Universelles Ansteuermodul für Triacs mit ATmega
über
Jeder Elektroniker weiß halbwegs, was ein Thyristor und ein Triac ist, wie sie funktionieren und wo man sie einsetzt. Weil diese Bauteile aber enorme Möglichkeiten bieten, werden sie nur von Spezialisten richtig ausgereizt. Da Thyristoren heute meist nur in Spezialfällen bei sehr hohen Spannungen (>1 kV) und Strömen (viele kA) eingesetzt werden, dreht sich dieser Beitrag ausschließlich um Triacs.
Zunächst geht es um die Grundfunktion eines Triacs und relevante Parameter. Anschließend wird dann die Elektronik des Ansteuermoduls beschrieben. Bild 1 zeigt den fertigen Prototypen. Die Kombination aus ATmega und Triac erlaubt viele Funktionen: Je nach Firmware kann das Modul als einfacher (Remote-)Schalter, Timer, Dimmer oder Softstart-Modul zum Schalten induktiver Lasten wie Trafos oder Motoren eingesetzt werden.
Grundlagen
Ein Triac ist ein Halbleiter-Schalter, der den Strom in durchgeschaltetem Zustand in beiden Richtungen leitet – folglich ein echter Wechselstromschalter. Durch die beiden Elektroden T1 und T2 (von Terminal) fließt der (Last-)Strom. Diese Elektroden bezeichnet man auch als MT1/MT2 (von Main Terminal) bzw. früher als A1 und A2 (von Anode). Das Gate G als dritte Elektrode ist der Steueranschluss. Bild 2 zeigt das Schaltsymbol eines Triacs in der Elektor-Variante (links) und eine einfache Ersatzschaltung (rechts).
Ein Triac sperrt, bis einmal ausreichend Steuerstrom durch G in Richtung T1 fließt. Ist der Triac erst einmal leitend, verbleibt er solange in diesem Zustand, bis der Strom durch T1/T2 unter einen typabhängigen Schwellwert gefallen ist. Dann sperrt er wieder. Im Betrieb an Wechselspannung wird er folglich bei jedem Nulldurchgang des Stroms (der nicht unbedingt in Phase mit der Spannung ist) abgeschaltet, wenn er nicht permanent an G durchgesteuert wird. Ein Triac lässt sich also über einen kurzen und damit energiearmen Impuls am Gate zünden, doch sein Abschalten kann man nicht direkt erzwingen.
T1 ist der Bezugspunkt bzw. das Referenzpotential für das Gate G. Anhand der Polarität des Potentials am Gate- und T2 jeweils relativ zu T1 ergeben sich vier unterschiedliche Stromflussrichtungen. Diese sind im Vier-Quadranten-Modell von Bild 3 dargestellt.
Die X-Achse repräsentiert die Polarität der Spannung am Gate relativ zu T1. Die Y-Achse repräsentiert die Polarität der Spannung an T2 relativ zu T1. Die sich ergebenden vier Quadranten sind in Bild 3 mit römischen Zahlen bezeichnet. Positive Werte sind rot und negative blau dargestellt. Die Parameter eines Triac werden in den Datenblättern für alle vier Quadranten angegeben, da sie sich oft unterscheiden.
Parameter
Um den Triac zu triggern bzw. durchzusteuern, muss der Schwellwert von IGT (Gate Trigger Current) überschritten werden. Der Triac bleibt nach Ende des Steuerimpulses nur leitend, wenn der einsetzende Laststrom größer als IL (Latching Current) ist. Ist er kleiner, dann sperrt der Triac nach Ende des Steuerimpulses wieder. Trigger- und andere Ströme sind in den Datenblättern für jeden Quadranten einzeln spezifiziert. Unterschreitet der Laststrom durch den einmal gezündeten Triac den Haltestrom IH (Holding Current), dann sperrt der Triac wieder.
Bei induktiven Lasten ergibt sich zwischen Strom und Spannung eine vom induktiven Anteil abhängige Phasenverschiebung. Deshalb ist die Spannung an der Last im Nulldurchgang des Stroms nicht unbedingt auch null. Aus diesem Grund kann die Spannung an T2 beim Sperren schlagartig auf hohe Werte springen. Das kann Probleme geben: Ist die Steigung des Spannungsanstieges größer als der Grenzwert von dVCOM/dt, dann wird der Triac erneut leitend. Je nach Last kann das zerstörerisch wirken. Verhindern lässt sich ein zu schneller Spannungsanstieg durch ein parallel zu T2 und T1 geschaltetes RC-Glied (englisch: Snubber). Sogenannte Hi-Com-Triacs sind diesbezüglich wesentlich unempfindlicher.
Auch der Parameter dVD/dt ist relevant. Wird sein Grenzwert am gesperrten Triac überschritten, wird er ebenfalls leitend. Wenn der Folgestrom dann gerade eine Halbwelle andauert, kann ein so eingeschalteter Trafo in die Sättigung geraten und schlagartig niederohmig werden. Der Triac und evtl. die Leiterbahnen der Platine überleben das oft nicht. Abhilfe bringt auch hier ein Snubber oder ein Hi-Com-Triac.
Kritisch ist auch der Parameter dIT/dt, der Grenzwert der maximalen Stromanstiegsgeschwindigkeit nach dem Triggern des Triacs. Ein Überschreiten führt zur Zerstörung des Triacs mit Kurzschluss zwischen T2 und T1. Der Grund hierfür ist die nicht homogene Stromdichte um die Gate-Elektrode, was zur lokalen Überhitzung führt. Da der Wert für dIT/dt speziell im 4. Quadranten gering ist, sollte man diese Betriebsart vermeiden. Das dIT/dt-Problem bleibt klein, wenn im Spannungs-Nulldurchgang geschaltet wird - allerdings nur für überwiegend resistive Lasten. Bei Bedarf kann die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms auch durch das Vorschalten einer kleinen Luft-Drossel begrenzt werden.
Der Parameter dICOM/dt definiert den Grenzwert der Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes im Stromnulldurchgang. Wird dieser Wert überschritten, wird der Triac nicht gelöscht, sondern bleibt leitend.
Fehlerhaft gezündet wird der Triac auch, wenn die periodische maximale Sperrspannung VDRM (Repetitive Peak Off-state Voltage) überschritten wird. Abhilfe bringt ein Varistor parallel zu T2/T1, der die maximale Spannung begrenzt.
Der letzte erklärungsbedürftige Parameter ist das Grenzlastintegral I²t bzw. das Integral des quadrierten Stroms über 10 ms. Dieser Grenzwert entspricht der maximalen Energieabsorption der Triacs. Er sollte bei der Dimensionierung der Sicherung zwingend berücksichtigt werden.
Alle anderen im Triac-Datenblatt aufgeführten Größen sind weitgehend selbsterklärend. Wer selbst Triac-Schaltungen entwerfen möchte, sollte jetzt in der Lage sein, sich anhand der Parameter den idealen Triac für seine Anwendung auszuwählen.
Triac-Ansteuermodul
Nun zur Praxis. Das universelle Ansteuermodul für Triacs kann dank seiner Intelligenz multifunktional als einfacher Schalter, Timer mit zeitverzögertem Abschalten, Dimmer oder zur Ansteuerung induktiver Lasten eingesetzt werden – ein eierlegender Wollmilchschalter! Wer Intelligenz mit Mikrocontroller übersetzt, liegt richtig. Die Wahl fiel hier auf einen ATmega.
Zur Auswahl des Triacs: Hauptkriterien sind der zu schaltende Strom und die maximale am Triac liegende Spannung. Bei einphasigem Netzbetrieb reichen 230 V x √2 + Reserve ≈ 600 V. Bei industriellem Einsatz wählt man wegen den vorkommenden hohen Transienten besser Triacs mit 800 V Sperrspannung. Der real mögliche Strom hängt nicht nur vom Nennwert des Triacs, sondern auch von der abführbaren Verlustleistung und somit von der Kühlung ab. Diese Leistung ergibt sich aus dem Produkt von Durchlassspannung und geschaltetem Strom.
Zu berücksichtigen ist auch der minimal vorkommende Laststrom. Sowohl IH als auch IL müssen klar überschritten werden, sonst wird die Last nicht sauber eingeschaltet bzw. kommt kein kontinuierlicher Stromfluss zustande. Universell einsetzbare und für viele einfache Zwecke gut geeignete Exemplare sind die 600-V-Typen BT134-600E (4 A) und BTA312B (12 A).
Eigenstromversorgung
Die Versorgung des Moduls ist nicht trivial. Ein kleines Schaltnetzteil wäre zwar schön, braucht aber viel Platz. Einfacher ist ein kapazitiver Vorwiderstand, doch MKT-Kondensatoren mit der nötigen Kapazität und Spannungsfestigkeit sind nicht gerade preiswert. Noch simpler wäre ein ohmscher Vorwiderstand. Der Triac soll in den Quadranten II und III betrieben werden. Daher ist relativ zur direkt am Netz liegenden Elektrode T1 eine negative Gate-Triggerspannung erforderlich. Diese realisiert man am einfachsten per Einweggleichrichtung. Die Praktikabilität hängt aber direkt von der Stromaufnahme der Schaltung ab.
Ins Gewicht fallen hier die MCU selbst und die nötige Zündenergie des Triacs. Die MCU hat nur wenig zu tun und kann daher die meiste Zeit stromsparend schlafen. Da kurze Triggerimpulse ausreichen, bleibt die mittlere Zündenergie niedrig. Die Frage ist, wie niedrig die Stromaufnahme ausfallen kann. Die MCU ist die meiste Zeit im „Extended Standby Sleep Mode“ und wird nur zur Genese des Zündimpulses aufgeweckt.
Der ungünstigste Fall ist eine hochfrequente Triggerung ohne Nulldurchgangsdetektion, bei der alle 278 µs ein Triggersignal erzeugt wird. Bei VCC = 4,7 V braucht ein ATmega dann reale 1,9 mA. Bei einem Gate-Spitzenstrom von 11 mA für je 10 µs bei einer Periode von 278 µs = 3,6 kHz ergibt sich ein mittlerer Gate-Strom von 400 µA. Insgesamt fließen dann also ca. 2,3 mA. Dieser bestimmt den Wert des Vorwiderstandes und seine Verlustleistung. Bei der Halbwellengleichrichtung liegt der Effektivwert bei Ipk / 2 und der Durchschnittswert bei Ipk / π. Daraus ergibt sich:
Ipk = 2,3 mA x π = 7,3 mA,
R = 325 V / 7,3 mA = 45 kΩ,
Ieff = Ipk / 2 = 3,7 mA
und letztlich eine Verlustleistung am Widerstand R von:
Pvv = Ieff² x R = (3,7 mA)² x 45 kΩ = 0,62 W.
Teilt man R auf drei 1-W-Einzelwiderstände auf, dann ist sowohl die Verlustleistung als auch die anliegende Spannung kein Problem.
Ein zusätzliches Problem ergibt sich beim Einschalten. Solange die MCU „im Reset“ ist, benötigt sie relativ viel Strom, und VCC steigt nur sehr langsam. Durch Setzen des BOD-Levels auf 2,7 V und unmittelbares Aktivieren des Sleep Mode für 250 ms lässt sich dieses Problem lösen. Dies wird später noch erläutert.
Sicherheit
Die Gefahren einer direkt am Stromnetz betriebenen Baugruppe dürfen niemals ignoriert werden. Bei Netzbetrieb darf kein Messgerät und schon gar kein PC angeschlossen sein. So etwas ist ein Fall für Elektrofachkräfte und Trenntrafos etc. sind obligatorisch. Sorgen Sie also für Berührungsschutz, wenn das Modul mit dem Netz verbunden ist. Es sollte unbedingt in ein isolierendes Gehäuse eingebaut sein!
Bei Tests oder Modifikationen muss das Modul vollständig vom Netz getrennt und über ein Netzteil mit 5 V versorgt werden. Ein 50-Hz-Signal mit einer Amplitude von 4 V aus einem Rechteckgenerator kann als Signal für die Nulldurchgangsdetektion dienen, das an C4 eingespeist wird.
Hardware
In der Schaltung (Bild 4) wird die Versorgung der MCU samt Peripherie über die Vorwiderstände R11…R13 und die Einweggleichrichtung mit D13 sowie die Siebung mit C1 realisiert. MELF-Widerstände für R11…R13 bieten hohe Spannungsfestigkeit und Belastbarkeit. Dank der hochohmigen Stromversorgung ergibt sich annähernd eine Stromquelle, und die Z-Diode D10 kann daher problemlos für eine konstante Spannung sorgen.
Der Quarz X1 taktet die MCU präzise und sorgt daher für Triggerimpulse mit exaktem Timing. D12 generiert zusammen mit dem Spannungsteiler aus R2, R3 und R19…R22 ein zur Detektion des Nulldurchgangs geeignetes Signal, das mit D5 auf VCC „geklemmt“ wird.
R16 und R17 begrenzen den Gate-Strom. C6 parallel zu R16 sorgt für ein schnelles Triggern des Triacs. Parallel zu T2 und T1 des Triacs liegt der erwähnte Snubber aus R24 und C8, was fehlerhaftes Zünden verhindert. Da der eingesetzte Triac ein Hi-Com Typ ist, reicht eine kleine Kapazität und ein relativ hoher Widerstand.
Eine Besonderheit stellt die optionale Zusatzlast aus R25…R27 und C7 dar. Sie ist nur erforderlich, wenn die externe Last eine hohe Induktivität wie bei einem Transformator aufweist. Üblicherweise sind diese Bauteile nicht bestückt. Der X-Kondensator CX1 dient der Entstörung.
Über die Taster S1 und S2 wird das Modul bedient. Alternativ können auch die parallel geschalteten Optokoppler OK1 und OK2 genutzt werden. Für ausreichende Sicherheitsabstände nimmt man Taster mit langen Betätigungsstiften. LED1 dient als Betriebsanzeige. Programmiert wird IC1 über die ISP-Schnittstelle an JP2. F1 am Netzeingang schützt im Falle eines Kurzschlusses.
Software
Die Projekt-Software wurde mit der Arduino-IDE erstellt (siehe unten). Wegen der Langsamkeit von Arduino-Funktionen hat der Autor allerdings auf diese verzichtet. Das selbst erstellte Programm ist sehr schnell und operiert deterministisch. Daher wurden die Sketche bewusst nicht nach Atmel Studio portiert.
Die Programmierung des Controllers kann leider nicht per Bootlader erfolgen. Er würde beim Einschalten so viel Strom benötigen, dass die Versorgungsspannung nicht hochlaufen würde. Folglich müssen die Fuses so gesetzt werden, dass der Bootlader inaktiv ist. Das Programmieren erfolgt direkt aus Atmel Studio durch einen geeigneten ISP-Programmer.
Im Projektverzeichnis findet man für jede App neben dem dazugehörigen Sketch auch die HEX-Datei. Bei der ersten Programmierung müssen zwingend die Fuses wie in Bild 5 programmiert werden.
Dann wird das gewünschte HEX-File aus dem Projektverzeichnis geladen und auf die MCU gebrannt (siehe Bild 6).
Nach der Modifikation eines Sketches muss dieser neu kompiliert werden (Überprüfen/Kompilieren). Das Statusfeld der IDE zeigt das Verzeichnis der erzeugten HEX-Datei an. Ein typischer Datei-Pfad wäre:
C:\Users\name\AppData\Local\Temp\buildxyz.tmp/Triac_...ino.hex
Da das Verzeichnis und die Build-Nummer täglich neu vergeben werden, muss die Datei auch täglich im Atmel-Studio aktualisiert werden. Sollte das Verzeichnis AppData im Explorer/Dateimanager nicht sichtbar sein, muss im Explorer unter Extras/Ordneroption/Ansicht „Alle Dateien und Ordner anzeigen“ eingestellt werden.
In Atmel-Studio lädt man dann das gewünschte HEX-File und programmiert damit den ATmega.
Warnung: Beim Programmieren muss das Modul völlig vom Netz getrennt und über eine sichere Kleinspannungsquelle versorgt werden.
Anwendungen
Alle Apps haben die gleiche Startprozedur. Beim Einschalten bestimmt der BOD-Level von 2,7 V das Ende des Resets. Nach dem folgenden Programmstart wird der WatchDog-Timer aktiviert und das Programm in den Sleep-Mode versetzt. Dadurch kann VCC sicher und schnell hochlaufen (Bild 7). Der Ablauf des WD-Timers löst den WDT-Interrupt aus und beendet den Sleep-Mode. Dann wird die Ausführung des eigentlichen Programms gestartet.
Der Sketch-Auszug von Listing 1 zeigt, wie das Aufsetzen des WD-Timers und des Sleep-Modes realisiert wurde. Das Listing enthält einen Code-Teil der Startprozedur. Zunächst wird der Watchdog gesetzt und aktiviert. Dann wird der Controller in den Sleep-Mode versetzt. Der Ablauf des WDT löst den WDT-Interrupt aus, der den Controller wieder aufweckt.
Für jedes Anwendungs-Beispiel ist ein eigener Sketch vorhanden. Jede App verfügt über unterschiedliche Funktionen, die über Taster oder Jumper selektiert werden. Weitere Informationen sind in den Kommentaren der jeweiligen Sketche enthalten.
Einfache Schalter- und Timer-App
Da die Anwendung „Sketch Triac_no_zd_32“ ohne Nulldurchgangsdetektion auskommt, zeigt sie die grundlegende Programmierung des Moduls und seine Besonderheiten. Die Schaltung wird zur Programmierung und für Tests an einem 5-V-Netzteil betrieben. Wen die hardwarenahe Programmierung des WD-Timers, der unterschiedlichen Sleep Modes, der Interrupts, der Timer-Funktionen oder der I/O-Befehle interessiert, der vertiefe sich in den Code, der unten herunter geladen werden kann.
Per Taster wird die Funktion als Schalter oder als Timer ausgewählt. Mit der zusätzlichen Betriebsart „Autostart“ legt der Timer unmittelbar nach dem Einschalten los und schaltet die Last nach dessen Ablauf wieder aus. Diese Funktion dient zur Begrenzung der Leuchtdauer einer Lampe. Die Abschaltzeit ist im Programm hinterlegt.
Das Programm erzeugt im Ein-Zustand zur Ansteuerung des Triacs 10-µs-Impulse im Abstand von 278 µs. Da die Steuerimpulse nicht auf die Netzfrequenz bezogen sind, sind die Schaltzeitpunkte asynchron zur Netzspannung. Im schlechtesten Fall wird die Last erst 278 µs nach dem Nulldurchgang eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt hat die Netzspannung bereits 29 V erreicht und Spannungs-Peaks entstehen, die EMV-technisch problematisch sind. Das Oszillogramm von Bild 8 zeigt das Geschehen über 1 s und verdeutlicht diesen Zusammenhang. Die Triggerimpulse wandern unkorreliert gegenüber dem Nulldurchgang. Je nach Abstand der Triggerimpulse zum Nulldurchgang ändert sich die Spannung über dem Triac.
Abhilfe bringt die nächste praxistaugliche Anwendung, die den Nulldurchgang detektiert und so den Triac synchron zum Nulldurchgang triggert. Abweichend zu den folgenden Messungen ist hier VCC das Bezugspotential. Da T1 des Triacs auf VCC liegt, sieht man hier die negative Polarität der Steuerimpulse am Gate.
Schalter und Timer mit Nulldurchgangs-Detektion
Gegenüber der vorherigen App wird hier ein aus der Netzspannung abgeleitetes Signal dazu benutzt, den Nulldurchgang der Netzspannung zu detektieren. Dieses Signal am Interrupt-Eingang INT0 löst mit der fallenden Flanke einen Interrupt aus und kennzeichnet so den Beginn der ersten Halbwelle. Das Ende dieser Halbwelle und der Beginn der folgenden Halbwelle wird über den Timer2 bestimmt. Dies spart aufwändigere Hardware zur präzisen Detektion beider Nulldurchgänge.
Für sicheres Triggern bei geringen Lastströmen ist der erste Triggerimpuls jeder Halbwelle auf 280 µs verlängert. Es folgen dann noch weitere 10-µs-Triggerimpulse. Dadurch wird auch bei hochohmigen Lasten IL des Triacs überschritten. Bild 9 demonstriert diesen Zusammenhang. Auffällig sind die kurzen Anstiege der Spannung über dem Triac auf ca. 3 V am Ende jeder Halbwelle. Der geringe Strom der angeschlossenen LED-Lampe fällt nämlich zum Ende der Halbwelle unter IH. Dies hat aber nur wenig Einfluss auf entstehende Störpegel.
Bild 10 zeigt die Verläufe über 1 s übereinander. Die Ansteuerimpulse sind synchron zur Netzspannung.
Dimmer
Eine typische Triac-Anwendung ist ein Dimmer zur Einstellung der Helligkeit von Lampen. Die Leistung der Lampe wird dabei per Phasenanschnittsteuerung eingestellt. Variiert wird hier der Einschaltzeitpunkt der Last in Bezug auf den Nulldurchgang jeder Netzhalbwelle (≈ Phasenwinkel). Dimmer können ziemliche EMV-Probleme verursachen, da je nach Phasenwinkel hohe und steile Spannungsflanken entstehen. Im schlimmsten Fall wird beim Scheitelwert der Netzspannung (Phasenwinkel = 90°) geschaltet. Beim Zünden fällt die Spannung über dem Triac schnell vom Scheitelwert auf null (Bild 11). Je nach Last entstehen dabei sehr hohe Ströme und damit hohe Störpegel. Ein vorgeschalteter EMV-Filter (z.B. aus einem ausgedienten Dimmer) ist daher ein Muss.
Viele LED-Lampen funktionieren aufgrund ihrer Art der Stromversorgung nicht mit herkömmlichen Dimmern. Auch dieses Modul hat mit manchen LED-Lampen Probleme. Die verwendete Lampe sollte daher dimmbar sein.
Interessant an der Triac-Ansteuerung ist hier, dass nach dem ersten Impuls weitere Impulse bis zum Ende der Halbwelle eingefügt werden. Dies ermöglicht die Verwendung von komplexeren Lasten. Bei Vollaussteuerung wird der erste Impuls nach dem Nulldurchgang auf 190 µs verlängert. Dadurch wird IH auch bei hochohmigen Lasten sicher überschritten.
Die Ausgangsleistung wird mit den beiden Tastern oder via Optokoppler eingestellt.
Sanftes Einschalten induktiver Lasten
Induktive Lasten, speziell Trafos, können beim Einschalten sehr hohe Ströme ziehen. Der Spannungsnulldurchgang ist hier der problematischste Einschaltzeitpunkt. Auch der Restmagnetismus des Kerns kann Probleme bereiten, denn durch ihn ist der Verlauf des Einschaltstroms u.U. nicht symmetrisch zur Nulllinie. Das B-Feld (siehe Hystereseschleife) des Kerns ist in eine Richtung verschoben und kommt somit leicht in den Bereich der Sättigung. Dann verliert die Wicklung schlagartig ihre Induktivität und der weiter steigende Strom wird fast nur noch vom Wicklungswiderstand etc. begrenzt. Ringkerntrafos sind davon besonders betroffen. Deshalb sollten sie deutlich höher als rein für den Laststrom erforderlich abgesichert werden.
Gelegentlich wird per Heißleiter oder Vorwiderstand mit Verzögerungsrelais der Einschaltstrom begrenzt, bis sich ein symmetrisches Magnetfeld und damit ein sauberer Wechselstrom einstellt. Diesem Problem kann man theoretisch auch durch langsames Hochfahren des Einschaltstromwinkels begegnen. Beim Einschalten des Trafos startet man mit einem Phasenwinkel von etwa 180° und reduziert ihn dann langsam bis auf 0°. Genau das ist in dieser Anwendung realisiert.
Bild 12 zeigt die Impulsfolge nach einem Neustart. Der erste Trigger-Impuls wird ca. 8,6 ms nach dem Nulldurchgang erzeugt. Nach jeder Vollwelle wird ein weiterer Impuls davor hinzugefügt, bis die Zeit auf rund 0,3 ms reduziert ist.
Bild 13 zeigt den eingeschwungenen Zustand. Innerhalb der ersten 3 ms geht der Laststrom aufgrund der Phasenverschiebung durch Null. Um einen kontinuierlichen Stromfluss zu erhalten, ist es erforderlich, die Ansteuerimpulse in diesem Intervall eng zu setzen.
Bild 14 stellt den Trafostrom im Leerlauf dar. Das Nulldurchgangs-Signal zeigt den Bezug zur Netzspannung. Zu sehen ist der Magnetisierungsstrom, der im Spannungsnulldurchgang sein Maximum erreicht. Der weitere Anteil resultiert aus den Eisen- und Kupferverlusten des Trafos. Dass der Strom nicht exakt 90° nacheilt, liegt an Verlusten und Nichtlinearitäten des Kerns.
Bild 15 zeigt den Trafostrom unter Last. Laststrom und Magnetisierungsstrom sind überlagert. Die Phasenverschiebung wird durch die Last kleiner.
Voraussetzung für die fehlerfreie Funktion ist die völlig symmetrische Ansteuerung des Triacs. Die Ansteuerimpulse müssen bei beiden Halbwellen den gleichen Abstand zum Nulldurchgang haben, damit auch der Stromflusswinkel symmetrisch ist. Hier spielt IGT und besonders IH eine Rolle. Durch Verstärkung der vorderen Flanke des Gate-Stroms mithilfe des RC-Glieds wird sicheres Triggern gewährleistet. Damit der Triac leitend bleibt, muss der Trafostrom höher als IH sein. Ringkerntrafos sind wegen ihrer hohen Induktivität problematisch. Doch eine kleine, resistive Zusatzlast (R25…R27; optional) löst das Problem. Manche Ringkern-Trafos erfordern sogar eine zusätzliche, externe Last.
Den Triac nur mit Impulsen anzusteuern war gerade bei Trafos eine Herausforderung bei der Programmierung der Firmware. Dank der ausführlichen Kommentare im Code sind die Tricks leicht verständlich.
Viel Spaß mit den beschriebenen Apps! Vielleicht fällt Ihnen ja eine neue Anwendung ein? Mit einer modifizierten Firmware ist das schnell gemacht.
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