دیود تریاک (TRIAC)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود تریاک (TRIAC) :
تریاک (TRIAC) که مخفف Triode for Alternating Current است، یک قطعه نیمه هادی سه پایانه و دوطرفه (Bidirectional) از خانواده تریستورها است. TRIAC در واقع معادل دو SCR است که به صورت موازی و معکوس (Anti-Parallel) در یک بسته واحد قرار گرفته اند، با این تفاوت که پایه گیت مشترکی دارند. این قطعه می تواند جریان AC را در هر دو نیم سیکل (مثبت و منفی) کنترل کند و به همین دلیل برای کاربردهای کنترل توان AC ایده آل است.
ساختار داخلی TRIAC شامل پنج لایه نیمه هادی (N-P-N-P-N) است که یک ساختار پیچیده با چندین پیوند PN ایجاد می کند. پایانه های TRIAC عبارتند از: پایانه اصلی ۱ (Main Terminal 1 - MT1)، پایانه اصلی ۲ (Main Terminal 2 - MT2)، و گیت (Gate). برخلاف SCR که آند و کاتد دارد، در TRIAC به دلیل دوطرفه بودن، پایانه ها با MT1 و MT2 نامگذاری می شوند.
مشخصه جریان-ولتاژ (I-V Curve) TRIAC متقارن است، یعنی در هر دو ربع اول و سوم (هر دو جهت ولتاژ) رفتار یکسانی دارد. در هر جهت، TRIAC تا رسیدن به ولتاژ شکست (Breakover Voltage - V_BO) در حالت قطع (Blocking State) قرار دارد. با اعمال یک پالس جریان به گیت (مثبت یا منفی نسبت به MT1)، TRIAC در همان جهت روشن می شود. پس از روشن شدن، ولتاژ دو سر آن به مقدار کمی (حدود ۱-۲ ولت) کاهش می یابد.
مانند SCR، TRIAC نیز خاصیت لچینگ (Latching) دارد، یعنی پس از روشن شدن با یک پالس گیت، حتی با قطع پالس گیت، روشن باقی می ماند. برای خاموش کردن TRIAC، باید جریان اصلی (MT1 به MT2) به زیر جریان نگهدارنده (Holding Current - I_H) کاهش یابد. در مدارات AC، این کار به طور طبیعی در انتهای هر نیم سیکل (وقتی ولتاژ و جریان به صفر می رسند) اتفاق می افتد.
پارامترهای مهم TRIAC عبارتند از: حداکثر ولتاژ تکراری مستقیم و معکوس (V_DRM و V_RRM که معمولا برابر هستند)، حداکثر جریان مؤثر (RMS) (I_T(RMS))، جریان گیت مورد نیاز برای راه اندازی (I_GT) در هر چهار ربع (Quadrants) کاری، ولتاژ گیت مورد نیاز (V_GT)، جریان نگهدارنده (I_H)، و دی وی دی تی (dV/dt) بحرانی.
مهم ترین کاربرد TRIAC در مدارات کنترل فاز (Phase Control) برای تنظیم توان AC است. معروف ترین مثال، دیمر نوری (Light Dimmer) برای لامپ های رشته ای است. با تغییر زاویه آتش (Firing Angle) پالس گیت، می توان مقدار توان تحویلی به لامپ و در نتیجه شدت نور آن را کنترل کرد. این اصل در کنترل سرعت موتورهای یونیورسال (Universal Motors) مانند دریل ها و مخلوط کن ها نیز کاربرد دارد.
کاربرد دیگر در کنترل دما (Temperature Control) در وسایلی مانند اتو، بخاری برقی، و اجاق های برقی است. با کنترل توان تحویلی به المنت حرارتی، می توان دما را تنظیم کرد. همچنین در کنترل توان در منابع تغذیه سوئیچینگ و شارژرهای باتری کاربرد دارد.
TRIACها در مدارات سوئیچینگ AC (AC Switching Circuits) به عنوان کلید استاتیک (Static Switch) استفاده می شوند. با اعمال یک پالس گیت کوتاه، می توان مدار AC را روشن کرد. برای خاموش کردن، باید جریان صفر شود که در AC طبیعی است. از این خاصیت در رله های حالت جامد (Solid State Relays - SSR) استفاده می شود.
در مدارات راه انداز موتورهای AC (AC Motor Starters)، از TRIAC برای راه اندازی نرم (Soft Start) موتورها استفاده می شود. با افزایش تدریجی زاویه آتش، ولتاژ اعمالی به موتور به آرامی افزایش می یابد و از جریان هجومی (Inrush Current) بالا جلوگیری می کند.
TRIACها همچنین در مدارات حفاظت ولتاژ (Voltage Protection) و کنترل خودکار بهره (AGC) در تجهیزات صوتی کاربرد دارند. با تغییر ولتاژ بایاس گیت، می توان مقاومت مؤثر TRIAC را تغییر داد.
یکی از محدودیت های TRIAC، حساسیت به دی وی دی تی (dV/dt) بالا است. اگر نرخ تغییر ولتاژ دو سر TRIAC در حالت قطع بیش از حد مجاز باشد، ممکن است به طور ناخواسته روشن شود. برای جلوگیری از این مشکل، معمولا از مدارات اسنابر (Snubber Circuits) که ترکیبی از مقاومت و خازن هستند، به موازات TRIAC استفاده می شود.
TRIACها در چهار ربع (Quadrant) کاری مختلف می توانند با پالس گیت روشن شوند. ربع ها بر اساس قطبیت ولتاژ MT2 نسبت به MT1 و قطبیت پالس گیت تعریف می شوند. برخی TRIACها در همه ربع ها حساس هستند و برخی فقط در ربع های خاصی. این نکته در طراحی مدار راه انداز اهمیت دارد.
برای راه اندازی TRIAC، معمولا از DIAC استفاده می شود. DIAC یک قطعه دوطرفه است که وقتی ولتاژ دو سر آن به ولتاژ شکست (V_BO) می رسد، روشن شده و یک پالس جریان به گیت TRIAC ارسال می کند. این ترکیب DIAC و TRIAC در دیمرهای ساده بسیار رایج است.
TRIACها در مقایسه با دو SCR موازی معکوس، مزایایی مانند سادگی مدار، هزینه کمتر، و نیاز به یک مدار راه انداز گیت واحد دارند. اما معایبی نیز دارند: معمولا دی وی دی تی (dV/dt) قابل تحمل آنها کمتر است، توانایی کنترل جریان های بالا را ندارند (معمولا تا چند صد آمپر)، و برای کاربردهای فرکانس بالا مناسب نیستند.
در نهایت، TRIAC یک قطعه اساسی در کنترل توان AC با توان متوسط (تا چند کیلووات) است. از دیمرهای ساده خانگی تا کنترل کننده های صنعتی موتورها و بخاری ها، TRIACها نقش مهمی در زندگی روزمره و صنعت ایفا می کنند. با پیشرفت در فناوری ساخت، TRIACهای با قابلیت اطمینان بالا و حفاظت های داخلی (مانند حفاظت در برابر ولتاژ و جریان اضافی) نیز عرضه شده اند.
