TRIAC

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Dieser Artikel versteht sich als Unterpunkt zum Artikel Leistungselektronik.


Ein Triac ist ein Schalter, der – einmal "gezündet" (angesteuert) – auch ohne weitere Ansteuerung in einem leitenden Zustand bleibt, bis der im Datenblatt spezifizierte "Haltestrom" unterschritten wird. Bei Wechselspannung ist dies spätetens im Nulldurchgang des Stroms der Fall.

Schematische Darstellung eines TRIAC mit den drei Anschlüssen A1 (Anode 1), A2 (Anode 2) und G (Gate

Einleitung

Ein TRIAC besteht vereinfacht gesagt aus der Zusammenschaltung von zwei Thyristoren. Damit können beide Polaritäten der Wechselspannung geschaltet werden. Real besteht der Triac nicht einfach aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren, daher ist sein Aufbau leicht asymmetrisch. Als Folge davon erfolgt die Zündung des Triacs stets zwischen G und A1. Die Höhe des erforderlichen Zündstromes ist dem Datenblatt zu entnehmen.

Vorteile eines TRIAC

  • beide Polaritäten - also Wechselspannung - mit einem Bauteil schaltbar, im Gegensatz zum Thyristor/FET/IGBT
  • Betriebsspannungen bis ca. 1kV möglich.
  • Verlustleistung ist proportional zum Strom (I*V_AK).
  • hohe Überlastfähigkeit für kurze Pulse.
  • mit kurzen Ansteuerpulsen schaltbar.
  • relativ einfache Art der Leistungsregelung in einem Wechselspannungssystem bei rein ohmschen Lasten.

Nachteile eines TRIAC

  • empfindlich auf hohes dU/dt (Spannungsanstiegsgeschwindigkeit), ungewünschtes Wiederzünden (Über-Kopf-Zünden) bzw., Zerstörung des Bauteiles möglich.
  • empfindlich auf hohes dI/dt (Stromanstiegsgeschwindigkeit), Zerstörung des Bauteiles möglich.
  • nur mit sehr großem Zusatzaufwand abschaltbar.
  • hohes Störpotential, daher
  • aufwendige Entstörmaßnahmen erforderlich (Längsdrossel, Enstörkondensator, Snubber), außer bei „snubberless“-Typen
  • eine Sicherung mit zu dem Triac passenden I²t muß ausgewählt werden.

Einsatzmöglichkeiten

Ein Triac wird hauptsächlich für Phasenanschnittsteuerungen im 230V Netz eingesetzt. Der EINschaltvorgang erfolgt nicht im Nulldurchgang der Spannung: Bei der Phasenanschnittsteuerung wird der Strom während der Halbwelle ein- und zum nächsten Nulldurchgang des Stroms abgeschaltet.

Bei der Phasenabschnittsteuerung wird der Strom im Nulldurchgang ein- und noch vor dem nächsten Nulldurchgang abgeschaltet. Da eine vorzeitige Abschaltung eines TRIACs jedoch nur mit einem deutlich größeren Aufwand möglich ist, werden für solche Schaltungen heute meist MOSFETs oder IGBTs genutzt.


Vorsicht
Mit einfacher "RC-Diac-Standardansteuerung" absolut ungeeignet für elektronische Transformatoren bzw. Spannungswandler, Leuchtstoff- oder Energiesparlampen. Für diese Anwendungen sollte ein speziell darauf zugeschnittener Ansteuerbaustein verwendet werden.

Phasenanschnittsteuerung

Beispiel für ein Phasenanschnittsteuerung mit Triac & Optotriac

Integrierte Ansteuerbausteine

Die Ansteuerung eines TRIAC im Phasenanschnitt, mit oder ohne Mikrocontroller, wird durch integrierte Ansteuerbausteine ohne Nullspannungsschalter vereinfacht.

Der sogenannte Optotriac beinhaltet eine optische Trennstrecke und einen TRIAC für geringe Leistungen. Mit diesem Bauteil wird dann der Leistungs-TRIAC gezündet. Der Nutzer muß sich hier nur mehr um die "Zündung" des Optotriacs nebst Randbeschaltung kümmern. Der Baustein selbst zündet den Haupt-TRIAC nur wenige Mikrosekunden später.

Integrierte Ansteuerbausteine mit optischer Isolation (ohne Nullspannungsschalter)
Bezeichnung Spannungsfestigkeit
max.
Verwendbarkeit erforderlicher
LED Triggerstrom
MOC3009 3010, 3012, 3012 250V gut geeignet für 120V_AC 30, 15, 10, 5mA
MOC3020 3021, 3022, 3023 400V knapp geeignet für 240V_AC 30, 15, 10, 5mA
MOC3051, 3052 600V gut geeignet für 240V_AC 15, 10mA
IS6005 400V billig, kleiner Triggerstrom 5mA
VOM160NT 600V sehr klein, SMD 5mA

Betrieb mit induktiver Last

Bei Lasten mit induktivem Anteil erfolgt bei jedem Schaltvorgang der nicht im Nulldurchgang bzw. bei "null" Strom(!) stattfindet, eine mehr oder weniger starke Rückwirkung auf TRIAC und Netz. Diese Rückwirkung entsteht aufgrund der hohen Stromänderungsgeschwindigkeit im Schaltvorgang. Dieses dI/dt löst einen entsprechend hohen Selbstinduktionsspannungspuls (dU=-L*dI/dt) aus, der den Triac zerstören kann. Weite Auswirkungen sind z. B. flackernde Leuchtstoffröhren (Flicker), ein gestörter Radioempfang und gegebenenfalls ein Besuch der Rundfunkbehörde.

Der TRIAC muß bei induktiver Last durch einen entsprechend dimensionierten Snubber geschützt sein.

Vollwellensteuerung

Auch Schwingungspaketsteuerung genannt.
Beide Schaltvorgänge erfolgen im Nulldurchgang, d.h. hier wird sowohl im Nulldurchgang ein- und ausgeschaltet.

Diese Art der Ansteuerung eignet sich gut für jede Art von Heizvorgängen oder aber als Ersatz für einen elektronischen Schalter (Solid State Relais). Es gibt noch eine Unterscheidung zwischen Vollwellen- und Halbwellen-Steuerung: Bei größeren Leistungen führt die Halbwellensteuerung zu Unsymmetrie im Dreiphasen-Netz und sollte vermieden werden. Die meisten Energieversorger haben auch entsprechende Vorschriften. Die Vollwellensteuerung bringt sonst praktisch keinen weiteren Vorteil zur Halbwellensteuerung.

Vorteil

  • praktisch keine Störungen bzw. Netzrückwirkungen

Nachteil

  • Nicht geeignet zur Leistungsregelung von Trafos, Motoren oder Beleuchtungskörpern

Integrierte Ansteuerbausteine

Die Ansteuerung eines TRIAC in Halb- bzw. Vollwellensteuerung wird durch die nachfolgend aufgelisteten, integrierten Ansteuerbausteine mit Nullspannungsschalter deutlich erleichtert.

Integrierte Ansteuerbausteine mit optischer Isolation (mit Nullspannungsschalter)
Bezeichnung Spannungsfestigkeit
max.
Verwendbarkeit erforderlicher
LED Triggerstrom
MOC3041, 3042, 3043 400V knapp geeignet für 240V~ 15, 10, 5mA
MOC3061, 3062, 3063 600V gut geeignet für 240V~ 15, 10, 5mA
MOC3081, 3082, 3083 800V gut geeignet für 400V~ 15, 10, 5mA

Beispiel Vollwellensteuerung

Beispiel für ein Vollwellenansteuerung mit Triac & Optotriac.
Achtung: Optotriac durch einen mit Nullspannungsschalter ersetzen.

Bauteileauswahl

Bei der Auswahl der Bauteile ist darauf zu achten, dass das jeweilige Bauteil auch für die anliegende Spannung zugelassen ist. Kleinere Bauformen - sowohl bedrahtet, als auch SMD bis incl. 0204 - sind nur bis zu max. 200V zugelassen, daher auch die zwei Widerstände in Serienschaltung (R2+R3). Das zieht sich durch alle Bauteile. Ein 400V Triac ist nicht für 230Vrms = 325Vpk geeignet, da im Netz immer Spannungsspitzen aus verschiedensten Quellen auftreten. Grundsätzlich ist parallel zu jedem Triac ein 275V Varistor sehr empfehlenswert. Dabei ist darauf zu achten, daß der Varistor vom Netz her gesehen NACH der Sicherung kommt, da Varistoren im Fehlerfall sehr hohe Temperaturen erreichen können und von der Sicherung "abgeschaltet" werden müssen. Genauso wichtig ist, daß der Snubber-Kondensator, unbedingt vom Typ "X2" sein muss.

Crow-Bar

Ein weiterer Anwendungsfall ist der Einsatz als Schutzelement. Der Triac wird hierbei nach einer Sicherung zwischen die Versorgungsspannungsanschlüsse geschaltet und im Fehlerfall (Überspannung oder Verpolung) ausgelöst. Dabei wird die Ein- bzw. Ausgangsspannung "hart" kurzgeschlossen, die Sicherung ausgelöst und damit eine Schaltung vor zu hoher oder falscher Betriebsspannung geschützt.

Siehe auch

Weblinks