TRIAC

 

Introducción

Como sabemos el SCR es un dispositivo unidireccional y tiene características de bloqueo inverso que impide el flujo de corriente en condiciones de polarización inversa. Pero para muchas aplicaciones, se requiere un control bidireccional de la corriente, particularmente en los circuitos de CA. Para lograr esto con los SCR, dos SCR deben estar conectados en antiparalelo para controlar los semiciclos positivos y negativos de la entrada. Sin embargo, esta estructura puede ser reemplazada por un dispositivo semiconductor especial conocido como Triac para lograr el control bidireccional. El Triac es un dispositivo de conmutación bidireccional que puede controlar la potencia de CA de manera eficiente y precisa. Estos se usan a menudo en controladores de velocidad de motor, circuitos de CA, sistemas de control de presión, atenuadores de luz y otros equipos de control de CA.

Conceptos básicos del TRIAC

El triac es un miembro importante de la familia de dispositivos tiristores. Es un dispositivo bidireccional que puede pasar la corriente en condiciones de polarización directa e inversa y, por lo tanto, es un dispositivo de control de CA. El triac es equivalente a dos SCR consecutivos conectados con un terminal de compuerta como se muestra en la figura. El triac es la abreviatura de un interruptor TRIode AC. TRI significa que el dispositivo consta de tres terminales y CA significa que controla la alimentación de CA o puede conducir en ambas direcciones de corriente alterna.

El triac tiene tres terminales, a saber, la Terminal principal 1 (MT1), la Terminal principal 2 (MT2) y la Puerta (G), como se muestra en la figura. Si MT1 está en configuracion directa con respecto a MT2, entonces la corriente fluye de MT1 a MT2. De forma similar, si el MT2 está polarizado directamente con respecto a MT1, entonces la corriente fluye de MT2 a MT1. Las dos condiciones anteriores se logran siempre que la puerta se active con un pulso de puerta apropiado. Similar al SCR, el triac también se convierte inyectando pulsos de corriente apropiados en el terminal de puerta. Una vez que se enciende, pierde su control de puerta sobre su conducción. Entonces, el triac puede desactivarse reduciendo la corriente a cero a través de los terminales principales.

Construcción de TRIAC

Un triac es un dispositivo semiconductor de cinco capas y tres terminales. Los terminales están marcados como MT1, MT2 como terminales de ánodo y cátodo en el caso de; SCR. Y la puerta se representa como G similar al tiristor. El terminal de puerta se conecta a las regiones N4 y P2 mediante un contacto metálico y está cerca del terminal MT1. El terminal MT1 está conectado a las regiones N2 y P2, mientras que MT2 está conectado a las regiones N3 y P1. Por lo tanto, los terminales MT1 y MT2 conectados a ambas regiones P y N del dispositivo y, por lo tanto, la polaridad de la tensión aplicada entre estos dos terminales decide el flujo de corriente a través de las capas del dispositivo.

Con la puerta abierta, MT2 se considera positiva con respecto a MT1 para una traic polarizado directamente. Por lo tanto, Triac funciona en modo de bloqueo directo hasta que el voltaje a través del triac sea menor que el voltaje de ruptura directo. De manera similar para un triac con polarización inversa, MT2 se vuelve negativo con respecto a MT1 con puerta abierta. Hasta que el voltaje a través del triac sea menor que el voltaje de ruptura inverso, el dispositivo funciona en un modo de bloqueo inverso. Una triac puede hacerse conductivo por voltaje positivo o negativo en el terminal de puerta.

Funcionamiento y Aplicaciones de TRIAC

Es posible conectar varias combinaciones de tensiones negativas y positivas a los terminales triac porque es un dispositivo bidireccional. Las cuatro posibles combinaciones de potencial de electrodo que hacen que el triac funcione con cuatro cuadrantes o modos operativos diferentes son:

1. MT2 es positivo con respecto a MT1 con una polaridad de puerta positiva con respecto a MT1.
2. MT2 es positivo con respecto a MT1 con una polaridad de puerta negativa con respecto a MT1.
3. MT2 es negativo con respecto a MT1 con una polaridad de puerta negativa con respecto a MT1.
4. MT2 es negativo con respecto a MT1 con una polaridad de puerta positiva con respecto a MT1.

En general, la corriente de retención es mayor en el segundo cuadrante o modo mientras que la corriente de activación de puerta es mayor en el cuarto modo en comparación con otros modos para cualquier triac. En la mayoría de las aplicaciones, el circuito de corriente de activación negativa se usa, lo que significa que se usan 2 y 3 cuadrantes para un disparo confiable en el control bidireccional y también cuando la sensibilidad de la puerta es crítica. La sensibilidad de la compuerta es máxima con los modos 1 y 4 generalmente empleados.

Modo 1: MT2 es Positivo, Corriente de compuerta positiva

Cuando el terminal de compuerta se hace positivo con respecto a MT1, la corriente de puerta fluye a través de P2 y Unión N2. Cuando esta corriente fluye, la capa P2 se inunda con electrones y además estos electrones se difunden al borde de la unión J2 (o unión P2-N1). Estos electrones recogidos por la capa N1 crean una carga espacial en la capa N1. Por lo tanto, más agujeros de la región P1 se difunden en la región N1 para neutralizar las cargas espaciales negativas. Estos agujeros llegan a la unión J2 y producen la carga espacial positiva en la región P2, que causa que más electrones se inyecten en P2 desde N2. Esto produce una regeneración positiva y finalmente la corriente principal fluye desde MT2 a MT1 a través de las regiones P1-N1-P2-N2.

Modo 2: MT2 es positiva, corriente de puerta negativa

Cuando MT2 es positivo y el terminal de puerta es negativo con respecto a MT1, la corriente de compuerta fluye a través de la union P2-N4. Esta corriente de compuerta desvía la unión P2-N4 para la estructura auxiliar P1N1P2N4. Esto hace que el triac conduzca inicialmente a través de las capas P1N1P2N4. Esto aumenta aún más el potencial entre P2N2 hacia el potencial de MT2. Esto hace que la corriente se establezca de izquierda a derecha en la capa P2, que polariza directamente la unión P2N2. Y de ahí que la estructura principal P1N1P2N2 comience a conducir. La estructura auxiliar conducida inicialmente P1N1P2N4 se considera como un SCR piloto, mientras que la estructura posterior P1N1P2N2 se considera como SCR principalmente. Por lo tanto, la corriente de ánodo del piloto SCR sirve como corriente de puerta al SCR principal. La sensibilidad a la corriente de compuerta es menor en este modo y, por lo tanto, se requiere más corriente de compuerta para encender el triac.

Modo 3: MT2 es Negativo, Intensidad positiva de la puerta

En este modo, MT2 se convierte en negativo con respecto a MT1 y el dispositivo se enciende aplicando un voltaje positivo entre la puerta y terminal MT1. El encendido se inicia con N2, que actúa como control remoto de la puerta y la estructura lleva a encender el triac que es P2N1P1N3. La corriente externa de la puerta desvía la unión P2-N2. La capa N2 inyecta los electrones en la capa P2 que luego son recolectados por la unión P2N1. Este resultado aumenta el flujo de corriente a través de la unión P2N1.

Los agujeros inyectados desde la capa P2 se difunden a través de la región N1. Esto genera una carga espacial positiva en la región P. Por lo tanto, más electrones de N3 se difunden en P1 para neutralizar las cargas espaciales positivas. Por lo tanto, estos electrones llegan a la unión J2 y producen una carga espacial negativa en la región N1 que resulta en la inyección de más agujeros desde la P2 a la región N1. Este proceso regenerativo continúa hasta que la estructura P2N1P1N3 enciende el triac y conduce la corriente externa. Cuando el triac se enciende mediante la puerta remota N2, el dispositivo es menos sensible a la corriente de compuerta positiva en este modo.

Modo 4: MT2 es negativo, corriente de compuerta negativa

En este modo N4 actúa como un puerta remota e inyecta los electrones en la región P2. La corriente externa de la puerta polariza la unión P2N4. Los electrones de la región N4 son recolectados por la unión P2N1 y aumentan la corriente a través de la unión P1N1. Por lo tanto, la estructura P2N1P1N3 se activa mediante la acción regenerativa. El triac es más sensible en este modo en comparación con la corriente de puerta positiva en el modo 3.

De la discusión anterior, se concluye que los modos 2 y 3 son configuraciones menos sensibles que necesitan más corriente de puerta para disparar el triac, mientras que  los modos de activación más comunes del triac son 1 y 4 que tienen una mayor sensibilidad. En la práctica, el modo de operación más sensible se selecciona de modo que la polaridad de la puerta coincida con la polaridad del terminal MT2.

Características VI del TRIAC

La función triac como un tiristor dos conectados en antiparalelo y por lo tanto las características VI de triac en el primer y tercer cuadrantes serán similares a las características VI de un tiristores. Cuando el terminal MT2 es positivo con respecto al terminal MT1, se dice que el triac está en modo de bloqueo directo. Una pequeña corriente de fuga fluye a través del dispositivo siempre que el voltaje a través del dispositivo sea menor que el voltaje de ruptura. Una vez que se alcanza el voltaje de ruptura del dispositivo, entonces el triac se enciende como se muestra en la figura a continuación. Sin embargo, también es posible encender el triac debajo de la VBO aplicando un pulso de compuerta de modo que la corriente a través del dispositivo sea mayor que la corriente de enganche del triac.

De manera similar, cuando el terminal MT2 se hace negativo con respecto a MT1, el triac está en modo de bloqueo inverso. Una pequeña corriente de fuga fluye a través del dispositivo hasta que se activa mediante el voltaje de interrupción o el método de disparo de puerta. Por lo tanto, el pulso positivo o negativo a la puerta activa el triac en ambas direcciones. El voltaje de suministro al cual el triac comienza a conducir depende de la corriente de compuerta. Si la compuerta es de mayor intensidad, menor será la tensión de alimentación a la que se conecta el triac. El desencadenante del modo-1 descrito anteriormente se utiliza en el primer cuadrante, mientras que el desencadenamiento del modo-3 se utiliza en el tercer cuadrante. Debido a la estructura interna del triac, los valores reales de la corriente de enganche, la corriente de disparo de compuerta y la corriente de mantenimiento pueden ser ligeramente diferentes en los diferentes modos de funcionamiento. Por lo tanto, las clasificaciones de las triacs son considerablemente más bajas que los tiristores.

Ventajas del Triac

El Triac puede activarse mediante voltajes de polaridad positiva y negativa aplicados en la puerta.

• Puede operar y conmutar los dos medios ciclos de una forma de onda de CA.
• En comparación con el configuración del tiristor antiparalelo que requiere dos disipadores de calor de tamaño ligeramente más pequeño, un triac necesita un único disipador de calor de tamaño ligeramente mayor. Por lo tanto, el triac ahorra espacio y costo en aplicaciones de alimentación de CA.
• En las aplicaciones de CC, los SCR deben conectarse con un diodo paralelo para proteger contra el voltaje inverso. Pero el triac puede funcionar sin un diodo, es posible un desglose seguro en cualquier dirección.

Desventajas del Triac

• Están disponibles en clasificaciones más bajas en comparación con los tiristores.
• Se requiere una consideración cuidadosa al seleccionar un circuito de activación de compuerta ya que un triac puede activarse en ambos directamente y condiciones de polarización inversa.
• Tienen una baja calificación dv/dt en comparación con los tiristores.
• Estos tienen frecuencias de conmutación muy pequeñas.
• Los triacs son menos confiables que tiristores.

Aplicaciones del Triac

Debido al control bidireccional de AC, los triacs se usan como controladores de potencia de CA, controladores de ventiladores, controladores de calentadores, dispositivos de disparo para SCR, conmutadores estáticos de tres posiciones, atenuadores de luz, etc. El triac como un interruptor y las aplicaciones de control de fase se analizan a continuación.

Triac como alto Interruptor de alimentación

A medida que el triac usa l La tensión y las corrientes de la compuerta para controlar el voltaje y las corrientes de alta carga, a menudo se utiliza como dispositivo de conmutación en muchas operaciones. La figura a continuación muestra el uso del triac como interruptor ON/OFF AC para controlar la lámpara de alta potencia. Cuando el interruptor S está en la posición 1, el triac está en modo de bloqueo directo y, por lo tanto, la lámpara permanece en estado OFF. Si el interruptor se cambia a la posición 2, una pequeña corriente de compuerta fluye a través del terminal de compuerta y, por lo tanto, el triac se enciende. Esto hace que la lámpara se encienda para proporcionar una salida completa.

Control de fase con Triac

Al igual que los SCR, también es posible un método de control de fase para variar la potencia promedio de la carga con los triacs. Al controlar el ángulo de activación en cada medio ciclo de la entrada de CA, se controla la potencia entregada a la carga. El retardo por el cual se retarda el disparo se denomina ángulo de retardo y el ángulo por el cual el triac conduce se denomina ángulo de conducción. La figura siguiente muestra el uso de triac para el método de control de fase para producir la potencia variable de la carga. Los diodos D1 y D2 pasan el flujo de corriente al terminal de puerta en medios ciclos positivos y negativos, respectivamente.

Tan pronto como el suministro de CA de entrada se da al circuito, el triac está en estado de bloqueo (ya sea hacia adelante o hacia atrás) siempre que el voltaje aplicado sea menor que el VBO o puerta la corriente es menor que la corriente de compuerta mínima. Durante el medio ciclo positivo de la entrada, el diodo D1 está polarizado directamente y, por lo tanto, se aplica una corriente de compuerta positiva a la compuerta. Por lo tanto, la puerta se dispara por lo que el triac entra en el estado de conducción. Durante el semiciclo negativo de la entrada, el diodo D2 es polarizado directamente, por lo tanto, la corriente de compuerta fluye a través de él, por lo que el triac se pone en ON. Del mismo modo, la potencia de CA entregada a la carga se controla en cualquier dirección aplicando una señal de puerta adecuada. El ángulo de conducción del triac se controla variando la resistencia R2 en el circuito anterior.

Triac Vs SCR

• El Triac es un dispositivo bidireccional, mientras que SCR es un dispositivo unidireccional.
• Los terminales Triac son MT2, MT1 y puerta, mientras que SCR tiene terminales de ánodo, cátodo y puerta.
• Para las corrientes de compuerta positiva y negativa, el triac conduce pero con solo la dirección en la corriente de compuerta encienden el SCR.
• Cuatro modos de operación diferentes son posibles con el triac, mientras que con SCR solo un modo de operación es posible.
• El Triac están disponibles en menos clasificaciones en comparación con los SCR.
• Las características de Triac están ubicadas en el primer y tercer cuadrantes mientras que las características de SCR se encuentran en el primer cuadrante.
• La fiabilidad es menor en comparación con los SCR.