Экономичное управление симистором. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

 Комментарии к статье

К числу наиболее актуальных следует отнести вопрос снижения среднего значения тока управления симистором. Автор предлагает весьма интересный подход к решению этого вопроса.

Применение симистора вместо двух тринисторов, включенных встречно параллельно, во многих случаях более оправдано, так как, кроме прочего, позволяет уменьшить габариты и стоимость устройства. Однако симисторы требуют сравнительно большего управляющего тока, что несколько ограничивает их применение в простых бестрансформаторных устройствах, питающихся непосредственно от сети через балластные элементы, гасящие избыток напряжения. В известных бестрансформаторных устройствах бытовой автоматики для уменьшения тока симистора использованы оптотиристорные или релейные промежуточные элементы.

Существенно уменьшить средний открывающий ток позволяет импульсное управление симистором. Подобное решение рассмотрено в [1 ], где описан узел управления, формирующий открывающие импульсы в начале каждого полупериода сетевого напряжения. Это устройство успешно работает совместно с активной нагрузкой, но с активно-индуктивной (обмотка электродвигателя или трансформатора) его работа будет неудовлетворительной, а в ряде случаев невозможной из-за фазового сдвига между напряжением сети и током в цепи нагрузки, а также из-за ограничения скорости нарастания тока нагрузки (эффект малой нагрузки).

Решить задачу можно, если синхронизировать устройство с паузами не напряжения сети, а тока нагрузки, причем в качестве датчика тока нагрузки удобно использовать сам симистор. Суть состоит в том, что когда между основными выводами 1 и 2 симистора малое напряжение, т. е. он открыт, через него протекает ток, а если между этими выводами присутствует положительное или отрицательное напряжение, большее постоянного открывающего, - закрыт. Следовательно, синхронизирующим должно быть напряжение между выводами 1 и 2 симистора. При этом, в отличие от традиционных узлов управления, формирующих открывающий ток по принципу "лишь бы не меньше", контроль напряжения на симисторе позволяет заметно снизить средний ток управления, поскольку он автоматически прекращается после открывания симистора.

На рис. 1 изображена упрощенная схема узла управления симистором, реализующего описанный способ. Датчик состояния симистора, собранный на транзисторах VT1 - VT3 и резисторах R1, R4, R5 по схеме, описанной в [2], формирует высокий выходной уровень, если симистор VS1 открыт.

Как только напряжение между выводами 1 и 2 закрытого симистора превысит 12 В, открываются либо транзистор VT3, либо VT1, VT2 в зависимости от полярности этого напряжения. В обоих случаях открывается транзистор VT4 и через него, резистор R6 и управляющий электрод симистора протекает открывающий ток. Значение этого тока (примерно 0,15 А) определяет сопротивление резистора R6.

Как только симистор откроется, напряжение на нем уменьшится до 1 ...1,5 В, что приведет к закрыванию всех транзисторов и прекращению открывающего симистор тока. Если ток через симистор не достигнет границы тока удержания, что может быть в случае индуктивной или малой активной нагрузки, то симистор закроется и процесс будет повторяться, пока симистор не отроется надежно.

В случае активной нагрузки обычно достаточно одного открывающего импульса, а при активно-индуктивной может потребоваться несколько. Причем с активной нагрузкой устройство потребляет ток примерно 0,3 мА, а при наличии индуктивной составляющей - до 3 мА. Из сказанного следует, что узел управления адаптируется к виду нагрузки и формирует ток, строго достаточный для открывания симистора.

На рис. 2 изображена практическая схема узла управления симистором. Питается узел непосредственно от сети переменного тока, как и нагрузка RH. Сетевое напряжение выпрямляет однополупериодный выпрямитель на диодах VD5, VD6 и стабилизирует на уровне 15 В стабилитрон VD4. Избыток сетевого напряжения гасит конденсатор C3.

Резистор R12 ограничивает импульсный ток через диоды выпрямителя при включении устройства в сеть, а резистор R11 разряжает конденсатор C3 после выключения устройства. Конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

Стабилизированным напряжением 15 В, снимаемым с выводов А и Г, питается и функциональный узел, который определяет назначение всего устройства в целом. Функциональный узел должен потреблять ток не более 7 мА в случае активной нагрузки и не более 5 мА при активно-индуктивной с cosφ>0,7.

Цепь управления симистором VS1 состоит из конденсатора С2, резистора R10 и транзистора VT5. Напряжение, накопленное на этом конденсаторе, приложено к управляющему электроду симистора VS1 через резистор R10 и транзистор VT5. Резистор ограничивает открывающий ток на уровне 0,15 А.

Конденсатор С2 в паузах между открывающими импульсами заряжается через резистор R9 от стабилизированного напряжения. Одновременно этот резистор вместе с конденсатором С1 образуют RC-фильтр, не пропускающий импульсные помехи из цепи управления симистором в цепь питания функционального и управляющего узлов.

Транзистором VT5 управляет логический элемент ЗИЛИ - НЕ, собранный на транзисторе VT2 и диодах VD1 - VD3 . Разрешающий управление высокий уровень на выходе логического элемента будет тогда, когда, во-первых, на вывод Б узла управления поступит низкий уровень с функционального узла, во-вторых, на симисторе VS1 напряжение достигнет 12 В и, в-третьих, конденсатор С2 зарядится до напряжения 10 В, достаточного для открывания симистора.

Напряжение на симисторе контролирует датчик его состояния, собранный на транзисторах VT3, VT4, VT6 и резисторах R6, R8, R13 и R14, о работе которого рассказано выше. С аыхода функционального узла активный сигнал низкого уровня поступает на вывод В и далее на вход узла фазового управления, описанного ниже, и на один из входов логического элемента ЗИЛИ - НЕ.

За напряжением на конденсаторе С2 следит узел, собранный на транзисторе VT1 и резисторах R3 - R5. Если конденсатор С2 заряжен до напряжения 10 В, низкий активный уровень с коллектора транзистора VT1 поступает на один из входов элемента ЗИЛИ - НЕ.

Для получения законченного устройства (термостабилизатора, светорегулятора и т. д.) к описанному узлу управления симистором необходимо подключить тот или иной функциональный узел, который и будет определять заданную функцию устройства.

На рис. 3 изображена схема функционального узла, позволяющего на базе описанного устройства управления симистором построить двупозиционный термостабилизатор для инкубатора. Датчиком температуры служит однопереходный транзистор VT1. Длительный опыт эксплуатации этого транзистора в подобном режиме показал, что он обладает хорошей чувствительностью и временной стабильностью и как нельзя лучше подходит для такой роли.

Межбазовое сопротивление транзистора VT1 включено в плечо измерительного моста, состоящего из резисторов R1 - R3 и подстроечного резистора R4 или R5, в зависимости от положения переключателя SA1. Выходное напряжение моста поступает на вход компаратора, собранного на ОУ DA1. Резистор R6 обеспечивает температурный "гистерезис" около ±0,25°С.

При использовании транзистора КТ117 с другим буквенным индексом необходимо сначала сбалансировать мост грубо подборкой резистора R3, а затем точно резистором R4 при температуре +40 °С и резистором R5 - при +38°С. Измерительный мост и ОУ питаются от параметрического стабилизатора VD1R7.

Схема функционального узла, позволяющего реализовать фазовое управление симистором, показана на рис. 4.

Принцип работы устройства основан на снятии с узла управления сигнала синхронизации (с вывода В) и трансляции его с регулируемой задержкой на один из входов логического элемента 3ИЛИ - НЕ узла (на вывод Б). Регулируемую задержку формирует устройство, собранное на четырех инверторах.

Инвертор DD1.1 посредством последовательной цепи, состоящей из диода VD1 и резистора R1, удерживает конденсатор С1 в разряженном состоянии, пока на симисторе отсутствует напряжение (т. е. симистор открыт). В момент появления на симисторе напряжения 12 В высокий минусовый уровень элемента DD1.1 закрывает диод VD1 и начинается зарядка конденсатора С1 через резисторы R2, R3.

Как только напряжение на конденсаторе С1 достигнет порога срабатывания триггера Шмитта, собранного на инверторах DD1.3, DD1.4 и резисторах R4, R5, он переключится. Высокий выходной уровень триггера инвертирует элемент DD1.2, после чего низкий уровень поступит на вход узла управления симистором (на вывод Б). Резистор R1 замедляет разрядку конденсатора С1, что позволяет сформировать серию открывающих импульсов в случае активно-индуктивной нагрузки.

Узел управления был испытан с симисторами ТС2 - 10, ТС2 - 16, ТС2 - 25, ТС112 - 10, ТС112 - 16, ТС122 - 25. Без всякого предварительного отбора все они работали устойчиво. При использовании других симисторов рекомендуется подобрать резистор R10 с тем, чтобы получить необходимый открывающий ток управления, рекомендуемый справочной литературой.

Чертеж печатной платы узла управления представлен на рис. 5.

(нажмите для увеличения)

Она изготовлена из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

Литература

1. Бирюков С. Симисторный термостабилизатор. - Радио, 1998, № 1, с. 50, 51.
2. Д. Г. Детектор нуля. - Млад конструктор, 1987, № 2, с. 16.

Автор: В.Володин, г.Одесса, Украина

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Защищенный ноутбук Panasonic Toughbook 55 07.09.2019 Компания Panasonic упростила процесс гибкой индивидуальной настройки конфигурации для своих защищенных ноутбуков серии Toughbook. Модель Toughbook 55 получила модульный дизайн, который позволяет добавить или заменить нужные системные компоненты. Например, в случае необходимости пользователь сможет не просто заменить и увеличить оперативную память, но также - заменить клавиатуру, внедрить дополнительные порты, повысить производительность графической подсистемы за счет установки дискретной видеокарты, добавить сканер отпечатков пальцев или второй накопитель. Причем все эти операции можно будет сделать самостоятельно, не обращаясь к специалистам. Кроме того, можно даже выполнить горячую замену второй батареи, не выключая ноутбук, что обеспечивает до 40 часов автономной работы. Такая возможность будет очень полезной для полевых работников. Новинка оснащена процессором Intel Core i5 или i7 8-го поколения и сенсорным дисплеем с максимальной яркостью 1000 нит. Конфигурация может включать до 64 ГБ оперативной памяти и накопитель емкостью до 2 ТБ. Toughbook 55 стал первым устройством в линейке, получившим интерфейсы USB-C, HDMI 2.0 и Bluetooth 5.0, а также 4 микрофона дальнего радиуса действия для улучшенного распознавания голоса. Защищенный ноутбук Panasonic Toughbook 55 поступит в продажу по цене от $2099.

Другие интересные новости:

▪ Музыка из паутины

▪ Быстрое биотопливо из водорослей

▪ Телевизор управляется взглядом

▪ Охлаждение инфаркта

▪ 5-гигагерцевый процессор Intel Core i7-1195G7

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радио - начинающим. Подборка статей

▪ статья Сэмюэл Ричардсон. Знаменитые афоризмы

▪ статья В честь кого назвали Америку? Подробный ответ

▪ статья В помощь ластам. Личный транспорт

▪ статья Регулятор яркости в торшере. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Преобразователь питания для часов на 60 Гц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025