電源設(shè)計(jì)說(shuō)明：模擬TRIAC

在本教程中，我們將看到一個(gè)涉及 TRIAC 的模擬。使用的主要電子軟件是LTspice。它是一種高性能 SPICE 仿真軟件、原理圖捕獲和波形查看器，具有增強(qiáng)功能和模型，可簡(jiǎn)化模擬電路的仿真。它可以從Analog Devices免費(fèi)下載。

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可控硅

TRIAC 是在低頻交流電路中用作開關(guān)的電子元件（圖 1）。TRIAC 是三端器件：柵極 (G)、陽(yáng)極 1 (A1) 和陽(yáng)極 2 (A2)。它們用作交流電流和電壓的雙向開關(guān)。它的操作非常有趣：只有在將電流信號(hào)施加到柵極時(shí)，才會(huì)在端子 A1 和 A2 之間或 A2 和 A1 之間通過電流。即使柵極上的電流中斷，TRIAC 仍保持導(dǎo)通。

圖 1：TRIAC 的電氣符號(hào)

為我們的模擬選擇的 TRIAC

本次仿真中的TRIAC 模型是Motorola 的2N5568（圖2）。它主要用于工業(yè)和軍事應(yīng)用，用于對(duì)調(diào)光器、電源、加熱控制、電機(jī)控制和電源開關(guān)系統(tǒng)等應(yīng)用中的交流負(fù)載進(jìn)行全波控制。其特性和最大額定值，如官方數(shù)據(jù)表中所述，如下：

• 電壓（VDRM）：400 V
• 柵極電壓 (VGM)：20 V
• RMS 通態(tài)電流 (ITRMS)：10 A
• 非重復(fù)浪涌電流 (ITSM)：100 A
• 峰值柵極功率 (PGM)：16 W
• 工作結(jié)溫范圍 (TJ)：從 –65?C 到 100?C
• 結(jié)到外殼的熱阻 (RθJC)：1

其 SPICE 模型可從 Internet 下載。以下子電路可以使用“.INCLUDE”指令直接插入到 LTspice 電氣原理圖中或從外部文檔中包含：

.SUBCKT 2N5568 1 2 3
* 連接： MT2 G MT1
QN1 5 4 3 NOUT
QN2 11 6 7 NOUT
QP1 6 11 3 POUT
QP2 4 5 7 POUT
DF 4 5 DZ OFF
DR 6
RF 16 8 G
7 Z RT. M
RH 6 7 75
RGP 8 3 54.5
RG 8 2 26.4
RS 4 8 52.6
DN 9 2 DIN
RN 9 3 27.8
GNN 6 7 9 3 38.8M
GNP 4 5 9 3 51.2M
1 0 DP 6
RP 1
6 RP 1 6 RP 2 10 3 26.1M .Model
Din D (IS=53.5F) .Model
Dip D (IS=53.5FN=1.19) .Model
Dz D (IS=53.5FN=1.5 IBV=10u BV=400)
.Model Pout PNP (IS) =53.5F BF=5 CJE=235P TF=25.5u) . 型號(hào)
NPN (IS=53.5F BF=20 CJE=235P CJC=46.9P TF=1.7u)
.ENDS

圖 2：摩托羅拉的 TRIAC 2N5568

第一個(gè)例子的電氣原理圖

圖 3顯示了第一個(gè)應(yīng)用示例。負(fù)載 R1 由一個(gè) 22 Ω 電阻表示，以 230 V 的電壓在 CC 中供電。柵極由 20 V 的脈動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)。

圖 3：CC 中的第一個(gè)示例

一旦電路通電，TRIAC 就會(huì)被阻斷，并且不會(huì)讓任何電流通過負(fù)載。在柵極上的第一個(gè) 20 V 正脈沖時(shí)，TRIAC 開始導(dǎo)通（就像一個(gè)閉合的開關(guān)），允許大約 10 A 的電流通過負(fù)載 R1。電阻器 R2 限制半導(dǎo)體柵極上的電流。讓我們看一下圖 4 中第一次 DC 仿真產(chǎn)生的圖形. 綠色圖（底部）描述了 TRIAC 柵極上的脈動(dòng)信號(hào)，方電壓為 20 Vpp。紅色圖表（頂部）描述了通過負(fù)載的電流，即 22Ω 電阻器 R1。即使柵極上的電壓變?yōu)榱?，TRIAC 現(xiàn)在仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，并且電流一直通過（超過 10 A），直到電路完全關(guān)閉。就好像該組件有一個(gè)記憶，它記得第一次被門上的脈沖激活。停止電流的唯一方法是從主電源關(guān)閉電路。

圖 4：第一次模擬的圖

這些是在 TRIAC 導(dǎo)通狀態(tài)期間對(duì)電路進(jìn)行的一些電氣測(cè)量：

• 直流發(fā)電機(jī) V4 上的電壓：230 V
• 脈沖發(fā)生器 V3 上的電壓：0 V 至 20 V，頻率。0.5赫茲
• 負(fù)載 R1 上的電流：10.39 A
• 通過 TRIAC 柵極的電流：82.8 mA
• 負(fù)載 R1 的耗散功率：2,375 W
• 導(dǎo)通狀態(tài)下 TRIAC 的耗散功率：僅 14.9 W
• TRIAC 的 A1 和 A2 之間的電壓：1.4 V

在此配置中，電路效率為 99.375%，這是一個(gè)非常好的結(jié)果。沒有散??熱器的組件的結(jié)溫約為 42°C。

第二個(gè)例子的電氣原理圖

圖 5顯示了第二個(gè)應(yīng)用示例。負(fù)載 R1 由一個(gè) 22Ω 電阻表示，采用交流電供電，電壓為 325 VACpp（相當(dāng)于 230 VRMS）。柵極再次由頻率為 5 Hz 的 20 V 脈動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)。同樣在這種情況下，一旦電路通電，TRIAC 就會(huì)被阻斷，并且不會(huì)讓任何電流通過負(fù)載。在柵極上的第一個(gè) 20 V 正脈沖時(shí)，TRIAC 開始導(dǎo)通（就像一個(gè)閉合的開關(guān)），允許大約 6.5 ARMS 的交流電流通過負(fù)載 R1（電路處于正弦狀態(tài)）。

圖 5：AC 中的第二個(gè)示例

第二次 AC 仿真（圖 6）產(chǎn)生的圖形是不同的。其中，綠色圖（底部）再次描述了 TRIAC 柵極上的脈動(dòng)信號(hào)，方電壓為 20 Vpp。紅色圖表（頂部）描述了通過負(fù)載 R1 的交流電 (AC)。

圖 6：第二次模擬的圖

這一次，如果柵極上的電壓變?yōu)榱?，則 TRIAC 在其上的電壓通過零值時(shí)結(jié)束傳導(dǎo)電流（圖 7）。換句話說(shuō)，如果 TRIAC 用于交流電，則當(dāng)電流從零開始時(shí)發(fā)生關(guān)斷。

圖 7：在 AC 中，TRIAC 通過電流從零通過的對(duì)應(yīng)關(guān)系關(guān)閉。

這些是在 TRIAC 導(dǎo)通狀態(tài)期間對(duì)電路進(jìn)行的一些電氣測(cè)量：

• 交流發(fā)電機(jī) V1 上的電壓：230 VRMS (325 Vpp)
• 脈沖發(fā)生器 V3 上的電壓：0 V 至 20 V，頻率。5赫茲
• 負(fù)載 R1 上的電流：僅當(dāng) TRIAC 導(dǎo)通時(shí)為 6.5 ARMS
• 通過 TRIAC 柵極的電流：82.8 mA
• 負(fù)載 R1 的耗散功率：平均約 2,100 W。
• TRIAC 在導(dǎo)通狀態(tài)下的耗散功率：平均僅為 14 W。
• TRIAC 的 A1 和 A2 之間的電壓：1.6 V

在這種配置中，電路效率為 99.4%——另一個(gè)非常好的結(jié)果。

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審核編輯：湯梓紅