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TRIAC

TRIAC（或晶闸管）是用于交流电流的电力半导体开关。在需要打开或控制AC负荷的地方使用，例如商用加热器、白炽灯或110-230V AC上的其他简单设备。

对于自制设备，这是一个高风险话题。TRIAC本身不会使商用电源安全。它只是提供一种在没有机械接点的情况下控制AC负荷的方式。

TRIAC与MOSFET的区别

前一篇文章中的MOSFET模块通常用于DC负荷：5V、12V、24V。

TRIAC用于AC负荷。它由控制脉冲打开，并一直导通电流，直到通过它的电流降低至保持值以下。在AC商用电源中，这通常发生在正弦波零点附近。

实际上：

  • MOSFET - 典型选择12V/24V风扇、LED灯带或DC加热器；
  • TRIAC - AC电源调节器和许多AC SSR中的典型元素；
  • SSR - 现成的固态继电器，可能包含光耦合器、TRIAC/晶闸管、外壳、端子和有时散热片。

对于初学者，对于商用负荷，通常比在面包板上组装自己的TRIAC电路更安全，考虑现成的SSR或认证模块。

为什么用于AC负荷

强大的低电压负荷需要高电流。

例如：

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

在24V时，您需要粗电线、强大电源、强MOSFET、正常端子和冷却。在230V AC时，电流较低，但有危险商用电源和所有电气安全要求。

TRIAC方法不是「更好」，也不是「更简单」。这是一种不同的妥协：电力电路中较少电流，但对绝缘、外壳、保险丝、距离和资质的要求高得多。

典型架构

控制器通常不直接连接到TRIAC。

典型的安全架构如下所示：

AC调光电路（带TRIAC）

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

它有：

  • 低电压侧：控制器和控制电阻；
  • 光耦合器TRIAC：通过光隔离传输指令；
  • 商用侧：电力TRIAC、AC负荷、保险丝、端子和外壳；
  • 有时是阻尼器电路和用于噪音和尖峰的变阻器/TVS。

光耦合器TRIAC对于伽瓦尼隔离是必需的。这意味着微控制器和商用部分之间没有直接的电气连接。控制通过光耦合器内的光传输。

伽瓦尼隔离降低商用电源到达控制器、USB和计算机的风险。但它不能使商用部分安全触摸。

零点和相位控制

光耦合器TRIAC带零点和不带零点。

零点光耦合器TRIAC在商用电源零点附近打开负荷。这对于加热器或其他电阻负荷的简单打开/关闭方便：更少的噪音和更柔和的开关。

不带零点的光耦合器TRIAC用于需要功率相位控制的地方，例如调光器。这样的电路更复杂：您需要检测零点、计算延迟并考虑噪音。

对于烘干机或腔室中的加热器，通常不需要调光器级别控制。如果所选模块支持并且负荷安全，通常足以使用缓慢开/关或突发控制方式。

哪些负荷合适

TRIAC最容易用于电阻AC负荷：

  • 加热器；
  • 白炽灯；
  • 内部没有电子设备的简单热负荷。

谨慎使用：

  • 马达；
  • AC风扇；
  • 变压器；
  • 螺线管；
  • 电源；
  • 电子驱动器；
  • 高浪涌电流负荷。

归纳负荷使电流的位相相对于电压移动，可能干扰正常TRIAC关闭。它可能需要其他类型的TRIAC、阻尼器电路、变阻器或不同的开关方法。

电源或电子驱动器不应被视为正常电阻负荷。如果它内部有自己的电子设备，TRIAC控制可能工作不良或危险。

阻尼器电路

阻尼器是RC电路（与TRIAC并联的电阻+电容），可减弱尖锐电压变化并防止假TRIAC触发。

它可以帮助：

  • 归纳负荷；
  • 商用中的快速噪音；
  • 假TRIAC触发；
  • 关闭问题。

230V时200-400W电阻负荷的典型开始点：100 nF + 100Ω。电容必须是X2类型或等效的，额定用于商用电路工作。这不是通用解决方案，而是开始值。对于另一个负荷，根据TRIAC数据表和制造商的应用笔记重新计算额定值。

如果您没有AC电路的经验，最好使用已由制造商计算出阻尼器的现成模块或SSR。

加热和散热片

TRIAC在运行中升温。它不是完美的开关：跨它有电压降，这意味着生成热量。

您需要检查：

  • 负荷电流；
  • TRIAC封装；
  • 导通状态电压降；
  • 散热片要求；
  • 周围温度；
  • 外壳内温度；
  • 与塑料和电线的距离；
  • 参数余量。

在技术规格中有许多参数。对于第一选择，三个就足够了：

  • IT(RMS) — 通过TRIAC的最大RMS电流。在实际冷却下，应高于具有余量的负荷电流。
  • VDRM/VRRM — 关闭状态下的最大电压。对于230V商用电源，选择额定600V及以上的TRIAC。
  • IGT — 门电流。应符合光耦合器TRIAC的功能。

其他参数（IH、dV/dt、Tj、Rth）对于精确计算或实际电路出现问题时重要。

技术规格中的电流额定值是在特定冷却条件下给出的。在没有散热片的密闭温暖外壳中，实际最大电流较低。

TRIAC和SSR

AC负荷的SSR通常在内部使用光耦合器和TRIAC或晶闸管电力级。

现成SSR的优点：

  • 方便的端子；
  • 清晰的控制输入；
  • 外壳；
  • 说明的参数；
  • 通常机械安装和冷却更容易。

缺点：

  • SSR也升温；
  • 需要正确的类型：AC负荷的AC输出SSR；
  • 许多SSR需要散热片；
  • 市场有许多假冒和规格夸大的模块；
  • SSR不取代保险丝、外壳和电气安全。

如果任务是在真实设备中控制商用加热器，现成的高质量SSR通常比单独TRIAC上的自制电路更实用。

您不能做的

您不能：

  • 在无焊面包板上组装商用TRIAC电路；
  • 将开放商用部分留在电源下；
  • 在没有隔离的情况下将控制器直接连接到商用部分；
  • 使用低电压MOSFET模块代替TRIAC/SSR用于230V AC；
  • 将随机电容放入商用阻尼器电路；
  • 认为便宜模块上的「40A」标签是足够的验证；
  • 没有保险丝进行；
  • 将商用端子放在USB、按钮和开放低电压接点旁边；
  • 在没有理解电气安全的情况下测试这样的电路。

使用110-230V AC需要知识、适当的工具、外壳、绝缘检查和对当地规则的理解。如有疑问，合格的人应组装或检查电力部分。

购买前检查的事项

购买TRIAC、模块或SSR之前，检查：

  • 这是AC或DC负荷；
  • 商用电源电压；
  • 负荷电流和电力；
  • 它是电阻性或归纳负荷；
  • 是否需要零点；
  • 是否需要阻尼器；
  • 实际冷却下的最大电流；
  • 是否需要散热片；
  • 是否有光隔离；
  • 商用用的端子和间距；
  • 保险丝和外壳；
  • 是否有技术规格或制造商文档。

如果没有文档且模块必须控制商用加热器，那是一个糟糕的选择。

常见错误

  • 对DC负荷使用TRIAC；
  • 混淆MOSFET、TRIAC和SSR；
  • 在没有光隔离的情况下连接商用负荷；
  • 使用零点光耦合器TRIAC并期望平滑调光；
  • 对马达使用TRIAC，没有阻尼器和负荷类型检查；
  • 不安装散热片；
  • 不考虑外壳内的温度；
  • 使用随机端子和薄电线；
  • 认为SSR或TRIAC取代保险丝；
  • 在控制器和USB旁边留下开放商用部分。

主要点

TRIAC是AC负荷的电力开关。它对于商用电阻负荷（如加热器）很有用，但需要正确的商用部分设计。

对于微控制器，需要光隔离。对于负荷，需要正确的TRIAC/SSR、保险丝、端子、外壳、必要时的散热片和安全验证。如果您没有110-230V AC的经验，不要自己组装电力部分。

参考资料