Высокочастотные тиристоры, ранее применявшиеся в блоках разверток телевизоров, могут успешно эксплуатироваться и в тиристорных инверторах. Тиристор работает как ключ и имеет два устойчивых состояния: открытое (проводящее) и закрытое. Для открывания тиристора на управляющий электрод (УЭ) подается положительное (относительно катода) напряжение (достаточно и короткого импульса), обеспечивающее протекание в цепи УЭ отпирающего тока. При этом ток через тиристор должен превышать ток удержания, иначе тиристор после снятия управляющего напряжения вернется в закрытое состояние.

Если ток превышает ток удержания, тиристор остается открытым и после обесточивания УЭ. Закрыть его можно только снижением тока ниже удерживающего.

При больших скоростях нарастания прямого напряжения тиристор может перейти в открытое состояние даже при отсутствии управляющего сигнала. Для снижения скорости нарастания анодного напряжения используются дополнительные RC-элементы. В предлагаемом зарядном устройстве, построенном по схеме высокочастотного инвертора, в качестве коммутирующего элемента используется тиристор КУ221А.

Схема зарядного устройства состоит из:

• генератора на аналоговом таймере DA1;
• эмиттерного повторителя на транзисторе VT1, согласующего выходное сопротивление таймера с управляющим входом тиристора VS1;
• тиристорного инвертора VS1 с цепями переключения;
• силового выпрямительного моста инвертора VD10;
• бестрансформаторного источника питания с балластным конденсатором C11-VD9-C5;
• стабилизатора напряжения DA2-VD3;
• выпрямителя и фильтра выходной цепи VD8-С8-L-1;
• цепи стабилизации выходного напряжения VU1-VD5-R9-R10;
• датчика температуры RT1.

(нажмите для увеличения)

(нажмите для увеличения)

Генератор с регулируемой скважностью импульсов выполнен на интегральном таймере DA1. Для работы схемы в режиме автогенератора выводы 6 и 2 соединяются между собой и подключаются к конденсатору С1.

Заряд конденсатора С1 происходит по цепи R1-VD1-R2-C1, разряд - по цепи DA1 (вывод 7) - R3-VD2-R2-C1. Время заряда можно определить по приближенной формуле t1=0,639(R1+R2)C1, время разряда - t2=0,639(R2+R3)C1.

Пока конденсатор С1 заряжается (до напряжения 2/3 Uпит), на выходе 3 DA1 - высокий уровень, затем внутренний триггер микросхемы переключается, и на выходе 3 появляется низкий уровень. Открытый внутренний транзистор микросхемы разряжает конденсатор С1 (до напряжения 1/3 Uпит), и вновь включается цикл заряда. В результате, на выходе таймера получается непрерывная последовательность прямоугольных импульсов, которые через резистор R4 поступают на вход эмиттерного повторителя VT1. С его нагрузки R7 импульсы (в той же полярности) поступают на управляющий электрод тиристора VS1 и открывают его. Тиристор шунтирован параллельной цепочкой R11-C6-VD7, позволяющей удлинить время включения.

Тиристор закрывается при отсутствии тока управления, когда напряжение на резисторе R13 в цепи его анода падает, конденсатор С9 разряжается для подпитки тока обмотки трансформатора Т1, и ток VS1 становится меньше тока удержания. Для снижения воздействия тока управления на управляющий электрод VS1 подается небольшое отрицательное напряжение с резистора R8 в цепи катода. Стабилитрон VD4 ограничивает импульс обратного напряжения.

Сетевое питание инвертора подается с диодного моста VD10. Конденсатор С10 выполняет подготовку рабочего напряжения инвертора и фильтрует возможные помехи от работы тиристора VS1. Цепь рекуперации энергии обратного импульса обмотки трансформатора Т1 выполнена на цепочке VD6-R12-C7. Элементы защиты и коммутации выполнены на предохранителе FU1 и выключателе сети SA1.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется с помощью цепи обратной связи через оптопару VU1 на вход управления (вывод 5) DA1. При росте напряжения нагрузки (например, из-за увеличения ее сопротивления) включается светодиод и открывается фототранзистор оптопары. Порог открывания VU1 устанавливается регулятором R10. Открывшийся фототранзистор шунтирует через резистор R5 вход управления DA1, тем самым уменьшается длительность выходных импульсов микросхемы (без изменения длительности пауз), тиристор открывается на меньшее время, и напряжение нагрузки снижается. При уменьшении напряжения нагрузки указанные процессы происходят наоборот. Температурный датчик RT1 в цепи обратной связи позволяет при росте температуры радиатора тиристора VS1 снижать мощность в нагрузке.

Питание микросхемы таймера и эмиттерного повторителя выполнено от аналогового стабилизатора DA2. Диодный мост VD9 подключен к электросети через балластный конденсатор С11, пониженное напряжение после сглаживания конденсатором С5 поступает на DA2.

Примененные в тиристорном инверторе радиодетали можно заменить на аналогичные, указанные в таблице. Силовой импульсный трансформатор в схеме выбран исходя из рабочей частоты инвертора и мощности нагрузки. Его габаритная мощность должна несколько превышать мощность нагрузки (с учетом потерь). Выполнить самодельный трансформатор на хорошем уровне достаточно трудно, проще подобрать готовый. Хорошо подходят импульсные трансформаторы от блоков питания компьютеров. Для анализа один из имевшихся трансформаторов был разобран. Оказалось, что его первичная обмотка содержит 42 витка провода типа ПЭЛ 0,63 мм с укладкой в два слоя. Низковольтная обмотка выполнена в 2 провода 00,8 мм и содержит 6+6 витков (со средним выводом). В данном устройстве можно использовать и трансформаторы от блоков питания телевизоров импортного производства.

Наладка. После сборки схемы производится тщательная проверка цепей питания на наличие коротких замыканий. Вместо предохранителя FU1 временно включается лампочка 220 В, 100 Вт, и подается напряжение сети. Если лампочка загорается почти в полную яркость, значит, в схеме есть неисправность. Когда лампочка горит слабым накалом, к выходу можно подключить вместо нагрузки автомобильную лампочку 12 В, 50 Вт. Свечение лампочки указывает на исправную работу схемы.

Регуляторами скважности R2 и величины обратной связи R10 добиваются наибольшей яркости лампочки во вторичной цепи (с контролем выходного напряжения). После регулировки схемы предохранитель ставят на место. Через небольшой промежуток времени устройство выключают и контролируют температуру радиоэлементов. В случае перегрева увеличивают размеры радиаторов или дополнительно устанавливают вентилятор от компьютера

При зарядке к выходным клеммам в соответствующей полярности проводом сечением не менее 4 мм2 подключается 12-вольтовый автомобильный аккумулятор емкостью 10...100 А-час. Регулятором тока заряда R2 устанавливают по амперметру ток 0,02С (С - емкость аккумулятора). Время зарядки составляет 5...6 часов.

Авторы: В.Коновалов, А.Вантеев, Творческая лаборатория "Автоматика и телемеханика", Иркутский центр "Энергосберегающие технологии", г.Иркутск