Triac

Ein Triac ist ein elektronischer Halbleiterschalter, der Strom in beide Richtungen durch ein einzelnes Bauelement leiten kann. Anders als ein standard Thyristor, der Strom in Sperrrichtung blockiert, enthält ein Triac zwei Thyristorstrukturen parallel, ausgerichtet zum Stromfluss unabhängig von der Polarität. Nach Auslösung durch ein kleines Gatespannungssignal bleibt er leitend, bis der Strom auf natürliche Weise unter die Haltespannung fällt, typischerweise beim Nulldurchgang der Netzspannung.

Der Name stammt von "triode for alternating current". Die drei Anschlüsse sind die Anode (Hauptanschluss 1), Kathode (Hauptanschluss 2) und Gate. In der Praxis sind beide Hauptanschlüsse austauschbar, da das Bauelement bidirektional leitet. Das Gate behält eine einzelne Polaritätskonvention zum Auslösen bei, wobei jedoch beide Gatepolmärkunten das Bauelement abhängig von der Stromflussrichtung auslösen können.

Triacs sind das Standardbauelement in Wechselstromregelkreisen. Sie werden in Lichtdimmern, Drehzahlreglern für Lüfter, Heizungsreglern und Motor-Sanftanlaufgeräten eingesetzt. Durch Auslösen des Gates an verschiedenen Stellen in jedem Netzzyklus steuern Sie den Anteil des Zyklus, in dem Strom fließt, und beeinflussen damit die durchschnittliche Leistung an die Last. Ein Triac leitet die gesamte Sinuswelle, wenn er nahe am Anfang ausgelöst wird; er blockiert die meiste davon, wenn er nahe beim Nulldurchgang ausgelöst wird.

Praktische Einschränkungen und Ausfallarten

Triacs haben Nennwerte für Dauerström (typischerweise 4 bis 40 A in allgemeinen Industriebaugruppen) und Spitzengateström. Die Spannungsänderungsgeschwindigkeit (dv/dt) ist kritisch: Wenn sich die Spannung über dem Bauelement ohne Gateauslösung zu schnell ändert, kann das Bauelement unbeabsichtigt zünden, weil Sperrschichtkapazitäten wirken. Industrietriacs werden daher häufig mit Snubbernetzwerken (Widerstand und Kondensator in Reihe) über ihren Anschlüssen kombiniert, um dv/dt auf sichere Werte zu begrenzen, besonders in Induktivschaltkreisen.

Triacs neigen zum Verriegeln bei hohen Temperaturen und können durch übermäßigen Gateström, Gatesperrspannung über dem zulässigen Grenzwert oder Stoßströme über ihrem Spitzennichtwiederkehr-Stromgrenzwert zerstört werden. Viele fallen kurzgeschlossen aus (leiten dauernd), was gefährlich ist, weil die Last dauerhaft eingeschaltet bleibt. Kapazitive Lasten, üblich in Blindstromkompensationsschaltkreisen, können die Lebensdauer des Triacs erheblich verschlechtern, wegen der hohen dv/dt-Belastung bei Ausschaltung.

Das Bauelement wird in Hochleistungsanwendungen weitgehend von isolierten Gate-Bipolartransistoren (IGBTs) und Gate-Turn-off-Thyristoren (GTOs) verdrängt, da diese aktive Kommutierung und bessere Kontrolle ermöglichen. Jedoch sind Triacs bei Niedrigleistungs-Wechselstromschaltung unterhalb von etwa 50 A weiterhin etabliert, da sie nur minimale Stützschaltkreise und keine erzwungene Kommutierung benötigen.