מאת: אלפונסו קמצ’ו-קארילו וג’ף גרסיה, ON Semiconductor
לנוכח הדרישה להקטין את חשבונות החשמל של לקוחותיהם ולעמוד בהנחיות והתקנות החדשות לחיסכון באנרגיה (כדוגמת ה-Energy Star) מצויות יצרניות האלקטרוניקה תחת לחץ מתמיד להפוך את התכנונים שלהן לכמה שיותר חסכוניים באנרגיה. במקרים רבים החליפו TRIACs את הממסרים האלקטרו-מכניים כיוון שמדובר בהתקני “מצב מוצק” המציעים רמות גבוהות יותר של נצילות הספק וכן של אמינות.
המעבר לתכנוני מערכת המבוססים על טכנולוגיית מצב מוצק מאפשר ליצרניות OEM ליצור מוצרים יותר קומפקטיים, אמינים וידידותיים לסביבה.
מערכות GFCI
מיישרי סיליקון מבוקרים, או מס”מים (SCRs) היו אחד הדורות הראשונים של התקנים שהתפתחו מתוך משפחת התיריסטורים. התקני מיתוג הספק חד-כיווניים אלה שימשו בתכנוני מערכת לאורך עשרות שנים. אחד היישומים המודרניים המשתמשים בהם כיום הוא ה-GFCIs (מפסקי פחת). ניתן להשתמש בהם במעגלי חשמל נפרדים ביתיים כדי ליצור שקעי אתחול ליישום בסביבות מסוימות כמו חדרי אמבט, במטרה להגן על משתמשים מפני התחשמלות. ל-SCRs שבהם משתמשים כאן יש יכולות זרם של 0.8A עד 25A. בדרך כלל הם מיושמים כפי שמוצג באיור 1. לפני שמאותרת נוכחות של כשל בהארקה, הקו מחובר לעומס, מה שמאפשר למכשיר (מייבש שיער, מכונת גילוח וכיוב’) להתחבר לקיר. בתוך ה-GFCI יש סלילים המשמשים לניטור הזרם על חוט נייטרלי ומה שמכונה בדרך כלל חוט “חם”. הסלילים הללו מאפשרים לבקר לקבוע אם קיים חוסר איזון בין הזרם שעל החוט ה”חם” לבין זה שעל החוט הנייטרלי. מצב של חוסר איזון יכול להעיד על כך שהחוט החם מצא נתיב אחר להארקה, מה שבמקרים רבים יכול לומר שהנתיב הזה עובר דרך גופו של המשתמש. הבקר מנטר את הזרמים ואם מאותר חוסר איזון הוא ישלח טריגר שער אל ה-SCR. בשלב זה ישלים ה-SCR נתיב אל ההארקה וזה יפתח את המעגל ובכך יגן על המשתמש מפני פגיעה.
יחידות מדחס
ה-TRIAC הוא למעשה נגזרת דו-כיוונית של ה-SCR ואפשר לחשוב עליו פשוט כעל זוג של SCRs המאורגנים בסידור אנטי-מקבילי, מה שמאפשר לזרם לזרום בכל אחד מהכיוונים. ההתקנים הללו מיושמים היום יותר ויותר בשוק הביתי ומספקים את פונקציות המיתוג עבור מנועים של מכשירי חשמל ביתיים שונים (ממנועים של מערבל מזון ועד ליחידות המדחס במקררים). המנועים התלת-פאזיים במכונות כביסה מודרניות מאפשרים הגדרה של מהירויות שונות בהתאם לעומס הכביסה. משמעות הדבר חיסכון באנרגיה. מערכות בקרת הינע משתמשות באופן כללי ב-TRIACs המוגדרים עבור זרמים של 8ARMS עד 16ARMS. תכנון מעגל סטנדרטי עבור מערכות כאלה יכלול בדרך כלל שלושה TRIACs כך שהמנוע ישמור על אותו מעבר פאזות בין הקווים (כיוון שיש מעגלי חציית אפס במצמדים האופטיים). עבור מכונות כביסה משתמשים ב-TRIACs של 0.8A עד 16A. אלו מחוברים בדרך כלל למתח הקו. הם מניעים את יחידת ההינע של תוף מכונת הכביסה, כמו גם שסתומים סולנואידים קטנים יותר האחראים לניהול המים ומאפשרים למים חמים וקרים להיכנס לתוף וגם לשטוף אותו בתום מחזור הכביסה. בנוסף, ה-TRIACs ישלטו גם בשסתומים לריכוך המים ולפיזור אבקת הכביסה. כיוון שההתקנים הללו מחוברים לקו שעל קווי ההזנה הכלליים של רשת החשמל ניתן להניעם ישירות ממיקרו-מעבד. פעולתו של המיקרו-מעבד מבוססת על המחזור שבו נמצאת מכונת הכביסה והוא יעורר לפעולה את ה-TRIAC המתאים ברגע הנכון. כיוון שה-TRIACs מחוברים לקווי ההזנה הכלליים של רשת החשמל, אות ה-AC חוצה מטבעו את ה-0V וזה מספק את האמצעי לגרום להם לחזור למצב החסימה שלהם. בשלב זה המיקרו-מעבד צריך רק להזרים את השער של כל TRIAC ברגע שיש שוב צורך בהפעלתו. ל-TRIACs האלה יש בדרך כלל מתחי חסימה (VDRM/VRRM) של 800V ו-IGTs הנעים מ-3mA עד 50mA.
בקרת עמעום
מערכות בקרת עמעום עבור נורות ליבון משתמשות בדרך כלל בהתקני TRIAC של 8A עד 25A. המערך של המעגל הבסיסי מתואר באיור 2. העמעום מתבצע על-ידי בקרת פאזה. עבור החלק הראשון של כל חצי מחזור של גל הסינוס AC נפתח מתג אלקטרוני כדי למנוע זרימת הזרם. בזווית פאזה ספציפית כלשהי (µ) המתג נסגר, מה שמאפשר יישום של כל מתח הקו על העומס למשך מחצית המחזור הנותרת. שינוי ה- µ ישלוט במידה שבה כל גל הסינוס ייושם על העומס. המגבר התפעולי (LM339) מבצע פונקציית חציית אפס ובשל כך המעגל המשולב (555) מופעל בכל פעם שנוצר מצב של חציית אפס. על כן, ברגע שהמעגל המשולב מופעל (בגלל חציית אפס) הוא ימתין ויושהה זמן קצר לפני שיפעיל את הטרנזיסטור, ובעקבותיו גם את ה-TRIAC. בגלל זמן השהיה זה ניתן להפעיל את ה-TRIAC בזוויות פאזה שונות של כל מחצית המחזור (מה שמכסה 5% עד 95% מכלל גל הסינוס AC), והעומס רק מקבל את החלק היחסי של צורת גל הזרם שהוגדרה.
עתידם של ה- TRIACs
ישנם יישומים תעשייתיים מרובים שצריכים להתמודד עם זרמים גבוהים (25A עד 40A), אך במקביל עדיין מצריכים מארזים קטנים. ההתפתחויות העתידיות בתכנון ה-TRIACs יצטרכו לאפשר שידוך של שתי הדרישות הללו. כלים תעשייתיים ידניים (כמו מקדחות לדוגמה) ישתמשו בסוג הבא של מעגלים עבור בקרת המהירות של המנוע. רשת ה-RC משתנה באמצעות השימוש בהתנגדות משתנה המופעלת על-ידי ה-SCR או ה-TRIAC. התקן ה-SCR/TRIAC המוגדר, כיוון שבאופן כללי הוא מסוגל לשלוט בזוויות הביצוע מ-5% ועד 95% מהמחזור הכולל או מחצית המחזור במקרה של ה-CSR, מאפשר בקרת מהירות מדויקת של המנוע. במקרים רבים המנועים בכלים כאלה הם מנועי אינדוקציה הנוטים להצריך שסתומי (di/dt(c גבוהים יותר מאלו של יישומים אחרים. הסיבה לכך היא שהמתח והזרם מצויים במופעים (פאזות) הפוכים זה לזה.
המאמר באדיבות חברת יואב סימן טוב אלקטרוניקה בע”מ, מפיצה של רכיבי On Semiconductor בישראל.
