ไทริสเตอร์ — SCR / TRIAC / DIAC
Thyristors — SCR / TRIAC / DIAC
สวิตช์กำลังที่ทริกแล้วค้าง • กระแสโฮลดิ้ง • ควบคุมกำลังไฟ AC ด้วยมุมจุดชนวน + ซิมดิมเมอร์โต้ตอบ
Latching power switches • holding current • AC phase control + a live dimmer sim
- อธิบายโครงสร้าง 4 ชั้น PNPN และขา A / K / G ของ SCR ได้
- อธิบายได้ว่าทำไม SCR ทริกให้ติดได้ แต่สั่งให้ดับด้วยเกตไม่ได้ (การล็อกตัว/latching)
- บอกความหมายของ กระแสโฮลดิ้ง IH และวิธีทำให้ SCR หยุดนำกระแสได้
- อธิบายหลักการ ควบคุมกำลังด้วยมุมจุดชนวน (phase control) และคำนวณ Vrms/กำลังของโหลดได้
- แยกความต่างของ SCR / TRIAC / DIAC และเลือกใช้ให้ถูกงานได้
- ตรวจสอบ SCR เบื้องต้นด้วยมัลติมิเตอร์ และรู้ข้อควรระวังด้านความปลอดภัยของวงจรไฟบ้าน
- Describe the 4-layer PNPN structure and the A / K / G terminals of an SCR
- Explain why an SCR can be turned on by the gate but never turned off by it (latching)
- State what holding current IH means and how to make an SCR stop conducting
- Explain phase control and calculate the load Vrms / power from the firing angle
- Tell SCR / TRIAC / DIAC apart and pick the right one for a job
- Test an SCR with a multimeter and respect the safety rules for mains-connected circuits
- สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ 4 ชั้น (PNPN) — ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ ไม่มีหน้าสัมผัสให้ไหม้เหมือนรีเลย์
- สั่งงานด้วย พัลส์สั้นๆ ที่ขาเกต แล้ว ค้างนำกระแสเอง โดยไม่ต้องจ่ายเกตต่อ (ต่างจากทรานซิสเตอร์ที่ต้องป้อนเบส/เกตค้างไว้)
- ทนกระแสและแรงดันสูงมาก — ใช้คุมโหลดไฟบ้าน 220V ได้โดยตรง
- สลับสถานะเร็วมากและเงียบสนิท เหมาะกับงานที่ต้องสวิตช์ซ้ำๆ ตลอดเวลา
- A high-power electronic switch built from four semiconductor layers (PNPN) — no moving parts, no contacts to burn like a relay
- Fired by a short gate pulse, then it stays on by itself with no further gate drive (unlike a transistor, which needs its base/gate held)
- Handles very high current and voltage — it can switch a 220 V mains load directly
- Switches fast and silently, ideal where the load is switched over and over
รีเลย์ = สวิตช์กล ต้องจ่ายไฟคอยล์ค้างไว้ มีเสียง มีอายุหน้าสัมผัส
ทรานซิสเตอร์ = ต้องป้อนกระแสเบส/แรงดันเกตค้างไว้ตลอดเวลาที่ต้องการให้นำกระแส
ไทริสเตอร์ = จุดชนวนแวบเดียวแล้วค้าง แต่แลกมาด้วยข้อจำกัด — สั่งให้ดับด้วยเกตไม่ได้
Relay = mechanical, needs the coil energised the whole time, audible, contacts wear out
Transistor = needs base current / gate voltage held for as long as it must conduct
Thyristor = one quick trigger and it latches — at the price of one big limitation: the gate cannot turn it off
| อุปกรณ์Device | ขาTerminals | นำกระแสConducts | จุดชนวนTriggered by | ใช้ทำอะไรTypical use |
|---|---|---|---|---|
| SCR (Silicon Controlled Rectifier)(Silicon Controlled Rectifier) |
A, K, G | ทิศเดียว (A→K) ครึ่งคลื่นOne direction (A→K), half-wave | กระแสเข้าเกต IGGate current IG | คุมกำลัง DC, เรียงกระแสแบบคุมได้, ครอว์บาร์DC power control, controlled rectifier, crowbar |
| TRIAC | MT1, MT2, G | สองทิศ เต็มคลื่น ACBoth directions, full-wave AC | กระแสเกต (บวกหรือลบก็ได้)Gate current (either polarity) | ดิมเมอร์, คุมความเร็วพัดลม, ฮีตเตอร์Dimmers, fan speed, heaters |
| DIAC | 2 ขา (ไม่มีเกต)2 terminals (no gate) | สองทิศBoth directions | แรงดันถึงจุดเบรกโอเวอร์ VBO ≈ 30 VVoltage reaching breakover VBO ≈ 30 V | สร้างพัลส์จุดชนวนให้ TRIAC (ในดิมเมอร์)Generating the trigger pulse for a TRIAC (in dimmers) |
- A (Anode) — ขั้วบวก กระแสไหลเข้า
- K (Cathode) — ขั้วลบ กระแสไหลออก
- G (Gate) — ขาสั่งงาน ป้อนกระแสเล็กๆ เพื่อจุดชนวน (โดยเทียบกับขา K)
- กระแสเกตที่ใช้จุดชนวนมัก ไม่กี่มิลลิแอมป์ แต่ควบคุมกระแสโหลดได้ หลายแอมป์ — อัตราขยายกำลังสูงมาก
- ทิศทางเดียวเท่านั้น: A ต้องบวกกว่า K จึงจะนำกระแสได้ ถ้าป้อนกลับทางจะกั้นเหมือนไดโอด
- A (Anode) — positive terminal, current flows in
- K (Cathode) — negative terminal, current flows out
- G (Gate) — control terminal, a small current here fires the device (measured with respect to K)
- The gate trigger current is typically a few milliamps, yet it controls several amps of load current — a huge power gain
- One direction only: A must be positive with respect to K to conduct; reversed, it blocks like a diode
- มอง SCR เป็น PNP + NPN ต่อป้อนกลับกัน: คอลเลกเตอร์ของตัวหนึ่งเป็นเบสของอีกตัว
- ยิงกระแสเข้าเกต → NPN นำ → ดึงกระแสเบสของ PNP → PNP นำ → ป้อนกระแสเบสกลับให้ NPN อีก
- เกิด ป้อนกลับบวก (positive feedback) — ทั้งคู่ดันกันเองจนอิ่มตัวในเวลาไมโครวินาที
- เมื่อวงจรเลี้ยงตัวเองได้แล้ว ถอดกระแสเกตออกก็ยังนำกระแสต่อ — นี่คือการล็อกตัว (latch)
- ตอนนำกระแส แรงดันตกคร่อม A-K เหลือประมาณ 1–1.5 V (สูงกว่าไดโอดเล็กน้อย เพราะมี 3 รอยต่อ)
- Think of an SCR as a PNP and an NPN cross-coupled: each transistor's collector is the other's base
- Inject gate current → the NPN conducts → it pulls the PNP's base current → the PNP conducts → which feeds the NPN's base again
- That is positive feedback — the pair drives itself into saturation within microseconds
- Once self-sustaining, removing the gate current changes nothing — it stays on. That is the latch
- While conducting, the A-K drop is about 1–1.5 V (a bit more than a diode, since there are three junctions)
เกต สั่งให้ติดได้ แต่สั่งให้ดับไม่ได้ — จะดับได้ทางเดียวคือทำให้กระแสที่ไหลผ่านลดต่ำกว่า กระแสโฮลดิ้ง IH เช่น ตัดวงจร กดสวิตช์ลัด A-K หรือรอให้ไฟ AC ผ่านจุดตัดศูนย์เอง
The gate can turn it on but never off. The only way off is to drop the current through it below the holding current IH: break the circuit, short A-K momentarily, or let the AC waveform cross zero on its own.
ยังไม่นำกระแส เหมือนสวิตช์เปิด มีแต่กระแสรั่วเล็กน้อย รอสัญญาณที่เกต (ถ้าแรงดันสูงเกิน VBO มันจะติดเองโดยไม่ต้องใช้เกต — สภาวะที่ปกติไม่ต้องการ)
Not conducting — like an open switch with only leakage current, waiting for the gate. (If the voltage exceeds VBO it fires on its own without a gate signal — normally not what you want.)
ป้อน IG ถึงค่า IGT → นำกระแสทันทีและค้างเอง แรงดันตก ~1–1.5 V กระแสถูกจำกัดด้วยโหลดเท่านั้น ต้องมีโหลดจำกัดกระแสเสมอ
Feed IG up to IGT → it conducts immediately and stays on, dropping ~1–1.5 V. Current is limited only by the load, so a current-limiting load is mandatory
กั้นเหมือนไดโอดกลับทาง จุดชนวนอย่างไรก็ไม่ติด และถ้าเกินพิกัด VRRM จะพังถาวร
Blocks like a reverse-biased diode; no gate signal can fire it, and exceeding the VRRM rating destroys it permanently
- IL (Latching current) — กระแสต่ำสุดที่ต้องไหลตอนจุดชนวน เพื่อให้ล็อกตัวติด (ถ้าโหลดกินกระแสน้อยเกินไป ยิงเกตแล้วก็ยังไม่ติด)
- IH (Holding current) — กระแสต่ำสุดที่ต้องมีเพื่อคงสภาพนำกระแส ต่ำกว่านี้เมื่อไรก็ดับ ค่าปกติไม่กี่ mA และ IL มักมากกว่า IH ประมาณ 2–3 เท่า
- IL (latching current) — the minimum current that must flow at the moment of firing for the latch to take hold (fire the gate into too light a load and it simply won't stay on)
- IH (holding current) — the minimum current needed to stay conducting; below it the device turns off. Usually a few mA, with IL roughly 2–3× IH
ไฟ AC ผ่าน จุดตัดศูนย์ (zero crossing) ทุกๆ ครึ่งคาบ (50 Hz → ทุก 10 ms) กระแสจึงตกลงต่ำกว่า IH เองอัตโนมัติ → SCR/TRIAC ดับเองทุกครึ่งคลื่น แล้วเราค่อยเลือกว่าจะจุดชนวนใหม่ตอนไหน นี่คือหัวใจของการควบคุมกำลังแบบมุมจุดชนวน
ส่วนไฟ DC ไม่มีจุดตัดศูนย์ — จุดชนวนแล้วค้างยาว ต้องมีวงจรดับ (commutation) มาช่วย
AC passes through a zero crossing every half cycle (50 Hz → every 10 ms), so the current falls below IH by itself → the SCR/TRIAC turns off every half cycle and we choose when to fire it again. That is exactly what phase control exploits.
DC has no zero crossing — once fired it stays on until a commutation circuit forces it off.
- แทนที่จะหรี่ไฟด้วยตัวต้านทาน (ซึ่งเผาพลังงานทิ้งเป็นความร้อน) เรา เลือกจุดชนวนช้า-เร็ว ในแต่ละครึ่งคลื่น
- มุมจุดชนวน α (firing angle) = ชนวนช้าไปกี่องศาหลังจุดตัดศูนย์ — α น้อย = สว่าง/แรง, α มาก = หรี่/เบา
- ช่วงที่ยังไม่จุดชนวน อุปกรณ์กั้นไฟไว้ (แทบไม่มีกระแส = แทบไม่ร้อน) ช่วงนำกระแสก็ตกคร่อมแค่ ~1 V → ประสิทธิภาพสูงมาก
- ราคาที่ต้องจ่าย: การตัดคลื่นกลางคันทำให้เกิด ฮาร์มอนิกและสัญญาณรบกวน (EMI) จึงต้องมีตัวกรอง (choke + C) ในดิมเมอร์จริง
- Instead of dimming with a resistor (which burns the energy as heat), we choose how late to fire in each half cycle
- The firing angle α is how many degrees after the zero crossing we trigger — small α = bright/strong, large α = dim/weak
- Before firing, the device blocks (almost no current, almost no heat); while conducting it drops only ~1 V → very high efficiency
- The price: chopping the waveform generates harmonics and EMI, so real dimmers include a filter (choke + capacitor)
- เลื่อน α จาก 0° → 180° แล้วดูว่ากำลังไฟไม่ได้ลดเป็นเส้นตรงตามมุม
- ที่ α = 90° TRIAC ให้กำลังเหลือ 50% พอดี (ครึ่งหนึ่งของพื้นที่ใต้กราฟกำลัง)
- สลับ SCR ↔ TRIAC ที่ α เดิม → SCR ได้กำลังครึ่งเดียวของ TRIAC เสมอ เพราะใช้แค่ครึ่งคลื่นบวก
- สังเกตว่ากระแสหยุดที่จุดตัดศูนย์เสมอ ไม่ว่าจะจุดชนวนตอนไหน
- Sweep α from 0° to 180° and notice the power does not fall linearly with angle
- At α = 90° a TRIAC delivers exactly 50% power
- Switch SCR ↔ TRIAC at the same α → the SCR always gives half the TRIAC's power, since it only uses the positive half cycles
- Note that conduction always ends at the zero crossing, no matter when it was fired
🎛️ ซิมดิมเมอร์ — ลองปรับมุมจุดชนวน 🎛️ Dimmer sim — try the firing angle
- TRIAC นำกระแสได้ทั้งสองทิศ จึงคุมไฟ AC ได้เต็มคลื่น ด้วยตัวเดียว (ถ้าใช้ SCR ต้องใช้ 2 ตัวต่อกลับทาง)
- ขาเรียกว่า MT1 / MT2 (Main Terminal) ไม่ใช่ A/K เพราะไม่มีขั้วตายตัว — เกตอ้างอิงกับ MT1 เสมอ
- จุดชนวนได้ทั้งกระแสเกตบวกและลบ แต่ความไวไม่เท่ากันในแต่ละควอดแรนต์ (โหมด I⁺, III⁻ ไวที่สุด นิยมใช้)
- DIAC ไม่มีเกต — มันจะ "แตก" นำกระแสเองเมื่อแรงดันคร่อมถึง VBO ≈ 30 V ทั้งสองทิศ
- คู่หูคลาสสิก: R-C หน่วงเฟส → DIAC → เกตของ TRIAC ให้พัลส์คมๆ ที่มุมเดียวกันทุกครึ่งคลื่น (สมมาตร ไฟไม่กระพริบ)
- A TRIAC conducts both ways, so one device gives full-wave AC control (with SCRs you'd need two, back to back)
- Its terminals are MT1 / MT2 (main terminals), not A/K, because neither is fixed as positive — the gate is always referenced to MT1
- It fires on positive or negative gate current, though sensitivity differs per quadrant (I⁺ and III⁻ are the most sensitive and most used)
- A DIAC has no gate — it simply breaks over and conducts once the voltage across it reaches VBO ≈ 30 V, in either direction
- The classic pair: an R-C phase shifter → DIAC → TRIAC gate, giving a sharp pulse at the same angle every half cycle (symmetrical, so the lamp doesn't flicker)
วงจรดิมเมอร์จริง (R-C + DIAC + TRIAC) A real dimmer circuit (R-C + DIAC + TRIAC)
- VDRM / VRRM — แรงดันสูงสุดที่กั้นได้ไปหน้า/ย้อนกลับ ไฟบ้าน 220V (ยอด ≈ 311V) ควรเลือก ≥ 400–600 V
- IT(RMS) — กระแสโหลดต่อเนื่องสูงสุด เลือกเผื่ออย่างน้อย 2 เท่าของโหลดจริง
- IGT / VGT — กระแส/แรงดันเกตที่ใช้จุดชนวน (ตัวไวใช้ < 1 mA, ตัวกำลังใหญ่หลายสิบ mA)
- IH — กระแสโฮลดิ้ง สำคัญมากถ้าโหลดกินกระแสน้อย
- dv/dt — ถ้าแรงดันพุ่งเร็วเกินไป อาจติดเองโดยไม่ได้สั่ง (false triggering) → แก้ด้วย RC snubber
- di/dt — กระแสพุ่งเร็วเกินทำให้จุดร้อนเฉพาะที่และพังได้ → ใส่ตัวเหนี่ยวนำเล็กๆ ช่วย
- VDRM / VRRM — maximum forward/reverse blocking voltage. For 220 V mains (peak ≈ 311 V) choose ≥ 400–600 V
- IT(RMS) — maximum continuous load current; allow at least 2× the real load
- IGT / VGT — gate current/voltage needed to fire (sensitive parts < 1 mA, big power parts tens of mA)
- IH — holding current, critical when the load draws little current
- dv/dt — too fast a voltage rise can fire it without any gate signal (false triggering) → fix with an RC snubber
- di/dt — too fast a current rise causes local hot spots and failure → a small series inductor helps
| เบอร์Part | ชนิดType | พิกัดคร่าวๆRough rating | งานที่เจอบ่อยWhere you meet it |
|---|---|---|---|
| MCR100-6 / C106 | SCR | 0.8–4 A, 400–600 V | วงจรเล็ก, ครอว์บาร์, ของเล่นอิเล็กทรอนิกส์Small circuits, crowbars, hobby projects |
| BT151 / TYN612 | SCR | 12 A, 600 V | คุมกำลัง, ชาร์จเจอร์, เครื่องเชื่อมPower control, chargers, welders |
| BT136 | TRIAC | 4 A, 600 V | ดิมเมอร์, พัดลม, เครื่องใช้ในบ้านDimmers, fans, home appliances |
| BTA16 / BTA41 | TRIAC | 16–41 A, 600–800 V | ฮีตเตอร์, มอเตอร์ใหญ่, เตาไฟฟ้าHeaters, larger motors, cookers |
| DB3 | DIAC | VBO ≈ 32 V | จุดชนวน TRIAC ในดิมเมอร์เกือบทุกตัวTriggering the TRIAC in nearly every dimmer |
- ดิมเมอร์หลอดไฟ — TRIAC + DIAC ตามวงจรด้านบน
- คุมความเร็วพัดลม/สว่าน — ปรับกำลังที่ป้อนมอเตอร์แบบไม่เผาทิ้ง
- คุมอุณหภูมิฮีตเตอร์/เตารีด — สั่งจ่ายกำลังเป็นสัดส่วน
- ครอว์บาร์ (Crowbar) — ป้องกันแรงดันเกิน: ซีเนอร์ตรวจจับ → ยิงเกต SCR → ลัดวงจรจนฟิวส์ขาด รักษาโหลดไว้
- Lamp dimmers — TRIAC + DIAC exactly as shown above
- Fan / drill speed control — proportion the power to the motor without burning it off as heat
- Heater and iron temperature control — deliver power proportionally
- Crowbar protection — a zener detects overvoltage → fires an SCR → shorts the rail until the fuse blows, saving the load
- SSR (Solid State Relay) — ข้างในคือ TRIAC/SCR + ออปโตคัปเปลอร์ แยกวงจรควบคุมออกจากไฟบ้าน
- วงจรจุดระเบิด/แฟลช — ปล่อยประจุจาก C ก้อนใหญ่เข้าหลอดแฟลชในพริบตา
- เรียงกระแสแบบคุมได้ — ปรับแรงดัน DC ขาออกในเครื่องชาร์จแบตเตอรี่/เครื่องเชื่อม
- สตาร์ทมอเตอร์แบบนุ่ม (Soft starter) — ค่อยๆ ลดมุมจุดชนวนตอนออกตัว ลดกระแสกระชาก
- Solid State Relays — inside is a TRIAC/SCR plus an optocoupler isolating the control side from the mains
- Ignition / photo-flash circuits — dumping a big capacitor into a flash tube in an instant
- Controlled rectifiers — adjusting the DC output in battery chargers and welders
- Soft starters — ramping the firing angle down on start-up to limit inrush current
ควรอ่านได้เหมือนไดโอด (~0.6–0.8 V) ทางหนึ่ง และ OL อีกทางหนึ่ง ถ้าอ่าน 0 V ทั้งสองทาง = ลัดวงจร (พัง)
You should read a diode drop (~0.6–0.8 V) one way and OL the other. Zero both ways means a shorted (dead) device
ต้องอ่าน OL (ความต้านทานสูง) ทั้งสองทิศ เพราะยังไม่ได้จุดชนวน ถ้านำกระแสอยู่แล้ว = พัง
Both directions must read OL (high resistance) since it hasn't been fired. If it already conducts, it's faulty
ต่อแบตเตอรี่ 9 V → ตัวต้านทาน 330 Ω → LED → ขา A, ส่วนขา K ลงลบ
แตะสายจาก A มาที่ G ชั่วขณะ → LED ติดค้าง แม้ปล่อยมือแล้ว = ล็อกตัวได้ปกติ
จากนั้น ถอดสายที่ A ออกวูบเดียว → LED ดับและไม่ติดเอง = กระแสต่ำกว่า IH แล้วดับจริง
Wire 9 V → 330 Ω → LED → anode, with the cathode to the negative rail.
Briefly touch a wire from A to G → the LED stays lit after you let go = the latch works.
Then break the anode lead for an instant → the LED goes out and stays out = current fell below IH
ทุกจุดในวงจร รวมทั้งลูกบิด RVR และขาของ TRIAC มีศักย์ไฟบ้านเต็มๆ ห้ามจับขณะจ่ายไฟ ห้ามวัดด้วยสโคปที่กราวด์ต่อดินโดยตรง (ต้องใช้หม้อแปลงแยกหรือโพรบดิฟเฟอเรนเชียล) — ฝึกกับแหล่งจ่ายแรงดันต่ำก่อนเสมอ
Every node — the RVR knob and the TRIAC tab included — is at full mains potential. Never touch it powered, and never probe it with an earth-referenced oscilloscope (use an isolation transformer or a differential probe). Practise on a low-voltage supply first.
- ตัวถัง TRIAC/SCR มักต่อกับ MT2/Anode — ยึดฮีตซิงก์ตรงๆ = ฮีตซิงก์มีไฟ ต้องใช้แผ่นฉนวนหรือเลือกรุ่นตัวถังฉนวน (BTA)
- ต้องมีฮีตซิงก์ เมื่อกระแสสูง: กำลังสูญ ≈ VT (~1.2 V) × I เช่น 10 A → ~12 W ร้อนพอตัว
- ใส่ RC snubber (เช่น 100 Ω + 0.1 µF) คร่อม MT1-MT2 เมื่อขับโหลดเหนี่ยวนำ (มอเตอร์/หม้อแปลง) กัน dv/dt ทำให้ติดเอง
- อย่าใช้ดิมเมอร์ TRIAC กับหลอด LED/ฟลูออเรสเซนต์ที่ไม่ระบุว่า "dimmable" — จะกระพริบ ฮัม หรือพังทั้งคู่
- โหลดกินกระแสน้อยเกิน IH จะทำให้ไฟ กระพริบถี่ๆ (จุดชนวนแล้วหลุด) — เป็นอาการคลาสสิกของดิมเมอร์เก่ากับหลอด LED
- The tab is usually connected to MT2/anode — bolting it straight to a heatsink makes the heatsink live; use an insulating pad or an isolated-tab part (BTA)
- Heatsink it at higher currents: dissipation ≈ VT (~1.2 V) × I, so 10 A means ~12 W of heat
- Add an RC snubber (e.g. 100 Ω + 0.1 µF) across MT1-MT2 for inductive loads (motors, transformers) so dv/dt can't false-trigger it
- Don't use a TRIAC dimmer on LED or fluorescent lamps that aren't marked "dimmable" — expect flicker, hum, or a dead lamp and dimmer
- A load drawing less than IH makes the light flicker rapidly (fires, then drops out) — the classic old-dimmer-with-LED-bulb symptom