В устройстве, предназначенном для регулирования мощности активной нагрузки, автор применил обратную связь не только для стабилизации выходного напряжения, но и для ограничения длительности импульсов, открывающих симистор.

Схема регулятора показана на рис. 1. Включенным в цепь нагрузки симистором VS1 управляет электронный ключ на транзисторах VT1 и VT2. Открывающее напряжение поступает на управляющий электрод симистора, если логический уровень на выходе элемента DD1.4 низкий.

(нажмите для увеличения)

Интегратор на элементе DD2.3, работающем в линейном режиме, формирует линейно падающее напряжение (рис. 2,а), которое с помощью резисторов R21, R22 складывается с напряжением обратной связи, сумма поступает на вход элемента DD2.4. Как только она станет меньше порога переключения этого элемента, на его выходе появится высокий, а на выходе элемента DD1.4 - низкий логический уровень, что приведет к открыванию симистора VS1.

Узел из резисторов R6 - R9 и логических элементов DD1.1, DD1.2 контролирует напряжение на симисторе, осциллограмма которого показана на рис. 2,б. Если абсолютная величина этого напряжения меньше определенного значения, логический уровень на выходе элемента DD1.2 низкий, в противном случае - высокий. "Положительный" и "отрицательный" пороги выравнивают, подбирая резистор R9. Так как падение напряжения на открывшемся симисторе VS1 близко к нулю, низкий уровень на выходе DD1.2 по цепочке DD1.3 - DD2.2 - DD1.4 - VT1 - VT2 приводит к прекращению тока в цепи управляющего электрода симистора. В результате длительность импульса на этом электроде лишь немного превысит минимум, необходимый для открывания симистора.

Одновременно низкий уровень на выходе элемента DD2.2 через диод VD7 устанавливает в исходное состояние генератор пилообразного напряжения на элементе DD2.3. Новый цикл работы генератора начнется, когда напряжение на симисторе сменит полярность и превысит порог срабатывания узла контроля.

Еще одна функция этого узла - прекращение подачи на симистор открывающих импульсов, если от регулятора отключена нагрузка. Это происходит автоматически, так как напряжение между основными электродами симистора отсутствует.

На элементах R3 - R5, VD4, VD5 собран детектор выходного напряжения. Осциллограмма сигнала, выделяющегося на резисторе R3, показана на рис. 2, в. Его постоянная составляющая пропорциональна средневыпрямленному значению напряжения на нагрузке. В пропорции, зависящей от положения движка подстроечного резистора R10, выходное напряжение детектора суммируют с напряжением ручной регулировки, поступающим с переменного резистора R11, и фильтруют с помощью конденсаторов C3 и С4. Петля отрицательной обратной связи по напряжению замкнута через усилитель на элементе DD2.1, работающий в линейном режиме. Конденсатор С5 служит для дополнительной фильтрации.

Последовательно в цепь нагрузки включена первичная обмотка трансформатора тока Т1. Падение напряжения на резисторе R27, шунтирующем вторичную обмотку трансформатора, пропорционально току нагрузки. Когда его мгновенное значение по абсолютной величине больше, чем на движке подстроечного резистора R10, диод VD6 открывается и в цепь регулировки поступает сигнал, снижающий выходное напряжение.

Розетка Х1 служит для подключения к регулятору внешнего коммутатора, например, контактного термометра. Замыкание гнезд 1 и 3 розетки устанавливает низкий логический уровень на входе 2 элемента DD1.3, что блокирует отпирание симистора и приводит к отключению нагрузки. Защитные резисторы R13 - R15 ограничивают до безопасной величины ток, протекающий по цепям внешнего управления. Конденсатор С6 защищает от помех и наводок.

Узел питания регулятора состоит из гасящего конденсатора С1, зашунтированного резистором R1, ограничительного резистора R2 и выпрямителя на диодах VD1, VD2 с накопительным конденсатором С2. Выходное напряжение выпрямителя - приблизительно 16 В - непосредственно используется только для питания цепей управления симистором VS1. Для остальных узлов регулятора напряжение стабилизировано стабилитроном VD3.

После подачи сетевого напряжения резистивный делитель R17R18 поддерживает на входе 12 элемента DD2.2 высокий логический уровень до тех пор, пока конденсатор С2 не зарядится приблизительно до 10 В. Этим запрещается ложное открывание симистора до начала нормальной работы регулятора.

Регулятор собран в корпусе размерами 135x85x50 мм из алюминиевого сплава. На корпусе установлены трехконтактная сетевая вилка и аналогичная розетка для подключения нагрузки. Заземляющие контакты вилки и розетки электрически соединены с корпусом. Почти все детали регулятора смонтированы на находящейся внутри корпуса печатной плате размерами 75x60 мм из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Чертеж платы со стороны печатных проводников показан на рис. 3, расположение элементов со стороны их установки - на рис. 4.

Симистор VS1 укреплен на алюминиевом уголке, вторая "полка" которого толщиной 5 мм имеет надежный тепловой контакт с корпусом регулятора, но электрически изолирована от него прокладкой из полиимидной пленки толщиной 0,05 мм, смазанной с обеих сторон теплопроводящей пастой. Качество изоляции должно быть проверено мегаомметром с испытательным напряжением не менее 1000 В.

Магнитопровод трансформатора T1 собран из двух "полуколец" от стандартного ШЛ6х10. Первичной обмоткой служит силовой провод, пропущенный в окно магнитопровода, вторичная обмотка - 1000 витков эмалированного провода диаметром 0,1 мм. При изготовлении трансформатора можно воспользоваться рекомендациями из статьи И. Нечаева "Индикатор потребляемой мощности" ("Радио", 2000, № 11, с. 59).

Переменный резистор R11 и розетка Х1 установлены на кронштейне, укрепленном на печатной плате. Резисторы R13 - R15 одним выводом припаяны непосредственно к контактам розетки Х1 и защищены изоляционными полихлорвиниловыми трубками. Вторые выводы резисторов соединены с соответствующими контактными площадками на плате.

Резистор R16 - C3-14, остальные постоянные - МЛТ, подстроенные - СПЗ-19а. Переменный резистор R11 - СПЗ-9 или ППЗ-40, на его ось надета ручка из изоляционного материала. Конденсатор С1 - К73-17 на 630 В, С5, С6 - керамические К10-17, КМ или пленочные, С7 - из серии К73 или керамический группы ТКЕ не хуже М1500. Оксидные конденсаторы - К53-18 на напряжение не менее 16 В (С2) и 6,3 В (C3, С4). Можно применить оксидные конденсаторы других типов, в том числе алюминиевые К50-35. В последнем случае придется изменить расположение некоторых контактных площадок и проводников на печатной плате. Диоды VD1, VD2, VD6, VD7 - серий КД102 или КД522, стабилитрон VD3 - отечественного производства или импортный на напряжение стабилизации 5,6 В. Диоды VD4, VD5 должны быть рассчитаны на обратное напряжение не менее 400 В, например, КД209, КД105 с любыми буквенными индексами. Светодиод может быть любым, работающим на токе до 15 мА. Транзистор VT1 может быть серий КТ361 (с индексами А, В - Е), КТ3107 (А - Д, И, К), КТ209 (Г - М), КТ203Б; VT2 - КТ815, КТ817 с любыми буквенными индексами или КТ801Б.

В качестве замены микросхемы DD1 пригодна К561ЛА7, но для достижения симметрии выходного напряжения может потребоваться подборка резистора R9. Симистор должен иметь класс по напряжению не ниже четвертого. Кроме указанного на схеме, проверена работоспособность симисторов ТС 112-10 и ТС142-80.

Приступая к налаживанию регулятора, движки подстроечных резисторов устанавливают в следующие по схеме (см. рис. 1) положения: R10 - в правое, R3 - в среднее, R11 - в верхнее. К выходу подключают нагрузку - лампу накаливания мощностью 100 Вт - и вольтметр переменного тока. Для большей безопасности при налаживании рекомендуется подключать регулятор к сети таким образом, чтобы его общий провод (плюсовой вывод конденсатора С2) был соединен с нулевым проводом сети. Вращать оси подстроечных резисторов следует отверткой с ручкой из изоляционного материала.

При указанном выше положении органов регулировки симистор закрыт, напряжение на нагрузке отсутствует, светодиод HL1 светится, показывая, что регулятор подключен к сети. Вращая ось подстроечного резистора R23, контролируют сигнал на выходе элемента DD2.3 с помощью осциллографа. Минимальное значение пилообразного напряжения должно быть на 0,4...0,6 В выше напряжения на выводах 7 микросхем DD1 и DD2.

Если осциллографа нет, стрелочным вольтметром постоянного тока измеряют напряжение питания микросхем между выводами 7 и 14 одной из них. Затем включают вольтметр между выводами 3 и 14 микросхемы DD2 и резистором R23 добиваются его показаний в пределах 40...45 % измеренного ранее напряжения питания.

Подстроечным резистором R10 устанавливают нижний, затем R3 - верхний пределы регулирования выходного напряжения. Кратковременно подключив к регулятору нагрузку мощностью немного более допустимой при длительной работе, устанавливают движок подстроечного резистора R27 в положение, при котором установленное выходное напряжение начинает снижаться. Допустимый ток нагрузки зависит от типа примененного симистора и в рассматриваемом случае не должен превышать 10 А.

Автор: А.Абрамский, г.Новосибирск