ที่มา : วารสาร SEMICONDUCTER ฉบับที่ 92 เดือน พฤษภาคม - มิถุนายน พ.ศ. 2532

หน้าแรก
การออกแบบวงจรใน ลักษณะอะซิงโครนัส
การออกแบบวงจรใน ลักษณะซิงโคนัส
ตัวอย่างวงจรที่ใช้งาน แบบอะซิงโคนัส
ตัวอย่างวงจรที่ใช้งาน แบบซิงโคนัส
วงจรหรี่ไฟ
วงจรควบคุมความเร็ว ของยูนิเวอร์แซลมอเตอร์

การออกแบบวงจรในลักษณะซิงโครนัส

วงจรในรูปที่ 9 ถึง 18 แสดงถึงการทริกให้ไตรแอกทำงานในลักษณะที่ซิงโครนัสกับสัญญาณไฟสลับที่ให้

รูปที่ 9 การทริกโดยใช้วงจรตรวจจับการตัดศูนย์ซึ่งจะทำงานเมื่อสวิตช์ S1 ถูกปิดวงจรลง

รูปที่ 9 เป็นวงจรแบบซิงโครนัสที่ทำการทริกที่จุดใกล้กับจุดตัดศูนย์ของสัญญาณไฟสลับ กระแสที่ใช้ในการทริกที่เกตของไตรแอกนั้น ได้มาจากส่วนของแรงดันไฟตรง 10 โวลต์ ที่ประกอบด้วย R1, D1, D2 และ C1 กระแสในการทริกนี้ถูกจ่ายออกมาจากทรานซิสเตอร์ Q1 ที่ถูกควบคุมให้ทำงานด้วย สวิตช์ S1 และวงจรตรวจจับการตัดศูนย์ ที่ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ 3 ตัวคือ Q2, Q3 และ Q4

ทรานซิสเตอร์ Q1 จะป้อนกระแสให้แก่เกตของไตแอกก็ต่อเมื่อสวิตช์ S1 ถูกปิดวงจรลง และ Q4 จะต้องหยุดทำงานด้วย การทำงานของวงจรตรวจจับการตัดศูนย์ คือทรานซิสเตอร์ Q2 หรือ Q3 จะทำงานเมื่อสัญญาณไฟสลับที่ให้เริ่มเข้ามาเป็นบวกหรือลบ ในค่าแรงดันประมาณ 2 - 3 โวลต์ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการปรับค่าความต้านทาน VR1 ในวงจรในกรณีทั้งสองนี้จะทำให้ Q4 ทำงานเนื่องจากกระแสเบสที่ไหลผ่าน R3 ซึ่งจะเป็นตัวไปหยุดการทำงานของ Q5 จะเห็นได้ว่าไตรแอกจะถูกกระตุ้นให้ทำงานเมื่อสวิตช์ S1 ถูกปิดวงจรอยู่และจะต้องอยู่ในช่วงขณะที่ Q4 ยังไม่เริ่ม ทำงาน การกระตุ้นให้ไตรแอกทำงานในลักษณะนี้จะเป็นการลดผลที่เกิดขึ้นจาก RFI ให้มีค่าต่ำที่สุด

รูปที่ 10 การดัดแปลงวงจรรูปที่ 9 ให้ทำงานเมื่อ S1 ถูกเปิดวงจรออก

ส่วนวงจรในรูปที่ 10 แสดงถึงวิธีการดัดแปลงวงจรจากรูปที่ 9ให้มีลักษณะการทำงานกลับคือ ไตรแอกจะถูกกระตุ้นให้ทำงานได้ก็ต่อเมื่อสวิตช์ S1 ถูกเปิดออก วงจรทั้งสองรูปนี้จะทำการกรตุ้นให้ไตรแอกทำงานด้วยกระแสที่มีลักษณะเป็นพลัส์แคบ ๆ เท่านั้นดังนั้นค่าเฉลี่ยของกระแสไฟตรงที่ใช้จึงมีค่าต่ำมากประมาณ 1 มิลลิแอมป์หรือมากกว่าเล็กน้อย และสวิตช์ S4 ที่อยู่ในวงจรสามารถเปลี่ยนไปใช้เป็นอิเล็กทรอนิกส์สวิตช์ที่สามารถควบคุมการทำงานจากความร้อน แสง เสียง เวลาและอื่น ๆ ได้โดยง่ายทั้งสามารถใช้ออปโต้ไดโซเลเตอร์ ในการแยกวงจรออกจากกันเพื่อป้องกันอันตรายได้เช่นกัน

ปัจจุบันได้มีการสร้างไอซีขึ้นเพื่อใช้ทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นให้แก่ไตรแอกโดยภายในประกอบด้วย ส่วนของวงจรตรวจจับการตัดศูนย์ ประกอบสำเร็จอยู่ภายในเรียบร้อย แล้วซึ่งสะดวกต่อการนำไปใช้งานมาก ไอซีประเภทนี้มีอยู่หลายเบอร์ด้วยกันเช่น CA3059 และ TDA1024 ไอซีทั้งสองนี้ภายในจะประกอบด้วยส่วนสร้างแรงดัน ไฟตรงที่ใช้ในการจ่ายให้แก่วงจรภายในทั้งหมด วงจรตรวจจับการตัดศูนย์ และส่วนของวงจรที่จับกระแสในการใช้กระตุ้นเกตของไตรแอก

รูปที่ 11 แสดงวงจรภายในของไอซีเบอร์ CA3059

ในรูปที่ 11 แสดงถึงวงจรภายในของไอซีเบอร์ CA3059 และการต่อร่วมกับวงจรภายนอก โดยไฟสลับจะต่อเข้ากับขา 5 โดยผ่านความต้านทาน Rs ซึ่งเป็นตัวกำหนดกระแสไม่ให้มากเกินไปปกติ จะใช้ค่าประมาณ 20 กิโลโอห์ม 5 วัตต์ สำหรับไฟ 220 โวลต์ ซีเนอร์ไดโอด D1 และ D2 ต่อกันอยู่ในลักษณะหันหลังชนกัน เพื่อทำหน้าที่เป็นตัวป้องกันไม่ให้แรงดันที่ขา 5 นี้มีค่าเกิน ฑ8 โวลต์ ในช่วงบวกของสัญญาณไฟสลับที่เข้ามา ไดโอด D7 และ D13 ทำหน้าที่เรกติฟายทำให้แรงดันคร่อม C1 มีค่าเป็น 6.5 โวลต์ วงจรส่วนนี้จะทำหน้าที่เป็นตัวจ่ายแรงดันไฟตรงให้แก่วงจรภายในทั้งหมด รวมทั้งกระแสที่ใช้ในการกระตุ้นการทำงานของไตรแอกด้วยซึ่งจะใช้กระแสเพียง 2 - 3 มิลลิแอมป์ เท่านั้น

ปริดจ์เรกติฟายเออร์ D3 - D6 และทรานซิสเตอร์ Q1 ทำหน้าที่เป้นส่วนตรวจจับการตัดศูนย์ โดย Q1 จะถูกป้อนกระแสให้ทำงานในลักษณะอิ่มตัวเมื่อแรงดันที่ขา 5 มีค่าเป็น -3 โวลต์ กระแสที่ถูกขับให้ไปกระตุ้นขาเกตของไตรแอกภายนอกนั้น ถูกต่ออยู่กับขา 4 โดยทรานซิสเตอร์ Q8 และ Q9 ที่ต่อกันอยู่แบบดาร์ลิงตัน กระแสนี้จะถูกขับออกมาเมื่อ Q7 หยุดทำงาน โดยที่เมื่อ Q1 เริ่มทำงานเนื่องจากแรงดันที่ขา 5 มีค่าเป็น - 3 โวลต์ นั้น Q6 จะหยุดทำงานซึ่งจะทำให้ Q7 เริ่มทำงานแทนในลักษณะอิ่มตัว เนื่องจากกระแสที่ไหลผ่าน R7 ดังนั้นก็จะไม่มีกระแสขับออกจากขา 4

ในการกระตุ้นเกตของไตรแอกให้ทำงานนั้นจะเกิดขึ้น เฉพาะที่จุดที่แรงดันของขา 5 มีค่าใกล้ศูนย์ โดยจะจ่ายกระแสออกมาในลักษณะเป็นพัลส์แคบ ๆ ในจุดที่ใกล้จุดตัดศูนย์นั้น

ส่วนทรานซิสเตอร์อื่น ๆ เช่น Q2 - Q5 ถูกต่ออยู่ในลักษณะของดิฟเฟอเรนเชียลแอมป์ หรือทำหน้าที่เป็นวงจรเปรียบเทียบระดับแรงดัน โดยมีความต้านทาน R3 และ R4 เป็นตัวจ่ายกระแสให้แก่วงจรส่วนนี้ ขาอีมิตเตอร์ของ Q4 ทำหน้าที่เป็นตัวขับกระแสเบสให้แก่ Q1 ซึ่งจะหยุดการทำงานได้ก็ต่อเมื่อจะต้องทำให้ แรงดันที่ขา 9 มีค่าเป็นบวกเมื่อเทียบกับแรงดันที่ขา 13 หรืออาจหยุดการทำงานของระบบได้โดยป้อนระดับแรงดันเป็นบวกให้แก่ขา 1 และ/หรือขา 14 จากภายนอกก็ได้เช่นกัน

รูปที่ 12 การใช้ CA3059 ทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นการทำงานของไตรแอก

ในรูปที่ 12 และ 13 ได้แสดงถึงการนำเอาไอซี CA3059 ไปใช้งานในการกระตุ้นการทำงานของไตรแอก ในลักษณะควบคุมจากสวิตช์ที่ปิด / เปิดด้วยมือ ทั้งสองวงจรนี้ใช้สวิตช์ S1 ในการควบคุมการทำงานของ CA3059 โดยในวงจรรูปที่ 12 นั้น แรงดันที่ขา 9 จะมีค่าประมาณครึ่งหนึ่งของแรงดันที่ขา 2 เนื่องจากขา 9ฒ 10 และ 11 ถูกต่อเข้าด้วยกัน และความต้านทานภายในที่ขา 10 และ 11มีค่าใกล้เคียงกัน (ดูจากวงจรภายในของ CA3059 ในรูปที่ 11 ) ส่วนที่ขา 13 ถูกกำหนดแรงดันจากอัตราส่วนของความต้านทาน R2 และ R3 ที่ถูกควบคุมจากสวิตช์ S1 เมื่อ S1 นี้เปิดวงจรอยู่นั้นแรงดันที่ขา 13 จะมีค่าเป็นลบเมื่อเทียบกับขา 9 ซึ่งเป็นการหยุดการทำงานของ CA3059 แต่เมื่อ S1 ถูกปิดวงจรลงแรงดันที่ขา 13 จะเป็นบวกเมื่อเทียบกับขา 9 ดังนั้นไตรแอกจึงถูกกระตุ้นให้ทำงาน

รูปที่ 13 การต่อวงจรของ CA3059 อีกรูปแบบหนึ่งที่มีการทำงานเช่นเดียวกับวงจรในรูปที่ 12

ส่วนวงจรในรูปที่ 13 นั้น แรงดันที่ขา 13 จะมีค่าประมาณครึ่งหนึ่งของที่ขา 2 และขา 9 จะมีแรงดันขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของความต้าน R2 และ R3 ที่ถูกควบคุมจากสวิตช์ S1 ซึ่งการต่อวงจรในลักษณะนี้จะทำให้การทำงานเป็นเช่นเดียวกับวงจรในรูปที่ 12 นั่นคือ ไตรแอกจะถูกระตุ้นให้ทำงานในขณะที่สวิตช์ S1 ถูกปิดลง ในทั้งสองวงจรนี้สวิตช์ S1 จะมีแรงดันที่ตกคร่อมสูงสุดประมาณ 6 โวลต์ และกระแสไหลผ่านประมาณ 1 มิลลิแอมป์ และเนื่องจากผลของ C2 จึงทำให้เกิดการหน่วงเวลาแก่สัญญาณพัลส์ไปกระตุ้นเกต ของไตรแอกให้เกิดขึ้นหลังจากจุดตัดศูนย์ผ่านไปเล็กน้อย

ขอให้สังเกตในรูปที่ 13 นี้ ไตรแอกจะทำงานได้เมื่อสวิตช์ S1 ทำหน้าที่เป็นตัวต่อให้ความต้านทาน R3 นี้เข้ากับจุดที่มีแรงดันต่ำ และเมื่อต้องการหยุดการทำงานของไตรแอกก็เพียงแต่ปล่อย R3 นี้ให้ลอยไว้โดยไม่ต่อกับอะไร

รูปที่ 14 การใช้ทรานซิสเตอร์ในการควบคุมการทำงานของ CA3059

รูปที่ 15 การใช้ออปโต้โซเลเตอร์ในการควบคุมการทำงานของ CA3059

วงจรในรูปที่ 14 และ 15 เป็นการนำเอาอุปกรณ์อื่นมาทำหน้าที่แทนสวิตช์ S1 โดยในรูปที่ 14 เป็นการใช้ทรานซิสเตอร์ Q1 ในการควบคุมการทำงานของไตรแอก และทรานซิสเตอร์นี้ สามารถควบคุมได้จากสัญญาณควบคุมระดับ 5 โวลต์ ส่วนในรูปที่ 15 เป็นการใช้ออปโต้ไอโซเลเตอร์ ซึ่งสัญญาณควบคุมระดับ 5 โวลต์ ส่วนในรูปที่ 15 เป็นการใช้ออปโต้โซเลเตอร์ ซึ่งสัญญาณควบคุมของทั้งสองวงจรนี้ อาจได้จากการป้อนแรงดันเข้าโดยตรง หรืออาจได้จากวงจรดิจิตอลทั่ว ๆ ไปก็ได้

รูปที่ 16 การใช้ออปโต้โซเลเตอร์ ในการควบคุมการทำงานของ TDA1024

รูปที่ 16 แสดงถึงการใช้งานของไอซี TDA1024 ในการกระตุ้นการทำงานของไตรแอก โดยควบคุมด้วยออปโต้ไอโซเลเตอร์ ซึ่งการทำงานเป็นเช่นเดียวกับ CA3059 คือใช้เทคนิคในการตรวจจับจุดตัดศูนย์ของสัญญาณไฟสลับที่ให้เช่นกัน

การใช้งานอีกแบบหนึ่งของ CA3059 ที่ทำให้ไตรแอกสามารถทำหน้าที่เป็นสวิตช์ควบคุมการจ่ายไฟให้แก่โหลดโดยถูกกระตุ้นให้ทำงาน เมื่อแสงดสว่างหมดไปหรือ แสงสว่างน้อยกว่าที่กำหนดได้แสดงไว้ในรูปที่ 17 และ 18 ในการออกแบบวงจรทั้งสองนี้ จะใช้ดิฟเฟอเรนเชียลแอมป์ที่อยู่ภายในของ CA3059 นั้นทำหน้าที่เป็นตัวเปรียบเทียบ ระดับแรงดันเพื่อใช้ในการควบคุมการทำงานของไตรแอก

รูปที่ 17 วงจรกระตุ้นการทำงานเมื่อแสงสว่างหมดไป

วงจรในรูปที่ 17 ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ควบคุมธรรมดา โดยแรงดันที่ขา 9 มีค่าประมาณครึ่งหนึ่งของแรงดันที่ขา 2 ส่วนแรงดันที่ขา 13 จะถูกควบคุมจากอัตราส่วน ของความต้านทาน R2 + VR1 และ R3 + R4 ในที่นี้ R3 เป็นความต้านทานที่เปลี่ยนค่าไปตามความเข้มของแสงที่ตกกระทบตัวมัน ซึ่งเรียกว่า LDR (Light Dependent Resistor) เมื่อแสงสว่างมาก R4 จะมีค่าลดลงทำให้แรงดันที่ขา 13 นี้มีค่าต่ำกว่าขาที่ 9 ดังนั้นไตรแอกจะไม่ทำงาน (หรือหยุดทำงาน)

ในทางกลับกันเมื่อแสงสว่างลดลงหรือหมดไป R3 จะมีค่าสูง ดังนั้นแรงดันที่ขา 13 จึงมีค่าสูงกว่าที่ขา 9 ไตรแอกจะถูกกระตุ้นให้ทำงาน วงจรนี้สามารถปรับระดับ ความเข้มของแสงที่จะเป็นตัวกำหนดให้ไตรแอกทำงาน หรือหยุดทำงานได้โดยการปรับค่าความต้านทาน VR1 ขอให้สังเกตว่าวงจรที่17 นี้ มีจุดทำงานอยู่ระดับเดียวนั่นคือ เมื่อความเข้มของแสงต่ำกว่าระดับนี้ไตรแอกจะทำงานแต่ถ้าสูงกว่าระดับนี้ไตรแอกจะหยุดทำงาน

รูปที่ 18 วงจรกระตุ้นการทำงานเมื่อแสงสว่างหมดไปอีกแบบหนึ่งที่มีฮิสเทอรีซิส

ส่วนวงจรในรูปที่ 18 เป็นการดัดแปลงวงจรที่ทำให้ลักษณะการทำงานเป็นแบบฮิสเทอรีซิส (hysteresis) นั่นคือระดับความเข้มของแสงที่จะทำให้ไตรแอกทำงานหรือ หยุดทำงานนั้นเป็นคนละระดับกัน ทั้งนี้เพื่อเป็นการป้องกันการทำงานผิดพลาดอันเนื่องมาจากมีเงามาบังแสงในช่วงเวลาสั้น ๆ