยาย' วงจรตรงไปตรงมา แต่มีประสิทธิภาพอย่างไรก็ตามมันมีข้อเสียที่สำคัญอย่างหนึ่งซึ่ง จำกัด การใช้งานให้โหลดเบาลง ปัญหานี้เกี่ยวกับการปล่อยสัญญาณรบกวนวิทยุอย่างหนักเนื่องจากการสับเฟสไตรแอค

การรบกวนด้วยคลื่นความถี่วิทยุในระบบควบคุมเฟส

อุปกรณ์ควบคุมเฟสไตรแอคทั้งหมดขจัดสัญญาณรบกวน RF จำนวนมาก (สัญญาณรบกวนความถี่วิทยุหรือ RFI) โดยพื้นฐานแล้วสิ่งนี้เกิดขึ้นที่ความถี่ต่ำและปานกลาง

การปล่อยคลื่นความถี่วิทยุจะรับอย่างรุนแรงโดยวิทยุคลื่นขนาดกลางที่อยู่ใกล้เคียงทั้งหมดและแม้กระทั่งโดยอุปกรณ์เครื่องเสียงและเครื่องขยายเสียงทำให้เกิดเสียงเรียกเข้าที่ดังจนน่ารำคาญ

RFI นี้อาจส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการวิจัยโดยเฉพาะเครื่องวัดค่า pH ส่งผลให้คอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ที่มีความละเอียดอ่อนในลักษณะเดียวกันทำงานไม่ได้

วิธีแก้ไขที่เป็นไปได้ในการลด RFI คือการเพิ่มตัวเหนี่ยวนำ RF เป็นอนุกรมพร้อมกับสายไฟ (ระบุเป็น L1 ในวงจร) สามารถสร้างโช้กที่มีขนาดเหมาะสมได้โดยการพันลวดทองแดงเคลือบซุปเปอร์ 40 ถึง 50 รอบบนแกนเฟอร์ไรต์ขนาดเล็กหรือแกนเฟอร์ไรต์ใด ๆ

สิ่งนี้อาจทำให้เกิดการเหนี่ยวนำโดยประมาณ 100 uH ระงับการสั่นของ RFI ในระดับที่ดี สำหรับการปราบปรามที่เพิ่มขึ้นอาจจำเป็นที่จะต้องเพิ่มจำนวนรอบให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้หรือเหนี่ยวนำได้ถึง 5 H

ข้อเสียของ RF Choke

ข้อเสียของวงจรควบคุมเฟสไตรแอคแบบขดลวด RF ประเภทนี้คือต้องพิจารณากำลังไฟของโหลดตามความหนาของสายไฟทำให้หายใจไม่ออก สำหรับโหลดตั้งใจให้อยู่ในช่วงกิโลวัตต์ดังนั้นลวดโช้ค RF จะต้องหนาพอที่จะทำให้ขนาดของขดลวดเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและใหญ่โต

สัญญาณรบกวน RF เป็นสัดส่วนกับกำลังวัตต์ของโหลดดังนั้นโหลดที่สูงขึ้นอาจทำให้การปล่อย RF สูงขึ้นซึ่งต้องการวงจรปราบปรามที่ดีขึ้น

ปัญหานี้อาจไม่รุนแรงเท่าสำหรับ โหลดอุปนัย เช่นเดียวกับมอเตอร์ไฟฟ้าเนื่องจากในกรณีเช่นนี้โหลดที่คดเคี้ยวจะลดทอน RFI การควบคุม Triac Phase ยังเกี่ยวข้องกับปัญหาเพิ่มเติมนั่นคือตัวประกอบกำลังโหลด

ปัจจัยด้านกำลังไฟฟ้าของโหลดอาจได้รับผลกระทบในทางลบและเป็นปัญหาที่หน่วยงานกำกับดูแลแหล่งจ่ายไฟพิจารณาอย่างจริงจัง




ก่อนหน้านี้: LM10 Op Amp Application Circuits - ใช้งานได้กับ 1.1 V ถัดไป: วงจรกำเนิดรูปคลื่นไซน์ - โคไซน์