31.03.21

[Домашняя]

В статье В. Молчанова "Симисторный регулятор мощности" ("Радио", 2009, № 9, с. 40, 41) описан интересный регулятор мощности, работающий по принципу пропускания в нагрузку определенного числа периодов сетевого напряжения. Иные способы синхронизации с сетевым напряжением и управления симистором были использованы в регуляторе мощности Н. Черемисиновой, описанном в статье с таким же названием в "Радио", 2009, № 11, с. 35. Предлагаемый вниманию читателей вариант регулятора мощности демонстрирует еще один подход к разработке подобных устройств. Особенностями предлагаемого устройства являются использование D-триггера для построения генератора, синхронизированного с сетевым напря­жением, и способ управления симистором с помощью одиночного импульса, длительность которого регулируется автоматически. В отличие от других способов импульсного управления симистором, указанный способ некритичен к наличию в нагрузке индуктивной составляющей. Схема предлагаемого регулятора мощности изображена на рисунке.

Максимальная мощность подключаемого к нему нагревательного прибора — 1 кВт. Работает устройство следующим образом. На триггере DD1.1 собран генератор прямоугольных импульсов с регулируемой переменным резистором R2 скважностью. Состояние прямого выхода триггера определяет, включена или выключена в данное время нагрузка. На вход С триггера через однополупериодный выпрямитель на диоде VD5 и делитель напряжения из резисторов R1 и R4 поступают импульсы с частотой сети. Переключение триггера может происходить только в моменты, когда напряжение в сети растет и его мгновенное значение около 6 В (относительно вывода 7 микросхемы 001). Поэтому интервал времени между переключениями триггера всегда кратен периоду сетевого напряжения. Импульсы генератора следуют с периодом приблизительно 1,3 с. При не­обходимости его можно уменьшить, установив конденсатор С1 и переменный резистор R2 меньших номиналов. Но поскольку этим будет уменьшено число периодов сетевого напряжения за цикл регулировки, дискретность изменения мощности станет более заметной. Необходимо заметить, что использованный способ синхронизации включения и выключения нагрузки с сетевым напряжением не позволяет изменять передаваемую в нее мощность от 0 до 100 %. При любом положении движка переменного резистора R2 нагрузка будет включена хотя бы в одном периоде сетевого напряжения за цикл и хотя бы в одном периоде выключена. На триггере DD1.2 и транзисторе VT1 выполнен узел формирования им­пульсов, управляющих симистором VS1. Триггер включен по схеме повторителя импульсов генератора, поступающих на его вход S. Напряжение высокого логического уровня устанавливается на выходе триггера DD1.2, только когда триггер DD1.1 находится в состоянии с высоким уровнем на прямом выходе, а абсолютное значение напряжения на симисторе VS1 достигает приблизительно 10 В. Если эти условия выполнены, транзистор VT1 открывается и в цепи управляющего электрода симистора начинает протекать ток. Пока симистор остается закрытым, напряжение на коллекторе транзистора VT1 около 9 В, в момент открывания симистора оно падает почти до нуля, триггер DD1.2 возвращается в нулевое состояние, а транзистор VT1 закрывается. Симистор VS1 остается открытым до конца полупериода (точнее, пока ток, текущий между его электродами 1 и 2, не станет меньше тока удержания). Конденсатор СЗ способствует уменьшению броска коллекторного тока транзистора VT1 в момент подачи на устройство питающего напряжения. Вместе с резистором R7 это предотвращает кратковременное включение нагрузки. Конденсатор С4 защищает устройство от помех, поступающих из сети. Питание микросхемы DD1 производится током, протекающим через защитный диод, находящийся внутри микросхемы между ее выводами 3 и 14. Он течет, когда напряжение на этом выводе, соединенном с сетью через резистор R4 и диод VD5, превышает напряжение стабилизации стабилитрона VD4. Конденсатор С2 сглаживает пульсации напряжения питания. Несколько слов об используемых деталях. Переменный резистор R2 должен быть с линейной регулировочной характеристикой (группы А). Конденсатор С4 — TS01 фирмы Suntan. Подойдет и отечественный К73-17 с указанными на схеме параметрами. Микросхему К176ТМ2 можно заменить функциональным аналогом из серий К561, КР1561, а также импортной CD4013 или С04013В. Выходной ток микросхем серий КР1561 и 4000В может быть довольно большим. Применяя их, желательно ограничить ток перезарядки конденсатора С1, включив последовательно с выводами 2 и 5 микросхемы резисторы сопротивлением 1,5 кОм. Симистор КУ208Г можно заменить на КУ208Д, КУ208Г1, КУ208Д1. Его следует установить на теплоотвод площадью не менее 150 см2. Для уменьшения асимметрии открывания симистора в полупериодах сетевого напряжения различной полярности и снижения уровня, создаваемых регулятором помех желательно подобрать экземпляр симистора с током открывания не более 50 мА. Применение симисторов серий MAC 16, ВТ139, ВТВ16 или ВТА216 увеличит допустимую мощность нагрузки до 3 кВт. При этом должна быть соответствующим образом выбрана плавкая вставка RJ1 и увеличена площадь теплоотвода. Вместо транзистора КТ940А подойдут КТ940А1, КТ6105А, KSP42, KSP44, KSP45, MPSA42, MPSA44, MPSA45, BF459. В крайнем случае, пригодны и транзисторы серий КТ604, КТ605, однако при их применении сопротивление резистора R5 следует уменьшить до 3 кОм, чтобы скомпенсировать более низкий коэффициент передачи тока. Вместо диодов КД521А пригодны любые маломощные кремниевые диоды. Аналог стабилитрона КС191Ц — 1N4103. Диод КД209А можно заменить любым, рассчитанным на обратное напряжение не менее 400 В. Это могут быть не только КД209 с любыми буквенными индексами, но и диоды КД109В, КД221 В, КД221Г, КД243Г-КД243Ж, КД105Б-КД105Г 1 N4004-1 N4007. Диодный мост КЦ407А заменят мосты КЦ422Г. DB104—DB107. Но можно составить мост и из четырех отдельных диодов КД209А или любых, рекомендованных выше им на замену. На время проверки собранного регулятора удобно подключить к нему не нагреватель, а лампу накаливания. Это позволит по ее включениям и выключениям визуально следить за процессом регулирования: мощности.

От редакции. Питание микросхемы структуры КМОП напряжением, поданным на ее сигнальный вывод, опасно проявлением во внутренней структуре микросхемы так называемого тиристорного эффекта. Он ведет к резкому увеличению потребляемого микросхемой тока и нередко стано­вится виновником ее повреждения. Для предотвращения этого эффекта рекомендуется подключить, как показано на рисунке штриховой линией, к выводам 3 и 14 микросхемы DD1 диод Шоттки VD7.

Радио №2 2011г стр. 41