간단한 Triac 위상 제어 회로 탐색

트라이 악 위상 제어 회로에서 트라이 악은 AC 반주기의 특정 부분에 대해서만 ON으로 트리거되어 부하가 AC 파형의 해당 기간 동안 만 작동하도록합니다. 그 결과 부하에 대한 전력 공급이 제어됩니다.

트라이 액은 고전력 AC 부하를 스위칭하기위한 릴레이의 솔리드 스테이트 대체품으로 널리 사용됩니다. 그러나 원하는 특정 전력 수준에서 주어진 부하를 제어하기 위해 전력 컨트롤러로 사용할 수있는 트라이 액의 또 다른 매우 유용한 기능이 있습니다.

이것은 기본적으로 위상 제어 및 제로 전압 스위칭의 두 가지 방법을 통해 구현됩니다.

위상 제어 애플리케이션은 일반적으로 조광기, 전기 모터, 전압 및 전류 조절 기술과 같은 부하에 적합합니다.

제로 전압 스위칭은 백열등, 히터, 납땜 인두, 간헐천 등과 같은 복원 부하에 더 적합합니다. 이러한 부하도 위상 제어 방법을 통해 제어 할 수 있습니다.

Triac 위상 제어 작동 방식

Triac은 적용된 AC 하프 사이클의 모든 부분에서 활성화되도록 트리거 될 수 있으며 AC 하프 사이클이 제로 크로싱 라인에 도달 할 때까지 계속 전도 모드에 있습니다.

즉, 각 AC 반주기가 시작될 때 트라이 액이 트리거되면 트라이 액은 기본적으로 ON / OFF 스위치가 켜진 것처럼 켜집니다.

그러나이 트리거링 신호가 AC 사이클 파형의 중간 어딘가에서 사용되는 경우 Triac은 해당 하프 사이클의 남은 기간 동안 단순히 전도하도록 허용됩니다.

그리고 트라이 액 활성화 절반의 기간 동안 부하에 공급되는 전력을 약 50 %까지 비례 적으로 감소시킵니다 (그림 1).

따라서 AC 위상 파형에서 트라이 액 트리거링 지점을 변경하여 부하에 대한 전력량을 원하는 수준에서 제어 할 수 있습니다. 이것이 트라이 악을 사용하여 위상 제어가 작동하는 방식입니다.

조광기 응용

에 표준 조광기 회로 아래 그림 2에 나와 있습니다. 각 AC 하프 사이클 과정에서 핀아웃에 걸쳐 30-32의 전압 레벨에 도달 할 때까지 0.1µf 커패시터가 충전됩니다 (제어 포텐셔미터의 저항을 통해).

이 레벨 주변에서 트리거 다이오드 (diac)가 강제로 발화되어 전압이 트리거를 트라이 악의 게이트로 통과시킵니다.

에 네온 램프 대신 사용할 수 있습니다 부제 같은 응답을 위해. 0.1µf 커패시터가 diac의 발화 임계 값까지 충전하는 데 사용되는 시간은 제어 전위차계의 저항 설정에 따라 다릅니다.

이제 전위차계 저항이 0으로 조정되면 커패시터가 즉시 diac의 발사 수준까지 충전되고, 이는 차례로 전체 AC 반주기 동안 전도로 이동하게합니다.

반면에 전위차계가 최대 저항 값으로 조정되면 콘덴서 반주기가 거의 종료 지점에 도달 할 때까지만 발사 수준까지 충전합니다. 이것은

AC 파형이 절반주기의 끝에서 이동하는 동안 매우 짧은 시간 동안 만 전도하는 Triac.

위에서 설명한 조광기 회로는 실제로 쉽고 저렴하게 구성 할 수 있지만 한 가지 중요한 제한이 있습니다. 부하에서 전력을 0에서 최대까지 원활하게 제어 할 수 없습니다.

전위차계를 회전 할 때 부하 전류가 0에서 더 높은 수준으로 급격히 상승하는 것을 발견 할 수 있습니다. 그런 다음 더 높거나 낮은 수준에서 원활하게 작동 할 수 있습니다.

AC 전원이 잠시 차단되고 램프 조명이이 '점프'(히스테리시스) 수준 아래로 내려 가면 전원이 마침내 복원 된 후에도 램프가 꺼진 상태로 유지됩니다.

히스테리시스를 줄이는 방법

이 히스테리시스 효과 아래 그림 3의 회로에 표시된 것과 같이 설계를 구현하면 상당히 낮아질 수 있습니다.

수정 : RFI 코일의 경우 100uF를 100uH로 교체하십시오.

이 회로는 가정용 조광기 . 모든 부품은 벽 스위치 보드 뒷면에 장착 할 수 있으며 부하가 200 와트 미만인 경우 Triac은 방열판에 의존하지 않고 작동 할 수 있습니다.

램프의 일관된 조명 제어를 가능하게하기 위해 오케스트라 공연 및 극장에서 사용되는 조광기에는 실질적으로 히스테리시스가 100 % 필요하지 않습니다. 이 기능은 아래 그림 4에 표시된 회로를 사용하여 수행 할 수 있습니다.

수정 : RFI 코일의 경우 100uF를 100uH로 교체하십시오.

Triac 전원 선택

백열 전구는 필라멘트가 작동 온도에 도달하는 동안 엄청나게 큰 전류를 끌어냅니다. 이 서지 켜기 전류는 트라이 액의 정격 전류를 약 10 ~ 12 배 초과 할 수 있습니다.

다행히 가정용 전구는 단 몇 번의 AC 사이클로 작동 온도에 도달 할 수 있으며이 짧은 기간의 고전류는 문제없이 Triac에 쉽게 흡수됩니다.

그러나 더 큰 와트의 전구가 작동 온도에 도달하는 데 훨씬 더 긴 시간이 필요한 연극 조명 시나리오의 경우 상황이 동일하지 않을 수 있습니다. 이러한 유형의 애플리케이션의 경우 Triac은 일반 최대 부하의 최소 5 배로 평가되어야합니다.

Triac 위상 제어 회로의 전압 변동

지금까지 표시된 각 트라이 악 위상 제어 회로는 모두 전압에 따라 달라집니다. 즉, 입력 공급 전압의 변화에 ​​따라 출력 전압이 달라집니다. 전압에 대한 이러한 의존성은 타이밍 커패시터에서 전압을 일정하게 유지하고 안정화 할 수있는 제너 다이오드를 사용하여 제거 할 수 있습니다 (그림 4).

이 설정은 주 AC 입력 전압의 큰 변동에 관계없이 사실상 일정한 출력을 유지하는 데 도움이됩니다. 매우 안정적이고 고정 된 수준의 빛이 필수적인 사진 및 기타 응용 분야에서 자주 발견됩니다.

형광등 제어

지금까지 설명한 모든 위상 제어 회로를 참조하면 기존의 가정용 조명 시스템을 추가로 변경하지 않고도 백열 필라멘트 램프를 조작 할 수 있습니다.

이러한 종류의 트라이 액 위상 제어를 통해 형광등을 조광 할 수도 있습니다. 할로겐 램프의 외부 온도가 섭씨 2500도 이하로 떨어지면 할로겐 재생 사이클이 작동하지 않게됩니다.

이로 인해 필라멘트 텅스텐이 램프 벽에 증착되어 필라멘트 수명이 단축되고 유리를 통한 조명 투과가 제한 될 수 있습니다. 위에서 검토 한 일부 회로와 함께 자주 사용되는 조정이 그림 5에 나와 있습니다.

이 설정은 어둠이 들어 오면 램프를 켜고 새벽에 다시 끕니다. 광전지는 주변 광을 볼 필요가 있지만 제어되는 램프로부터 차폐되어야합니다.

모터 속도 제어

트라이 액 위상 제어를 통해 전동기의 속도 . 일반적인 종류의 직렬 권선 모터는 라이트 디밍에 적용되는 것과 매우 유사한 회로를 통해 제어 될 수 있습니다.

그러나 안정적인 정류를 보장하려면 커패시터와 직렬 저항을 Triac에 병렬로 연결해야합니다 (그림 6).

이 설정을 통해 모터 속도는 부하 및 공급 전압의 변화에 ​​따라 달라질 수 있습니다.

그러나 부하가 주어진 속도로 고정되는 중요하지 않은 애플리케이션 (예 : 팬 속도 제어)의 경우 회로를 변경할 필요가 없습니다.

일반적으로 사전 프로그래밍 된 경우 부하 조건이 변경 되더라도 일정하게 유지되는 모터 속도는 전동 공구, 실험실 교반기, 시계 제작자의 선반 도공의 바퀴 등에 유용한 특성으로 보입니다.이 '부하 감지'기능을 달성하려면 , SCR은 일반적으로 반파 배열에 포함됩니다 (그림 7).

회로는 제한된 내에서 꽤 잘 작동합니다. 모터 속도 범위 저속 '딸꾹질'에 취약 할 수 있으며 반파 작동 규칙은 50 % 속도 범위를 훨씬 초과하는 안정된 작동을 방해합니다. Triac이 완전한 제로에서 최대 제어까지 제공하는 부하 감지 위상 제어 회로가 그림 8에 나와 있습니다.

유도 전동기 속도 제어

유도 전동기 속도는 Triac을 사용하여 제어 할 수도 있지만 특히 분할 위상 또는 커패시터 시작 모터가 관련된 경우 몇 가지 어려움에 직면 할 수 있습니다. 일반적으로 유도 전동기는 100 % 부하가 걸리지 않기 때문에 최대 속도와 절반 속도 사이에서 제어 할 수 있습니다.

모터의 온도는 상당히 신뢰할 수있는 기준으로 사용할 수 있습니다. 온도는 어떤 속도에서도 제조업체의 사양을 초과해서는 안됩니다.

그러나 위의 그림 6에 표시된 개선 된 조광기 회로를 적용 할 수 있지만 부하는 점선으로 표시된대로 대체 위치에 연결되어야합니다.

위상 제어를 통한 다양한 변압기 전압

위에서 설명한 회로 설정은 변압기의 1 차측 권선 내 전압을 조절하는 데에도 사용할 수 있으므로 가변 속도 2 차 출력을 얻을 수 있습니다.

이 디자인은 다양한 현미경 램프 컨트롤러에 적용되었습니다. 100k 전위차계로 47K 저항을 변경하여 가변 제로 세트가 제공되었습니다.

난방 부하 제어

제어되는 부하 온도가 입력 AC 전압 및 주변 온도의 변화에 ​​따라 변경 될 수 있지만 지금까지 논의 된 다양한 Triac 위상 제어 회로를 히터 유형 부하 애플리케이션 제어에 적용 할 수 있습니다. 이러한 다양한 매개 변수를 보상하는 회로가 그림 10에 나와 있습니다.

가설 적으로이 회로는 +/- 10 %의 AC 라인 전압 변화에 관계없이 미리 결정된 지점의 1 % 이내로 온도를 안정화 할 수 있습니다. 컨트롤러가 적용되는 시스템의 구조와 디자인에 따라 전체적인 정확한 성능이 결정될 수 있습니다.

이 회로는 상대적인 제어를 제공합니다. 즉, 부하가 예열되기 시작할 때 전체 전력이 난방 부하에 제공되고 중간 지점에서 실제 온도 차이에 비례하는 측정을 통해 전력이 낮아집니다. 부하 및 의도 된 부하 온도.

비례 범위는 '게인'제어를 통해 가변적입니다. 이 회로는 간단하지만 효과적이지만 기본적으로 더 가벼운 부하로 사용을 제한하는 한 가지 중요한 단점이 있습니다. 이 문제는 트라이 악 위상 절단으로 인한 무거운 무선 간섭 방출에 관한 것입니다.

위상 제어 시스템의 무선 주파수 간섭

모든 트라이 악 위상 제어 장치는 엄청난 양의 RF 장애 (무선 주파수 간섭 또는 RFI)를 발생시킵니다. 이것은 근본적으로 낮은 주파수와 중간 주파수에서 발생합니다.

라디오 주파수 방출은 근처의 모든 중파 라디오와 심지어 오디오 장비 및 증폭기에 의해 강하게 포착되어 짜증나는 큰 벨소리를 생성합니다.

이 RFI는 또한 연구 실험실 장비, 특히 pH 미터에 영향을 주어 컴퓨터 및 기타 유사한 민감한 전자 장치의 예측할 수없는 기능을 유발할 수 있습니다.

RFI를 줄이기위한 가능한 해결책은 전력선 (회로에서 L1로 표시됨)과 직렬로 RF 인덕터를 추가하는 것입니다. 적절한 치수의 초크는 작은 페라이트 막대 또는 모든 페라이트 코어 위에 슈퍼 에나멜 구리선을 40 ~ 50 회 감아 서 만들 수 있습니다.

이것은 약의 인덕턴스를 도입 할 수 있습니다. 100uH는 RFI 진동을 크게 억제합니다. 억제를 높이려면 가능한 한 높은 회전 수 또는 최대 5H의 인덕턴스를 최대화하는 것이 필수적 일 수 있습니다.

RF 초크의 단점

이러한 유형의 RF 코일 기반 트라이 악 위상 제어 회로의 단점은 초크 와이어 두께에 따라 부하 와트를 고려해야한다는 것입니다. 부하가 킬로와트 범위로 의도 된 경우 RF 초크 와이어가 충분히 두꺼워서 코일 크기가 크게 증가하고 부피가 커야합니다.

RF 잡음은 부하 와트에 비례하므로 부하가 높을수록 더 향상된 억제 회로를 요구하는 더 높은 RF 방출이 발생할 수 있습니다.

이 문제는 다음과 같이 심각하지 않을 수 있습니다. 유도 부하 이러한 경우 부하 권선 자체가 RFI를 감쇠시키기 때문에 전기 모터와 같습니다. 트라이 악 위상 제어는 부하 역률이라는 추가 문제와도 관련이 있습니다.

부하 역률은 부정적인 영향을받을 수 있으며 전원 공급 장치 조정기에서 매우 심각하게 고려하는 문제입니다.