Простой беспомеховый регулятор мощности на симисторе

Автор: Aenigma
Опубликовано 21.02.2013
Создано при помощи КотоРед.

         На микросхеме DD1 и элементах R1, C1, VD1, VD2 выполнен синхронизированный с сетью генератор прямоугольных импульсов. Период импульсов, вырабатываемых генератором, составляет около 1,3 с. Резистор R1 регулирует скважность импульсов. Элементы DD1.1, DD1.2 и DD1.3, DD1.4 включены как два RS‑триггера, на входы которых (выводы 1 и 9 микросхемы) через делитель R7R6 поступает часть сетевого напряжения. Транзисторы VT1 и VT2 выполняют функцию мощного инвертора логических сигналов для управления симистором. Питание устройства осуществляется через параметрический стабилизатор, в котором задействованы балластный резистор R7, стабилитрон VD3 и сглаживающий конденсатор C3. Когда напряжение на верхнем по схеме сетевом выводе относительно нижнего отрицательное, стабилитрон VD3 пропускает ток в прямом направлении, когда положительное – ограничивает напряжение на выводах 1 и 9 микросхемы DD1 на уровне 10 В. Ток, проходящий через эти выводы и внутренние защитные диоды микросхемы, заряжает конденсатор C3 до напряжения около 9,2 В, которое служит для питания низковольтной части устройства. Использование защитных диодов микросхемы не приводит к её защёлкиванию, поскольку амплитудное значение тока через резистор R7 ограничено и составляет около 5 мА.

         Рассмотрим более подробно логику работы устройства. Предположим, на выходе элемента DD1.4 присутствует низкий логический уровень, конденсатор C1 разряжен. Тогда независимо от полярности сетевого напряжения транзистор VT2 открыт, VT1 – закрыт, конденсатор C2 разряжен, управляющий сигнал на симистор не поступает – нагрузка остаётся выключенной. В это время на выходе DD1.2 присутствует уровень логической единицы, конденсатор C1 заряжается через цепочку R1VD1. Когда напряжение на конденсаторе C1 достигнет порогового значения (около 4,6 В), элемент DD1.2 переключится в нулевое состояние, если напряжение в сети отрицательное (на верхнем по схеме выводе относительно нижнего). Если напряжение в сети было положительным, то переключение элемента DD1.2 откладывается до смены полярности сетевого напряжения. Когда DD1.2 переключится в нулевое состояние, RS-триггер на элементах DD1.1 и DD1.2 защёлкивается и больше не реагирует на изменения полярности сетевого напряжения, элемент DD1.4 принимает единичное состояние. Пока на выходе DD1.4 присутствует логическая единица, элемент DD1.3 работает как инвертор по отношению к выводу 9. В результате, на коллекторах транзисторов VT1, VT2 формируются импульсы напряжения, полярность которых совпадает с полярностью сетевого напряжения, но с отставанием на 0,05 мс. Эти импульсы дифференцируются конденсатором C2 и создают импульсы тока управления 50…60 мА, которые в начале каждого полупериода открывают симистор VS1. В это время конденсатор C1 перезаряжается током обратного направления через цепочку VD2R1. Когда напряжение на выводе 13 DD1 станет ниже порогового значения, элемент DD1.2 переключается в состояние логической единицы, а элемент DD1.4 «дожидается», когда напряжение в сети станет отрицательным, и затем переключается в нулевое состояние. После этого подача управляющих импульсов на симистор снова прекращается, нагрузка отключается. Таким образом, нагрузка включается и выключается на время, всегда равное целому числу периодов сетевого напряжения.

         Микросхему К176ЛА7 можно заменить на К176ЛЕ5 без каких-либо изменений в схеме. Применять их аналоги из серий К561, КР1561, а также зарубежные аналоги типов 4001, 4011, нежелательно из-за различий в конструкции входных цепей микросхем. Если всё же необходимо использовать серию микросхем, отличную от К176, то в схему потребуется внести следующие изменения: вместо стабилитрона VD3 включается диод Шоттки КД923А, а параллельно конденсатору C3 – стабилитрон КС191Ж (включаются анодами к общему проводу), ещё один диод КД923А включается параллельно резистору R6 (катодом к C3). Также следует обратить внимание на возможность использования микросхем серии К176 ранних годов выпуска (выпущенных до начала 80-х годов XX века), которые могут не иметь защитных диодов между входами и плюсом питания (в их входных цепях стоят только защитные стабилитроны). Если в распоряжении радиолюбителя оказалась такая микросхема, то её можно использовать, включив параллельно резистору R6 диод КД521А или любой другой кремниевый (катодом к C3). Указанные выше диоды Шоттки заменяются любыми из серии КД922, 1N17–1N19 или любыми маломощными кремниевыми диодами, например из серии КД521. Транзистор КТ3107Л можно заменить на КТ3107К, КТ3102Г – на КТ3102Е. Вместо стабилитрона 2С210Ж подойдут КС210Ж, КС406Б, КС510А, Д810, Д814В и другие с напряжением стабилизации около 10 В. При выборе стабилитрона следует помнить, что недопустимо использовать двуханодные, термокомпенсированные и составные стабилитроны. Симистор VS1 может быть КУ208Г1, КУ208Д1 или другой, рассчитанный на требуемый ток нагрузки и напряжение не менее 400 В. При мощности нагрузки до 1 кВт симистор ставится на теплоотвод площадью 150 см². В случае использования симистора ТС106-10-4 максимальная мощность нагрузки составляет 2 кВт, и требуется теплоотвод площадью 300 см².

         Во время проверки регулятора мощности удобно в качестве нагрузки подключить лампу накаливания (желательно на 100 Вт или более). Устройство обычно не нуждается в налаживании, но если оказалось, что симистор VS1 открывается ненадёжно (лампа в нагрузке не включается или мерцает), можно попробовать уменьшить сопротивление резистора R4 или подобрать экземпляр симистора с меньшим током открывания. Резистор R4 позволяет выставить мгновенное напряжение сети, при котором происходит открывание симистора. Это напряжение может быть рассчитано по формуле U_пор ≈ U_пит∙R7/(2∙R4), где U_пит ≈ 9,2 В – напряжение на конденсаторе C3, сопротивления резисторов R6 и R7 должны быть равны. Уменьшение сопротивления резистора R4 обеспечивает более надёжное открывание симистора, но увеличивает уровень создаваемых помех, поэтому делать его сопротивление менее 30 кОм нежелательно.

[1] Молчанов В. Симисторный регулятор мощности. – Радио, 2009, № 9, с. 40–41.

[2] Черемисинова Н. Симисторный регулятор мощности. – Радио, 2009, № 11, с. 35.

[3] Гаврилов К. Регулятор мощности с малым уровнем помех. – Радио, 2011, № 2, с. 41–42.

Все вопросы в Форум.