основы схемотехники Управление током при бестрансформаторном

питании пусковых узлов (с гасящим тринисторами и симисторами резистором или конденсатором) практически не используется.

Одним из вариантов снижения В различных электронных устройствах в цепях переменного тока потребляемой узлом управления в качестве силовых ключей широко применяют тринисторы мощности является использование и симисторы. Данная статья призвана помочь в выборе схемы вместо постоянного тока непре управления подобными приборами. рывной последовательности им пульсов с относительно большой С скважностью. Поскольку время амый простой способ управ торов положительная относитель включения типовых тринисторов ления тиристорами Ч это по но катода, а для симисторов Ч или составляет 10 мкс и менее, можно дача на управляющий элект отрицательная для обоих полупе подавать на их управляющий элект род прибора постоянного тока с ве риодов, или совпадающая с поляр род импульсы такой же длительно личиной, необходимой для его ностью напряжения на аноде. Так сти со скважностью, например, включения (рис. 1). Ключ SA1 на же можно добавить, что часто в со 5 10Ц20, что соответствует частоте рис. 1 и на последующих рисунках Ч ответствии с указаниями по 20Ц10Ц5 кГц. В этом случае потреб это любой элемент, обеспечиваю применению требуется шунтирова ляемая мощность также уменьша щий замыкание цепи: транзистор, н и е ется в 5Ц10Ц20 раз соответственно.

выходной каскад микросхемы, оп управляющего перехода тринисто Однако при таком способе управ трон и др. Этот способ прост и удо ров сопротивлением 51 Ом (R2 на ления выявляются некоторые но бен, но обладает существенным не рис. 1) и не требуется никакого вые недостатки. Во первых, теперь достатком Ч требуется довольно шунтирования для симисторов.

тиристор включается не в самом большая мощность управляющего Реальные величины тока управля начале полупериода сетевого на сигнала. В табл. 1 приведены наибо ющего электрода, достаточного для пряжения, а в произвольные мо лее важные параметры для обеспе включения тиристора, обычно мень менты времени, отстоящие от нача чения надежного управления неко ше цифр, приведенных в табл. 1, по ла полупериода на время, не пре торыми самыми распространенны этому нередко идут на его сниже вышающее периода запускающих ми тиристорами (три первых ние относительно гарантированных импульсов, т. е. 50Ц100Ц200 мкс.

позиции занимают тринисторы, ос значений: для тринисторов Ч За это время напряжение сети тальные Ч симисторы). При комнат до 7Ц40 мА, для симисторов Ч может возрасти примерно до ной температуре для гарантирован до 50Ц60 мА. Такое снижение часто 5Ц10Ц20 В. Это приводит к возник ного включения перечисленных приводит к ненадежной работе уст новению помех радиоприему и к тиристоров требуется ток управля ройств, и необходимости предва некоторому уменьшению выходно ющего электрода Iу вкл равный рительной проверки или же подбо го напряжения, впрочем, малоза 70Ц160 мА. Следовательно, при на ра тиристоров. Уменьшение управ метному.

пряжении питания, типовом для со ляющего тока также может Существует еще одна проблема.

бранных на микросхемах узлов уп приводить к возникновению помех Если при включении в начале полу равления (10Ц15 В), требуется по радиоприему, поскольку включение периода во время действия запус стоянная мощность 0,7Ц2,4 Вт. тиристоров при малых токах управ кающего импульса ток через тирис Отметим, что полярность управ ляющего электрода происходит тор не достигнет тока удержания ляющего напряжения для тринис при относительно большом напря (Iуд, табл. 1), тиристор после окон жении на аноде Ч несколько десят чания импульса выключится. Сле ков вольт, что приводит к броскам дующий импульс вновь включит ти тока через нагрузку и, следователь ристор, и он не выключится лишь в но, к мощным помехам.

том случае, если к моменту оконча Недостатком управления тирис ния импульса ток через него будет торами постоянным током является больше тока удержания. Таким об гальваническая связь источника уп разом, ток через нагрузку сначала равляющего сигнала и сети. Если в будет иметь вид нескольких корот схеме с симистором (рис. 1, б) при ких импульсов и лишь потом Ч си соответствующем включении сете а нусоидальную форму.

вых проводов источник управляю Если же нагрузка имеет активно щего сигнала можно соединить с индуктивный характер (например, нулевым проводом, то при исполь электродвигатель), ток через нее за зовании тринистора (рис 1, а) такая время действия короткого включаю возможность возникает лишь при щего импульса может не успеть до исключении выпрямительного мос стичь величины тока удержания, да та VD1ЦVD4. Последнее приводит к же когда мгновенное напряжение в однополупериодной подаче напря сети максимально. Тиристор после жения на нагрузку и двукратному окончания каждого импульса будет уменьшению поступаемой в нее б выключаться. Этот недостаток огра мощности.

ничивает снизу длительность запус В настоящее время в связи с кающих импульсов и может свести большой потребляемой мощнос Рис. тью запуск тиристоров постоянным основы схемотехники прост и удобен, некритичен к на Таблица личию у нагрузки индуктивной со ставляющей, но имеет недоста ток, на который нередко не обра щают внимания.

Недостаток связан с противоре чивостью требований к ограничи тельному резистору R1. С одной стороны, его сопротивление долж но быть как можно меньше, чтобы включение тиристора происходило как можно ближе к началу полупе риода сетевого напряжения. С дру гой стороны, при первом открыва Таблица нии ключа, если оно не синхронизи ровано с моментом прохождения сетевого напряжения через нуль, напряжение на резисторе R1 может достигать амплитудного напряже ния сети, т. е. составлять 310 - В. Импульс тока через этот резистор не должен превышать допустимых значений для ключа и управляющего перехода тиристора. В табл. 2 при ведены некоторые параметры наи более часто применяемых отечест венных фототиристоров (приборы Снижение требуемой при им серий АОУ103/3ОУ103 и АОУ115 Ч на нет уменьшение потребляемой мощности. пульсном управлении мощности и фотодинисторы, АОУ Ч фотосимис возможность введения гальвани торы). Исходя из значений макси Применение импульсного запус ческой развязки позволяют при мально допустимого импульсного ка облегчает гальваническую раз менить в узлах управления тирис тока управления (табл. 1) и макси вязку между узлом управления и торами бестрансформаторное пи мального импульсного тока через сетью, ибо ее может обеспечить да же небольшой трансформатор с тание. ключ (табл. 2), можно для каждой коэффициентом трансформации, Третий широко распространен конкретной пары приборов опреде ный способ управления тиристо лить минимально допустимое со близким к 1:1. Его обычно наматы вают на ферритовом кольце диамет рами Ч подача на управляющий противление ограничительного ре зистора. Например, для пары ром 16Ц20 мм с тщательно выпол электрод сигнала с его анода че КУ208Г (Iу, вкл макс = 1 А) и ненной изоляцией между обмотка рез ключ и ограничительный рези стор (рис. 2). В таком узле ток че АОУ160А (Iмакс, имп = 2 А) можно ми. Следует предостеречь от применения малогабаритных им рез ключ протекает в течение выбрать R1 = 330 Ом. Если ток уп нескольких микросекунд, пока равляющего электрода, при кото пульсных трансформаторов промы включается тиристор, если напря ром происходит включение симис шленного изготовления. Как прави жение на аноде достаточно вели тора, соответствует его максималь ло, они имеют низкое напряжение ко. В качестве ключей используют ному значению 160 мА, симистор изоляции (около 50Ц100 В) и могут будет включаться при напряжении служить причиной поражения элект малощумящие электромагнитные реле, высоковольтные биполяр на аноде равном 0,16 330 = 53 В.

рическим током, если при использо Как и в случае с подачей управляю вании прибора будет считаться, ные транзисторы, фотодинистры щих импульсов относительно боль что цепь управления изолирована от или фотосимисторы (схемы на рис. 2 соответственно). Способ шой скважности, это приводит к сети.

а б в Рис. основы схемотехники Сопротивление ограни АОУ115Д: приборы с индексом Д чивающего резистора R1 допускают подачу обратного на может быть уменьшено на пряжения с индексом Г Ч нет.

величину сопротивления Существенного сокращения по нагрузки, поскольку в мо требляемой цепями управления мент включения они вклю мощности можно добиться, если чены последовательно. включать ток управляющего элект Более того, если нагрузка рода в момент включения тиристо имеет гарантированно ин ра. Два варианта схем узлов управ дуктивно резистивный ха ления, обеспечивающих такой ре рактер, можно еще более жим, приведены на рис. 3.

а уменьшить сопротивле Включение тринистора в схеме на ние указанного резистора. рис. 3, а происходит в момент за Однако если нагрузкой мыкания контактов ключа SA1. По являются лампы накалива сле включения тринистора элемент ния, надо помнить, что их DD1.1 выключается, и ток управля холодное сопротивление ющего электрода прекращается, примерно в десять раз что существенно экономит потреб меньше рабочего. ление по цепи управления. Если на Следует также иметь пряжение на тринисторе в момент ввиду, что включающий включения SA1 будет меньше поро ток симисторов имеет га переключения DD1.1, тринистор разную величину для по не включится, пока напряжение на б ложительной и отрица нем не достигнет этого порога, т. е.

тельной полуволн сетево не станет несколько более полови го напряжения. Поэтому в ны напряжения питания микросхе Рис. выходном напряжении мо мы. Регулировать пороговое напря возникновению помех и к некоторо жет появиться небольшая постоян жение можно подбором сопротив ная составляющая. ления нижнего плеча делителя му уменьшению выходного напря жения. Поскольку реальная чувст Из фотодинисторов серии резистора R6. Резистор R2 обеспе АОУ103/3ОУ103 для управления чивает низкий логический уровень вительность тиристоров по управ ляющему электроду обычно лучше, тиристорами в сети на входе 1 элемента DD1.1 при за 220 В по максимально допустимо крывании тринистора VS1 и диод задержка открывания тиристора ного моста VD2.

относительно начала полупериода му напряжению подходят только меньше рассчитанной выше пре 3ОУ103Г, однако неоднократно Для аналогичного включения си дельной величины. проверено, что и АОУ103Б и мистора необходим узел двуполяр АОУ103В годятся для работы в ного управления элементом совпа этом режиме. дения DD1.1 (рис. 3, б). Этот узел Различие между собран на транзисторах VT1, VT2 и приборами с ин резисторах R2ЦR4. Транзистор VT дексами Б и В за включен по схеме с общей базой, и ключается в том, напряжение на его коллекторе ста что подача напря новится по модулю меньше порога жения обратной переключения элемента DD1.1, ког полярности на да напряжение на аноде симистора АОУ103Б не допу VS1 положительно относительно скается. Анало катода и превышает его примерно гично и различие на 7 В. Аналогично транзистор VT а между АОУ115Г и входит в насыщение, когда отрица б Рис. 4 Рис. основы схемотехники необходимого для надежного вклю чения тиристора.

Минимальная длительность включающего импульса определя ется тем, что он должен оканчи ваться не ранее, чем ток через нагрузки достигнет тока удержания тиристора. Например, если нагруз ка имеет мощность 200 Вт (Rн = 2202/200 = 242 Ом), а ток а удержания симистора КУ208 Ч 150 мА, то этот ток достигается при мгновенном напряжении в сети 242 15 = 36 В, т. е. при скорости 0, нарастания 100 В/мс окончание им пульса запуска должно быть не ра нее, чем через 360 мкс от момента перехода напряжения через нуль.

Снизить потребляемую мощность еще примерно в десять раз можно за счет подачи на третий вход эле ментов ИЛИ Ч НЕ схем на рис. 4 не прерывной последовательности импульсов (показано штриховыми линиями), как это было упомянуто в начале статьи применительно к уз лам по схемам на рис. 1. При этом проявляются те же недостатки, что и при непрерывной подаче импуль сов на управляющий электрод.

Для уменьшения потерь мощнос ти можно сформированный в узлах по схемам на рис. 4 импульс, про б дифференцировать его, и продиф ференцированный задний фронт использовать как запускающий для Рис. тиристора (рис. 6). Параметры это го запускающего импульса Ти сле тельное напряжение на аноде ста (а и б соответственно). Недостатком, дует выбирать так. Он должен начи новится по модулю больше Ц6 В. впрочем совершенно несуществен наться как можно раньше после Такой узел выделения момента ным в большинстве случаев, являет прохождения сетевого напряже прохождения напряжения через ся то, что первое включение проис ния через нуль, чтобы бросок тока нуль широко применяется в различ ходит не в самом начале полуперио через нагрузку в момент включе ных разработках. да сетевого напряжения, а в самом ния в начале каждого полупериода При всей кажущейся привлека конце того, во время которого был был бы минимальным и минималь тельности узлы, выполненные по замкнут ключ SA1.

ными были бы помехи и потери схемам, приведенным на рис. 3, и Двойная длительность включаю мощности. Здесь ширина импуль им аналогичные, обладают сущест щего импульса 2Т0 определяется са, формируемого в момент про венным недостатком: если по ка порогом переключения элемента хождения напряжения сети через кой либо причине тиристор не ИЛИ НЕ с учетом делителя R2R нуль, ограничена снизу только включится, ток через его управляю (рис. 4, а) или порогом формиро временем перезаряда дифферен щий электрод будет идти неопре вателя на VT1, VT2 (рис. 4, б), и цирующей цепи C1R7 и может деленно долго. Поэтому необходи рассчитывается по формуле быть достаточно малой, но конеч мо предпринимать специальные ной. Оканчиваться импульс дол меры по ограничению длительнос 2Т0 = 2Uпор/(dU/dt).

жен, как и для предыдущего вари ти импульса или рассчитывать ис анта, не ранее, чем когда ток че точник питания на полный ток, т. е. Скорость изменения сетевого рез нагрузку достигнет тока на такую же мощность, как и для уз напряжения при переходе через нуль удержания тиристора.

лов по схеме на рис. 1.

Схема узла, формирующего им Наиболее экономичные схемы уп пульс включения тиристора точно в равления используют формирова dU/dt = wUампл = 311314 100 В/мс, момент перехода сетевого напря ние одиночного включающего им жения через нуль, приведена на пульса вблизи перехода сетевого и при Uпор = 50 В двойная длитель рис. 7, а, а временная диаграмма напряжения через нуль. Две неслож ность составит 2Т0 = 1 мс. Скваж его работы Ч на рис. 7, б.

ных схемы таких формирователей ность импульсов равна 10, и сред Цепь из резисторов R1 R3 и эле приведены на рис. 4, а временные ний потребляемый ток в 10 раз мента DD1.1 формирует короткие диаграммы их работы Ч на рис. 5 меньше амплитудного значения, основы схемотехники импульсы (60Ц100 мкс) в момент пе рехода сетевого напряжения через нуль. Эти импульсы заряжают кон денсатор С1 до напряжения питания.

Конденсатор относительно медлен но разряжается через резистор R4, и на выходе DD1.2 формируется им пульс отрицательной полярности с длительностью, определяемой по стоянной времени цепочки R4C1.

При указанных на схеме номиналах длительность импульса составляет примерно 400 мкс. Схема узла уп равления симистором с близкими параметрами приведена на рис. 8.

При работе узлов по схемам на рис. 7 и 8 подача на управляющий электрод импульса включения спрямляет выходную характерис тику тиристора в момент прохож дения сетевого напряжения через нуль и при правильно выбранной длительности импульса удержива ет тиристор во включенном состо янии до момента достижения тока удержания даже при наличии не большой индуктивной составляю щей нагрузки. Источник питания а таких узлов может быть собран по бестрансформаторной схеме с га сящим резистором или, что еще лучше, конденсатором. Помех ра диоприему такое включение тири сторов не создает и может быть рекомендовано для всех случаев управления нагрузками с малой индуктивной составляющей.

Если же нагрузка имеет выражен ный индуктивный характер, можно рекомендовать схемы управления, приведенные на рис. 2. Для умень шения помех радиоприему необхо б димо включение в сетевые провода помехоподавляющих фильтров, Рис. 7 а если провода от регулятора до на грузки имеют заметную длину, то и в эти провода тоже.

Выше были рассмотрены вариан ты управления тиристорами при их использовании в качестве ключей.

При фазоимпульсном управлении мощностью нагрузок можно исполь зовать описанные выше схемотехни ческие решения по формированию импульсов в моменты перехода се тевого напряжения через нуль для запуска времязадающего узла запу ска тиристора. Отметим, что такой узел должен давать стабильную за держку включения тиристора, не за висящую от напряжения сети и тем пературы, а длительность формиру емого импульса должна обеспечить достижение тока удержания незави симо от момента включения нагруз Рис. ки в пределах полупериода или не    Книги, научные публикации