Экономичное устройство управления симисторами. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Устройство предназначено для компактных и экономичных изделий бытовой автоматики. Оно независимо подключает и отключает одну или несколько нагрузок к сети переменного тока напряжением 220 В в зависимости от внешнего логического сигнала. При этом импульс, управляющий симистором, формируется минимальной длительности, достаточной для его открывания [1].

Кроме того, обеспечена привязка моментов включения нагрузки к моментам перехода напряжения сети через ноль, причем в нагрузку поступает всегда целое число периодов сетевого напряжения. Это снижает уровень коммутационных помех, что особенно важно для мощных нагрузок, а также гарантирует отсутствие постоянной составляющей тока нагрузки.

Рис. 1 (нажмите для увеличения)

На рис. 1 показана схема устройства для независимого управления двумя нагрузками. Нагрузку 1 коммутирует симистор VS2. Им управляют элементы DD1.1, DA1, VD2, VD3, R7, R9, R11, R12. Аналогично нагрузку 2 коммутирует симистор VS3, которым управляют элементы DD1.2, DA2, VD4, VD5, R8, R10, R13, R14. Так можно управлять любым числом нагрузок, при этом С1, R1-R3 - общие для всех. Элементы R4-R6, С2- С4, VD1, VD6, VD7, VS1, DA3 образуют блок питания, напряжение которого подается также на внешнее управляющее устройство. Он обеспечивает выходное напряжение 12 В при токе нагрузки до 100 мА. Блок работает по принципу описанного в статье [2] блока питания с балластным конденсатором и узлом ограничения выходного напряжения на стабилитроне и транзисторном аналоге тринистора. Но вместо аналога тринистора применен реальный прибор VS1, как показано на рис. 1.

В моей предыдущей статье [3] описан узел управления симистором на таймере КР1441ВИ1 с фиксированной длительностью управляющих импульсов, а потому его применение в случае управления нагрузкой с индуктивной составляющей затруднительно. В предлагаемой статье это ограничение устранено. Нагрузками могут быть компактные люминесцентные ("энергосберегающие") лампы с электронным балластом. Если выяснилось, что подключенная к устройству энергосберегающая лампа в выключенном состоянии периодически вспыхивает, нужно попытаться подобрать симистор с меньшим током утечки, а если это не удалось, зашунтировать лампу резистором или конденсатором, как рекомендовано в статье [4].

Триггеры микросхемы DD1 служат для синхронизации моментов включения симисторов с переходами напряжения сети через ноль. Вход D каждого триггера управляющий - на него подается сигнал, который определяет включение или выключение соответствующей нагрузки.

Делитель R2R3 обеспечивает поступление тактовых импульсов на входы С триггеров в моменты, когда мгновенное напряжение в сети проходит через нулевое значение и растет (на верхнем по схеме сетевом проводе относительно нижнего). Таким образом, тактовые импульсы следуют с частотой 50 Гц синхронно с сетью. В момент включения устройства в сеть импульс через цепь R1C1 устанавливает устройство так, чтобы все нагрузки были отключены.

Рассмотрим работу устройства на примере коммутации нагрузки 1. После включения питания триггер DD1.1 устанавливается в состояние высокого уровня на инверсном выходе и низкого уровня на прямом выходе. Здесь и далее логические уровни указаны относительно линии питания -12 В. В такое же состояние устанавливается этот триггер при соединении его входа D (вывод 5) с минусовым проводом питания после поступления на вход С (вывод 3) тактового импульса. Диоды VD2 и VD3 открываются. Высокий уровень через диод VD2 поступает на вход Е (сигнал разрешения запуска - вывод 4) таймера DA1, а на его входе S устанавливается низкий уровень. В результате на выходе таймера DA1 (соединенные выводы 3 и 7) устанавливается высокий уровень. Через управляющий электрод симистора VS2 ток не идет, симистор закрыт, нагрузка 1 отключена.

При соединении входа D триггера DD1.1 с плюсовым проводом питания после поступления на вход С тактового импульса триггер устанавливается в состояние высокого уровня на прямом выходе и низкого уровня на инверсном выходе. Диоды VD2 и VD3 закрываются. Состояние таймера DA1 определяется значениями напряжения на выходах делителя R11R7R9, которые подключены к входам Е и S таймера. Сопротивления резисторов этого делителя подобраны так, что через управляющий электрод симистора VS2 протекает ток, когда абсолютное значение напряжения U2-i между его электродами 2 и 1 превышает 9,8 В.

Вход Е таймера имеет больший приоритет, чем S, a S - больший, чем R. Вход R таймера соединен с плюсом его питания. Поэтому таймер находится в состоянии низкого уровня на выходе, если этому не препятствуют сигналы на входах Е и S. Пока абсолютное значение напряжения U2-1 меньше 9,8 В, высокий уровень на входе Е разрешает установку по входу S. Напряжение низкого уровня на входе S устанавливает таймер в состояние высокого уровня на выходе. Через управляющий электродсимистора VS2 ток не идет, нагрузка 1 отключена.

Если напряжение U2-i больше +9,8 В, то напряжение на входе S превышает порог переключения, поэтому сигналом с входа R таймер переходит в состояние низкого уровня на выходе. Из управляющего электрода симистора VS2 через токоограничительный резистор R12 на выход таймера втекает ток. Симистор VS2 открывается и подключает нагрузку 1 к сети.

Если напряжение U2-1 меньше -9,8 В, устанавливается напряжение низкого уровня на обоих входах Е и S. Низкий уровень на входе Е переключает таймер в состояние низкого уровня на выходе. Из управляющего электрода симистора VS2 через токоограничительный резистор R12 на выход таймера втекает ток. Симистор VS2 открывается и подключает нагрузку 1 к сети.

После открывания симистора VS2 напряжение на нем падает почти до нуля, в результате чего таймер DA1, как описано выше, переходит в состояние высокого уровня на выходе, ток через управляющий электрод симистора VS2 прекращается, в результате чего достигается экономичное управление симистором.

Если необходимо, чтобы нагрузка 1 включалась после соединения входа D триггера DD1.1 с минусовым проводом питания, а отключалась - с плюсовым, меняют местами подключение входов S и R, а также выходов этого триггера.

Резисторы R12 и R14 задают ток управляющих электродов симисторов, который достигает 100 мА для указанного на схеме сопротивления 100 Ом. Такой ток достаточен для открывания большинства симисторов КУ208Г и всех ТС106-10-4. Если используемые симисторы отобраны так, что они открываются током 50 мА или установлены зарубежные симисторы MAC16D или ВТА216-500В, которые гарантированно открываются током 50 мА, то сопротивление резисторов R12 и R14 можно увеличить до 200 Ом.

Так как симистор управляется напряжением минусовой полярности на управляющем электроде относительно его электрода 1, соединенного с общим проводом, то для питания устройства необходимо напряжение минусовой полярности.

Предлагаемое устройство можно питать и от блока питания управляющего устройства, выход которого подключают к конденсатору С4, соблюдая полярность. В этом случае элементы R4-R6, С2, С3, VD1, VD6, VD7, VS1, DA3 не устанавливают. При отсутствии заметной индуктивной составляющей в нагрузке устройство потребляет ток около 200...300 мкА на одну нагрузку. Тем не менее для надежного запуска источник питания должен обеспечивать выходной ток не менее 6 мА на нагрузку.

Следует помнить о гальванической связи с сетью и соблюдать меры предосторожности. Устройство должно быть помещено в изолированный корпус и не соединяться непосредственно с другими устройствами, кроме тех, которые оно коммутирует. Для повышения электробезопасности сетевой провод, являющийся общим, рекомендуется соединять с "нулем", другой сетевой провод - с "фазой", как показано на схеме.

Рис. 2

Если управляющее устройство вырабатывает логические сигналы плюсовой полярности относительно общего провода, их подают через согласующее устройство, схема которого показана на рис. 2. Сопротивление резистора R1 (в килоомах) рассчитывают по формуле R1 = (Uвx1-0,7 В) /0,1 мА, где UBX1 - напряжение сигнала высокого уровня плюсовой полярности (в вольтах). В знаменателе формулы - максимальный расчетный ток через этот резистор 0,1 мА. Указанное на рис. 2 его сопротивление соответствует высокому уровню сигнала ТТЛ.

Рис. 3

Если управляющее устройство не имеет собственного блока питания, то его можно питать от двухполярного блока питания с балластным конденсатором, схема которого показана на рис. 3. Он рассчитан на выходной ток до 100 мА по каждому напряжению. От плюсового напряжения питается управляющее устройство, а от минусового - предлагаемое.

Микросхему HEF4013BP нежелательно заменять аналогами, поскольку ее счетные входы оснащены триггерами Шмитта. Тем не менее возможно применение других зарубежных микросхем серии 4013В. В крайнем случае можно использовать и К561ТМ2, но тогда между выводами 3, 11 и выводом 7 следует включить диод Шотки КД923А, КД922А, КД922Б или 1N17-1N19 (анодом к выводу 7), который предотвращает протекание тока через внутренние защитные диоды. Хотя этот ток не превышает допустимого для серии К561 значения 10 мА, он приводит к некорректной работе микросхемы.

Таймеры КР1441ВИ1 можно заменить аналогичными импортными ICM7555IPA, ILC555N, GLC555. Возможно применение и сдвоенных таймеров, таких как GLC556, ICM7556IPD.

Интегральный стабилизатор с выходным напряжением -12 В (DA3 на рис. 1 и DA2 на рис. 3) может быть из серий КР1168ЕН12, КР1199ЕН12 или импортный типа 79L12. Микросхема КР1170ЕН5 (DA1 на рис. 3) заменима аналогом 2931AZ-5.

Транзистор VT1 (см. рис. 2) - любой из серии КТ3107. Симистор МАС97А4 (VS1 на рис. 3) можно заменить на МАС97А6, МАС97А8, а также любым из серии ВТ131. Тринистор VS1 (см. рис. 1) - любой из серий КУ251, MCR100, ВТ149.

Диоды VD1, VD7 на рис .1 и VD3, VD4 на рис.3 - из серий КД105, 2Д212, КД212 (кроме КД212Б и КД212Г), Д237 (кроме Д237В, Д237Г и Д237Л), КД243, 1N4001 - 1 N4007. Диоды КД521А можно заменить другими маломощными кремниевыми. Стабилитрон

КС216Ж (VD6 на рис. 1) можно заменить на 2С216Ж, КС508В, 1 N4703, BZX55-C16. Напряжение стабилизации используемого стабилитрона должно находиться в пределах 15,5... 16,5 В при токе 2 мА.

Конденсаторы емкостью 3,3 мкФ с номинальным напряжением 400 В (С2 на рис. 1 и С1 на рис. 3) - импортные с маркировкой "АС", предназначенные для включения в цепь переменного тока.

Литература

1. Володин В. Экономичное управление симистором. - Радио, 2003, № 6, с. 27, 28.
2. Цесарук Н. Импульсный стабилизатор конденсаторного блока питания. - Радио, 1999, № 11, с. 39.
3. Гаврилов К. Применение микросхемы КР1441ВИ1. - Радио, 2011, № 6, с. 34-36.
4. Мороз К. Устранение мигания люминесцентной энергосберегающей лампы. - Радио, 2012, №4, с. 41.

Автор: К. Гаврилов

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Водородное топливо из света 11.12.2024 Ученые из Аргоннской национальной лаборатории и Йельского университета сделали значительный шаг вперед в использовании света для производства водородного топлива. В центре их внимания - уникальный биогибридный катализатор, объединяющий биологические и нанотехнологические компоненты для эффективного синтеза водорода. Биогибридный катализатор включает в себя две ключевые части: фотосистему I (PSI), заимствованную из растений и некоторых бактерий, и платиновые наночастицы. Фотосистема I, способная улавливать солнечный свет, играет роль "поставщика" электронов, которые затем передаются на платиновые наночастицы. В результате этого взаимодействия происходит выделение газообразного водорода - чистого и перспективного источника энергии. В ходе исследования ученые провели детальный структурный анализ катализатора. Они определили точное расположение и конфигурацию платиновых наночастиц на поверхности PSI. Как оказалось, платиновые частицы связываются с фотосистемой I в двух разных участках комплекса. Это открытие позволяет лучше понять механизмы взаимодействия компонентов и процессы передачи энергии внутри катализатора. Полученные структурные данные имеют важное значение для дальнейших разработок. Знание точных мест связывания и принципов взаимодействия PSI и платины открывает возможности для улучшения дизайна катализатора. Исследователи планируют изменить свойства белка PSI и контролировать характеристики платиновых наночастиц. Это позволит оптимизировать их взаимодействие и значительно повысить эффективность производства водородного топлива. Эта работа является важным шагом на пути к созданию экологически чистых энергетических технологий. Фотосинтез - природный процесс, вдохновляющий ученых на разработку инновационных решений. Используя его возможности в сочетании с передовыми материалами, такими как платиновые наночастицы, можно добиться устойчивого и чистого производства энергии. Открытие исследователей из Аргоннской лаборатории и Йельского университета приближает нас к реализации технологий будущего, где свет станет ключевым источником энергии, а водород - ее экологически чистым носителем. Продолжение работы в этом направлении может сыграть ключевую роль в решении глобальных энергетических проблем и сокращении выбросов углерода.

Другие интересные новости:

▪ Солнечные паруса для космических кораблей

▪ Технология Omnivision Nyxel для машинного зрения и ночного видения

▪ Американская солнечная энергетика

▪ SIMO PMIC-преобразователь MAX77654

▪ Кожа из кактусов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заводские технологии на дому. Подборка статей

▪ статья Устройство водостока. Советы домашнему мастеру

▪ статья Какая категория слепых может воспринимать визуальную информацию на подсознательном уровне? Подробный ответ

▪ статья Лук-резанец. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Регуляторы мощности на микроконтроллере. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Ключ на крючке. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026