De triac

Gepost door Henry Schouwstra op dinsdag 28 oktober 2014 19:07

De berekeningen

We gaan er een solidstate relais mee maken om er verschillende apparaten en verlichting mee te schakelen (zoals koffiezetapparaat, toaster, ventilator, licht, enzovoort).

Het is de bedoeling dat het geheel aangestuurd gaat worden door een processor, of door een computer. Om dat te kunnen doen hebben we nog wat meer nodig.

We gaan ook gebruik maken van een optotriac, de MOC3043. Dit is een optisch gestuurde triac met een nuldoorgangs-detectie; dat wil zeggen als de sinus door de nul gaat, de gate van de vermogenstriac van stuurstroom en stuurspanning voorzien wordt.

De stroom door de led van de optotriac bedraagt slechts 5 mA (= IF max.)

Figuur 3Figuur 3

In figuur 3 zijn de nuldoorgangspunten te zien.

De formule om de stuurstroom te berekenen is:

Figuur 3aFiguur 3a

Waarbij RG de gateweerstand, U de netspanning en IG de gatestroom is.

Voordat we RG (gateweerstand) kunnen berekenen moeten we nog een paar dingen weten.
Bijvoorbeeld:
>Wat is de stroom die de optotriac mag schakelen.
>Wat mag de stroom op de gate van de vermogenstriac zijn.

Het type optotriac weten we al: de MOC3034. De vermogenstriac wordt de TIC236N.
De MOC mag 400VAC schakelen bij 100 mA met een piek van 1A.
De TIC mag 50 mA op de gate krijgen ook met een piek van 1A.

Nu we de informatie hebben kunnen we RG berekenen met de formule zoals hierboven genoemd. √2 houden we op 1.4 en we gaan uit van een 230VAC netspanning en een stroom door de optotriac (de MOC3034) van max 1A.

De som is: RG = 1.4 X 230 / 1 = 322, we nemen voor RG een weerstand van 360Ω.

Omdat we een optotriac met nuldoorgangs-detectie gebruiken kan de weerstand zo klein zijn. Als de sinus namelijk door nul gaat begint de optotriac pas te geleiden. (zie figuur 3).

Dus op het snijpunt van de nullijn loopt er nog geen spanning en stroom. Pas als de nullijn gepasseerd is (de positieve sinus) kan de spanning en de stroom aangroeien. Als de spanning boven de 2VAC komt en de gate stroom boven de +/-30mA komt, zal de vermogenstriac in geleiding komen dus, dat is al heel snel nadat de nullijn is gepasseerd. De triac zal in geleiding blijven tot dat de sinus weer de nullijn passeert. Hij zal nu doven, weer starten en ompolen omdat hij nu onder de nullijn zit.(de negatieve sinus) dit blijft zich herhalen zolang de led in de optotriac aan is. In figuur 4 wordt het toegelicht.

Als er echter een optotriac gebruikt wordt zonder nuldetectie, gaat de waarde van 360Ω niet op natuurlijk. Dat komt omdat de triac dan op ieder willekeurig punt ontstoken kan worden. En dan zal de stroom door de optotriac en de gate van de vermogens triac veel te hoog worden met de weerstand van 360Ω.

Figuur 4Figuur 4

Punt a: nuldoorgang naar positieve sinus, spanning en stroom groeit aan.
Punt b: de triac is in geleiding.
Punt c: nuldoorgang naar negatieve sinus, spanning en stroom groeit aan.
Punt d: triac is in geleiding.
Punt e en f: RG is te groot; de triac komt niet in geleiding.

Stel dat we de triac 24VAC willen laten schakelen, dan wordt de som: 1.4 X 24 / 1 = 33.6Ω. We nemen dan voor RG 47Ω. Stel dat we met deze weerstand in de 230VAC zouden rekenen wordt het 1.4 X 230 / 47 = 6,8 A. Dat is veel te veel, dat kan de opto triac niet aan die heeft een max van 1A.

We kunnen nu ook de weerstand voor de opto-led berekenen. Er wordt nog een extra led toegevoegd ter controle van het ingangsignaal (leds staan in serie). We gaan uit van een spanning over de led van 1.3 VDC per led. We gaan sturen met een TTL signaal van 0 en 5VDC dus, 5VDC – (2 X 1.3) = 2.4 / IF is 0.005 = 480Ω. We nemen 470Ω.

Wat we nu nog moeten bekijken is het filter. Standaardwaarden voor de weerstand zijn 10 t/m 100Ω, we gebruiken een 4 WATT-type. En 22 t/m 100nF voor de condensator; deze moet wel geschikt zijn voor spanningen tot 400VAC en 600VDC. Omdat het type triac al een hoge doorlaatspanning heeft (Vdrm van 800VAC) komt het filter niet zo precies. Het gebruikte filter is geschikt voor inductieve lasten.

Als we gebruik maken van triacs met een grotere Vdrm, bijvoorbeeld 1600VAC, (dat worden ook wel snubberless triacs genoemd) dan is er geen filter nodig (volgens de datasheet) omdat de triac dan de pieken zelf kan verwerken. Zelf ben ik hier echter geen voorstander van omdat je toch vreemd schakelgedrag kan krijgen, met name het ongecontroleerd aan- en uitschakelen van de triac.