Triac (Triode for Alternating Current)

I. Triac là gì?

TRIAC (Triode for Alternating Current) là linh kiện có thể dẫn dòng điện theo cả hai chiều. Vì vậy định nghĩa dòng thuận và dòng nghịch không có ý nghĩa, tương tự cho khái niệm áp ngược. Việc kích dẫn Triac thực hiện nhờ xung dòng điện đưa vào cổng điều khiển G.

II. Cấu tạo, ký hiệu và phân loại Triac

Cấu tạo

Triac gồm có 3 cực 5 lớp bán dẫn tạo nên cấu trúc P-N-P-N như ở thyristor theo cả 2 chiều giữa các cực T1 và T2. Vì thế, nó có thể dẫn dòng điện theo cả 2 chiều giữa T1 và T2.

Có thể coi triac tương đương với 2 thyristor đấu song song ngược chiều. Muốn điều khiển triac, chỉ việc cung cấp xung cho chân G của triac.

Triac có bốn tổ hợp điện thế có thể mở cho dòng chảy qua:

Cách 1 và cách 3 là nhạy nhất, kế đến là cách 2 và cách 4.

Ký hiệu và phân loại

Triac được ký hiệu là chữ T trên mạch điện tử.

• Triac công suất lớn có thân hình to ( Chịu tải và dòng lớn )
• Triac nhỏ ( Chịu tải nhỏ và dòng nhỏ )
• Triac rán trên mạch
• Triac cắm chân

Một số loại TRIAC phổ biến như:

• TRIAC 4Q 

Đây là loại TRIAC tiêu chuẩn có khả năng kích hoạt trong bốn chế độ. TRIAC 4Q được thiết kế với các linh kiện bảo vệ bổ sung bao gồm điện trở – tụ điện (RC) tại các cực chính và một cuộn cảm được mắc nối tiếp bên trong thiết bị.

• Triacs 3Q 

TRIAC 3Q không yêu cầu mạch bảo vệ nên có cho phép được kích hoạt chỉ ở góc phần tư 1, 2 và 3. Khi so sánh với TRIAC tiêu chuẩn chúng ta có thể thay TRIAC 3Q hiệu quả hơn trong các ứng dụng có tải không điện trở.

• Snubber

Snubber là mạch giới hạn điện áp và tỷ lệ tăng của điện áp khi tắt thiết bị. Nó cũng giới hạn tốc độ tăng dòng điện khi bật thiết bị.

Trong các ứng dụng tải không điện trở, triac 3Q hiệu quả hơn triac 4Q. Vì triac 3Q không yêu cầu mạch bảo vệ.

Những thông số quan trọng khi sử dụng Triac

• Dòng điện định mức đi qua T1 và T2 hay còn gọi là IT. Ví dụ một động cơ ăn dòng điện khoảng 10A thì bạn không thể dùng một con triac có It dưới 10A .

• Dòng điện điều khiển IG tối thiểu và dòng điện điều khiển IG tối đa .Dòng điện điều khiển hay còn gọi là dòng điện kích Ig có giá trị rất nhỏ chỉ từ vài mA đến vài chục mA. Nếu cho dòng điều khiển quá cao đi qua chân G thì triac sẽ chết.
• Điện áp hoạt động định mức của triac, khi tải ăn nguồn ở cấp điện áp nào thì phải dùng triac chịu được mức điện áp đó.
• du/dt  – tốc độ tăng điện áp thuận trên van.
• Irò – dòng điện rò khi van khoá.
• Idt – dòng điện duy trì.
• ∆U – sụt áp thuận trên van (giá trị tương ứng dòng điện van = 1,5 Itb).
• tj – nhiệt độ tối đa của tinh thể bán dẫn.

Đặc tuyến Volt – Ampere của Triac

Đặc tính Volt – Ampere của Triac bao gồm hai giai đoạn đặc tính ở góc phần tư thứ I và thứ III, mỗi đoạn đều giống như đặc tính thuận của một thyristor như được biểu diễn như hình dưới đây:

Triac có thể điều khiển mở dẫn dòng bằng cả xung dòng dương (dòng đi vào cực điều khiển) hoặc bằng xung dòng âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển). Tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn, nghĩa là chỉ dòng chỉ có thể chạy qua triac khi điện áp giữa T1 và T2 phải lớn hơn một giá trị nhất định, lớn hơn khi dùng dòng điều khiển dương.

Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua triac, sử dụng xung điều khiển âm là tốt hơn cả. Nguyên lý thực hiện điều khiển bằng xung dòng điều khiển âm được biểu diễn như hình:

Triac đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng điều chỉnh điện áp xoay chiều hoặc các công tắc tĩnh ở dải công suất vừa và nhỏ.

III. Nguyên lý hoạt động

Điều kiện để Triac đóng điện là đưa xung kích vào cổng điều khiển trong điều kiện tồn tại điện áp trên linh kiện khác 0 (zero).

• Quá trình ngắt triac: Giống như thyristor, không thể điều khiển ngắt dòng qua Triac, Triac sẽ ngắt theo quy luật đối với Thyristor. Đầu tiên là triệt tiêu dòng điện đang dẫn bằng cách thay đổi cực điện áp giữa cực A1 và A2. Sau đó cần một thời gian để khôi phục khả năng khóa của của Triac, chuyển Triac về trạng thái khóa.
• Quá trình đóng triac: Việc đóng triac theo cả hai chiều được thực hiện nhờ vào 1 cổng G duy nhất và xung dòng kích vào cổng G có chiều bất kỳ. Bởi vì triac dẫn điện cả hai chiều nên chỉ có hai trạng thái, trạng thái dẫn và khóa. Mặc dù vậy có thể định nghĩa triac có chiều thuận và chiều nghịch.

IV. Ứng dụng của Triac

TRIAC là một linh kiện bán dẫn đóng vai trò như một công tắc đóng cắt điện cho tải xoay chiều.

Sau đây là sơ đồ mạch điện sử dụng Triac làm công tắc điều khiển:

Tính năng hai chiều của TRIAC làm cho chúng chuyển đổi thuận tiện cho dòng điện xoay chiều (AC). Ngoài ra, áp dụng một kích hoạt ở góc pha điều khiển của AC trong mạch chính cho phép điều khiển dòng điện trung bình chảy vào tải (điều khiển pha). Điều này thường được sử dụng để kiểm soát tốc độ của động cơ cảm ứng, đèn mờ, và kiểm soát máy sưởi điện.

Chúng ta có thể thấy triac được sử dụng nhiều trong các đèn bàn học có điều chỉnh độ sáng, các bộ điều khiển quạt trần (Dimmer) trong mạch điều khiển tốc độ của máy khoan, máy cưa, trong các mạch điều khiển nồi phở điện, các bộ điều khiển nhiệt độ của lò nướng công nghiệp, các tủ hấp, tủ sấy, nồi hơi…

TRIAC dễ sử dụng và có chi phí thấp hơn thay vì sử dụng hai thyristor cho các ứng dụng công suất thấp. Khi cần có công suất cao hơn, người ta thường sử dụng hai thyristor đặt đối song với nhau.

1. Điều chỉnh công suất trong mạch điện xoay chiều

• TRIAC thường được dùng để điều chỉnh công suất của tải xoay chiều như:
  • Dimmer đèn: Điều chỉnh độ sáng của bóng đèn sợi đốt hoặc đèn halogen.
  • Điều tốc quạt: Kiểm soát tốc độ quạt điện, quạt thông gió.
  • Điều khiển nhiệt độ: Dùng trong lò sưởi, bàn ủi, bếp điện, máy sấy tóc.

2. Công tắc điện tử (Solid State Switch)

• Được sử dụng thay thế công tắc cơ truyền thống trong các ứng dụng như:
  • Rơ-le bán dẫn (Solid State Relay – SSR).
  • Công tắc điều khiển từ xa trong hệ thống tự động hóa.

3. Điều khiển động cơ xoay chiều

• TRIAC được dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ AC, chẳng hạn như:
  • Động cơ quạt điện, máy khoan cầm tay.
  • Động cơ trong máy may công nghiệp.
  • Máy xay sinh tố và các thiết bị gia dụng khác.

4. Ứng dụng trong mạch bảo vệ và ổn định điện áp

• TRIAC có thể được sử dụng để bảo vệ thiết bị điện bằng cách:
  • Cắt mạch khi điện áp quá cao hoặc dòng điện quá tải.
  • Dùng trong các bộ ổn áp AC tự động.

5. Ứng dụng trong hệ thống điều khiển tự động

• Được sử dụng trong các hệ thống tự động hóa như:
  • Điều khiển chiếu sáng thông minh.
  • Hệ thống điều khiển nhiệt độ trong lò nung, lò sấy.
  • Hệ thống điều khiển điện áp và công suất trong nhà máy.

6. Ứng dụng trong thiết bị điện gia dụng

• Nhiều thiết bị điện tử gia dụng sử dụng TRIAC để điều khiển công suất:
  • Lò vi sóng, bếp từ, bếp hồng ngoại.
  • Máy sưởi, điều hòa không khí.
  • Máy giặt, máy hút bụi.

V. Cách đo và kiểm tra Triac

Một số dạng chết ở Triac và các lưu ý khi thay thế

+ Ở triac thường chỉ có 2 dạng chết phổ thông nhất đó chính là:

• Chập T1 với T2 cấp điện liên tục cho phụ tải
• Đứt T1 với T2

Các bạn có thể xem cách đo Triac ở phần bên dưới để kiểm tra xem Triac của bạn còn sống hay bị hỏng.

• Trường hợp bị hỏng bạn chỉ cần mua đúng linh kiện, thay thế đúng chân.

+ Khi thay thế Triac trong các thiết bị điện, người thay thế cần chú ý một số vấn đề sau:

• Nắm được định mức của dòng điện qua T1, T2 một cách cụ thể để chọn cách đo và kiểm tra Triac, mua Triac phù hợp.
• Khi thực hiện chọn dòng điện IG điều khiển tối thiểu và tối đa phù hợp; nếu chọn sai dòng điện qua các chân G có thể khiến Triac nhanh chóng bị chết..

Cách đo và kiểm tra

• Hướng dẫn cách đo Triac bằng đồng hồ vạn năng.

Đầu tiên điều chỉnh công tắc đồng hồ ở thang đo điện trở cao (100K), sau đó nối que đo dương của đồng hồ với chân MT1 của triac và que đo âm tới chân MT2 của triac (bạn có thể đảo ngược lại kết nối).

+ Kim đồng hồ sẽ lên và cho kết quả điện trở cao .Tiếp tục chuyển công tắc chọn sang thang đo điện trở thấp, kết nối MT1 và cổng G với que đo dương và MT2 với que đo âm của đồng hồ.

+ Kim đồng hồ sẽ cho kết qủa điện trở thấp. Nếu bạn thực hiện đúng với các buớc trên thì triac còn hoạt động tốt.

• Tuy nhiên phương pháp trên không áp dụng cho những triac yêu cầu điện áp cổng và dòng cao để kích hoạt.

Cách mắc Triac trong thực tế

Hình bên mô tả ᴄáᴄh thứᴄ điều khiển một bóng đèn ѕợi đốt 100W. Một nguồn điện lưới хoaу ᴄhiều đượᴄ mắᴄ nối tiếp ᴠới bóng thông qua một triaᴄ. Rất dễ để nhìn ra là ᴄựᴄ T1 ᴄủa triaᴄ đượᴄ đấu trựᴄ tiếp ᴠới một ᴄựᴄ ᴄủa nguồn , ᴄựᴄ T2 ᴄủa Triaᴄ đượᴄ đấu ᴠới một ᴄựᴄ ᴄủa bóng ᴠà ᴄựᴄ ᴄòn lại ᴄủa bóng đượᴄ đấu ᴠới ᴄựᴄ ᴄòn lại ᴄủa nguồn.

Chân điều khiển G ᴄủa triaᴄ đượᴄ đấu nối tiếp ᴠới một điện trở 50 Ôm. Một nguồn điện áp điều khiển VG ѕẽ ᴄấp một tín hiệu điện đến ᴄhân G thông qua điện trở nàу. Khi ᴄhưa ᴄấp tín hiệu điện VG thì bóng đèn ѕẽ không ѕáng ᴠì T1 ᴠà T2 không thông nhau, khi ᴄấp một tín hiệu VG đến điện trở thì ѕẽ ᴄó dòng điện kíᴄh ᴄhạу từ G ѕang T1.

Dòng điện kíᴄh nàу đượᴄ ᴄoi là dòng mồi để ᴄho T1 ᴠà T2 thông nhau, lúᴄ nàу bóng đèn ᴄủa ᴄhúng ta ѕẽ ѕáng. Vậу để T1 ᴠà T2 thông nhau thì bắt buộᴄ phải ᴄho một dòng điện kíᴄh ᴄhạу từ G ѕang T1 hoặᴄ ᴄhạу từ T1 ѕang G.

Trong thựᴄ tế thì tín hiệu điều khiển ѕẽ từ ᴄáᴄ mạᴄh điều khiển bơm ra một dòng điện để kíᴄh ᴠào ᴄhân G, lúᴄ đó T1 ᴠà T2 ѕẽ thông nhau để ᴄấp điện ᴄho tải ᴄủa ᴄhúng ta. Hãу nhớ rằng dòng điện điều khiển đi ᴠào ᴄhân G ᴄó giá trị rất nhỏ từ ᴠài mA đến ᴠài ᴄhụᴄ mA trong khi đó dòng đi qua tải ᴄhạу từ ᴄhân T1 ѕang ᴄhân T2 ᴄó thể lên đến hàng trăm, hàng nghìn A.