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TRIAC

TRIAC、またはサイリスタは、交流電流のための電力半導体スイッチです。AC負荷をオンにするか制御する必要がある場所で使用されます。例えば、商用ヒーター、白熱灯、または110-230V ACの他のシンプルなデバイス。

DIYデバイスの場合、これは高リスクなトピックです。TRIAC自体は商用電源を安全にしません。それはただ機械的な接点なしでAC負荷を制御する方法を提供するだけです。

TRIACはMOSFETとどのように異なるか

前の記事のMOSFETモジュールは通常DC負荷に使用されます：5V、12V、24V。

TRIACはAC負荷に使用されます。制御パルスによってオンになり、それを通じる電流が保持値以下に落ちるまで電流を流します。AC商用電源では、これは通常、正弦波のゼロクロッシングの周辺で起こります。

実際には：

  • MOSFET - 通常の選択12V/24Vファン、LEDストリップ、またはDCヒーター；
  • TRIAC - AC電力レギュレータと多くのAC SSR内の典型的な要素；
  • SSR - 既製のソリッドステートリレー、光結合器、TRIAC/サイリスタ、エンクロージャ、端子、およびときどきヒートシンクを含むかもしれません。

初心者にとって、商用負荷の場合、ブレッドボード上に自分自身のTRIAC回路を組み立てるよりも、既製のSSRまたは認定モジュールを考慮することがしばしば安全です。

なぜそれはAC負荷に使用されるのか

強力な低電圧負荷は高い電流を必要とします。

例えば：

24V 240W -> 10A
24V 300W -> 12.5A
230V 300W -> 約1.3A

24Vでは、太いワイヤ、強力な電源、強い MOSFET、通常の端子、および冷却が必要です。230V ACでは、電流は低いですが、危険な商用電圧と すべての電気安全要件があります。

TRIAC方法は「より良い」、「より簡単」ではありません。異なる妥協です：電力回路の電流が少ないですが、絶縁、エンクロージャ、ヒューズ、距離、および適格の要件が大幅に高いです。

典型的なアーキテクチャ

コントローラは通常、TRIACに直接接続されていません。

一般的な安全なアーキテクチャは次のようになります：

AC調光回路（TRIAC付き）

出典：Wikimedia Commons、Osbertjoel、CC BY-SA 4.0

それは持っています：

  • 低電圧側：コントローラと制御抵抗；
  • 光結合器TRIAC：光学的分離を通じてコマンドを送信；
  • 商用側：電力TRIAC、AC負荷、ヒューズ、端子、およびエンクロージャ；
  • 時々、スナッバー回路およびノイズとスパイク用の可変抵抗/TVS。

光結合器TRIACはガルバニック分離に必要です。これは、マイクロコントローラと商用セクション間に直接的な電気接続がないことを意味します。制御は光結合器内の光を通じて送信されます。

ガルバニック分離は、商用電源がコントローラ、USB、およびコンピュータに到達するリスクを軽減します。しかし、商用セクションを安全に触れることはできません。

ゼロクロス位相制御

光結合器TRIACにはゼロクロスがあり、そうではありません。

ゼロクロス光結合器TRIACは、商用電圧のゼロクロッシングの近くで負荷をオンにします。これはヒーターまたは他の抵抗負荷のシンプルなオン/オフに便利です：ノイズが少なく、スイッチングがより柔らかいです。

ゼロクロスのない光結合器TRIACは、電力の位相制御が必要な場所で使用されます。例えば、調光器。そのような回路はより複雑です。ゼロクロッシングを検出し、遅延をカウントし、ノイズを考慮に入れる必要があります。

ドライヤーまたはチャンバーのヒーターの場合、調光器レベルの制御は通常は必要ありません。選択したモジュールでサポートされており、負荷に対して安全な場合、ゆっくりオン/オフまたはバースト制御アプローチが十分です。

どのような負荷が適しているか

TRIACは抵抗AC負荷で最も簡単に使用されます：

  • ヒーター；
  • 白熱灯；
  • 内部に電子機器がない単純な熱負荷。

以下を注意深く使用してください：

  • モーター；
  • ACファン；
  • トランスフォーマー；
  • ソレノイド；
  • 電源；
  • 電子ドライバ；
  • 高い突入電流を持つ負荷。

帰納的負荷は、電流の位相を電圧に相対的にシフトさせ、通常のTRIAC遮断を妨害する可能性があります。これは他のタイプのTRIAC、スナッバー回路、可変抵抗、または異なるスイッチング方法を必要とするかもしれません。

電源または電子ドライバは、通常の抵抗負荷とは見なされるべきではありません。内部に独自の電子機器がある場合、TRIAC制御は貧弱であるか、危険に機能する可能性があります。

スナッバー回路

スナッバーはRC回路（TRIACに並列の抵抗+キャパシタ）で、鋭い電圧変化を減衰させ、偽のTRIAC トリガーを防ぎます。

これは役立つことができます：

  • 帰納的負荷；
  • 商用での高速ノイズ；
  • 偽のTRIACトリガー；
  • 遮断の問題。

230Vで200～400Wの抵抗負荷の典型的な開始点：100 nF + 100Ω。キャパシタはX2タイプまたは同等の等しく、商用回路動作用に額定される必要があります。これは普遍的なソリューションではなく、開始値です。別の負荷では、TRIACデータシートとメーカーのアプリケーションノートに従って、定格が再計算されます。

AC回路の経験がない場合、スナッバーが既にメーカーによって計算されている既製モジュールまたはSSRを使用する方が良いです。

加熱とヒートシンク

TRIACは動作中に加熱します。それは完璧なスイッチではありません。それを通じて電圧降下があり、それは熱が生成されることを意味します。

確認する必要があります：

  • 負荷電流；
  • TRIACパッケージ；
  • オン状態電圧降下；
  • ヒートシンク要件；
  • 周囲温度；
  • エンクロージャ内の温度；
  • プラスチックとワイヤからの距離；
  • パラメータヘッドルーム。

技術仕様には多くのパラメータがあります。最初の選択については、3つで十分です：

  • IT(RMS) — TRIAC通じて最大RMS電流。実際の冷却で、ヘッドルーム付きの負荷電流より高い必要があります。
  • VDRM/VRRM — オフ状態での最大電圧。230Vの商用電源の場合、600V以上に額定されたTRIACを選択します。
  • IGT — ゲート電流。光結合器TRIACの能力と一致する必要があります。

他のパラメータ（IH、dV/dt、Tj、Rth）は、正確な計算または実際の回路に問題がある場合に重要です。

技術仕様の電流額定は、特定の冷却条件下で与えられます。ヒートシンクのない閉じた、暖かいエンクロージャでは、実際の最大電流は低いです。

TRIACとSSR

AC負荷用のSSRは、内部に光結合器とTRIACまたはサイリスタ電力段を持つことがしばしばあります。

既製SSRの利点：

  • 便利な端子；
  • 明確な制御入力；
  • エンクロージャ；
  • 述べられたパラメータ；
  • しばしば機械的に取り付けと冷却がより簡単。

欠点：

  • SSRも加熱；
  • 正しいタイプが必要：AC負荷用のAC出力SSR；
  • 多くのSSRはヒートシンクが必要；
  • 市場には多くの偽造品とオーバーステートされた仕様を持つモジュールがあります；
  • SSRはヒューズ、エンクロージャ、および電気安全を置き換えません。

タスクが実際のデバイスの商用ヒーターを制御することである場合、既製の品質SSRはしばしば別のTRIAC上の自作回路より実用的です。

あなたができないこと

あなたはできません：

  • ソルダーレスブレッドボード上に商用TRIAC回路を組み立てる；
  • 開いた商用セクションを電源の下に放置する；
  • 分離なしでコントローラを商用セクションに直接接続する；
  • 230V AC用のTRIAC/SSRの代わりに低電圧MOSFETモジュールを使用する；
  • 商用スナッバー回路にランダムなキャパシタを入れる；
  • 安価なモジュールの「40A」ラベルは十分な検証と見なす；
  • ヒューズなしで行う；
  • 商用端子をUSB、ボタン、および開いている低電圧接点の隣に配置する；
  • 電気安全の理解なしにこのような回路をテストする。

110-230V ACでの作業には、知識、適切なツール、エンクロージャ、絶縁チェック、およびローカルルールの理解が必要です。疑いがある場合、適格な人が電力セクションを組み立てるか、検査すべきです。

購入前にチェックすること

TRIACを購入する前に、モジュール、またはSSRは、チェック：

  • これはAC負荷またはDC負荷です；
  • 商用電源電圧；
  • 負荷電流と電力；
  • 抵抗性または帰納的負荷です；
  • ゼロクロスが必要です；
  • スナッバーが必要です；
  • 実際の冷却での最大電流；
  • ヒートシンクが必要です；
  • 光学的分離があります；
  • 商用用の端子と間隔；
  • ヒューズとエンクロージャ；
  • 技術仕様またはメーカードキュメンテーションがあります。

ドキュメンテーションがなく、モジュールは商用ヒーターを制御する必要がある場合、それは悪い選択です。

一般的な間違い

  • DC負荷用のTRIACを使用；
  • MOSFET、TRIAC、SSRを混同；
  • 光学的分離なしで商用負荷を接続；
  • ゼロクロス光結合器TRIACを使用してスムーズな調光を期待；
  • スナッバーと負荷タイプチェックなしでモーター用TRIACを使用；
  • ヒートシンクをインストールしない；
  • エンクロージャ内の温度を考慮しない；
  • ランダムな端子と薄いワイヤを使用；
  • SSRまたはTRIACがヒューズを置き換えることを考える；
  • 商用セクションをコントローラとUSBの隣に開いたままにする。

メインポイント

TRIACはAC負荷用の電力スイッチです。それはヒーターなどの商用抵抗負荷に有用ですが、正しい商用セクション設計を必要とします。

マイクロコントローラの場合、光学的分離が必要です。負荷の場合、正しいTRIAC/SSR、ヒューズ、端子、エンクロージャ、必要に応じてヒートシンク、および安全検証が必要です。110-230V ACの経験がない場合は、電力セクションを自分自身で組み立てないでください。

参考資料