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:

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Устройство идеальной очистки воздуха 28.11.2025

Качество воздуха в закрытых помещениях давно стало важнейшим фактором здоровья, особенно в городах, где люди проводят подавляющую часть времени внутри зданий. В последние годы исследователи уделяют все больше внимания именно тем технологиям, которые способны задерживать или разрушать вредоносные частицы до того, как они попадут в дыхательные пути человека. Одним из таких новаторских направлений стала разработка инженеров Университета Британской Колумбии в Оканагане, которые предложили принципиально иной подход к очистке воздуха в присутствии людей. По словам профессора Школы инженерии доктора Санни Ли, традиционные персонализированные вентиляционные системы действительно могут улучшать качество воздуха вокруг пользователя, однако их принцип работы имеет ряд ограничений. Человек вынужден находиться в строго определенной зоне, а одновременное использование одной системы несколькими людьми снижает эффективность. Кроме того, непрерывный поток сухого очищенного воздуха способен вызывать ...>>

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

Случайная новость из Архива Подкожный чип для мгновенного анализа крови 12.06.2015 Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) разработали диагностический чип, вживляемый под кожу. Чтобы выполнять анализ крови в реальном времени и незамедлительно получать данные о содержании в крови различных веществ, под кожу достаточно имплантировать микрочип со стороной всего один квадратный сантиметр. Устройство может измерять уровни холестерина и глюкозы в крови, а также содержание некоторых лекарственных препаратов. Внутри прячется блок управления, набор из шести сенсоров, Bluetooth-адаптер для связи со смартфоном и индукционный контур. Такая конструкция обусловлена необходимостью размещения "внешнего" аккумулятора, чтобы для замены элемента питания не приходилось каждый раз разрезать кожу - батарея просто приклеивается к коже обычным пластырем. Исследователи уже протестировали микрочип на лабораторных мышах, а испытания на человеке должны начаться в течение ближайших пяти лет.

Другие интересные новости:

▪ Потолочная точка доступа TP-Link EAP610

▪ Органический метеорит

▪ Новый тип высокоэффективных постоянных магнитов

▪ Порошок, очищающий воду от кишечной палочки

▪ Раскрыт секрет незамерзающей воды на Марсе

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электромонтажные работы. Подборка статей

▪ статья 3-фазный электрокотел. Советы домашнему мастеру

▪ статья Что заставляет животных различать красный цвет? Подробный ответ

▪ статья Функциональный состав телевизоров Sony. Справочник

▪ статья Индикатор потребляемого тока или мощности. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья УНЧ с однополярным 12-вольтовым питанием. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025