เอกสารประกอบการเรียน วิชา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร (20104-2102) หลักสูตรประกาศนียบัตรวิชาชีพ (ปวช.) พุทธศักราช 2562 หน่วยที่ 5 เรื่อง วงจรประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ไทรีสเตอร์ โดย นายสุเกษม เกียรติไพบูลย์ สาขาวิชาไฟฟ้ากำลัง วิทยาลัยเทคนิคระนอง สำนักงานคณะกรรมการการอาชีวศึกษา กระทรวงศึกษาธิการ
คำนำ เอกสารประกอบการเรียนเล่มนี้เป็นเอกสารประกอบการเรียนหน่วยที่ 5 เรื่อง วงจรประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ไทรี สเตอร์เนื้อหาสาระการเรียนรู้ได้แก่การศึกษา โครงสร้างของวงจรประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ไทรีสเตอร์หลักการทำงานของวงจร ประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ไทรีสเตอร์ลักษณะสมบัติของวงจรประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ไทรีสเตอร์ สำหรับผลลัพธ์การเรียนรู้ของนักเรียนเมื่อเรียนด้วยเอกสารประกอบการเรียนหน่วยที่ 5 เรื่อง วงจรประยุกต์ใช้งาน อุปกรณ์ไทรีสเตอร์โดยใช้วิธีการสอนแบบ PQ-ADAPP มุ่งเน้นผลลัพธ์ที่เกิดกับผู้เรียนดังนี้ 1) ผู้เรียนสามารถต่อวงจร ประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ไทรีสเตอร์ได้ 2) ผู้เรียนสามารถวัดและตรวจสอบอุปกรณ์ไทรีสเตอร์ได้ 3) ผู้เรียนสามารถใช้เครื่องมือ ตรวจหาข้อบกพร่องของประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ไทรีสเตอร์ได้ หวังเป็นอย่างยิ่งว่าเอกสารประกอบการเรียนหน่วยที่ 5 เรื่อง วงจรประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ไทรีสเตอร์วิชา อุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์และวงจร ที่ผู้เรียบเรียงจัดทำขึ้น จะเป็นประโยชน์ต่อครูผู้สอนและนักเรียนในวิชานี้ และนำไปเป็นแบบอย่างใน การจัดทำเอกสารประกอบการเรียนวิชาอื่นต่อไป หากมีข้อเสนอแนะใดๆ ผู้เรียบเรียงน้อมรับด้วยความยินดียิ่ง (นายสุเกษม เกียรติไพบูลย์) ตำแหน่ง ครู วิทยฐานะ ครูชำนาญการพิเศษ
ใบความรู้/ใบเนื้อหา หน่วยที่ 5 เรื่อง วงจรประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ไทรีสเตอร์ บทนำ ไทรีสเตอร์ (Thyristors) หมายถึง ชื่อที่ใช้เรียกอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กลุ่มที่มีชั้นของสารกึ่งตัวนำ 4 ชั้นขึ้นไป เช่น ชอคเลย์ไดโอด (Shockley Diode) , เอสซีอาร์ (Silicon Controlled Rectifier : SCR) , เอสซี เอ ส (Silicon Controlled Switch : SCS) ไท รแอค (Triac) , ได แอก (Diac) , ยู เจที (Unijunction Transistor และ พัท (Programmable Unijunction Transistor : PUT) อุปกรณ์ เหล่านี้ถูกนำไปใช้ ประโยชน์สำหรับการทำวงจรสวิตชิ่งซ์ การควบคุมเฟสของไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อใช้ปรับความสว่างของ หลอดไฟ การปรับความเร็วรอบของมอเตอร์ การปรับอุณหภูมิของลวดความร้อนและอื่น ๆ เนื้อหาในบทเรียน นี้จะศึกษาเกี่ยวกับ โครงสร้าง สัญลักษณ์ และลักษณะสมบัติทางไฟฟ้าของอุปกรณ์ไทรีสเตอร์พื้นฐานได้แก่ เอสซีอาร์ ไทรแอค และไดแอค การตรวจสอบอุปกรณ์ไทรีสเตอร์ หลักการทำงานของวงจรประยุกต์ใช้งาน อุปกรณ์ไทรีสเตอร์รวมถึงฝึกทักษะการทดสอบหาคุณสมบัติของวงจรประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ไทรีสเตอร์ 5.1 คุณสมบัติของไทรีสเตอร์ (Thyristor) ไทรีสเตอร์ หมายถึง อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่มีชั้นสลับ P-type และ N-type สี่ชั้นสามรอยต่อขึ้นไป ทำหน้าที่เป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ในการควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านตัวมันด้วยการกระตุ้นหรือ เรียกอีกอย่างว่าการจุดชนวน (Trigger) อุปกรณ์ไทรีสเตอร์ตัวแรกวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ในปีพุทธศักราช 2499 เนื่องจากไทรีสเตอร์สามารถควบคุมพลังงานและแรงดันไฟฟ้าได้ค่อนข้างมากด้วยอุปกรณ์ขนาดเล็กจึง พบว่ามีการใช้งานที่หลากหลายในการควบคุมพลังงานไฟฟ้าตั้งแต่ไฟหรี่ และการควบคุมความเร็วมอเตอร์ ไฟฟ้าไปยังการส่งกำลังไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูง ไทรีสเตอร์อาจใช้ในวงจรสวิตชิ่งซ์ไฟฟ้า, วงจรเปลี่ยนรีเลย์, วงจรอินเวอร์เตอร์, วงจรออสซิลเลเตอร์, วงจรตรวจจับระดับ, วงจรลดแสง, วงจรจับเวลาต้นทุนต่ำ, วงจรลอจิก, วงจรควบคุมความเร็ว, วงจรควบคุมเฟส ฯลฯ 5.2 เอสซีอาร์ (Silicon Controlled Rectifier: SCR) เอสซีอาร์ หรือเรียกชื่อเต็มว่า ซิลิกอน คอนโทรล เร็คติไฟร์เออร์ คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในกลุ่มไท รีสเตอร์ที่ถูกนำมาใช้ทำหน้าที่เป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์กำลังประเภทโซลิดสเตท (Solid State) ที่ได้รับความ นิยมในงานหลาย ๆ ด้านอันเนื่องมาจากความสามารถที่คุ้มค่ากับการลงทุน เอสซีอาร์ถูกนำไปใช้มากในงาน ควบคุมกำลังไฟฟ้ากระแสตรง เช่น วงจรควบคุมความสว่างของหลอดไฟ วงจรควบคุมความเร็วรอบของ มอเตอร์ วงจรควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ ระบบควบคุมอุณหภูมิ และวงจรรักษาระดับกำลัง เป็นต้น ข้อดีของ สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์คือ จะไม่มีหน้าสัมผัสหรือเรียกว่าคอนแท็ค (Contact) ขณะปิด - เปิด จึงไม่ทำให้เกิดเสียง ดังและไม่เกิดประกายไฟที่หน้าสัมผัส มีความปลอดภัยสูง และอายุการใช้งานนานกว่าสวิตช์ธรรมดาแบบกลไก ที่มีหน้าสัมผัส
5.2.1 โครงสร้าง โซลิดสเตทสวิตช์ (Solid State Switch) หรือ เอสซีอาร์ เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำจำพวกไทรี สเตอร์ จะมีโครงสร้างประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด P และชนิด N ต่อชนกันทั้งหมด 4 ชั้น 3 รอยต่อ ประกอบด้วยสารชนิด P 2 ตอน และสารชนิด N 2 ตอน โดยเรียงสลับกัน มีขาต่อออกมาใช้งาน 3 ขา คือ ขา แอโนด (Anode) ขาแคโธด (Cathode) และขาเกท (Gate) โครงสร้างของเอสซีอาร์แสดงตามภาพที่ 5.1 ภาพที่ 5.1 โครงสร้างของเอสซีอาร์ 5.2.2 สัญลักษณ์ รูปร่างและสัญลักษณ์ของเอสซีอาร์แสดงตามภาพที่ 5.2 (ก) รูปร่างแบบทั่วไป (ข) รูปร่างแบบจาน (ค) สัญลักษณ์ ภาพที่ 5.2 รูปร่างและสัญลักษณ์ของเอสซีอาร์ (ที่มา: http://www.theelectrostore.com, 2562) P N P N A G K A K G
5.2.3 ลักษณะสมบัติทางไฟฟ้า เอสซีอาร์เป็นอุปกรณ์เรียงกระแสซึ่งนำกระแสได้ทิศทางเดียวประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด ซิลิกอน 4 ชิ้น แสดงตามภาพที่ 5.1 สาเหตุที่เลือกใช้ซิลิกอนเป็นวัสดุสำคัญในการสร้างเอสซีอาร์เพราะซิลิกอน มีขีดความสามารถในการรับกำลังไฟฟ้าและอุณหภูมิได้สูง การเปิดเอสซีอาร์ให้นำกระแสทำได้โดยป้อน แรงดันไฟฟ้า 2 ส่วน ได้แก่แรงดันใช้งานป้อนที่ขาแอโนด กับขาแคโธด (VAK) และแรงดันจุดชนวนป้อนที่ขา เกทกับขาแคโธด (VGK) หรือ ป้อนแรงดันเกต (VG) อย่างเหมาะสม แรงดันขาเกทจะสร้างเพื่อจุดชนวนเกตให้ เอสซีอาร์นำกระแสจากขาแอโนดไปยังขาแคโธดเปรียบเสมือนสวิตช์ต่อวงจร และกระแสที่สามารถไหลผ่าน เอสซีอาร์ได้ต้องมีขั้วตรงกับขั้วของเอสซีอาร์หรือไบอัสตรงเท่านั้น ดังแสดงตามภาพที่ 5.3 (ก) วงจรจุดชนวนเอสซีอาร์ให้นำกระแส (ข) เปรียบเทียบเอสซีอาร์เหมือนสวิตช์ ภาพที่ 5.3 การต่อวงจรเพื่อให้เอสซีอาร์นำกระแส จากภาพที่ 5.3 เมื่อเอสซีอาร์นำกระแสแล้ว จะมีกระแสไหลจากขาแอโนดไปยังแคโธด อย่าง ต่อเนื่องถึงแม้จะตัดการเชื่อมต่อขาเกทออกจากวงจรแล้วก็ตาม สภาวะเช่นนี้เรียกว่าสภาวะกระแสไหลวนหรือ สภาวะแลตช์ (Latch) เปรียบเสมือนการทำงานของวงจรดังแสดงตามภาพที่ 5.4 กล่าวคือเมื่อมีการจ่าย กระแสไฟฟ้าเพื่อกระตุ้นขาเกทของเอสซีอาร์ หมายถึงการไบอัสตรงให้ทรานซิสเตอร์ Q1 นำกระแส กระแสจะ สามารถไหลจากขาคอลเลคเตอร์ของทรานซิสเตอร์ Q1 มายังขาอิมิตเตอร์ได้นั่นหมายถึงขาเบสของ ทรานซิสเตอร์ Q2 ได้รับไบอัสตรงเช่นกันทรานซิสเตอร์ Q2 จึงนำกระแสโดยกระแสจากขาคอลเลคเตอร์ของ Q2 จะมาไบอัสตรงให้ที่ขาเบสของ Q1 ทำให้ Q1 และ Q2 ไบอัสกระแสให้กันตลอดเวลาจึงเกิดการไหลวนของ กระแสอย่างต่อเนื่องถึงแม้จะตัดแหล่งจ่ายไฟตรงที่ขาเกทออกแล้วก็ตาม VGK VAK RL A K G VG VAA + - + - VGK VAK RL A K G VG VAA + - + -
ภาพที่ 5.4 วงจรกระแสไหลวน (Latching Current Circuit) วิธีการทำให้เอสซีอาร์หยุดนำกระแสสามารถทำได้ 3 วิธีด้วยกันคือ 1. การตัดแหล่งจ่ายไฟระหว่างขาอาโนดกับแคโธด 2. การลดค่ากระแสระหว่างขาแอโนดกับแคโธดให้มีค่าต่ำกว่าค่ากระแสโฮลดิ้ง (Holding Current) 3. การให้ไบอัสกลับระหว่างขาแอโนดกับแคโธด เมื่อนำเอสซีอาร์ไปใช้งานในวงจรเรียงกระแสจะมีลักษณะการทำงานคล้ายไดโอดคือ ให้ สัญญาณไฟสลับผ่านได้ทิศทางเดียว คือทิศทางที่ให้ไบอัสตรงกับเอสซีอาร์ ต่างกันที่การเรียงกระแสของเอสซี อาร์จะถูกควบคุมโดยการจุดชนวนที่ขาเกท และปริมาณกระแสทางเอาต์พุตที่จ่ายไปยังโหลดสามารถควบคุม ได้ด้วยการกำหนดมุมในการจุดชนวน ลักษณะสมบัติทางไฟฟ้าของเอสซีอาร์แสดงตามภาพที่ 5.5 ภาพที่ 5.5 กราฟแสดงลักษณะสมบัติของเอสซีอาร์ VAK IL IH VBO IG1 Reveres Breakdown Voltage -VAK -IA IA RL VGK Q1 VG VAA + - + - Q2
จากภาพที่ 5.5 เป็นกราฟแสดงลักษณะสมบัติของเอสซีอาร์มีค่าต่าง ๆ ดังนี้ IA คือ กระแสที่ไหลจากขาแอโนดไปยังแคโธด IL คือ ค่ากระแสไหลวน (Latching Current) จากกราฟแสดงให้เห็นถึงค่า IL ต่ำสุดที่สามารถทำให้เอสซีอาร์ยังคงนำกระแสได้ IH คือ ค่ากระแสโฮลดิง (Holding Current) หมายถึงค่ากระแสต่ำสุดที่ทำให้เอสซี อาร์นำกระแสได้ IG คือ ค่ากระแสจุดชนวนที่ขาเกททำให้เอสซีอาร์นำกระแส VAK คือ แรงดันตกคร่อมที่ขาแอโนดกับแคโธด VBO คือ แรงดันพังทลายหรือ Breakdown Voltage หมายถึง ระดับแรงดันเกิน พิกัดสูงสุดที่เอสซีอาร์สามารถทนได้ 5.3 ไทรแอค (Triac) ไทรแอคเป็นอุปกรณ์จำพวกสารกึ่งตัวนำในกลุ่มของไทรีสเตอร์ถูกสร้างขึ้นเพื่อแก้ไข ข้อบกพร่องของ เอสซีอาร์ซึ่งสามารถนำกระแสได้เพียงทิศทางเดียว การใช้งานไทรแอคส่วนใหญ่นิยมใช้ควบคุมกำลังไฟฟ้า กระแสสลับงานที่มีกระแสสูง ๆ ดังนั้นจึงต้องระวังเรื่องของการระบายความร้อน ไทรแอคมีคุณสมบัติ ทำงาน ได้ทั้งแรงดันช่วงบวกและแรงดันช่วงลบ การนำกระแสของไทรแอคจะขึ้นอยู่กับแรงดันที่ป้อนกระตุ้นที่ขา G และแรงดันที่จ่ายให้ขา MT2 และ MT1 5.3.1 โครงสร้าง โครงสร้างของไทรแอคประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำตอนใหญ่ 3 ตอน คือ PNP และในสารกึ่ง ตัวนำตอนใหญ่จะมีสารกึ่งตัวนำตอนย่อยชนิด N อีก 3 ตอนต่อร่วมในสารกึ่งตัวนำ P ทั้ง 2 ตอนมีขาต่อ ออกมาใช้งาน 3 ขา เหมือนกับเอสซีอาร์ ขาแอโนด 1 (A1) เรียกว่า ขาเมนเทอร์มินอล 1 (Main terminal 1) MT1 ขาแอโนด 2 (A2) เรียกว่า ขาเมนเทอร์มินอล 2 (Main terminal 2) MT2 และขาจุดชนวนหรือขาเกท (Gate) G โครงสร้างของไทรแอคแสดงตามภาพที่ 5.6 ภาพที่ 5.6 โครงสร้างของไทรแอค MT1 Gate MT2 P P N N N N สารกึ่งตัวนำตอนใหญ่ 3 ตอน สารกึ่งตัวนำตอนย่อย 3 ตอน
5.3.2 สัญลักษณ์ รูปร่างและสัญลักษณ์ของไทรแอคแสดงตามภาพที่ 5.7 และ ภาพที่ 5.8 ภาพที่ 5.7 รูปร่างของไทรแอค ภาพที่ 5.8 สัญลักษณ์ของไทรแอค 5.2.3 ลักษณะสมบัติทางไฟฟ้า ไทรแอคสามารถทำงานได้ทั้งแรงดันช่วงบวกและแรงดันช่วงลบ จากวงจรการนำกระแสของ ไทรแอคจะขึ้นอยู่กับแรงดันที่ป้อนกระตุ้นขา G และแรงดันที่จ่ายให้ขา MT1 และ MT2 ดังแสดงตาม ภาพที่ 5.9 ภาพที่ 5.9 วงจรการกระตุ้นไทรแอคดด้วยไฟฟ้ากระแสลับ Gate MT1 MT2 ไดแอค 220 VAC R1 C1 MT2 IA RL MT1 G
การจ่ายไบอัสให้ตัวไทรแอคสามารถแบ่งได้เป็น 4 สภาวะคือ สภาวะที่ 1 จ่ายแรงดันบวกให้ขา MT1 จ่ายแรงดันลบให้ขา MT2 และจ่ายแรงดันบวก กระตุ้นขา G จะเกิดการนำกระแสในตัวไทรแอค ทิศทางการไหลของกระแสทั้งสองจะไหลในทิศทางเดียวกัน หรือกระแสไหลเสริมกัน ทำให้ IA ไหลมากขึ้น แสดงตามภาพที่ 5.10 ภาพที่ 5.10 การทำงานเมื่อ VAA เป็นบวก VGG เป็นบวก สภาวะที่ 2 จ่ายแรงดันบวกให้ขา MT1 จ่ายแรงดันลบให้ขา MT2 แต่จ่ายแรงดันลบกระตุ้น ขา G จะเกิดการนำกระแสในตัวไทรแอค ทิศทางการไหลของกระแสทั้งสองจะไหลในทิศทางสวนทาง หรือ กระแสไหลหักล้างกัน ทำให้ IA ไหลน้อยลง แสดงตามภาพที่ 5.11 ภาพที่ 5.11 การทำงานเมื่อ VAA เป็นบวก VGG เป็นลบ สภาวะที่ 3 จ่ายแรงดันลบให้ขา MT1 จ่ายแรงดันบวกให้ขา MT2 แต่จ่ายแรงดันลบกระตุ้น ขา G จะเกิดการนำกระแสในตัวไทรแอค ทิศทางการไหลของกระแสทั้งสองจะไหลในทิศทางเดียวกัน หรือ กระแสไหลเสริมกัน ทำให้ IA ไหลมากขึ้น แสดงตามภาพที่ 5.12 IA กับ IG ไหลในทิศทาง สวนทางกัน IA IG MT1 MT2 G RL VAA VGG + - + - IA กับ IG ไหลในทิศทาง เดียวกัน IA IG MT1 MT2 G RL VAA VGG + - + -
ภาพที่ 5.12 การทำงานเมื่อ VAA เป็นลบ VGG เป็นลบ สภาวะที่ 4 จ่ายแรงดันลบให้ขา MT1 จ่ายแรงดันบวกให้ขา MT2 แต่จ่ายแรงดันบวกกระตุ้น ขา G จะเกิดการนำกระแสในตัวไทรแอค ทิศทางการไหลของกระแสทั้งสองจะไหลในทิศทางสวนทาง หรือ กระแสไหลหักล้างกัน ทำให้ IA ไหลน้อยลง แสดงตามภาพที่ 5.13 ภาพที่ 5.13 การทำงานเมื่อ VAA เป็นลบ VGG เป็นบวก จากสภาวะการทำงานของไทรแอคที่กล่าวมาสามารถสรุปคุณสมบัติทางไฟฟ้าของไทรแอคได้ โดยอธิบายจากกราฟแสดงลักษณะสมบัติทางไฟฟ้าของไทรแอค นั่นคือเมื่อจ่ายแรงดันไบอัสตรงให้กับไทรแอค (VBO(0)) และจ่ายกระแสเกตบวก (IG) พิจารณาจากตำแหน่งของวงจรในกราฟควอดแรนท์ที่ 1 จะทำให้ไทรแอค นำกระแสได้โดยกระแสจะไหลจากขั้ว MT1 ไปยังขั้ว MT2 เมื่อป้อนแรงดันไบอัสกลับให้กับไทรแอค (-VBO(0)) โดยไม่ให้เกินกว่าค่าแรงดันพังทลาย และจ่ายกระแสเกตเป็นลบ (-IG) พิจารณาจากตำแหน่งของวงจรในกราฟค วอดแรนท์ที่ 3 กระแสจะไหลจากขั้ว MT2 ไปยังขั้ว MT1 แสดงตามภาพที่ 5.14 IA กับ IG ไหลในทิศทาง เดียวกัน IA IG MT1 MT2 G RL VAA VGG + - + - IA กับ IG ไหลในทิศทางสวน ทางกัน IA IG MT1 MT2 G RL VAA VGG + - + -
ภาพที่ 5.14 กราฟแสดงลักษณะสมบัติของไทรแอค เมื่อ IH คือ ค่ากระแสโฮลดิงของไทรแอค หรือค่ากระแสต่ำสุดที่ทำให้ไทรแอค สามารถนำกระแสได้ VMT1-2 คือ ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ขา MT1 เทียบกับ MT2 ของไทรแอค VBO คือ ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ไทรแอคสามารถทนได้ (Brake Over Voltage) IMT1-2 คือ ค่ากระแสที่ไหลผ่านขา MT1 และ MT2 ของไทรแอค 5.4 ไดแอค (Diac) ไดแอคเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำพวกไทรีสเตอร์นิยมนำมาใช้สำหรับประกอบในวงจรจุดชนวน ให้กับ เอสซีอาร์ หรือ ไทรแอค ไดแอคถูกออกแบบให้มีการนำกระแสได้ 2 ทิศทางที่ค่าแรงดันใช้อยู่ในช่วง ระหว่าง 29 - 30 โวลต์ 5.4.1 โครงสร้าง โครงสร้างของไดแอคมีลักษณะคล้ายกับโครงสร้างของไทรแอคแตกต่างกันที่ไดแอคนั้นไม่มีขา เกต โดยลักษณะโครงสร้างประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำตอนใหญ่ 3 ตอน คือ PNP และภายในสารกึ่งตัวนำตอน ใหญ่มีสารกึ่งตัวนำย่อยชนิด N อีก 2 ตอน ต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด P ทั้ง 2 ด้านเพื่อให้สามารถนำกระแสได้ 2 ทิศทาง ไดแอคมีขาต่อออกมาใช้งาน 2 ขา คือขาแอโนด 1 (A1) หรืออาจจะเรียกว่า ขาเมนเทอร์มินอล (MT1) และขาแอโนด 2 (A2) หรือขาเมนเทอร์มินอล 2 (MT2) ดังแสดงตามภาพที่ 5.15 IMT1-2 VBO IH IH VMT1-2 สภาวะที่ 1 สภาวะที่ 2 สภาวะที่ 3 สภาวะที่ 4 VMT1-2
ภาพที่ 5.15 โครงสร้างของไดแอค 5.4.2 สัญลักษณ์ รูปร่างและสัญลักษณ์ของไดแอคแสดงตามภาพที่ 5.16 และ 5.17 ภาพที่ 5.16 รูปร่างของไดแอค สัญลักษณ์ของไดแอคสามารถเขียนได้ 2 แบบ แสดงตามภาพที่ 5.17 (ก) แบบที่ 1 (ข) แบบที่ 2 ภาพที่ 5.17 สัญลักษณ์ของไดแอค MT1 MT2 P P N N N A1 A2 A1 A2
5.4.3 ลักษณะสมบัติทางไฟฟ้า ไดแอคจะอาศัยช่วงแรงดันพังทลาย ( Break Over Voltage ) เป็นส่วนของการทำงาน เมื่อ ป้อนแรงดันบวก (+) เข้าที่ขา A1 ละแรงดันลบ (-) เข้าที่ขา A2 รอยต่อ N และ P ตรงบริเวณ A1 จะอยู่ใน ลักษณะไบอัสกลับ จึงไม่มีกระแสไหลจาก A1 ไปยัง A2 เมื่อเพิ่มแรงดันไบอัสดังกล่าวให้สูงขึ้นเรื่อย ๆ จนถึง ค่าแรงดันค่าหนึ่งจะทำให้กระแสสามารถไหลทะลุผ่านรอยต่อ N-P มาได้ ส่วนรอยต่อตรง A2 นั้นอยู่ในสภาวะ ไบอัสตรงอยู่แล้ว ดังนั้นกระแสที่ไหลผ่านไดแอคนี้จึงเสมือนกับเป็นกระแสที่เกิดจากการพังทลายของไดโอด และถ้าหากไม่มีการจำกัดกระแสแล้วไดแอคก็สามารถพังได้เช่นกัน ถ้าเราสลับขั้วศักย์แรงดัน A1 และ A2 การ ทำงานของไดแอคก็จะเป็นเช่นเดียวกับกรณีที่กล่าวมาแล้วข้างต้น ทำให้ไดแอคเหมาะสำหรับการนำไปใช้เป็น ตัวจุดชนวนสำหรับเอสซีอาร์หรือไทรแอค เนื่องจากไดแอคสามารถนำกระแสได้ 2 ทิศทาง เราสามารถสรุปลักษณะสมบัติทางไฟฟ้าของไดแอคได้ดังนี้ 1) ไดแอคเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำประเภทไทรีสเตอร์เช่นเดียวกับเอสซีอาร์และไทรแอค 2) ไดแอคสามารถนำกระแสได้ 2 ทิศทางเหมือนกันทั้งช่วงบวกและช่วงลบของแรงดันที่ป้อนให้ 3) การนำไดแอคไปใช้งานนิยมใช้เป็นตัวจุดชนวนที่ขาเกทของเอสซีอาร์หรือไทรแอค 4) เนื่องจากไดแอคสามารถนำกระแสได้สูงดังนั้นการจำกัดกระแสของไดแอคจึงต้องอาศัยตัว ต้านทานจากภายนอก กราฟแสดงลักษณะการทำงานของไดแอคแสดงตามภาพที่ 5.18 ภาพที่ 5.18 กราฟแสดงลักษณะสมบัติของไดแอค + I -V +V +V(BO) -V(BO) - I
5.5 วงจรประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ไทรีสเตอร์ วงจรประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ไทรีสเตอร์ คือ การนำอุปกรณ์ไทรีสเตอร์ชนิดต่าง ๆ เช่น เอสซีอาร์ ไทรแอค ไดแอค มาใช้เป็นส่วนประกอบเพื่อสร้างวงจรในการประยุกต์ใช้งานจริงเกี่ยวกับการควบคุม กำลังไฟฟ้ากระแสตรง และการควบคุมกำลังไฟฟ้ากระแสสลับ 5.5.1 วงจรประยุกต์ใช้งานเอสซีอาร์ เอสซีอาร์ถูกนำไปใช้มากในงานจำพวกการควบคุมกำลังไฟฟ้ากระแสตรง เช่น วงจรควบคุมแสงสว่าง วงจรควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ วงจรควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ ระบบควบคุมอุณหภูมิจากขด ลวดความร้อน และวงจรรักษาระดับกำลัง เป็นต้น เนื่องจากเอสซีอาร์เป็นอุปกรณ์จำพวกนำกระแสในทิศทาง เดียว (Unidirectional Device) ซึ่งหมายความว่า ถ้าป้อนสัญญาณไฟฟ้า กระแสสลับผ่านเอสซีอาร์ ขาเกต ของเอสซีอาร์ จะตอบสนองสัญญาณ และกระตุ้นให้เอสซีอาร์ทำงานเฉพาะครึ่งบวกของสัญญาณที่จะทำให้ แอโนดเป็นบวกเมื่อเทียบกับคาโธดเท่านั้น ดังนั้นเอสซีอาร์จึงเหมาะสำหรับการนำไปควบคุมกำลังไฟฟ้า กระแสตรง 1) โครงสร้าง วงจรการประยุกต์ใช้งานเอสซีอาร์ที่สมบูรณ์มีโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ ดังนี้ 1.1) แหล่งจ่ายไฟทางด้านอินพุต ทำหน้าที่จ่ายไฟให้กับวงจรตามความต้องการของโหลด (RL ) และต่อไปยังขาแอโนดและแคโธดของเอสซีอาร์ โดยทั่วไปมักใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับเพราะเมื่อ ผ่านเอสซีอาร์สัญญาณไฟฟ้าจะถูกเรียงกระแสให้เหลือทิศทางเดียวทำให้ได้สัญญาณไฟฟ้ากระแสตรงตกคร่อม ที่โหลด 1.2) วงจรจุดชนวน (Trigger Circuit) คือ วงจรที่ทำหน้าที่จ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปกระตุ้นที่ขา เกตเพื่อควบคุมการนำกระแสจากขาแอโนดให้สามารถไหลผ่านไปยังแคโธดของเอสซีอาร์ การจุดชนวนขาเกต ถือเป็นหัวใจสำคัญในการควบคุมปริมาณของกำลังไฟฟ้าที่ถูกจ่ายให้กับโหลด 1.3) วงจรคัทออฟ (Cutoff) คือ วงจรที่ทำให้เอสซีอาร์หยุดนำกระแส เนื่องจากในขณะที่เอส ซีอาร์นำกระแสจะเกิดสภาวะกระแสไหลวน (Latching Current ) ทำให้มีกระแสไหลผ่านเอสซีอาร์อย่าง ต่อเนื่อง เราสามารถทำให้เอสซีอาร์หยุดนำกระแสได้ 3 วิธีคือ 1.3.1) การตัดแหล่งจ่ายไฟระหว่างขาอาโนดกับแคโธด 1.3.2) การให้ไบอัสกลับระหว่างขาแอโนดกับแคโธด 1.3.3) การลดค่ากระแสระหว่างขาแอโนดกับแคโธดให้มีค่าต่ำกว่าค่ากระแสโฮลดิ้ง (Holding Current) โครงสร้างวงจรประยุกต์ใช้งานเอสซีอาร์แสดงตามภาพที่ 5.19
ภาพที่ 5.19 โครงสร้างพื้นฐานวงจรประยุกต์ใช้งานเอสซีอาร์ 2) คุณสมบัติ วงจรประยุกต์ใช้งานเอสซีอาร์มีคุณสมบัติในการประยุกต์ใช้งานแบ่งเป็น 2 ลักษณะดังนี้ 2.1) วงจรประยุกต์ใช้งานเอสซีอาร์ให้มีคุณสมบัติทำหน้าที่เป็นสวิตช์ควบคุมการทำงาน ของวงจร โดยเอสซีอาร์จะทำหน้าที่เสมือนสวิตช์ในการเปิด-ปิดวงจร ซึ่งสามารถควบคุมการนำกระแสของเอส ซีอาร์ได้โดยการจุดชนวนที่ขาเกต ดังแสดงตามภาพที่ 5.20 ภาพที่ 5.20 วงจรประยุกต์ใช้งานเอสซีอาร์ให้ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ หลักการทำงาน ตามภาพที่ 5.20 เป็นวงจรประยุกต์ใช้งานเอสซีอาร์ให้มีคุณสมบัติทำหน้าที่เป็นสวิตช์ ควบคุมแสงสว่างแบบ ON/OFF จะใช้สวิตช์ S2 ควบคุมการจุดชนวนที่ขาเกต เมื่อจ่ายไฟจากแหล่งจ่าย VAA กระแสจะไหลผ่านสวิตช์ S1 และหลอดไฟแสงสว่าง RL มาที่ขั้วแอโนดของเอสซีอาร์ ถ้าต้องการให้หลอดสว่าง Heater A G VAA K VIN R1 S1 C1 VGK RL แหล่งจ่ายไฟด้านอินพุต วงจรจุดชนวน วงจรคัทออฟ VGK RL A K G VG VAA + - + - S1 S3 S2
จะต้องกดสวิตช์ S2 แล้วปล่อยเพื่อจุดชนวนที่ขาเกตทำให้กระแสไหลผ่านเอสซีอาร์มาครบวงจรที่ขาแคโธดหล อดไฟก็จะสว่างได้ และถ้าต้องการให้หลอดดับสามารถทำได้ 2 วิธีคือ กดสวิตช์ S1 แล้วปล่อยเพื่อตัดไฟจาก แหล่งจ่าย VAA ที่จ่ายให้กับเอสซีอาร์ หรือกดสวิตช์ S3 เพื่อลัดวงจรเอสซีอาร์ทำให้ค่ากระแสที่ไหลผ่านเอสซี อาร์มีค่าลดลงต่ำกว่าค่ากระแสโฮลดิงเอสซีอาร์ก็จะหยุดนำกระแส 2.2) วงจรประยุกต์ใช้งานเอสซีอาร์ให้มีคุณสมบัติทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ควบคุมการจ่าย กำลังไฟฟ้าให้แก่วงจรเรียงกระแส โดยเอสซีอาร์จะทำหน้าที่ 2 อย่าง คือ เรียงกระแสที่มาจากแหล่งจ่ายไฟฟ้า กระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง และควบคุมปริมาณของสัญญาณไฟฟ้ากระแสตรงที่จ่ายไปยังโหลดให้มีค่า สูงหรือต่ำตามต้องการ ซึ่งต้องอาศัยการทำงานร่วมกับวงจรควบคุมมุมในการจุดชนวนที่ขาเกต ดังแสดงตาม ภาพที่ 5.21 ภาพที่ 5.21 วงจรประยุกต์ใช้งานเอสซีอาร์ควบคุมการจ่ายกำลังไฟฟ้าให้หลอดไฟ dc หลักการทำงาน ตามภาพที่ 5.21 เป็นวงจรประยุกต์ใช้งานเอสซีอาร์ควบคุมการจ่ายกำลังไฟฟ้า กระแสตรงให้หลอดไฟ dc จากวงจรเอสซีอาร์จะทำหน้าที่เรียงกระแสคล้ายการทำงานของไดโอดโดยรับ ปริมาณสัญญาณไฟสลับที่มาจากแหล่งจ่าย VAC เข้ามาที่ขั้วแอโนด สัญญาณไฟสลับนี้จะไหลผ่านเอสซีอาร์ได้ เฉพาะด้านบวกเท่านั้นเนื่องจากเป็นสัญญาณที่ให้ไบอัสตรงกับเอสซีอาร์ แต่จะไหลผ่านได้ในปริมาณเท่าใดนั้น ขึ้นอยู่กับการกำหนดช่วงเวลาในการจุดชนวนที่ขาเกตของเอสซีอาร์ซึ่งถูกควบคุมค่าเวลาโดยตัวต้านทานแบบ ค่าคงที่ R1 ตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ POT และตัวเก็บประจุ C1 ส่วนไดแอคนั้นจะทำหน้าที่ควบคุมการจ่าย กระแสไปจุดชนวนที่ขาเกตเมื่อถึงค่าระดับแรงดันที่กำหนดไว้ การกำหนดค่าเวลาในการจุดชนวนมีหลักการทำงานโดยเริ่มจากตัวต้านทาน R1 จะทำ หน้าที่จำกัดปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้ามาเก็บสะสมไว้ในตัวเก็บประจุ C1 ซึ่งสามารถควบคุมค่าเวลาในการ เก็บสะสมประจุให้เต็มเร็วหรือช้าได้โดยการปรับค่าความต้านทาน POT ถ้าปรับค่าความต้านทาน POT ให้มีค่า มากส่งผลให้กระแสไหลได้น้อยตัวเก็บประจุจะใช้เวลานานในการเก็บสะสมประจุจนเต็ม ทำให้การคายประจุ R1 VAC POT หลอดไฟ dc SCR C1 Diac
ไปจุดชนวนที่ขาเกตช้าจึงมีผลทำให้กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยที่ผ่านเอสซีอาร์มีปริมาณน้อยผลลัพธ์คือหลอดไฟมีความ สว่างน้อย ในทางตรงข้ามถ้าปรับค่าความต้านทาน POT ให้มีค่าน้อยจะทำให้กระแสไหลได้มากตัวเก็บประจุจะ ใช้เวลาน้อยในการเก็บสะสมประจุจนเต็มทำให้การคายประจุไปจุดชนวนที่ขาเกตเร็วจึงมีผลทำให้กำลังไฟฟ้า เฉลี่ยที่ผ่านเอสซีอาร์มีปริมาณมากผลลัพธ์คือหลอดไฟมีความสว่างมาก ดังนั้นเราจึงสามารถควบคุมความสว่าง ของหลอดไฟได้จากการปรับค่าความต้านทาน POT และยังสามารถประยุกต์ไปใช้ในการความคุมความเร็วรอบ ของมอเตอร์ได้อีกด้วย 5.5.2 วงจรประยุกต์ใช้งานไทรแอค ไทรแอค (TRIAC) ย่อมาจาก Triode for Alternating Current ถูกพัฒ นาขึ้นมาเพื่อแก้ไข ข้อบกพร่องของเอสซีอาร์ที่ไม่สามารถนำกระแสในซีกลบของไฟสลับได้ ลักษณะโครงสร้างภายในคล้ายกับได แอคแต่มีขาเกตเพิ่มมาอีก 1 ขา มีคุณสมบัติเปรียบเสมือนการต่อเอสซีอาร์สลับขั้วขนานกัน 2 ตัว ดังแสดงใน ภาพที่ 5.22 (ก) เอสซีอาร์สลับขั้วขนานกัน 2 ตัว (ข) สัญลักษณ์ของไทรแอค ภาพที่ 5.22 การต่อเอสซีอาร์แทนไทรแอค และสัญลักษณ์ของไทรแอค คุณสัมบัติทั่วไปในการต่อวงจรประยุกต์ใช้งานไทรแอค มีดังนี้ 1) ถ้าไม่มีสัญญาณไฟฟ้ากระตุ้นที่ขาเกตไทรแอคจะไม่ทำงาน เปรียบเหมือนสวิตช์ที่เปิดวงจร 2) กรณีที่ขา MT2 และ MT1 ถูกป้อนแรงดันบวกและลบตามลำดับไทรแอคจะถูกกระตุ้นให้ นำกระแสได้โดยการป้อนสัญญาณพัลซ์เพียงสั้น ๆ ที่ขาเกต โดยแรงดันตกคร่อมที่ตัวไทรแอคจะมีค่าประมาณ 1 ถึง 2 โวลต์ เท่านั้น และเมื่อไทรแอคเริ่มทำงานแล้วจะคงสภาพการทำงานต่อไปตราบเท่าที่ยังมีกระแสไหล ผ่านตัวมันอย่างต่อเนื่อง 3) การจะทำให้ไทรแอคหยุดนำกระแส ทำได้ 2 วิธีคือ 3.1) ตัดแหล่งจ่ายไฟที่ป้อนให้ขา MT2 และ MT1 ออกชั่วขณะ 3.2) ลดปริมาณกระแสที่ไหลผ่านตัวมันให้ต่ำกว่าค่ากระแสโฮลดิ้ง (holding current : Ih) MT1 MT2 G MT2 MT1 G
4) กรณีที่ใช้ไทรแอคกับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) การหยุดทำงานจะเกิดขึ้นอย่าง อัตโนมัติเมื่อแรงดันของไฟสลับเข้าใกล้จุดตัดศูนย์ที่เกิดขึ้นทุก ๆ ครึ่งคลื่นซึ่งจะทำให้ค่ากระแสลดลงเป็นศูนย์ 5) ไทรแอคถูกกระตุ้นให้ทำงานได้ทั้งสัญญาณไฟบวกและลบที่ป้อนให้ขาเกตโดยไม่คำนึงถึง ขั้วที่ต่ออยู่กับขา MT1 และ MT2 6) ไทรแอคสามารถทนการกระชากของกระแสได้สูงประมาณ 10 เท่าของค่ากระแสพิกัด ยกตัวอย่างเช่น ไทรแอคที่ทนกระแสพิกัดปกติได้ 10 แอมแปร์ (rms) จะสามารถทนการกระชากของกระแสใน ช่วงหนึ่ง ของไฟสลับความถี่ 60 เฮิร์ต ได้สูงถึง 100 แอมแปร์ เป็นต้น 7) ไทรแอคมักถูกนำไปใช้กับแหล่งจ่ายไฟที่มีค่ากระแสสูง ๆ ดังนั้นสิ่งที่ต้องระวังอย่างยิ่งก็คือ เรื่องของการระบายความร้อน เนื่องจากไทรแอคสามารถทำงานได้ทั้งแรงดันด้านบวกและแรงดันด้านลบของไฟฟ้ากระแสสลับการ ต่อวงจรประยุกต์ใช้งานไทรแอคโดยส่วนใหญ่จึงนิยมนำไปใช้งานเป็นสวิตช์เพื่อควบคุมกำลังไฟฟ้ากระแสสลับ เพราะไทรแอคสามารถปิด-เปิดวงจรได้เร็วกว่าสวิตช์ธรรมดาหลายร้อยเท่า ยกตัวอย่างเช่น วงจรควบคุมการ ตัดต่อกระแสของฮีทเตอร์ วงจรควบคุมความเร็วมอเตอร์แบบ 1 เฟส และวงจรควบคุมความสว่างของหลอดไฟ หรือวงจรหรี่ไฟ เป็นต้น 1) โครงสร้าง วงจรการประยุกต์ใช้งานไทรแอคที่สมบูรณ์มีโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญคล้ายกับวงจรการ ประยุกต์ใช้งานเอสซีอาร์ ดังนี้ 1.1) แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับทางด้านอินพุตผ่านขา MT2 และ MT1 ทำหน้าที่จ่ายไฟ ให้กับวงจรตามความต้องการของโหลด (RL ) 1.2) วงจรจุดชนวน (Trigger Circuit) คือ วงจรที่ทำหน้าที่จ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปกระตุ้นที่ขา เกตเพื่อควบคุมการนำกระแสจากขา MT2 ให้สามารถไหลผ่านไปยังขา MT1 ของไทรแอค โดยวงจรควบคุม การจ่ายกระแสไฟฟ้าไปกระตุ้นขาเกตถือเป็นหัวใจสำคัญของการควบคุมปริมาณกำลังไฟฟ้าที่ถูกจ่ายให้กับโหลด 1.3) วงจรคัทออฟ (Cutoff) คือ วงจรที่ทำให้ไทรแอคหยุดนำกระแส เนื่องจากในขณะที่ไทร แอคนำกระแสจะเกิดสภาวะกระแสไหลวน (Latching Current ) ทำให้มีปริมาณกระแสไหลผ่านไทรแอคอย่าง ต่อเนื่อง เราสามารถทำให้ไทรแอคหยุดนำกระแสได้ 2 วิธีคือ 1.3.1) การตัดแหล่งจ่ายไฟระหว่างขา MT2 กับ MT1 1.3.2) การลดค่ากระแสระหว่างขา MT1 กับ MT2 ให้มีค่าต่ำกว่าค่ากระแสโฮลดิ้ง (holding current) 1.4) ติดตั้งอุปกรณ์ช่วยระบายความร้อนให้กับไทรแอคหรือฮีทซิงค์ (heat sink) เป็นอุปกรณ์ ที่มีความจำเป็นอย่างมากในการใช้งานไทรแอคเนื่องจากไทรแอคจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นตามปริมาณของ กระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้ามาดังนั้นหากไม่มีการติดตั้งอุปกรณ์ช่วยระบายความร้อนอาจทำให้ไทรแอคเสียหายได้
การเลือกใช้อุปกรณ์ช่วยระบายความร้อนควรเลือกให้มีขนาดเหมาะสมกับค่าของกระแสสูงสุดที่ไหลผ่านตัวไทร แอค ลักษณะของอุปกรณ์ช่วยระบายความร้อนแสดงตามภาพที่ 5.23 ภาพที่ 5.23 อุปกรณ์ช่วยระบายความร้อนให้กับไทรแอคหรือฮีทซิงค์ (heat sink) (ที่มา: https://www.futurekitshop.com, 2562) โครงสร้างวงจรประยุกต์ใช้งานไทรแอคแสดงตามภาพที่ 5.24 ภาพที่ 5.24 โครงสร้างพื้นฐานวงจรประยุกต์ใช้งานไทรแอค แหล่งจ่ายไฟ ด้านอินพุต วงจรจุดชนวน วงจรคัทออฟ R1 ไดแอค RL MT1 Sw1 G 220 VAC MT2 C1 POT
2) คุณสมบัติ วงจรประยุกต์ใช้งานไทรแอคมีคุณสมบัติในการประยุกต์ใช้งานแบ่งเป็น 2 ลักษณะดังนี้ 2.1) วงจรประยุกต์ใช้งานไทรแอคให้มีคุณสมบัติทำหน้าที่เป็นสวิตช์ควบคุมการทำงาน ของโหลดที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ โดยไทรแอคจะทำหน้าที่เสมือนสวิตช์ในการเปิด-ปิดวงจร ซึ่งสามารถควบคุม การนำกระแสของไทรแอคได้โดยการจุดชนวนที่ขาเกตด้วยสัญญาณพัลซ์ไฟฟ้ากระแสตรงเพียงเล็กน้อย ดัง แสดงตามภาพที่ 5.25 (ก) วงจรไทรแอคทำหน้าที่เป็นสวิตช์ควบคุมระบบทำความร้อน (ข) อุปกรณ์ AC Solid State Relay ที่มีไทรแอคทำหน้าที่เป็นสวิตช์ควบคุม ภาพที่ 5.25 วงจรประยุกต์ใช้งานไทรแอคให้ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ควบคุมระบบทำความร้อน และอุปกรณ์ AC Solid State Relay heater L N MT2 MT1 R2 R3 Triac Opto-isolator R1 +5V puls D1 120VAC
หลักการทำงาน ตามภาพที่ 5.25 (ก) เป็นวงจรประยุกต์ใช้งานไทรแอคให้มีคุณสมบัติทำหน้าที่เป็น สวิตช์ควบคุมการทำงานของระบบทำความร้อน (heater) ซึ่งเป็นวงจรภายในของอุปกรณ์ AC Solid State Relay ตามภาพที่ 5.25 (ข) โดยมีหลักการทำงานดังนี้ เมื่ออุปกรณ์ opto-isolator ได้รับสัญญาณพัลซ์อินพุต ระดับแรงดัน +5 โวลต์ จะทำให้เกิดการนำกระแสจากแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับขนาด 120 โวลต์ ผ่านตัว ต้านทาน R2 เพื่อกระตุ้นให้ขาเกตของไทรแอคและทำให้ไทรแอคนำกระแสส่งผลให้มีกระแสไหลผ่านอุปกรณ์ ทำความร้อนหรือ heater ผ่านขา MT2 และ MT1 ครบวงจรและทำให้เกิดความร้อนขึ้นอย่างต่อเนื่อง การทำ ให้ heater หยุดทำงานสามารถทำได้ 2 วิธีคือ ตัดแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับขนาด 120 โวลต์ออกจากวงจร หรือหยุดจ่ายแรงดันสัญญาณพัลซ์อินพุตขนาด +5 โวลต์ทางฝั่งของอุปกรณ์ opto-isolator เพราะเมื่อไม่มี สัญญาณอินพุตมากระตุ้นที่ขาเกตไทรแอคจะหยุดทำงานเมื่อสัญญาณไฟสลับมีขนาดลดลงถึงจุดศูนย์ระหว่าง ครึ่งหนึ่งของสัญญาณด้านบวกและด้านลบหรือที่มุม 180 องศาของสัญญาณไซน์เวฟ 2.2) วงจรประยุกต์ใช้งานไทรแอคให้มีคุณสมบัติทำหน้าที่เป็นสวิตช์ควบคุมกำลังไฟฟ้า กระแสสลับหรือการควบคุมเฟส ซึ่งสามารถใช้ได้กับระบบไฟสลับ 1 เฟส และ 3 เฟส โดยไทรแอคสามารถ นำกระแสได้ทั้งด้านบวกและด้านลบของไฟสลับ และสามารถใช้ไทรแอคเพียงตัวเดียวในการควบคุม กำลังไฟฟ้ากระแสสลับ 1 เฟส ช่วยให้สะดวกในการทำงานและการจัดรูปแบบวงจร ถ้ามีการควบคุมจังหวะ การกระตุ้นขาเกตของไทรแอคที่มุมเฟสต่างกันอย่างถูกตอ้งก็จะทำให้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่จ่ายผ่านไปยัง โหลดเกิดกำลังไฟฟ้าที่มีปริมาณแตกต่างกัน สามารถควบคุมกำลังไฟฟ้าให้เกิดขึ้นกับภาระได้ตามต้องการ ตัวอย่างวงจรประยุกต์ใช้งานไทรแอคดังแสดงตามภาพที่ 5.26 ภาพที่ 5.26 วงจรประยุกต์ใช้งานไทรแอคควบคุมความเร็วมอเตอร์ R1 VAC R2 มอเตอร์ Triac C1 Diac D1 M C2 C3 R4 R3 S1 MT2 MT1 VL VG
หลักการทำงาน ตามภาพที่ 5.26 แสดงวงจรควบคุมความเร็วยูนิเวอร์แซลมอเตอร์ใช้กับแรงดันไฟฟ้า กระแสสลับ โหลดของวงจรคือมอเตอร์ M ต่ออนุกรมกับไทรแอค มี R1 , R2 , C1 เป็นชุดควบคุมและหน่วง เวลา โดยแรงดันจะจ่ายให้ไดแอค D1 ไปกระตุ้นที่ขาเกตของไทรแอคเพื่อควบคุมมอเตอร์ M ให้หมุนใน ความเร็วตามต้องการ R3 และ C2 เป็นวงจรช่วยควบคุมแรงดันที่จ่ายมาจาก C1 ให้มีความคงที่มากขึ้น R4 และ C3 เป็นวงจรป้องกันไทรแอคจากกระแสและแรงดันย้อนกลับ และจำกัดอัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้า กระแสสลับ ซึ่งทำหน้าที่เป็นสวิตช์หยุดการทำงาน ไม่ให้เกินค่าปลอดภัยที่เกิดจากการเหนี่ยวนำของ สนามแม่เหล็กในตัวมอเตอร์M เมื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับให้วงจร C1 ถูกควบคุมแรงดันที่ไปประจุโดย R1 และ จากการปรับค่าความต้านทาน R2 ถ้าปรับ R2 ให้มีค่าความต้านทานสูงขึ้น C1 จะประจุแรงดันช้าลง ทำให้ แรงดันถึงค่าแรงดันเบรกโอเวอร์ที่ไดแอคช้าลง ส่งผลต่อการทำงานของไทรแอคช้าตามไปด้วยนั่นคือ กำลังไฟฟ้าที่จ่ายไปให้ตัวมอเตอร์ M มีค่าน้อยลง มอเตอร์ M จะหมุนช้า ถ้าปรับ R2 ให้มีความต้านทานต่ำลง C1 จะประจุแรงดันได้เร็วขึ้น แรงดันถึงค่าแรงดันเบรกโอเวอร์ที่ไดแอคเร็วขึ้น ส่งผลต่อการทำงานของไทรแอค เร็วตามไปด้วย กำลังไฟฟ้าที่จ่ายให้มอเตอร์M มีค่ามากขึ้น มอเตอร์M จะหมุนเร็วขึ้น เมื่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจากแหล่งจ่าย VAC ลดลงเป็นศูนย์โวลต์และเริ่มเปลี่ยนขั้ว แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับใหม่ สนามแม่เหล็กในตัวมอเตอร์ M จะยุบตัวต่อผ่านขดลวดในตัวมอเตอร์ M เกิด แรงดันไฟฟ้าชักนำ (Electromotive Force ; EMF) ขึ้นมา มีขั้วแรงดันเกิดขึ้นตรงข้ามกับแรงดันจาก แหล่งจ่าย VAC แรงดันไฟฟ้าชักนำเกิดการต้านกับแรงดันจากแหล่งจ่าย VAC ในจังหวะนี้แรงดันที่ประจุไว้ใน C3 จะคายประจุออกมาต้านแรงดันไฟฟ้าชักนำที่จ่ายออกมาจากมอเตอร์ M ช่วยป้องกันไทรแอคหยุดทำงานเร็ว เกินไป จนกว่าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่แหล่งจ่าย VAC จะตกลงเป็น 0 โวลต์ไทรแอคจะหยุดทำงานและไม่ นำกระแส การควบคุมความเร็วมอเตอร์ M ของวงจร ทำได้โดยการปรับเปลี่ยนเวลา และมุมเฟส ของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ไปทำให้ไดแอค และไทรแอคทำงานเปลี่ยนแปลงไป ส่งผลต่อกำลังไฟฟ้าที่ตก คร่อมตัวมอเตอร์M เปลี่ยนแปลงตามไปด้วย มอเตอร์ M จะมีความเร็วเปลี่ยนแปลงไป ลักษณะแรงดันไฟฟ้าที่ เกิดขึ้นแสดงตามภาพที่ 5.27
ภาพที่ 5.27 ลักษณะแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นตามจุดต่าง ๆ ในวงจร สรุป เอสซีอาร์ ไทรแอค และไดแอค เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่อยู่ในกลุ่มของไทรีสเตอร์ มีโครงสร้าง ภายในประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด P และ N เรียงกัน 4 ชั้น การนำกระแสจำเป็นต้องมีวงจรจุดชนวน ที่ขาเกท ส่วนไดแอคนั้นนำกระแสโดยอาศัยค่าแรงดันพังทลาย (VBO) การใช้งานเอสซีอาร์นิยมนำไปใช้ ควบคุมกำลังไฟฟ้ากระแสตรงเนื่องจากเอสซีอาร์นำกระแสได้ทิศทางเดียว ส่วนไทรแอคสามารถนำกระแส ได้สองทิศทางจึงนิยมนำไปใช้ในวงจรควบคุมกำลังไฟฟ้ากระแสสลับ โดยวงจรการใช้งานของอุปกรณ์ทั้ง สองชนิดที่กล่าวมาจะมีไดแอคเป็นส่วนประกอบในวงจรจุดชนวนที่ขาเกท วงจรการประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ไทรีสเตอร์มีส่วนประกอบของวงจรที่เป็นโครงสร้างหลัก 3 ส่วน ได้แก่ แหล่งจ่ายไฟฟ้า วงจรจุดชนวน และวงจรคัตออฟ โดยเอสซีอาร์จะถูกใช้ในวงจรควบคุมกำลังไฟฟ้า กระแสตรงหรือวงจรเรียงกระแสแบบควบคุมได้ ส่วนไทรแอคจะถูกใช้ในวงจรควบคุมกำลังไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งทั้งเอสซีอาร์และไทรแอคสามารถควบคุมการทำงานด้วยออกแบบวงจรกำหนดค่าเวลาในการใช้แรงดันไป กระตุ้นที่ขาเกตให้ทำงานที่มุมหรือเฟสต่างกันทำให้สามารถควบคุมกำลังไฟฟ้าที่จ่ายไปยังโหลดได้ตามต้องการ ส่วนไดแอคถูกนำไปใช้งานเป็นอุปกรณ์ต่อร่วมที่ขาเกตของเอสซีอาร์และไทรแอคเพื่อทำหน้าที่เป็นตัว ป้องกันกระแสกระโชกจำนวนมากผ่านขาเกตซึ่งจะทำให้เอสซีอาร์และไทรแอคชำรุดเสียหายได้ 0 0 VAC VG t t - + + - 30o 90o 140o มุมหน่วงเวลา 0 + - VL t