בקרת שלב טריאק באמצעות זמן פרופורציונאלי של PWM

בקרת פאזי טריאק באמצעות מעגל PWM יכולה להיות שימושית רק אם היא מיושמת באמצעות פורמט פרופורציונלי בזמן, אחרת התגובה יכולה להיות אקראית ולא יעילה.

בכמה ממאמרי קודמים כמפורט להלן:

מעגל רגולטור למאוורר בשלט רחוק פשוט

ווסת מאוורר עם לחצן תצוגה

מעגל דימר לנורות לד

דנתי בנוגע לשימוש ב- PWM להפעלת מעגל בקרת פאזי טריאקי, אולם מכיוון שהתכנונים לא כללו טכנולוגיה פרופורציונאלית בזמן, התגובה ממעגלים אלה עשויה להיות בלתי יציבה ולא יעילה.

במאמר זה אנו לומדים כיצד לתקן אותו באמצעות תיאוריה פרופורציונאלית בזמן כך שהביצוע נעשה בצורה מחושבת היטב וביעילות רבה.

מהי בקרת שלב פרופורציונאלית באמצעות טריאקים או תיריסטורים?

זוהי מערכת בה הטריאק מופעל באורכים מחושבים של פולסי PWM המאפשרים לטריאק להתנהל לסירוגין באורכים ספציפיים של תדר הרשת 50/60 הרץ, כפי שנקבע על ידי עמדות הדופק של PWM ותקופות הזמן.

תקופת ההולכה הממוצעת של הטריאק קובעת לאחר מכן את התפוקה הממוצעת שעבורה ניתן להניע או לשלוט בעומס, ואשר מבצעת את בקרת העומס הנדרשת.

לדוגמא, כידוע כי שלב הרשת מורכב מ- 50 מחזורים לשנייה, ולכן אם הטריאק מופעל לסירוגין במשך 25 פעמים עם קצב של מחזור 1 ON ו- 1 מחזור OFF תקופות, ניתן היה לצפות שהעומס יהיה להיות נשלט עם 50% כוח. באופן דומה ניתן ליישם פרופורציונלים אחרים של זמן OFF עבור ייצור כמויות מקבילות של כניסות הספק גבוהות או נמוכות יותר לעומס.

בקרת פאזות פרופורציונליות בזמן מיושמת באמצעות שני מצבים, מצב סינכרוני ומצב אסינכרוני, כאשר מצב סינכרוני מתייחס להפעלת הטריאק במעברי אפס בלבד, בעוד שבמצב האסינכרוני הטריאק אינו מוחלף באופן ספציפי במעברי אפס, אלא מיידי בכל מיקומים אקראיים, במחזורי הפאזה בהתאמה.

במצב האסינכרוני, התהליך עשוי לגרום לרמות משמעותיות של RF, בעוד שזו עשויה להיות מופחתת באופן משמעותי או נעדרת במצב הסינכרוני עקב החלפת אפס המעבר של הטריאק.

במילים אחרות, אם הטריאק אינו מופעל באופן ספציפי במעברי אפס, אלא בכל ערך שיא אקראי, הדבר עלול לגרום לרעש RF באטמוספירה, לכן מומלץ תמיד להשתמש מעבר מעבר אפס כך שאפשר יהיה לבטל רעש RF במהלך פעולות הטריאק.

איך זה עובד

האיור הבא מראה כיצד ניתן לבצע בקרת שלב פרופורציונלית בזמן באמצעות PWMs מתוזמנים:

1) צורת הגל הראשונה באיור שלעיל מציגה אות פאזה רגיל של 50Hz AC המורכב מפסגה של 330V סינוסואידית שעולה ויורדת, ודופק חיובי ושלילי, ביחס לקו האפס המרכזי. קו אפס מרכזי זה נקרא כקו אפס מעבר לאותות שלב AC.

ניתן לצפות מהטריאק שינהל את האות המוצג ברציפות אם ההדק DC של השער שלו הוא רציף ללא הפסקות.

2) האיור השני מראה כיצד ניתן לאלץ טריאק להתנהל רק במהלך מחזורי חצי חיוביים בתגובה למפעילי השער שלו (PWM מוצג באדום) בכל מעברי אפס חיוביים חלופיים של מחזורי הפאזה. התוצאה היא בקרת פאזה של 50% .

3) האיור השלישי מראה תגובה זהה בה מתוזמנים הפולסים לייצר לסירוגין בכל מעבר אפס שלילי של שלב ה- AC, מה שמביא גם לבקרת פאזה של 50% לטריאק ולעומס.

עם זאת הפקת PWMs מתוזמנות כאלה בצמתים שונים של אפס חישוב מחושב יכולה להיות קשה ומורכבת, ולכן גישה קלה לרכישת כל חלק רצוי של בקרת פאזה היא להפעיל רכבות דופק מתוזמנות כפי שמוצג באיור הרביעי לעיל.

4) באיור זה ניתן לראות פרצים של 4 PWM לאחר כל מחזור פאזה חלופי המביא להפחתה של כ- 30% בפעולת הטריאק וזהה בעומס המחובר.

יכול להיות מעניין לשים לב שכאן 3 הנקודות האמצעיות של הפולסים הן פולסים חסרי תועלת או לא יעילים מכיוון שלאחר הדופק הראשון הטריאק ננעל ולכן לפולסים האמצעיים 3 אין השפעה על הטריאק, והטריאק ממשיך להתנהל עד לאפס הבא. מעבר במקום בו הוא מופעל על ידי הדופק החמישי (האחרון) המאפשר לטריאק להיצמד למעגל השלילי הבא. אחרי זה ברגע שמגיעים למעבר האפס הבא, היעדר PWM נוסף מעכב את ההתנהלות של הטריאק והוא מנותק, עד שהדופק הבא במעבר האפס הבא שפשוט חוזר על התהליך לטריאק ופעולות בקרת השלב שלו .

באופן זה ניתן לייצר רכבות דופק אחרות מסוג PWM עבור שער הטריאק כך שניתן ליישם אמצעים שונים של בקרת פאזה לפי העדפה.

באחד המאמרים הבאים נלמד על מעגל מעשי להשגת בקרת פאזי הטריאק הנדונים לעיל תוך שימוש במעגל PWM פרופורציונלי.