电源设计说明：模拟TRIAC

在本教程中，我们将看到一个涉及 TRIAC 的模拟。使用的主要电子软件是LTspice。它是一种高性能 SPICE 仿真软件、原理图捕获和波形查看器，具有增强功能和模型，可简化模拟电路的仿真。它可以从Analog Devices免费下载。

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可控硅

TRIAC 是在低频交流电路中用作开关的电子元件（图 1）。TRIAC 是三端器件：栅极 (G)、阳极 1 (A1) 和阳极 2 (A2)。它们用作交流电流和电压的双向开关。它的操作非常有趣：只有在将电流信号施加到栅极时，才会在端子 A1 和 A2 之间或 A2 和 A1 之间通过电流。即使栅极上的电流中断，TRIAC 仍保持导通。

图 1：TRIAC 的电气符号

为我们的模拟选择的 TRIAC

本次仿真中的TRIAC 模型是Motorola 的2N5568（图2）。它主要用于工业和军事应用，用于对调光器、电源、加热控制、电机控制和电源开关系统等应用中的交流负载进行全波控制。其特性和最大额定值，如官方数据表中所述，如下：

• 电压（VDRM）：400 V
• 栅极电压 (VGM)：20 V
• RMS 通态电流 (ITRMS)：10 A
• 非重复浪涌电流 (ITSM)：100 A
• 峰值栅极功率 (PGM)：16 W
• 工作结温范围 (TJ)：从 –65˚C 到 100˚C
• 结到外壳的热阻 (RθJC)：1

其 SPICE 模型可从 Internet 下载。以下子电路可以使用“.INCLUDE”指令直接插入到 LTspice 电气原理图中或从外部文档中包含：

.SUBCKT 2N5568 1 2 3
* 连接： 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) . 型号
NPN (IS=53.5F BF=20 CJE=235P CJC=46.9P TF=1.7u)
.ENDS

图 2：摩托罗拉的 TRIAC 2N5568

第一个例子的电气原理图

图 3显示了第一个应用示例。负载 R1 由一个 22 Ω 电阻表示，以 230 V 的电压在 CC 中供电。栅极由 20 V 的脉动电压驱动。

图 3：CC 中的第一个示例

一旦电路通电，TRIAC 就会被阻断，并且不会让任何电流通过负载。在栅极上的第一个 20 V 正脉冲时，TRIAC 开始导通（就像一个闭合的开关），允许大约 10 A 的电流通过负载 R1。电阻器 R2 限制半导体栅极上的电流。让我们看一下图 4 中第一次 DC 仿真产生的图形. 绿色图（底部）描述了 TRIAC 栅极上的脉动信号，方电压为 20 Vpp。红色图表（顶部）描述了通过负载的电流，即 22Ω 电阻器 R1。即使栅极上的电压变为零，TRIAC 现在仍处于导通状态，并且电流一直通过（超过 10 A），直到电路完全关闭。就好像该组件有一个记忆，它记得第一次被门上的脉冲激活。停止电流的唯一方法是从主电源关闭电路。

图 4：第一次模拟的图

这些是在 TRIAC 导通状态期间对电路进行的一些电气测量：

• 直流发电机 V4 上的电压：230 V
• 脉冲发生器 V3 上的电压：0 V 至 20 V，频率。0.5赫兹
• 负载 R1 上的电流：10.39 A
• 通过 TRIAC 栅极的电流：82.8 mA
• 负载 R1 的耗散功率：2,375 W
• 导通状态下 TRIAC 的耗散功率：仅 14.9 W
• TRIAC 的 A1 和 A2 之间的电压：1.4 V

在此配置中，电路效率为 99.375%，这是一个非常好的结果。没有散​​热器的组件的结温约为 42°C。

第二个例子的电气原理图

图 5显示了第二个应用示例。负载 R1 由一个 22Ω 电阻表示，采用交流电供电，电压为 325 VACpp（相当于 230 VRMS）。栅极再次由频率为 5 Hz 的 20 V 脉动电压驱动。同样在这种情况下，一旦电路通电，TRIAC 就会被阻断，并且不会让任何电流通过负载。在栅极上的第一个 20 V 正脉冲时，TRIAC 开始导通（就像一个闭合的开关），允许大约 6.5 ARMS 的交流电流通过负载 R1（电路处于正弦状态）。

图 5：AC 中的第二个示例

第二次 AC 仿真（图 6）产生的图形是不同的。其中，绿色图（底部）再次描述了 TRIAC 栅极上的脉动信号，方电压为 20 Vpp。红色图表（顶部）描述了通过负载 R1 的交流电 (AC)。

图 6：第二次模拟的图

这一次，如果栅极上的电压变为零，则 TRIAC 在其上的电压通过零值时结束传导电流（图 7）。换句话说，如果 TRIAC 用于交流电，则当电流从零开始时发生关断。

图 7：在 AC 中，TRIAC 通过电流从零通过的对应关系关闭。

这些是在 TRIAC 导通状态期间对电路进行的一些电气测量：

• 交流发电机 V1 上的电压：230 VRMS (325 Vpp)
• 脉冲发生器 V3 上的电压：0 V 至 20 V，频率。5赫兹
• 负载 R1 上的电流：仅当 TRIAC 导通时为 6.5 ARMS
• 通过 TRIAC 栅极的电流：82.8 mA
• 负载 R1 的耗散功率：平均约 2,100 W。
• TRIAC 在导通状态下的耗散功率：平均仅为 14 W。
• TRIAC 的 A1 和 A2 之间的电压：1.6 V

在这种配置中，电路效率为 99.4%——另一个非常好的结果。

想要查询更多的信息：

• 电源教程
• DC-DC 转换器

　　审核编辑：汤梓红