Управление тиристорами оптопарой – Простое управление тиристором » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)

Управление тринисторами и симисторами — Стр 2

После
того, как тиристор проверен, можно
провести несколько простеньких
экспериментов для практического
ознакомления с его работой. Ну, это как
раз из разряда «а руки-то помнят».

Как
управлять тиристором?

   

Как
включить тиристор? Включение тиристора
постоянным током.

Чтобы
ответить на этот вопрос придется собрать
простую схемку, показанную на рисунке 1.
После того, как схема собрана, ее следует
подключить к источнику постоянного
напряжения. Лучше всего, если это будет
регулируемый лабораторный источник с
защитой, хотя бы от короткого замыкания,
ведь мало ли что может произойти в
процессе опытов?

Движок
переменного резистора R2 следует
установить в нижнее по схеме положение.
Затем, удерживая нажатой кнопку SB1,
(лампочка еще гореть не должна) медленно
перемещать движок вверх по схеме. В
каком-то положении движка лампочка
зажжется, после чего кнопку следует
отпустить, тем самым сняв сигнал с УЭ.
После отпускания кнопки лампочка должна
остаться во включенном состоянии. Как
все это можно объяснить?

Вращением
движка резистора R2 мы увеличивали ток
УЭ, при определенном значении которого,
характеристика тиристора спрямилась
и он открылся, как было показано на
рисунке 2 .
Резистор R1 предназначен для ограничения
тока через УЭ, чтобы он не превысил
допустимый уровень, оговоренный в
справочных данных. Если теперь отпустить
кнопку SB1, то лампочка останется зажженной,
поскольку ее тока вполне хватает для
удержания тиристора в открытом состоянии.
Этот момент также показан на рисунке2,
как Iуд.

Рисунок 1.
Схема для опыта по включению тиристора

Если
в этом опыте в точку А на рисунке 1 включить
миллиамперметр, то можно измерить ток
управляющего электрода. Если испытать
несколько экземпляров тиристоров даже
одной марки, ток управляющего электрода,
при котором зажжется лампочка, будет
разным, с достаточно значительным
разбросом. Эти токи могут изменяться в
диапазоне 10 — 15мА.

Также
с помощью этой схемы можно определить
ток удержания тиристора, для чего в
точку В подключить миллиамперметр, а в
точку Б переменный резистор величиной
2,2 — 3,3КОм, предварительно выведенный до
нуля. После того, как вращением резистора
R2 тиристор удастся включить, при
отпущенной кнопке SB1 уменьшать ток в
нагрузке с помощью дополнительного
переменного резистора.

Наименьший
ток, при котором произойдет отключение
тиристора, и является током удержания
для данного экземпляра. Ток удержания
так же, как и ток управляющего электрода
невелик, порядка 10 — 15мА, но, в обоих
случаях, чем меньше, тем лучше.

Управление
тиристором импульсным током

Для
проведения этого опыта схему, показанную
на рисунке 1, следует несколько изменить,
приведя ее к виду в соответствие с
рисунком 2.

Рисунок
2. Управление тиристором импульсным
током

При
нажатии на кнопку SB1 конденсатор C1
заряжается через УЭ тиристора, в
результате чего тиристор открывается
коротким импульсом зарядного тока, о
чем свидетельствует светящаяся лампочка.
Отпускание и последующее нажатие кнопки
не приведет каким-либо изменениям,
лампочка будет продолжать гореть.
Погасить ее можно лишь теми способами,
которые были рассмотрены ранее, а кроме
них кратковременным подключением
конденсатора C2, как показано пунктиром.
Этот конденсатор шунтирует тиристор,
ток через него становится равным нулю,
в результате тиристор выключается. Вот
только после этого можно снова
воспользоваться кнопкой SB1. Чтобы быть
готовым к следующему нажатию конденсатор
C1 разряжается через резистор R1.

Тиристор
в устройстве фазового регулятора
мощности

На
рисунке 3 показана схема простейшего
регулятора мощности на тринисторе, там
же временные диаграммы выходных
напряжений.

Рисунок
3. Схема для изучения регулятора мощности

В
зависимости от величины управляющего
тока тиристор имеет свойство открываться
при разном напряжении на аноде. Это
свойство используется в схемах регуляторов
мощности. На схеме показаны точки для
подключения осциллографа, что позволит
воочию увидеть диаграммы, показанные
на рисунке. Если такой возможности нет,
то придется просто поверить на слово.

Питание
регулятора осуществляется от
трансформатора, как в предыдущих опытах
через диодный мост VD1 — VD4. Фильтрующий
конденсатор параллельно мосту
устанавливать нельзя, поскольку
напряжение примет форму, показанную на
рисунке 3а пунктиром, и тиристор не
сможет выключаться в моменты перехода
напряжения через нуль: лампочка,
включившись один раз, так и будет
продолжать гореть.

Вначале
следует движок переменного резистора
R2 установить в верхнее по схеме положение
и нажать кнопку SB1. Сопротивление в цепи
УЭ в этом случае невелико, всего 100 Ω, и
ток, достаточный для открытия тиристора
получится при напряжении на аноде чуть
более одного вольта, в самом начале
полупериода. Поэтому лампочка должна
зажечься в полный накал, что соответствует
временной диаграмме а, которую можно
будет наблюдать на осциллографе.

Это
напряжение получено в результате
двухполупериодного выпрямления
синусоиды. Вертикальной штриховки
внутри полупериодов, конечно, не будет,
это только на рисунке. При отпускании
кнопки лампочка должна погаснуть в
момент перехода выпрямленного напряжения
через нуль.

Если
снова нажать кнопку и медленно смещать
движок переменного резистора вниз по
схеме, то яркость свечения лампы будет
уменьшаться, а на осциллографе можно
увидеть искаженные куски полусиносоиды.
На диаграммах они показаны вертикальной
штриховкой. Мощность в нагрузке будет
соответствовать заштрихованной площади
– в это время тиристор открыт.

Это
происходит потому, что при перемещении
вниз движка резистора R2 сопротивление
в цепи управляющего электрода
увеличивается, и ток УЭ достаточный для
открытия тиристора получается при все
больших значениях напряжения на аноде.

Такое
положение дел возможно лишь до диаграммы
3в, пока напряжение на аноде не достигло
максимального значения. Заштрихованная
часть диаграммы соответствует 50% мощности
нагрузки при диапазоне регулирования
всего 50 — 100%. Как же продолжить дальнейшее
регулирование?

Для
этого следует изменить фазу напряжения
на УЭ относительно фазы напряжения на
аноде, чего можно достичь весьма простым
способом. Достаточно подключить
конденсатор C1, как показано на схеме
пунктиром. Теперь тиристор будет
открываться при малых значениях анодного
напряжения, начиная со второй части
полупериода, как показано на диаграмме
3г, что позволит расширить диапазон
регулирования от 0 — 100%.

После
изучения теории и проведения простых
практических занятий можно переходить
к изготовлению светорегуляторов и
регуляторов мощности.

Практические
устройства на тиристорах
 

 

Основой
светорегуляторов и регуляторов мощности
являются, как правило, тиристоры и
симисторы. О работе этих полупроводниковых
приборов было рассказано в предыдущих
трех частях статьи, и теперь можно
познакомиться с устройством некоторых
практических устройств на тиристорах.
Все схемы, которые будут рассмотрены,
используют фазовый принцип регулирования,
описанный в конце третьей части статьи.

Вначале
давайте познакомимся с достаточно
простыми схемами, содержащими небольшое
количество деталей, и хотя бы поэтому,
наиболее доступными для повторения в
любительских условиях. Впрочем, схемы
могут быть и более сложными, но алгоритм
их работы все равно один и тот же –
регулировка яркости источника света.
Иногда встречаются схемы, сочетающие
в себе собственно светорегулятор и
сумеречный выключатель, либо схему
плавного включения лампы. Но, вначале
самые простые схемы.

Чтобы
не возвращаться к каждый раз к предыдущей
части статьи, пожалуй, этот рисунок
вставим еще раз в этом месте текста.

Рисунок 1.
Временные диаграммы фазового регулятора
мощности

Вертикальная
штриховка соответствует включенному
состоянию тиристора, а мощность,
подводимая к нагрузке, пропорциональна
площади заштрихованных участков.

На
рисунке 2 показана
схема простого светорегулятора,
позволяющего только лишь регулировать
яркость светильника, безо всяких
дополнительных функций.

Рисунок 2.
Простой светорегулятор

Сетевое
напряжение через предохранитель FU1
поступает на выпрямительный мост VD1 —
VD4, в диагональ которого по постоянному
току включен тиристор VS1 и лампа EL1. В
некоторых схемах лампа включается в
диагональ моста по переменному току,
но это не принципиально. Тиристор
применен достаточно мощный, что позволяет
управлять нагрузкой до 1000Вт, как, и
указано на принципиальной схеме. Если
такая мощность не требуется, то тиристор
можно заменить другим, например, из
серии КУ202М, что позволит управлять
яркостью лампы мощностью не менее 500Вт.

В
регуляторе используется фазовый метод
управления: на управляющий электрод
тиристора поступают импульсы, которые
сдвинуты по фазе относительно напряжения
на аноде. Схема, вырабатывающая управляющие
импульсы, построена на однопереходном
двухбазовом транзисторе VT1 типа КТ117А.
Зарубежных аналогов этот транзистор
не имеет.

Основным
назначением этого транзистора является
построение простейших генераторов –
пищалок, схем запуска импульсных блоков
питания (применялся в блоках питания
телевизоров серии 3УСЦТ), а также
генераторов управляющих импульсов в
схемах фазового регулирования, подобной
рассматриваемой. Работает этот генератор
следующим образом.

Выпрямленное
сетевое напряжение через резисторы R3,
R4 стабилизируется последовательно
соединенными стабилитронами VD5 VD6 на
уровне около 22 — 25В, что зависит от
конкретных экземпляров стабилитронов.
Это напряжение, кстати, пульсирующее,
соответствует диаграмме а) на рисунке 1.

Этим
пульсирующим напряжением через резисторы
R6, R7 заряжается конденсатор C2. Как только
напряжение на нем достигнет величины
открывания однопереходного транзистора
VT1 он открывается и конденсатор C1
разряжается через его переход Б2 – Б1,
резисторы R1, R2 и УЭ тиристора VS1, в
результате чего формируется управляющий
импульс, тиристор открывается и ток
проходит через нагрузку. Когда выпрямленное
пульсирующее напряжение проходит через
ноль, тиристор закрывается и остается
в закрытом состоянии до прихода следующего
открывающего импульса.

Скорость
заряда конденсатора C2 регулируется
резистором R7. Когда его сопротивление
минимально (движок выведен влево по
схеме), скорость заряда максимальна,
тиристор откроется в самом начале
полупериода, пропуская в нагрузку
максимальную мощность. При перемещении
движка резистора R7 вправо по схеме
скорость заряда конденсатора C2 снижается,
поэтому управляющий тиристором VS1
импульс будет сформирован позднее.
Поскольку это регулирование фазовое,
а фаза измеряется угловыми единицами
— радианами, говорят, что импульс
формируется при определенном угле, в
данном случае более позднем, чем при
максимальной мощности в нагрузке. Именно
этот процесс показан на рисунке 1 на
диаграммах б, в, г.

На
схеме пунктирной линией показаны
светодиод HL1 и резистор R8. Их назначение
показать, что устройство подключено к
сети, а также контроль исправности
лампы, если, конечно регулятор уведен
на минимум. Но, собственно регулятор
вполне работоспособен и без этого
дополнения, или как теперь не скажут
опции.

Настройка
устройства достаточно проста. При
выведенном до нуля резисторе R6 подбирается
резистор R7 таким образом, чтобы яркость
лампы была максимальной. Эта настройка
зависит от величины конденсатора C2,
значение которого также может потребовать
подбора в пределах, указанных на схеме.

Рис.
3. Самодельный светорегулятор

В
рассмотренной схеме в качестве
коммутирующего элемента используется
тиристор, поэтому, чтобы было возможно
регулировать и положительную и
отрицательную полуволну сетевого
напряжения в схеме приходится применять
диодный мост достаточно большой мощности.

Если
же мощность нагрузки близка к максимально
допустимой, то тиристор, а вместе с ним
и диоды моста придется устанавливать
на теплоотвод – радиатор, что еще больше
увеличивает габариты устройства и
трудоемкость его изготовления. Чтобы
избавиться от применения мощного
выпрямительного моста применяется
встречно – параллельное включение двух
тиристоров, что тоже не совсем удобно
и технологично.

Гораздо
лучшие результаты дает применение
симметричных тиристоров – симисторов:
в одном корпусе уже содержится два
встречно – параллельно включенных
тиристора. На рисунке 4 показана
доработанная схема с использованием
симистора.

Рисунок 4.
Светорегулятор на симисторе

Небольшая
доработка схемы позволит несколько
уменьшить ее габариты, при этом мощность
нагрузки остается той же самой. Узел
запуска тиристора выполнен также на
однопереходном транзисторе КТ117А, вот
только нагружен транзистор на согласующий
трансформатор Т1. Такое согласование
необходимо для того, чтобы получить
управляющие импульсы без постоянной
составляющей. Это дает возможность
открывать симистор как в положительные,
так и в отрицательные полупериоды
сетевого напряжения.

Согласующий
трансформатор выполнен на ферритовом
кольце типоразмера К16*10*4 из феррита
самой распространенной марки НМ2000.
Обмотка 1 содержит 80, а обмотка 2 — 60 витков
провода ПЭЛШО-0,12. Перед намоткой острые
кромки кольца следует притупить наждачной
бумагой или алмазным надфилем, чтобы
избежать повреждения изоляции, а само
кольцо обмотать лентой из тонкой
лакоткани, в крайнем случае, липкой
лентой скотч.

Выпрямительный
мост VD1 — VD4 используется только для
питания узла регулировки, а также нового
элемента схемы – узла плавного запуска
нагрузки. Поэтому диоды в нем маломощные,
кроме указанных на схеме можно применить
1N4007, подходят почти на все случаи жизни.
Узел плавного запуска собран на
транзисторах VT2, VT3.

Его
работа происходит следующим образом.
При включении питания конденсатор C2
начинает заряжаться по цепи VD6, R10. Через
диод VD5 напряжение на конденсаторе C2
начинает открывать транзисторы VT3 и
VT2. Сопротивление участка эмиттер –
коллектор транзистора VT2 уменьшается,
поэтому плавно уменьшается общее
сопротивление участка R4, VT2, R5, и также
плавно возрастает скорость зарядки
конденсатора C1, яркость свечения лампы
увеличивается.

Еще
несколько простых схем

Светорегуляторы
с использованием динисторов

Схема
такого светорегулятора показана на
рисунке 2.

Рисунок
2. Светорегулятор на динисторах

В
качестве образца такого светорегулятора
можно привести промышленную схему,
которая использовалась в отечественных
термопластавтоматах (станки для литья
изделий из пластмассы). В них она, конечно,
не являлась светрегулятором, просто
управляла мощностью электрических
нагревателей, являясь составной частью,
по сути дела, выходным каскадом
терморегуляторов.

Силовым
элементом схемы являются тиристоры T1,
T2 включенные встречно – параллельно,
о чем уже упоминалось выше. Каждым
тиристором управляет своя цепь запуска,
выполненная на динисторе, для каждого
тиристора используется свой динистор
и свой же конденсатор. Конденсаторы
заряжаются через общий для них регулятор
– переменный резистор R5 и отдельные
диоды D1, D2.

Предположим,
что начал заряжаться конденсатор C1. Его
цепь заряда следующая: провод NULL, D2, R5,
R6, конденсатор C1, лампа La1, провод LINE.
Предполагается, что в это время на
проводе положительная волна синусоиды.
Когда напряжение на конденсаторе C1
достигнет порогового напряжения
динистора T4, последний откроется и через
УЭ тиристора T2 пройдет открывающий
импульс. Тиристор останется в открытом
состоянии до тех пор, пока сетевое
напряжение не перейдет через ноль. В
следующем полупериоде точно так же
откроется тиристор T1.

Маленькое
замечание
.
Если любой из выводов переменного
резистора R5 отключить от схемы с помощью
контакта (на схеме не показан), то ток
через нагрузку прекратится. Именно в
таком режиме использовался этот регулятор
мощности в термопластавтоматах,
упомянутых чуть выше.

Нетрудно
видеть, что на каждый тиристор приходится
свой набор управляющих элементов.
Современная элементная база позволяет
сделать подобный регулятор еще проще,
количество деталей в два раза меньше.

Светорегулятор
на современной элементной базе

Его
схема показана на рисунке 3.

Рисунок
3. Светорегулятор с использованием
составного динистора

Такая
схема содержит совсем немного деталей:
вместо двух динисторов, как в предыдущей
схеме используется всего один, но зато
составной. Просто в одном корпусе два
одинаковых динистора включены встречно
– параллельно, поэтому такой динистор
может работать в цепи переменного тока,
полярность включения значения не имеет.
Он будет работать в любом случае, если,
конечно, исправный.

Кстати,
именно эти динисторы используются в
энергосберегающих лампах, поэтому, если
есть потребность в таких деталях, не
выбрасывайте сразу пришедшую в негодность
лампу. Тут тоже небольшое замечание: динисторы
не «прозваниваются» тестером, поэтому
не следует сразу их выбрасывать, надо
проверить в схеме
.

Силовой
ключ выполнен на симисторе, управляющий
электрод которого подсоединен напрямую
к двунаправленному динистору. Как только
напряжение на конденсаторе C1 достигнет
порога срабатывания динистора, на УЭ
симистора сформируется управляющий
импульс, а далее все будет так, как было
написано выше.

Регуляторы
мощности и светорегуляторы в интегральном
исполнении

Одним
из типичных представителей таких
регуляторов является микросхема
КР1182ПМ1А. Внешне она выглядит как обычная
цифровая или аналоговая микросхема,
поскольку выполнена в стандартном
корпусе DIP-16. Это такой пластмассовый
прямоугольник с 16-ю выводами. Используя
всего несколько навесных деталей можно
создать несколько интересных практических
конструкций: плавное включение света,
сумеречный выключатель, просто регулятор
мощности.

Как
составная часть микросхема легко
вписывается в состав различных устройств
регулирования мощности. При этом она
способна без внешних силовых элементов
– симисторов или тиристоров коммутировать
нагрузку мощностью до 150Вт. Если включить
параллельно две микросхемы, просто
напаяв их в два этажа, то мощность
нагрузки можно увеличить вдвое. Простейшая
схема включения микросхемы показана
на рисунке 4.

Рисунок
4. Светорегулятор на микросхеме КР1182ПМ1

Но
и это, оказывается, еще не самый простой
и экономичный вариант. Для самых ленивых,
в лучшем смысле этого слова, есть
интегральные
регуляторы мощности
,
которые используют всего лишь две
навесные детали – собственно лампочку
и переменный резистор, причем мощность
резистора не превышает одного ватта.
Такие используются в качестве регулятора
громкости в старой аппаратуре. Схема
подключения такой «микросхемы» показана
на рисунке 5, а внешний вид на рисунке
6.

Рисунок
5. Схема подключения интегрального
регулятора мощности POLYDEX R1500

Тиристоры
и Триаки (симисторы) –

Десять
Золотых Правил

Тиристор
Тиристор
— управляемый диод, в котором управление
током от анода к катоду происходит за
счет малого тока управляющего электрода
(затвора).

Вольтамперная
характеристика тиристора показана на
Рис. 2.

Открытое
состояние тиристора.

Тиристор
переходит в открытое состояние при
подаче положительного смещения на
затвор относительно катода. При достижении
порогового значения напряжения затвора
VGT (ток
через затвор имеет значение IGT),
тиристор переходит в открытое состояние.
Для стабильного перехода в открытое
состояние при коротком управляющем
импульсе (менее 1 мкс), пиковое значение
порогового напряжения необходимо
увеличить.
После достижения тока
нагрузки значения IL,
тиристор будет оставаться в открытом
состоянии, при отсутствии тока
затвора.
Необходимо отметить, что
значения параметров VGT,
IGT и
IL указаны
в спецификации для температуры перехода
25°C. Эти значения возрастают при понижении
температуры. Поэтому внешние цепи
тиристора должны рассчитываться для
поддержания необходимых амплитуд VGT,
IGT и
IL при
минимальной ожидаемой рабочей температуре.

Правило
1.
 Для
того чтобы тиристор (триак) перевести
в открытое состояние: ток затвора Е
I
GT необходимо
подавать до достижения тока нагрузки
Е I
L.
Эти условия должны выполняться при
минимальной ожидаемой рабочей температуре
перехода
.

Чувствительный
затвор тиристоров, таких как BT150, при
увеличении температуры перехода выше
Tjmax может
вызывать ложное срабатывание за счёт
тока утечки от анода к катоду.
Во
избежание ложных срабатываний можно
посоветовать следующие рекомендации:

  1. Рабочая
    температура перехода должна быть меньше
    значения Tjmax.

  2. При
    невозможности использования менее
    чувствительного тиристора, необходимо
    приложить небольшое обратное смещение
    к затвору в фазе закрытого состояния
    тиристора для увеличения IL.
    В фазе отрицательного тока затвора
    необходимо уделить внимание уменьшению
    мощности рассеивания затвора.

Коммутация
тиристора.

Для
перехода тиристора в закрытое состояние
ток нагрузки должен снизится ниже
значения тока удержания IHна
время, позволяющее всем свободным
носителям заряда освободить переход.
В цепях постоянного тока это достигается
тем, что цепь нагрузки уменьшает ток до
нуля, чтобы дать возможность тиристору
выключиться. В цепях переменного тока
цепь нагрузки уменьшает ток в конце
каждой полуволны. В этой точке тиристор
переходит в закрытое состояние.
Тиристор
может перейти в состояние проводимости,
если ток нагрузки не будет удерживаться
ниже IHдостаточное
время.
Обратите внимание, что значение
IH указывается
для температуры перехода 25°C и, подобно
IL,
оно уменьшается при повышении температуры.
Поэтому, для успешной коммутации, цепь
должна позволять уменьшаться току
нагрузки ниже IH достаточное
время при максимальной ожидаемой рабочей
температуре перехода.

Правило
2.
 Для
переключения тиристора (или триака),
ток нагрузки должен быть < I
H в
течение достаточного времени позволяющего
вернуться к состоянию отсутствия
проводимости. Это условие должно быть
выполнено при самой высокой ожидаемой
рабочей температуре перехода.

Триак
(симистор)

Триак
представляет собой «двунаправленный
тиристор». Особенностью триака
является способностью проводить ток
как от анода к катоду, так и в обратном
направлении.

Состояние
проводимости.

В
отличие от тиристоров, триак может
управляться как положительным, так и
отрицательным током между затвором и
T1. (Правила для VGT,
IGT и
IL те
же, что для тиристоров См. Правило 1.) Это
свойство позволяет триаку работать во
всех четырёх секторах, как показано в
рис. 4.

В
стандартных цепях управления фазой
переменного тока, таких как регуляторы
яркости и регуляторы скорости вращения,
полярность затвора и T2 всегда одинаковы.
Это означает, что управление производится
всегда в 1+ и 3- квадрантах, в которых
коммутирующие параметры триака одинаковы,
а затвор наиболее чувствителен.
Примечание:
1+, 1-, 3- и 3+ это система обозначений четырех
квадрантов, использующаяся для краткости:
вместо того, чтобы записать «MT2+, G+»
пишется 1+, и т.д. Эти данные получены из
графика вольтамперной характеристики
триака. Положительному напряжению T2
соответствует положительное значение
тока через T2, и наоборот (см. Рис. 5).

Следовательно,
управление осуществляется только в
квадрантах 1 и 3. А указатели (+) и (-)
относятся к направлению тока затвора.

Правило
3.
 При
проектировании необходимо избегать
включения триака в 3+ квадранте (MT2-, G +).

Ложные
срабатывания триака.

В
ряде случаев возможны нежелательные
случаи включения триаков. Некоторые из
них не приведут к серьёзным последствиям,
в то время как другие

Правило
4.
 Для
минимизации шумового срабатывания
следует свести к минимуму длину
проводников к затвору. Подключить общий
провод непосредственно к T1 (или катоду).
Желательно использовать витую пару или
экранированный кабель. Можно поставить
резистор до 1Ком между затвором и T1, или
шунтировать затвор конденсатором и
соединённым с ним последовательно
резистором.

(b)
Превышение максимального значения
скорости нарастания напряжения коммутации
dV
COM/dt.
Этот
эффект может возникнуть при питании
реактивных нагрузок, где есть существенный
сдвиг фазы между напряжением и током
нагрузки. При выключении триака в то
время, когда фаза тока нагрузки проходит
через ноль, напряжение не будет нулевым
из-за сдвига по фазе (см. рис.6).

Если
при этом скорость изменения напряжения
превысит допустимое значение dVCOM/dt,
триак может остаться в состоянии
проводимости. Это происходит из-за того,
что носителям заряда не хватает времени,
чтобы освободить переход.
На параметр
dVCOM/dt
влияют два условия:

  1. Скорость
    спадания тока нагрузки при переключении,
    dICOM/dt.
    Высокое значение dICOM/dt
    снижает значение dVCOM/dt.

  2. Температура
    перехода Tj.
    Чем выше Tj,
    тем ниже значение dVCOM/dt.

studfiles.net

Симисторный регулятор мощности с оптопарой

Читать все новости

Известны симисторные регуляторы мощности, например [1-3], которые содержат дефицитные и относительно дорогие электронные компоненты, такие как однопереходные и по­левые транзисторы, динисторы, импульсные трансформаторы и т.д. и т.п.

Однако, симисторный регулятор мощности можно постро­ить на базе более распространенных простых и дешевых эле­ктронных компонентах. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому регу­лятору является регулятор мощности, приведенный в [3], ко­торый содержит фазосдвигающую цепочку, пороговые и ис­полнительные элементы, фазовращатель, ограничитель-ста­билизатор входного напряжения, узел защиты.

Ниже предлагается более простой вариант симисторного регулятора мощности, который выполнен на базе двух ди­одных мостов и тиристорной оптопары.

Описание регулятора

На рис.1 приведена структурная схема симисторного ре­гулятора мощности. Она состоит из фазосдвигающей цепоч­ки ФСЦ, двух диодных мостов ДМ1, ДМ2 (VD1 — VD4, VD5 — VD8), тиристорной оптопары ОУ1, цепи управления симисто­ром ЦУС, исполнительного элемента ИЭ, узла защиты сими­стора УЗС, нагрузки EL1 (лампы накаливания).

Рис. 1

Принципиальная схема регулятора мощности показана на рис.2.Она собрана по классической схеме, но вместо сим­метричного динистора (диака) или обычного динистора (вклю­ченного в диагональ диодного моста) в цепи управления си­мистором или транзисторов, работающих в лавинном режи­ме, используется тиристорная оптопара ОУ1. Вход и выход оп­топары подключены к выходам двух диодных мостов VD1 — VD4 и VD5 — VD8 соответственно. Вход первого моста ДМ1 через резистор R3 подключён к выходу фазосдвигающей це­почки. Вход второго моста ДМ2 включён в цепь управления симистором VS1 через резистор R4.

Рис. 2

Симисторный регулятор обеспечивает фазовое регули­рование величины мощности на нагрузке, что обеспечивает­ся фазосдвигающей цепочкой ФСЦ, состоящей из резисто­ров R1, R2 и конденсатора С1. То есть временное положе­ние запускающих импульсов устанавливается RC-фазовраща­телем. Потенциометром R1 регулируют яркость свечения лам­пы EL1. Установка дополнительной RC-цепочки (R3C3) обес­печивает больший фазовый сдвиг для лучшего управления при малых нагрузках.

RC- цепочка, состоящая из резистора R6 и конденсатора С2, представляет собой демпфер. LC-цепочка — радиочастот­ный фильтр для подавления радиопомех в питающей сети.

Принцип действия

Работает регулятор следующим образом. При каждом полупериоде сетевого переменного напряжения происходит заряд конденсатора С1 через резисторы R1, R2. Когда на­пряжение на конденсаторе С1 достигает порога зажигания светодиода оптрона ОУ1, происходит открывание тиристора оптопары в цепи управления силовым симистором VS1. В результате симистор открывается и через нагрузку EL1 про­текает ток в течение оставшейся части полупериода. Время заряда конденсатора С1 определяется постоянной времени цепочки R1, R2, С1. Меняя с помощью резистора R1 время заряда конденсатора С1 можно плавно регулировать мо­мент открытия симистора VS1 относительно начала полупериода переменного напряжения сети, а следовательно, и мощ­ность, отдаваемую нагрузке EL1.

На рис.З показано, как симистор VS1 управляет мощно­стью в нагрузке, отрезая начальную часть каждого полупериода. Длительность пропущенной части зависит от запазды­вания пускового импульса по фазе, которое определяется, как отмечалось выше, номиналами резисторов R1+ R2 и конденсатора C1. Наличие второй фазосдвигающей цепочки (R3C3) расширяет диапазон регулировки выходного на­пряжения устройства.

Рис. 3

Детали

В регуляторе исполь­зуются резисторы типа С2-23±5%. Переменный ре­зистор R1 100 кОм типа СП-5 мощностью 0,5 Вт же­лательно с характеристи­кой типа «В» или любой другой мощностью не менее 5 Вт. Конденсаторы С1, С2 — типа К73-11, К73-17 на напряжение не ниже 400 В.

Диодный мост КЦ407А можно заменить моста­ми типа КЦ402А-Г — КЦ405А-Г. Вместо оптрона ОУ1 типа ЗОУ103Г можно использовать оптроны типа АОУ103Б, АОУ103В, или использовать симисторную оптопару типа АОУ160А, Б, С, исключив в этом слу­чае диодный мост VD5 — VD8. Симистор VS1 типа КУ208Г может быть заменен КУ208В или ТС106-10-4, ТС112-10-4 и им подобными класса не ниже 4.

Настройка устройства

Для наладки регулятора мощности необходима соответствующая нагрузка, в качестве которой, например, может быть использована обычная лампа нака­ливания мощностью не менее 100 Вт и светоизлучающий диод с номинальным входным напряжением 2 В, например типа АЛ310А красного свечения. Порядок наладки следую­щий. Отключают вход 3-4 мостового выпрямителя VD5 — VD8 от цепи управления симистором VS1 и вместо его включа­ют переменный резистор, например, типа ППЗ 3 Вт 20 кОм или ППБ-2В 20-30 кОм.

Включают регулятор в сеть и, вращая рукоятку перемен­ного резистора, добиваются полного открытия симистора. По­сле чего отключают регулятор от сети, выпаивают перемен­ный резистор и измеряют величину его сопротивления. Из­меренная величина сопротивления являться максимальным номиналом R4.

Далее, следует отключить светодиод оптрона ОУ1 от вы­ходных зажимов моста VD1 — VD4 и к этим зажимам при­соединить светоизлучающий диод АЛ310А. Изменением номиналов резисторов R2,R3 и конденсатора С1, добива­ются плавного загорания светодиода АЛ310А при переме­щении движка реостата R1 из одного крайнего положения в другое.

После настройки выпаивают светодиод АЛ310А и к вы­ходным зажимам моста VD1 — VD4 присоединяют светоди­од оптрона ОУ1 и проверяют работу регулятора. При необходимости величины резисторов R2.R3 и конденсатора С1 корректируют.

Элементы устройства находятся под опасным сетевым на­пряжением 220 В — соблюдайте меры безопасности. Ручка переменного резистора R2 должна быть выполнена из хоро­шего изоляционного материала.

Литература

  1. Абрамов С.М. Симисторный регулятор большой мощнос­ти //Электрик,- 2002. — №7. — С. 12.
  2. Яковлев В.Ф. Мощный регулятор на симисторе //Элект­рик,- 2004. — №10. — С.26.
  3. Копомойцев К.В., Павлюк А.В. Симисторный регулятор мощности //Электрик.- 2007. — №5. — С.64 — 65.

Автор: Константин Коломойцев, Петр Халявка, г. Ивано-Франковск

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org

Управление мощной нагрузкой переменного тока / Хабр

Все знают, насколько ардуинщики гордятся миганием лампочками

Так как мигать светодиодами не интересно, речь пойдет про управление лампой накаливания на 220 вольт, включая управление её яркостью. Впрочем, материал относится и к некоторым другим типам нагрузки. Эта тема достаточно избита, но информация об особенностях, которые необходимо учесть, разрозненна по статьям и темам на форумах. Я постарался собрать её воедино и описать различия между схемами и обосновать выбор нужных компонентов.

Выбор управляемой нагрузки

Существует много различных типов ламп. Не все из них поддаются регулировке яркости. И, в зависимости от типа лампы, требуются разные способы управления. Про типы ламп есть хорошая статья. Я же буду рассматриваться только лампы, работающие от переменного тока. Для таких ламп существует три основных способа управления яркостью (диммирование по переднему фронту, по заднему фронту и синус-диммирование).
Иллюстрация в формате SVG, может не отображжаться в старых браузерах и, особенно, в IE
Отличаются они тем, какая часть периода переменного тока пропускается через лампу. О применимости этих методов можно прочитать тут. В этой статье речь пойдет только о диммировании по преднему фронту, так как это самая простой и распространенный способ. Он подходит для управления яркостью ламп накаливания (включая галогенные), в том числе подключенных через ферромагнитный (не электронный) трансформатор. Эта же схема может применяться для управления мощностью нагревательных элементов и, в некоторой степени, электромоторов, а также для включения/выключения других электроприборов (без управления мощностью).

Выбор элементной базы

Различных вариантов схем управления нагрузкой в интернете много. Отличаются они по следующим параметрам:Первые два пункта определяются элементной базой. Очень часто для управления нагрузкой используют реле, как проверенный многолетним опытом элемент. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы, её необходимо включать и выключать 100 раз в секунду. Реле не рассчитаны на такую нагрузку и быстро выйдут из строя, даже если смогут переключаться так часто. Если в схеме используется MOSFET, то его можно открывать и закрывать в любой момент. Нам нем можно построить и RL, и RC, и синус димер. Но так как он проводит ток только в одну сторону, понадобится два транзистора на канал. Кроме того, высоковольтные MOSFET относительно дороги. Самым простым и дешевым способом является использование симистора. Он проводит ток в обоих направлениях и сам закрывается, когда через него прекращает течь ток. Про то, как он работает можно прочитать в статье DiHalt’а. Далее я буду полагаться на то, что вы это знаете.

Фазовая модуляция

Чтобы управлять яркостью лампы нам нужно подавать импульсы тока на затвор симистора в моменты, когда ток через симистор достигает определенной величины. В схемах без микроконтроллера для этого применяется настраиваемый делитель напряжения и динистор. Когда напряжение на симисторе превышает порог, при котором открывается динистор, ток проходит на затвор симистора и открывает его.
Если же управление ведется с микроконтроллера, то возможны два варианта:

  1. Подавать импульсы равно в тот момент времени, когда нужно. Для этого придётся завести на микроконтроллер сигнал с детектора перехода напряжения через ноль
  2. К затвору симистора подключить компаратор, на который завести сигнал с делителя напряжения и с аналогового выхода микроконтроллера

Первый способ хорош тем, что позволяет легко организовать гальваническую развязку высоковольтной части и микроконтроллера. О её важности будет сказано позже. Но любители arduino будут огорчены: чтобы лапа горела ровно, не вспыхивая и не погасая, импульсы нужно подавать вовремя. Для этого управлять выводом нужно из прерывания таймера, а моменты перехода напряжения через ноль фиксировать с помощью «input capture». Это «недокументированные» функции. Проблема решается отказом от библиотек arduino и внимательным чтением datasheet’а на процессоры avr. Это не так сложно, как кажется.
Второй способ управления симистором крайне прост в программном плане, но из-за отсутствия гальванической развязки я бы не стал его применять.

Гальваническая развязка

Самый простой способ управлять симистором — это подключить к затвору ножку микроконтроллера. Есть даже специальная серия симисторов BTA-600SW управляемых малыми токами.Но тогда контроллер и вся низковольтная часть не будет защищена от помех, гуляющих по бытовой сети. Некоторое из них могут быть достаточно мощными, чтобы сжечь микроконтроллер, другие будут вызывать сбои. Кроме того, сразу возникают проблемы со связью микроконтроллера с компьютером или другими микроконтроллерами: нужно будет делать развязку в линии связи или использовать дифференциальные линии, ведь, чтобы управлять симистором прямо с ноги микроконтроллера, нулевой потенциал для него должен совпадать с потенциалом нуля в бытовой сети. У компьютера или другого такого же микроконтроллера, подключенного в другой точке сети, нулевой потенциал почти наверняка будет другим. Результат будет плачевным.
Простой способ обеспечить гальваническую развязку: использовать драйвер симистора MOC30XX. Эти микросхемы отличаются:

  1. Расчетным напряжением. Если для сетей 110 вольт, есть для 220
  2. Наличием детектора нуля
  3. Током, открывающим драйвер

Драйвер с детектором нуля (MOC306X) переключается только в начале периода. Это обеспечивает отсутствие помех в электросети от симистора. Поэтому, если нет необходимости управлять выделяемой мощностью или управляемый прибор обладает большой инерционностью (например это нагревательный элемент в электроплитке), драйвер с детектором нуля будет оптимальным выбором. Но, если вы хотите управлять яркостью лампы освещения, необходимо использовать драйвер без детектора нуля (MOC305X) и самостоятельно открывать его в нужные моменты.
Ток, необходимый для открытия важен, если вы хотите управлять несколькими нагрузками одновременно. У MOC3051 он 15 мА, у MOC3052 10мА. При этом микроконтроллеры stm могут пропускать через себя до 80-120 мА, а avr до 200 мА. Точные цифры нужно смотреть в соответствующих datasheet’ах.

Устойчивость к помехам/возможность коммутации индуктивной нагрузки

В электросети могут быть помехи, вызывающие самопроизвольное открытие симистора или его повреждение. Источником помех может служить:

  1. Нагрузка, управляемая симистором (обмотка мотора)
  2. Фильтр (snubber), расположенный рядом с симистором и призванный его защищать
  3. Внешняя помеха (грозовой разряд)

Помеха может быть как по напряжению, так и по току, причем более критичны скорости изменения соответствующих значений, чем их амплитуды. В datasheet’ах соответствующие значения указаны как:
V — максимальное напряжение, при котором может работать симистор. Максимальное пиковое напряжение не намного больше.
I — Максимальный ток, который может пропускать через себя симистор. Максимальный пиковый ток как правило значительно больше.
dV/dt — Максимальная скорость изменения напряжения на закрытом симисторе. При превышении этого значения он самопроизвольно откроется.
dI/dt — Максимальная скорость изменения тока при открытии симистора. При превышении этого значения он сгорит из-за того, что не успеет полностью открыться.
(dV/dt)c — Максимальная скорость изменения напряжения в момент закрытия симистора. Значительно меньше dV/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.
(dI/dt)c — Максимальная скорость изменения тока в момент закрытия симистора. Значительно меньше dI/dt. При превышении симистор продолжит проводить ток.
Подробно о природе этих ограничений и о том, как сделать фильтр, защищающий от превышения этих величин описано в Application Note AN-3008. К немо можно только добавить, что существуют 3Q симисторы, у которых значения dV/dt и dI/dt выше, чем у обычных за счет невозможности работать в 4ом квадранте (что обычно не требуется).

Выбор симистора

Максимальный ток коммутации

Максимальный ток коммутации ограничивается двумя параметрами: максимальным током, который может пропустить симистор и количеством тепла, которое вы можете от него отвести. С первым параметром все просто, он указан в datasheet’е. Но если посмотреть внимательно, то при токе в 16 ампер на BTA16-600BW выделяется около 20 ватт. Такую грелку уже не получится засунуть в коробку выключателя без вентиляции.

Минимальный ток коммутации

Симистор сохраняет проводимость до тех пор, пока через него идёт ток. Минимально необходимый ток указан в datasheet’е под именем latching current. Соответственно, слишком мощный симистор не сможет включать маломощную лампочку так как будет выключаться, как только с затвора пропадёт управляющий сигнал. Но так, как этот сигнал мы самостоятельно формируем микроконтроллером, то можно удерживать управляющий сигнал почти до самого конца полупериода, тем самым убрав ограничение на минимальную нагрузку. Однако, если не успеть снять сигнал, симистор не закроется и лампа не погаснет. При плохо подобранных константах лампы, работающие на не полной яркости периодически вспыхивают.

Изоляция

Симисторы в корпусе TO-220 могут быть изолированными или не изолированными. Я сначала сделал ошибку и купил BT137, в результате радиаторы охлаждения оказались под напряжением, что в моем случае нежелательно. Симисторы с маркировкой BTA изолированы, с маркировкой BTB нет.

Защита от перегрузки

Не стоит полагаться на автоматические выключатели. Посмотрите на спецификацию, при перегрузке в 1.4 раза автомат обязан выключиться не ранее, чем через час. А быстрое размыкание происходит только при перегрузке в 5 раз (для автоматов типа C). Это сделано для того, чтобы автомат не отключался при включении приборов, требующих при старте значительно больше энергии, чем при постоянной работе. Примером такого прибора является холодильник.
Симистор нужно защитить отдельным предохранителем, либо контролировать ток через него и отключать его при перегрузке, давая остыть.

Защита от короткого замыкания

При перегорании лампы накаливания может образовываться искровой разряд, имеющий очень низкое сопротивление. В результате цепь фактически замыкается накоротко, что приводит к выгоранию симистора.
Симистор может выгорать из-за двух причин:

  1. Превышение dI/dt. Симистор не успевает открыться полностью, ток идет не через весь кристалл, образуются локальные горячие области, выжигающие кристалл.
  2. Превышение интеграла Джоуля I^2t. Задает количество теплоты, накопление которой в кристалле приведет к разрушению кристалла.

dI/dt ограничивается индуктивностью проводки и внутренней ёмкостью симистора. Так как dI/dt достаточно велика (50 А/с для BTA16), может хватить индуктивности подводящей проводки, если она достаточно длинная. Можно подстраховаться и добавить небольшую индуктивность в виде нескольких витков провода вокруг сердечника.
С превышением интеграла Джоуля можно бороться либо уменьшая время прохождения тока через симистор, либо ограничивая ток. Так как симистор не закроется, пока ток не перейдет через ноль, не вводя дополнительных размыкателей нельзя сделать время прохождения тока менее одного полупериода. В качестве такого размыкателя можно использовать:

  1. Быстродействующий плавкий предохранитель. Обычный предохранитель не подойдет так как симистор сгорит до того, как он сработает. Но стоят такие предохранители дороже новых симисторов.
  2. Геркон/реле. Если удастся найти такое, чтобы выдерживало кратковременные большие токи.

Можно пойти по другому пути. BTA16-600 может выдержать ток в 160 амер в течении одного периода. Если сопротивление замыкаемой цепи будет порядка 1.5 Ом, то полупериод он выдержит. Сопротивление проводки даст 0.5 Ом. Остается добавить в цепь сопротивление в 1 Ом. Схема станет менее эффективной и появится еще одна грелка, выделяющая при штатной работе до 16 Вт тепла (0.45 Вт при работе 100 ваттной лампы), зато симистор не сгорит, если успеть его вовремя выключить и позаботиться о хорошем охлаждении, чтобы оставался запас на нагрев во время КЗ.
Из этого сопротивления можно извлечь дополнительную выгоду: измеряя падение напряжения на нем, можно узнавать ток, протекающий через симистор. Полученное значение можно использовать для того, чтобы определять короткое замыкание или перегрузку и отключать симистор.

Заключение

Я не претендую на абсолютную верность всего написанного. Статья писалась для того, чтобы упорядочить знания, прочитанные на просторах интернета и проверить, не забыл ли я чего. В частности раздел, касающийся защиты от перегрузок я еще не опробовал на практике. Если я где-то не прав, мне было бы интересно узнать об ошибках.
В статье нет ни одной схемы: знакомые с темой и так знают их наизусть, а новичку придётся заглянуть в datasheet к MOC3052 или в AN-3008 и, возможно, он заодно узнает что-то еще и не будет бездумно реализовывать готовую схему.

habr.com

4.9.3. Схемы управления запираемыми тиристорами

Включение
и выключение запираемого тиристора
осуществляется импульсами различной
полярности (рис. 4.8,
а
).
Наличие биполярного сигнала приводит
к необходимости развязки генераторов
запускающих и запирающих импульсов, то
есть внутренние сопротивления генераторов
должны быть очень большими.

Рис. 4.8. Схемы управления запираемыми
тиристорами.

Управление
запираемыми тиристорами может
осуществляться как от одного источника
питания, когда биполярный сигнал
формируется с помощью реактивных
элементов (рис 4.8,
б, в
),
так и включением нагрузки в катодную
цепь тиристора (рис. 4.8,
д
).

Управление
VS
на
рис.
4.8,
б

осуществляется с помощью конденсатора.
При разомкнутом контакте конденсатор
С через R1
и внутреннее сопротивление управляющей
цепи VS
заряжается до напряжения источника
питания Е и на вход тиристора поступает
запускающий импульс. При замыкании
контакта происходит разряд конденсатора
через R2

и внутреннее сопротивление управляющей
цепи VS,
обеспечивая на входе тиристора импульс
отрицательной полярности.

В схеме
на рис.4.8,
в

открытие тиристора VS
производится при замыкании контакта,
то есть ток управления протекает через
R1
и внутреннее сопротивление управляющей
цепи VS.
При размыкании контакта возникает
импульс тока противоположной полярности,
обусловленный ЭДС самоиндукции дросселя,
который запирает VS.
В схеме на рис. 8,
г

управление осуществляется с помощью
двух кнопок. Открытие тиристора VS
осуществляется нажатием кнопки SB1,
при этом происходит разряд конденсатора
С1
через входную цепь VS.

Отключение
нагрузки производится нажатием кнопки

SB2,
при этом разряжается конденсатор С2
через входную цепь
VS.

Если
нагрузка включена в катод тиристора VS
(рис. 4.8,
д
),
то открытие тиристора VS
будет происходить при подаче запускающего
импульса через диод VD
и сопротивление Rогр.
Закрытие тиристора осуществляется при
замыкании контакта, так как управляющий
электрод тиристора через R1
подключается к минусу источника питания
Е.
Для поддержания напряжения на
сопротивлении Rн
при снижении тока нагрузки необходимо
шунтировать нагрузку включением
конденсатора С, который также способствует
ускорению процесса запирания. Диод VD
служит
для развязки входной цепи VS
от генератора запускающих импульсов.

4.9.4. Схемы управления симметричными тиристорами

Симметричный
тиристор (рис.4.9,
а
)
проводит в течение положительного и
отрицательного полупериодов. Если
нагрузка Zн
носит чисто активный характер, то ток
нагрузки повторяет форму кривой
приложенного напряжения и в этом случае
угол закрытия b
всегда равен p
(рис. 4.9,
а
).
В случае индуктивной нагрузки необходимо
применять специальные меры по уменьшению
скорости изменения напряжения
допустимой
величины, например, шунтирование
силовых электродов тиристора RC-цепью
(рис. 4.9,
а
).
Большая величина
обусловлена тем, что в момент закрытия
тиристора (Iн
= 0) к нему прикладывается напряжение
значительной величины противоположной
полярности (рис. 4.9,
а
).

Управление
симметричными тиристорами можно
производить и непосредственно от сети
переменного тока (рис.4.9,
б —
рис.4.9,
д
).
В схеме на рис. 9,
б

при разомкнутом контакте симмистор
закрыт, а при замкнутом контакте — открыт,
так как при этом поступает сигнал на
вход симмистора через Rу.
Во включенном состоянии симмистор
шунтирует цепь контакта, ограничивая
ток через него. В схеме на рис.4.9,
в

когда контакт замкнут, вход симмистора
зашунтирован, симмистор закрыт. В схеме
на рис.4.9,
г

процесс отпирания симмистора повторяется
каждый полупериод питающего напряжения,
обеспечивая на его входе сигнал управления
положительной полярности.

На
рис.4. 9,
д

изображена двухполупериодная схема с
управлением по фазе, которая предназначена
для питания нагрузки переменным
напряжением. С помощью динистора VS2
осуществляется управление симмистором
VS1
импульсами различной полярности,
получаемые при разряде конденсатора
С1
каждый полупериод. Момент включения
динистора определяется величиной
напряжения на конденсаторе С1
и
регулируемого фазосдвигающей цепью
R1C1.
Для увеличения предела регулирования
угла отпирания симмистора параллельно
цепи R1C1
включена
вспомогательная цепь R2C2.
Для уменьшения влияния нагрузки на
фазосдвигающую цепь R1C1
в
схему включен резистор R3.

Переключатель
с синхронной коммутацией на симметричном
тиристоре (рис. 9,
е
)
имеет низкий уровень помех. Это объясняется
тем, что симметричный тиристор VS1
разрывает цепь в момент прохождения
тока через нулевое значение. Данная
схема допускает любые нагрузки и
фактически исключает помехи в замкнутом
и разомкнутом состоянии. Схема работает
следующим образом:

Если
сигнал на входе схемы отсутствует и
ключ К разомкнут, то тиристоры VS2
и
VS3
заперты. В этом случае тиристор VS1
будет запускаться в начале каждого
полупериода питающего напряжения через
сопротивление R3
и диоды V4-V7
и через нагрузку будет протекать
переменный ток. Однако как тиристор
VS2,
так и тиристор VS3
могут шунтировать вход симметричного
тиристора. Если входной сигнал приложен
к тиристору VS2
в начале положительного полупериода
(ключ К замкнут), то через него начнет
проходить ток, как только напряжение
на аноде станет положительным. Этот ток
протекает через вход тиристора VS1,
шунтируя управляющий электрод в течение
данного полупериода. При изменении
полярности напряжения источника питания
(отрицательный полупериод) отопрется
тиристор VS3
переходным током в индуктивности L1
через диод V3,
а симметричный

Рис. 4.9. Схемы управления симметричными
тиристорами.

тиристор
VS1
останется
зашунтированным и на этот полупериод.

Отпереть
тиристор VS1
можно, разомкнув ключ
К.
Таким образом , состояние ключа в начале
положительного полупериода питания
определяет, будет ли отдана мощность в
нагрузку в течение полного периода.
Возможны два режима:

  1. Ключ
    К разомкнут в начале периода, тиристор
    VS2
    не пропускает ток, а тиристор VS1
    отопрется в начале периода и мощность
    в нагрузку будет отдаваться весь период;

  2. Ключ
    К замкнут в начале периода, тиристор
    VS2
    и VS3
    находятся
    в проводящем состоянии весь период.
    Симметричный тиристор VS1
    заперт, что предотвращает отдачу
    мощности в нагрузку.

В
данной схеме вход симметричного тиристора
соединен со своим анодом через диоды
V4-V7
и цепочку C1R3.
Диоды
V4-V7
задерживают
отпирание тиристора
VS1
на время, необходимое для надежного
запирания тиристора VS2,
а диод V1
ограничивает мощность, выделяющуюся
на индуктивности
L1.
Чтобы обеспечить сигнал достаточной
величины для отпирания для симметричного
тиристора в момент изменения знака
напряжения источника питания, необходимо
создать некоторое опережение по фазе
сигнала, подаваемого на управляющий
электрод тиристора VS1.
Это достигается с помощью конденсатора
C1.

studfiles.net

Схема управления нагрузкой на основе мощных оптодинисторов




Стр 1 из 11Следующая ⇒

Управление тиристором

Автор Белов А. В.

29.04.2008 г.

 

В данной статье приводится несколько схемных решений и описываются алгоритмы позволяющие микропроцессору управлять внешней нагрузкой при помощи тиристорных ключей.

 

Иногда необходимо, что бы микропроцессорное устройство управляло мощными электроприборами, получающими питание от сети переменного напряжения 220В. Например, нагревательными элементами, моторами, соленоидами, лампами уличного освещения и т.д. Для решения подобной задачи необходимо создать мощную схему управления, преобразующие сигналы стандартных логических уровней в сигналы управления цепями высокой мощности. Вторая проблема, которую нужно решить при создании подобных схем: это гальваническая развязка цепей микроконтроллера и управляемых им цепей 220В. Без такой развязки эксплуатация подобного устройства станет слишком небезопасной. Решение проблемы зависит от того, каким способом необходимо управлять нагрузкой. Если требуется просто ее включать и выключать, то с задачей может справиться небольшой транзисторный ключ, управляющий обмоткой электромагнитного реле. Если же нужно не просто включать и выключать, а еще и регулировать мощность, то без тиристорного ключа тут не обойтись.

Ключевые схемы

 

Рассмотрим несколько вариантов возможных решений. Один из таких вариантов приведен на рисунке 1.

 

В схеме используется даже не тиристор, а мощный симистор TC106-10. Этот симистор позволяет коммутировать нагрузку до 10 ампер. Для справки: симистор отличается от тиристора тем, что он работает с обоими полупериодами переменного напряжения, то есть, в открытом состоянии он пропускает как положительную, так и отрицательную полуволны. Для гальванической развязки цепей микроконтроллера и силовых цепей нагрузки используется оптодинистор АОУ103Б. Для того, что бы не создавать лишней нагрузки на выход микроконтроллера для управления светодиодом фотодинистора используется ключ на транзисторе КТ361. Что бы отключить нагрузку от источника питания 220В микроконтроллер должен выставить на своем выходе (в данном случае на выходе PB4 сигнал логической единицы. При этом ключ VT1 закрывается, ток через светодиод фотодинистора не течет, и симистор тоже закрыт. Когда нужно включить нагрузку, микроконтроллер устанавливает на своем выходе логический ноль. Транзистор VT1 открывается, светодиод фотодинистора зажигается и освещает динистор. Динистор начинает открываться в каждом полупериоде напряжения. Через диодный мостик, обозначенный, как VD1 динистор подключен к управляющему электроду симистора VS1. Поэтому в каждом полупериоде семистор тоже открывается и на нагрузку поступает полное напряжение питания. Диодный мостик VD1 необходим потому, что динистр может работать лишь в одном направлении. Он открывается только тогда, когда на его верхнем по схеме выводе плюс а на нижнем минус. В обратном направление динистор не открывается. Если подключить динистор к симистору напрямую, то и симистор тоже сможет пропускать лишь одну из полуволн питающего напряжения. В качестве мостика VD1 можно применить любой маломощный мостик либо составить его из четырех диодов КД522Б. Светодиод HL1 служит просто для индикации включения нагрузки.


 

 

На рисунке 2 приведен второй вариант схемы управления тиристором. Эта схема отличается от предыдущей отсутствием диодного мостика. Вместо этого в схеме используются сразу два оптосимистора U1 и U2. Светодиоды обеих фотодинисторов включены последовательно и управляются от микроконтроллера через эмиттерный повторитель на транзисторе VT1. Динисторы же включены встречно параллельно. При этом один из них работает при положительной полуволне, а второй при отрицательной. В остальном работа схемы аналогична предыдущему примеру. Отличие лишь в том, что для включения нагрузки микроконтроллер должен установить на своем выходе высокий логический уровень, а для выключения низкий. То есть, можно сказать, что схема на рис. 1 инвертирующая, а схема на рис. 2 неинвертирующая.



 

В заключении нужно сказать, что развитие элементной базы дает нам новые возможности в постороении схем управления мощной нагрузкой в сети 220В. Теперь разработчик имеет в своем распоряжении такой новый элемент, как мощный оптодинистор, который с успехом заменяет пару: тиристор-оптодинистор и позволяет построить более простые и надежные схемы. Подробнее об этом читайте в статье «Управление оптодинистором».

 

Плавная регулировка мощности

 

Если необходимо не просто включить или выключить нагрузку, а плавно регулировать ее мощность, то приведенные так же подойдут для этого. Нужно только изменить алгоритм управления. Существует два метода плавной регулировки. Мы опишем их чуть ниже. Оба метода используют синхронизацию микроконтроллера с фазой колебаний переменного напряжения сети. Для синхронизации нам необходимо сформировать и подать на микроконтроллер сигнал, по которому он сможет определять начало и конец каждого полупериода. Схема блока питания, имеющего цепи формирующие подобный сигнал приведена в статье «Схема блока питания». Сигналы «+» и «-» сформированные этими цепями необходимо подать на вход встроенного компаратора. В нашем случае это выводы 12 и 13 (AIN0, AIN1).

 

Метод фазового регулирования

Это стандартный способ управления тиристором. Состоит он в выборе момента открытия тиристора относительно начала фазы текущего полупериода питающего напряжения. Этот процесс иллюстрирует следующий рисунок:

 

 

Фазовый метод регулирования

 

На рисунке приведена форма сигнала на нагрузке при разных значениях времени задержки. Алгоритмм регулирования состоит в том, что сначала контроллер ожидает начала очередного полупериода. Обнаружив начало полупериода, контроллер запускает внутренний таймер. По окончании задержки, формируемой таймером контроллер выдает запускающий сигнал на выход, управляющий тиристорным регулятором. Тиристор открывается и напряжение поступает на нагрузку. Важно, что бы управляющее напряжение было снято с тиристора до окончания текущего полупериода. В этом случае, как только сетевое напряжение достигнет нуля, тиристор закроется а с началом следующего полупериода процесс отсчета времени повторится снова. В зависимости от выбранной длительности задержки отдаваемая в нагрузку мощность будет различной. Так при малом времени задержки (t1) мощность максимальна. При t2 в нагрузку отдается ровно половина возможной мощности, а при t3 мощность минимальна.

 

Метод исключения отдельных полупериодов

Главным недостатком предыдущего метода является большой уровень электромагнитных помех, излучаемых тиристорным ключем в процессе работы. Подобная схема будет сильно мешать рядом работающему телевизору или радиоприемнику, создавая помехи на экране и по звуку. Большой уровень помех обусловлен тем, что включение тиристора происходит в момент, когда мгновенное значение сетевого напряжения находится вблизи его амплитуды. Крутые фронты достаточно большого уровня напряжения и создают большое количество помех. Выходом является второй метод регулирования. Он состоит в том, что включение тиристора всегда происходит в самом начале полупериода, когда напряжение переходит через ноль и, если полупериод пропускается в нагрузку, то весь полностью. Регулировка же мощности производится путем исключения отдельных полупериодов. Этот процесс показан на следующем рисунке:

 

 

Метод исключения полупериода

 

На рисунке мы видим, что все полупериоды с первого по пятый тиристор беспрепятственно открывается. Затем, во время прохождения шестого полупериода сигнал управления с тиристора снимается и напряжение на выход не поступает. В начале седьмого полупериода сигнал управления опять включается. Для реализации подобного метода разрабатываются целые схемы исключения полупериодов. Например, берется последовательность из десяти полупериодов. Для того, что бы получить мощность в 50%, пять полупериодов пропускают в нагрузку, а остальные пять не пропускают. Затем все повторяется, каждые 10 полупериодов. Причем не обязательно исключать полупериоды подряд. Можно разбросать включенные полупериоды по всему этому отрезку. Для получения 10% мощности из 10 придется оставить только один полупериод. А для 70% нужно оставить 7 а исключить три. Ну и так далее…

 

Недостатком такого способа является то, что подобным образом затруднительно регулировать мощность свечения электрической лампы. Лампа будет заметно мерцать. Но для регулировки мощности нагревательного элемента этот способ является самым оптимальным.

 

Последнее обновление ( 30.04.2008 г. )

 

 

Управление оптодинистором

Автор Белов А. В.

30.04.2008 г.

В этой статье описывается схема электронного ключа на оптодинисторе, позволяющая микроконтроллеру управлять мощной нагрузкой, питающейся от сети 220В.

 

Данная схема является альтернативой схеме описанной в статье «Управление тиристором». В старом варианте схемы для коммутации нагрузки использовался мощный симистор, а для развязки управляемых цепей 220В и низковольтных цепей микроконтроллера использовался маломощный оптодинистор. В новом варианте схемы для управления нагрузкой используется мощный оптодинистор, который заменяет оба перечисленные выше устройства. Ниже приведена схема такого устройства:

Схема блока питания

 

Автор Белов А. В.

30.04.2008 г.

 

В этой статье рассматривается схема стабилизированного блока питания, которая может использоваться для питания простого микропроцессорного устройства.

 

Как известно, для питания цифровых микросхем необходимо стабилизированное напряжения 5В. Заметим, что современные микроконтроллеры способны работать в широком диапазоне питающих напряжений. Обычно от 3 до 6 вольт. Главное требование, что бы напряжение было стабилизированное. То есть не менялось при изменении нагрузки. Однако, обычно любое микропроцессорное устройство кроме cамого микроконтроллера содержит ряд других микросхем, которые обычно более требовательны к напряжению питания. Поэтому правильнее всего, если нет каких нибудь специальных причин, выбирать напряжение питания +5В. Такое напряжение питания широко используется в электронной технике. Поэтому промышленность давно уже наладила производство специальных микросхем — стабилизаторов напряжения. Для большинства применений подойдет микросхема 7905 или ее отечественный аналог КРЕН5. Ниже на рисунке приведена схема блока питания, который расчитан на питание практически любого устройства на микроконтроллерах.

 

 

Схема блока питания

 

Трансформатор T1 понижает сетевое напряжение до требуемой величины (примерно 8…9 вольт). Выпрямитель VD1 выпрямляет его. Предварительный фильтр C1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения и в результате на вход стабилизатора DA1 поступает постоянное нестабилизированное напряжение примерно равное 12 В. С выхода стабилизатора стабилизированное напряжение 5В поступает на выход (на питание цифровых цепей микроконтроллерного устройства. Нестабилизированное напряжение +12В так же поступает для питания некоторых цепей микроконтроллерного устройства. Обычно это силовые цепи, не требующие стабилизации напряжения: светодиоды, реле и т.п. Подключение таких цепей до стабилизатора существенно разгружает микросхему DA1 облегчает ее тепловой режим, повышает надежность и увеличивает КПД. Дополнительный фильтр С2, С3 служит для подавления помех по питанию. Причем электролит C3 служит для подавления низкочастотных помех, а керамический конденсатор C2 подавляет высочастотные помехи.

 

Кроме собственно цепей питания приведенная схема содержит специальные цепи, позволяющие получать сигнал, синхронный с частотой сетевого напряжения. Такой сигнал может подаваться на компаратор, входящий в состав многих микроконтроллеров и позволяет реализовать алгоритмы управления тиристорными либо оптодинисторными ключами для плавной регулировки мощности на нагрузке. В таких алгоритмах процессор отсчитывает необходимую задержку от начала текущего полупериода сетевого напряжения и по истечении этой задержки включает тиристор. В конце полупериода, когда мгновенное напряженияе переходит через ноль, тиристор закрывается и микроконтроллер отсчитывает очередную задержку. Изменяя время задержки можно изменять длительность импульсов, поступающих на нагрузку и тем самым изменять мощность, отдаваемую в эту нагрузку.

 

Подробнее об этом можно прочитать в статье «Управление тиристором» и в статье «Управление оптодинистором».

 

Подключение светодиодов

Автор Белов А. В.

01.05.2008 г.

 

В этой статье рассказывается, как подключать индикаторы на одиночных светодиодах к микроконтроллеру.

 

Ни одно устройство на основе микроконтроллера не обходится без световых индикаторов. В качестве одиночных светоизлучателей удобнее всего использовать светодиоды. Современные микроконтроллеры (в частности микроконтроллеры серии AVR) имеют достаточно мощные выходные схемы. Они рассчитаны на выходной ток до 40 мА. Этого вполне достаточно для непосредственного подключения одного маломощного светодиода. На следующем рисунке показано, как можно подключить светодиод к выходу микроконтроллеру.

 

 

Непосредственное подключение светодиода

 

Простой маломощный светодиодный индикатор — это самый распространенный способ индицирования. Именно такие индикаторы мы видим на подавляющем большинстве конструкций. Однако, иногда к микроконтроллеру необходимо подключить более мощные светодиоды. Это светодиоды повышенной яркости свечения или светодиоды большой площади излучения. В том случае, когда ток потребления светодиода превышает 40 мА, применяется электронный ключ на транзисторе. Ниже приводится схема подобного подключения.

 

 

Подключение при помощи электронного ключа

 

При использовании транзистора КТ315 можно подключать светодиод с током потребления до 100 мА. Если нужно подключить светодиод с еще большим током потребления, то необходимо подобрать другой, более мощный транзистор.

 

Подключение кнопок

Автор Белов А. В.

01.05.2008 г.

 

В данной статье освещаются вопросы подключения к микроконтроллеру различных кнопок и клавиш.

 

Рис. 1.

 

Практически ни одна микропроцессорная система не обходится без кнопок, клавиш, концевых контактов и тому подобных элементов коммутации. Любое подобное коммутационное устройство — это просто пара контактов, которые замыкаются при нажатии на клавишу (кнопку) или при другом механическом воздействии. Например, при срабатывании концевого выключателя управляемого механизма. Поэтому подключение любого вышеописанного устройства сводится к подключению к микроконтроллеру пары контактов. Микроконтроллеры серии AVR довольно неплохо приспособлены для работы именно с кнопками. Каждый из выводов каждого порта имеет специальные средства, облегчающие подключение внешних контактов.

 

На рисунке 1 показан типовой способ подключение пары контактов к порту микроконтроллера. Рассмотрим подробнее принцип работы этой схемы. Но прежде мы должны вспомнить, что любой из выводов любого порта может работать в одном из двух режимов: либо как вход, либо как выход. Естественно, в нашем случае соответствующий вывод должен быть переведен в режим входа. В этом режиме имеется возможность программным путем при необходимости подключать к любой внешней линии внутренний резистор нагрузки. На рисунке 1 этот резистор обозначен R. Этот резистор специально введен для того, что бы работать с внешними контактами. При создании программы для всех входов, к которым подключены контакты, не забудьте предусмотреть команды, включающие этот резистор. Если же вход предназначен для других целей, то скорее всего резистор необходимо отключить. Электронный ключ, который программно включает и отключает внутренний резистор нагрузки условно показан на рисунке 1 и обозначен как K.

 

И так, вывод порта запрограммирован как вход, внутренний резистор нагрузки включен. Если внешние контакты K1 разомкнуты, то на входе присутствует напряжение, близкое к напряжению питания, которое поступает через резистор R. При считывании информации из порта в данном разряде будет логическая единица. Если же контакты замкнуть, то линия порта будет замкнута на общий провод. Напряжение на входе станет равным нулю. При считывании информации в данном разряде порта появится ноль. Таким образом считывая информацию из порта и анализируя значение соответствующего разряда микроконтроллер всегда может определить, замкнуты контакты или нет. Если разряд равен нулю — контакты замкнуты, единице — разомкнуты.

 

Указанным выше образом можно подключить отдельную пару контактов при желании ко всем выводам всех портов. Однако такой подход не назовешь рациональным. Кроме клавиш к портам микроконтроллера должны подключаться и другие устройства: индикаторы, реле, датчики, последовательные каналы связи и многое другое. Поэтому, для экономии выводов и для упрощения схемы применяют матрицы клавиш. Схема типичной матрицы из 16 клавиш приведена на рисунке 2.

 

Рис. 2.

 

Для подключения матрицы используется весь порт PB микроконтроллера и еще две линии порта PD. Как видно из схемы каждый из выводов порта PB подключен сразу к двум кнопкам. Например, вывод PB0 подключен к кнопке S1 и S9. Вывод PB1 к S2 и S10 и так далее. Второй контакт каждой кнопки подключен к одной из линий PD5 или PD6. В результате образуется матрица. Она напоминает решетку. Два вертикальных провода и восемь горизонтальных. В каждом пересечении этих проводов вставлено по кнопке.

 

Как же работает эта матрица. Для правильной работы необходимо все выводы порта PB перевести в режим входов и включить для каждого из этих входов внутренний нагрузочный резистор. А два вывода порта PD (PD5 и PD6) нужно перевести в режим выходов. Для того, что бы считать состояние кнопок микроконтроллер должен сначала подать на выход PD6 сигнал логического нуля, а на выход PD5 сигнал логической единицы. Затем он должен прочитать байт из порта PB. Этот байт будет содержать информацию о состоянии кнопок S1…S8. Каждый бит будет отвечать за свою кнопку. Нулевой бит (PB0) за кнопку S1, первый бит (PB1) за кнопку S2 и т.д. Если кнопка нажата, то в соответствующем разряде будет ноль, если не нажата — единица. После анализа нажатия первой половины кнопок, микроконтроллер должен установить на выходе PD5 логический ноль, а на выходе PD6 — единицу. И опять считать байт из порта PB. Теперь этот байт будет содержать информацию о состоянии кнопок S9…S16. Опрашивая таким образом то первую то вторую половину кнопок, микроконтроллер может реагировать на нажатие каждой из кнопок отдельно.

 

Описанная выше матрица может быть легко расширена. Можно взять не две вертикальные линии, а три, четыре и так далее. Для данного микроконтроллера максимально возможная матрица имеет размеры 7X8. Так как порт PD имеет лишь семь линий. Общее количество кнопок при этом будет равно 56.

Последнее обновление ( 01.05.2008 г. )

 

Управление ЖКИ (LCD) индикаторами

Автор Белов А. В.

02.05.2008 г.

В данной статье рассматривается пример подключения жидкокристаллического индикатора (сокращенно ЖКИ или LCD) к микроконтроллеру.

 

Сегодня на рынке электронных компонентов можно найти огромное количество индикаторов разных фирм и модификаций. Каждый индикатор имеет свои особенности, свою внутреннюю архитектуру и свой интерфейс для подключения к микроконтроллеру. Однако общие принципы подключения примерно одинаковы. Сразу отметим, что все ЖКИ можно разделить на индикаторы со встроенным контроллером и простые индикаторы без микроконтроллера. Индикаторы с микроконтроллером более предпочтительны для самостоятельного применения. Встроенный микроконтроллер уже содержит в себе сложные программы, выполняющие большинство операций по выводу изображения на индикатор и учитывающий все специфические особенности именно этой индикаторной панели. А интерфейс связи встроенного контроллера обычно совсем не сложный и позволяет легко подключить его к любому универсальному контроллеру. Возмем для примера микроконтроллер Российского производства МТ-10Т7-7. Это простой индикатор, дисплей которого представляет собой строку из десяти семисегментных знакомест. Напряжение питания такого индикатора от 3 до 5 вольт. Ток потребления 30 мкА. Габаритные размеры 66 X 31,5 X 9,5 мм. Схема подключения такого индикатора к микроконтроллеру приведена на рисунке 1.

 

 

Рис. 1. Подключение ЖКИ к микроконтроллеру

Для управления индикатором используется порт PB. Линии PB0…PB3 образуют шину данных/адреса. А линия PB4 используется для передачи на индикатор сигнала записи. Выход PB6 используется для выбора адрес/данные. Команды управления передаются на индикатор следующим образом. Сначала необходимо передать адрес разряда, куда мы хотим записать код очередного выводимого символа. Адрес состоит из одного четырехбитного двоичного числа. Нумерация разрядов ведется слева на право. Самый левый (старший) разряд имеет адрес 0 (00002). Следующий разряд имеет адрес 1 (00012). Последний, самый правый, десятый разряд имеет адрес 9 (10012). Для того, что бы записать адрес в контроллер индикатора необходимо, что бы на его A0 присутствовал сигнал логического нуля. Значение адреса выставляется на выходах PB0…PB3. А затем на выход PB4 кратковременно подается единичный сигнал, который поступает на вход WR1 индикатора. По фронту этого импульса адрес записывается в индикатор и запоминается в его внутренней памяти. Теперь, если в индикатор будет записан байт данных, он поступит именно по этому адресу.

 

Байт данных определяет изображение знака, которое высветится в соответствующем разряде индикатора. Каждый бит этого байта отвечает за свой сегмент в семисегментном поле. Восьмой бит отвечает за высвечивание десятичной точки. Для передачи байта данных на входе A0, а значит и на выходе PB6 должен присутствовать сигнал логической единицы. Байт данных передается в индикатор за два приема. Сначала на выводах PB0…PB3 выставляется младший полубайт. По сигналу на WR1 он записывается в память индикатора. Затем, на тех же выходах (PB0…PB3) выставляется старший полубайт и тоже записывается по сигналу на WR1. После записи второго (старшего) полубайта изображение появляется в соответствующем разряде индикатора, а адрес во внутренней памяти индикатора автоматически увеличивается на единицу. Таким образом, для записи данных в следующий разряд индикатора уже не надо передавать в него адрес. Весь процесс записи адреса и данных в индикатор изображен на рисунке 2.

 

 

Рис. 2. Диаграмма работы интерфейса индикатора

 

 

На этом рисунке представлены два варианта работы с индикатором. Запись одного знакоместа и запись нескольких знакомест подряд. Переменный резистор R1 (см. схему на рис. 1) предназначен для регулировки контрастности дисплея. Для того, что бы изображение на индикаторе было хорошо видно, нужно выставить самую подходящую контрастность наблюдая изображение на экране индикатора. Для разной освещенности и разного угла зрения ручку регулятора придется выставлять в разные положения. Хорошо видное изображение в других при изменившихся условиях наблюдения может стать абсолютно не видимым. Что бы увидеть его нужно покрутить ручку регулятора в разные стороны.

 

В заключении хочу отметить, что именно эти выводы порта для управления индикатором выбраны абсолютно произвольно. В данном случае автор руководствовался удобством разводки печатной платы. Вы же можете выбрать любые другие выводы и даже другой порт ввода вывода микроконтроллера.

Последнее обновление ( 01.05.2008 г. )

 

Подключение энкодера

Автор Белов А. В.

04.05.2008 г.

 

Из этой статьи вы узнаете, что такое энкодер, чем он отличается от переменного резистора и как он помогает при помощи простого поворота ручки вводить информацию в микроконтроллер.

 

В связи с тотальным переходом к микропроцессорному управлению бытовыми и другими электронными приборами изменились и органы регулировки, применяемые в этих приборах. Если раньше для того, что бы отрегулировать громкость радиоприемника или телевизора вы должны были просто покрутить соответствующую ручку, то теперь вы зачастую вынуждены пользоваться двумя кнопками: «Громкость +» и «Громкость -«. А если нужно регулировать не только громкость? Для многих пользователей это просто не удобно. К тому же страдает оперативность регулировки. Нажав кнопку уменьшения громкости нужно еще подождать какое то время, пока громкость доползет до нужного уровня. И все это время приходится страдать от громкого звука. Совместить преимущества традиционных регуляторов и при этом не потерять новые возможности, которые нам дают микроконтроллеры призвано новое устройство ввода информации, которое получило название энкодер. По внешнему виду и установочным размерам энкодер очень похож на обычный переменный резистор, который использовался в традиционных аналоговых устройствах. Но по внутреннему устройству он кардинально отличается. Энкодер так же, как и резистор имеет выступающую вперед ось, на которую можно надеть такую же самую ручку, какую обычно одевают на резистор. Вращение рукоятки энкодера приводит к вырабатыванию им последовательности импульсов, которые затем поступают на микроконтроллер и дают ему информацию о том, на сколько нужно уменьшить либо увеличить то либо иное значение. Например, насколько нужно увеличить или уменьшить громкость сигнала и т.п. Причем устройство энкодера таково, что микроконтроллер может различать не только величину, на которую нужно изменить параметр, но и направление этого изменения. Это позволяет, например, при вращении оси энкодера в одну сторону увеличивать громкость, а при вращении в другую — уменьшать.

 

Рис. 1. Принцип работы энкодера

 

Рассмотрим, как же устроен энкодер. На рисунке 1 показано устройство простого механического энкодера. Как видно из рисунка, основой энкодера является диск из изоляционного материалла закрепленный на оси, на которую и насаживается рукоятка для ее вращения. По периметру диска равномерно расположены специальные прорези. Прорези делят всю окружность на несколько (обысно 6-8) равных секторов. Причем ширина прорезей равна ширине промежутков между ними. Кроме того, имеется две группы контактов, которые установлены таким образом, что при вращении диска они то замыкаются попав в прорезь, то размыкаются в промежутке между прорезями. Очень важно расположение этих пар контактов относительно прорезей. Контакты расположены таким образом, что в тот момент, когда одна пара находится на краю какой либо прорези, вторая пара контактов находится ровно посредине между двумя соседними прорезями. Именно такое расположение и показано на рисунке. В результате реализуется следующий порядок замыкания/размыкания контактов:

Замыкается первая группа контактов

Замыкается вторая группа контактов

Размыкается первая группа контактов

Размыкается вторая группа контактов

5. Все повторяется сначала.

 

 

Рис. 2. Схема энкодера Рис. 3. Диаграмма работы

 

На рисунке 2 приведена внутренняя электрическая схема простого механического энкодера. Энкодер имеет всего три вывода (что делает его еще больше похожим на переменный резистор). Нижний по схеме вывод — общий для обеих пар контактов. В результате, при вращении рукоятки энкодера на выходе мы получим две последовательности импульсов. При равномерном вращении в одну сторону это будут два меандра, сдвинутых по фазе на 90 градусов. Для наглядности этот процесс показан на рисунке 3. Как микроконтроллер определяет угол поворота оси энкодера надеюсь понятно. Он просто подсчитывает число импульсов. Причем можно считать импульсы приходящие от любой из группы контактов. Основной фокус — как определить направления вращения. Как раз тут и помогает последовательность замыкания и размыкания контактов. При вращении оси энкодера в одну из сторон каждый раз, когда первая группа контактов переходит из замкнутого состояния в разомкнутое, вторая группа контактов оказывается замкнута. Причем момент перехода первой группы приходится как раз на середину отрезка времени, когда вторая группа замкнута. То есть, дребезг уже закончился и все переходные процессы улеглись. При вращении в другую сторону порядок размыканий и замыканий сменяется на обратный. Поэтому в момент, когда первая группа контактов переходит из замкнутого состояния в разомкнутое, вторая группа всегда оказывается разомкнута. Именно по этому факту микроконтроллер и определяет направление вращения.

 

 

Рис. 4. Схема подключения энкодера к микроконтроллеру

 

На рисунке 4 показана схема подключения энкодера к микроконтроллеру. Контакты энкодера подключаются таким же образом, как подключается простая отдельная кнопка (см. статью «Подключение кнопок»). Линии порта PD2 и PD3 должны быть настроены как входы и внутренний нагрузочный резистор на обоих входах должен быть включен. Подробнее о настройке линий порта и внутренних нагрузочных резисторах читайте в упомянутой выше статье «Подключение кнопок». Общий вывод энкодера, как видно из схемы, подключается к общему проводу всего устройства.

 

Программа обработки сигнала от энкодера предельно проста. Обратите внимание, что на схеме (рис. 4) для подключения энкодера выбраны линии PD2 и PD3. И это не случайно. В микроконтроллере ATtiny2313 альтернативной функцией этих выводов является функция входов внешнего прерывания INT0 и INT1. Для работы с энкодером как раз и используется одно из этиз прерываний. Например, можно использовать прерывание по внешнему входу INT0. То есть по входу PD2 (вывод 6). Из чего же состоит программа? Ну, во первых, сначала нужно разрешить прерывание по INT0. Причем необходимо выбрать такой режим, когда прерывание происходит по фрону (или спаду) импульса на этом входе. Ну а затем еще нужна простейшая подпрограммка обработки этого прерывания. Эта подпрограммка должна просто проверять значение линии порта PD3 и в зависимости от того, равно оно нули либо единице уменьшать либо увеличивать регулируемое значение.

 

Рассмотрим это подробнее. Допустим, что мы выбрали режим прерывания по фронту импульса. Представим, что контроллер выполняет основную программу, не связанную с энкодером. В какой то момент пользователь вращает рукоятку энкодера, например, влево. Контакты начинают замыкаться и размыкаться. По фронту импульса на входе INT0 в микроконтроллере происходит вызов прерывания. Это значит, что работа основной программы временно прерывается и контроллер переходит к подпрограмме обработки прерывания. Эта подпрограмма читает информацию из порта PD и оценивает содержимое разряда PD3. Так как рукоятка энкодера была повернута (мы договорились) вправо, то в этом разряде микроконтроллер обнаружит логическую единицу. Обнаружив единицу подпрограмма обработки прерывания увеличивает значение специальной ячейки, где хранится код, соответствующий текущей громкости. Код увеличивается на единицу. После этого подпрограмма заканчивает свою работу. Микроконтроллер снова переходит к выполнению своей основной программы. Если вращение в ту же сторону продолжается, то по фронту следующего импульса на INT0 опять будет вызвано прерывание и значение громкости снова увеличится на единицу. И так до тех пор, пока не прикратится вращение рукоятки энкодера либо не переполнится значение громкости. Подпрограмма должна проверять это значение и не увеличивать громкость, если она достигла максимума.

 

Если же ротор энкодера вращать в другую сторону, то та же процедура обработки прерывания, вызванная по фронту сигнала на входе NT0 обнаружит на входе PD3 значение логического нуля. Обнаружив этот ноль, подпрограмма должна уменьшить значение кода в ячейке громкости на единицу. Если вращение продолжается, то по фронту каждого импульса на входе INT0 будет вызываться это прерывание и каждый раз значение громкости будет уменьшаться. И в этом случае, программа должна контроллировать теперь уже минимальное значение громкости. И по достижении нуля, программа больше не должна производить процедуру вычитания.

 

До сих пор мы говорили о простом механическом энкодере. Но наличие механических контактов всегда связано с такими явлениями, как дребезг, а так же помехи, вызванные плохим контактом в связи с засорением или износом. Все это приводит к низкой надежности работы механического энкодера. Поэтому в последнее время получают все болшее распространение оптоэлектрические энкодеры. В оптоэлектрическом энкодере вместо механических контактов используются оптопары: светодиод-фотодиод. Такой энкодер требует дополнительного внешнего питания, поэтому он имеет еще один вывод — вывод питания. Питаются такие энкодеры обычно от стабилизированного источника +5В и выдают на выходе сигналы, близкие к стандартным логическим уровням. В связи с этим, отпадает необходимость включать внутренние резисторы нагрузки для тех входов микроконтроллера, к которым подключен такой энкодер. В остальном, работа с оптоэлектронными энкодерами аналогична работе с простыми механическими моделями. К сожалению, использование оптоэлектронных энкодеров ограничено их высокой стоимостью.

 

 

Последнее обновление (04.05.2008 г.)

 

Практические примеры применения USB-AVR

 

Проект USB-AVR пришелся по вкусу многим самодеятельным конструкторам из самых разных стран мира. Компания Objective development на своем сайте призывает всех, кто разработал свою собственную конструкция с использованием их технологии, присылать ее описание или ссылку на сайт с таким описанием и охотно размещает все эти ссылки на своем сайте.

 

ТО. что проекте участвуют представители разных стран, привело к тому, что разные описания приводятся на разных языках. В основном на английском, немецком, итальянском. К сожалению, пока ни одного проекта на русском. Однако наш сайт планирует перевести описания самых интересных проектов.

 

Список проектов, выполненных с применением USB-AVR находится по адресу http://www.obdev.at/products/avrusb/projects.html Список разделен на категории:

 

Интерфейсы и адаптеры

 

В этом разделе перечислены примеры адаптеров, преобразовывающих стандарт USB в другие стандартные виды интерфейсов. Приводятся следующие примеры:

Преобразователь USB – uDMX. Стандарт uDMX является расширением стандарта DMX и отличается от последнего наличием питания. Канал DMX предназначен для управления световыми устройствами и различными сценическими эффектами.

Миниатюрный адаптер I2C шины. Для примера используется совместно с датчиком температуры DS1621.

USB – LPT адаптер.



Рекомендуемые страницы:

lektsia.com

О простых коммутаторах на симисторах и оптронах CAVR.ru


Рассказать в:

О простых коммутаторах на симисторах и оптронах
a.t.Зызюк г. Луцк РА22010
Простые схемы коммутации на тиристорах или симисторах очень популярны. Эти конструкции всегда найдут свое место в бытовой технике. Не меньший интерес представляют собой и более новые конструкции коммутаторов, где применены схемы на современных оптронах. Гальваническая развязка и коммутация сетевого напряжения при его переходе через «ноль» весьма привлекает многих радиолюбителей.
Ряду технических вопросов, касающихся применения таких коммутаторов, посвящена данная статья.
Все чаще стали появляться различные конструкции, где вместо контактов электромеханических реле использованы симисторы. В таких ситуациях стали применять симисторный коммутатор как один из самых простых в реализации и требующих минимальное количество устанавливаемых комплектующих.
Затем, в отношении популярности использования, за ними следуют тиристорные коммутаторы, где два тиристора включены встречно-паралельно, что и позволяет осуществлять коммутацию (режим включения-выключения) нагрузки в цепи переменного тока.
Необходимо отметить, что у подобных схем, собранных как на симисторах, так и на тринисторах могут присутствовать свои, достаточно специфические и ощутимо серьезные недостатки, чтобы о них можно было позабыть. В ряде случаев эти недостатки могут ограничивать применение симисторов и тиристоров в качестве коммутаторов переменного напряжения. В некоторых ситуациях, как будет показано ниже, от использования этих замечательных полупроводниковых приборов доводилось и вовсе отказываться.
Мощные симисторы стали весьма популярны благодаря схемной простоте включения и управления процессами коммутации. Время, когда наиболее широко доступными в приобретении были лишь некоторые отечественные симисторы и тиристоры (такие, как, например, КУ202 или КУ208), кануло в лету. И теперь на наших рынках без осложнений возможно приобретение 25…40-амперных (и даже более мощных зарубежных) симисторов и тринисторов самых различных типов. Отрадно и то, что нередко за одни и те же деньги можно купить симистор на ток в два раза больше. На первый взгляд, все выглядит прекрасно и перспективно.
За последние годы мощные зарубежные симисторы стали очень интенсивно популяризовываться, особенно с появлением на наших рынках
специальных микросхем (детекторов «нуля»), с оптронной гальванической развязкой между цепями управления (входными цепями) и силовыми (в цепи управляющего электрода тринистора). Речь идет о зарубежных оптронах серии МОСхххх, например, таких, как МОС3061 (рассчитанных на напряжение до 600 В) или МОС3041 (до 400 В). Они позволяют реализовывать включение и выключение симистора при переходе сетевого напряжения через «нуль» (вблизи этого значения). Данное обстоятельство позволяет минимизировать уровень помех при коммутации, а в ряде случаев, при необходимости, осуществлять синхронное переключение нескольких симисторов в одной конструкции, например, при коммутации выводов автотрансформатора мощного сетевого стабилизатора напряжения.
Таким управлением мощными симисторами удается избежать наиболее трудноразрешимой задачи: исключить возможности работы одновременно включенных симисторов, когда один из симисторов еще не успел выключиться, а второй симистор уже включился. Данная ситуация, скажем так, традиционна по той одной причине, что время, требуемое для включения симистора, примерно в десять раз меньше того промежутка времени, в течение которого симистор выключается. Опасность такой ситуации заключается в замыкании части обмотки трансформатора из-за двух одновременно включенных симисторов, что приводит к дефекту последних и не исключает проблем выхода из строя даже самого трансформатора. Казалось бы, появление оригинальных оптронов с контроллерами нулевого значения сетевого напряжения смогут решить все проблемы, препятствующие широкому внедрению схем на симисторах. К примеру, в конструкциях таких нужных устройств, как сетевые мощные стабилизаторы напряжения. Они особенно необходимы на периферии, где напряжение электросети крайне нестабильное. Вот здесь мы и подошли к апогею проблемного момента с симисторными коммутаторами, которые должны допускать работу на индуктивную нагрузку.
При всем изобилии новых схем с применением в качестве коммутируемых элементов мощных симисторов, практически нигде даже не упоминается о том, какие последствия могут ожидать нас при коммутации, например, сетевой обмотки тороидального трансформатора с помощью мощного симистора. А ведь именно мощные тороидальные трансформаторы как раз интенсивно применяются в конструкциях сетевых стабилизаторов. Проблема как бы автоматически переносится и на многие другие сетевые трансформаторы. Чем мощнее сетевой трансформатор и чем меньше его ток «холостого хода» (1хх), тем ярче выражена и данная проблема.
Так что именно с тороидальным трансформатором ситуация проявляется особенно наглядно. Тороидальные магнитопроводы позволяют обеспечить наилучшее использование материала за счет наибольшей магнитной проницаемости при отсутствии подмагничивающего поля. При наличии этого поля происходит существенное снижение магнитной проницаемости. Отсюда и проблемы.
Сразу следует оговориться, что речь сейчас не идет о регуляторах мощности на симисторных схемах. В данном случае разбираемся исключительно в вопросе коммутации (т.е. анализируем ситуацию исключительно только в двух режимах работы: электросеть — вкл. / выкл).
Для быстрого подтверждения того, что вышеуказанная проблема не только существует, но она достаточно серьезная, чтобы на нее можно было закрыть глаза, все сказанное подтверждается конкретными практическими примерами.
Для демонстрации сказанного потребуется собрать простую цепь управления каким-либо популярным мощным симистором. Тип зарубежного симистора принципиального значения не имеет, поскольку, к сожалению, ситуации не изменит. Выбираем, например, распространенный, относительно недорогой в приобретении симистор ВТА140- 800 (25 А, 800 В) и оптрон (с контроллером) серии МОС3061. А еще лучше эксперимент приблизить к тем схемам с сетевыми стабилизаторами, в которых используются симисторы ВТА41-600 (40 А, 600 В). Такой симистор устанавливали на небольшом радиаторе (рис.1).


Мини-конструкцию собирали по типовой стандартной схеме (рис.2).

Ошибок в схеме нет. Как и в оригинале [1], нагрузка (обмотка трансформатора) включена в цепь катода симистора. Питание на оптрон должно быть стабилизировано, и ток необходимо ограничивать. Небольшое отступление. Эти симисторы очень надежны. Это доказывает и следующая внештатная ситуация.
По невнимательности автор в схеме рис.2 случайно перепутал выводы катода и управляющего электрода. И симистор еще долго работал в режиме вкл. / выкл. Правда, нагрузкой все это время была лампа накаливания на 200 Вт. Подозрение вызывал усиленный нагрев симистора. Так, на радиаторе появились надписи с верной цоколевкой симистора. Когда же подключили трансформатор, то произошел пробой симистора. Активное сопротивление первичной обмотки данного тора не превышало 2 Ом! Тороидальный трансформатор явно мощнее 700 Вт, но его заводское исполнение, по вторичной обмотке, не позволяет с него снимать больше.
Поскольку нагрузку повсеместно включают в цепь анода, то автор сетевого стабилизатора [1] в отзыве [2] и сам впоследствии рекомендует включать нагрузку симисторов в цепи анодов, а не катодов, как первоначально рекомендовалось им же в конструкции [1]. Отзыв так и называется: «Повышение надежности работы стабилизатора». Вся суть заключена в том, чтобы правильно включить симисторы: анодами к нагрузке. То есть так, как показано на рис.3.

К сожалению, включение первичной обмотки в цепь анода симистора ровным счетом ничего не меняет в отношении уменьшения тока ixx.
Номиналы ограничительных резисторов выбраны исходя из допустимых максимальных токов на оптроны. Ток должен быть ограничен величиной 1 А. В стандартной (общепринятой) схеме используется два ограничительных резистора в цепи оптрона. Кроме того, все максимально приближенно к статье в [1] или [2]. В отзыве [2] дана доработка] схемы коммутации [1]. Но наша схема рис.2 отличается от этих схем тем, что в ней присутствует ограничительный резистор r4, отсутствующий в схемах [1] или [2]. Аналогичный вариант [1] коммутации обмоток мощного тороидального автотрансформатора сетевого стабилизатора используется и в более новой конструкции [3]. К сожалению, и в статье [3] тоже ничего не упоминается о вполне реальных проблемах, возникающих при коммутации обмоток мощного трансформатора через симисторы. Для убеждения в вышесказанном, предлагается читателям самостоятельно испытать такой коммутатор совместно с каким-либо мощным сетевым трансформатором. Особенно демонстративными будут мощные трансформаторы, имеющие небольшую величину тока «холостого хода» (1хх). Самостоятельные эксперименты других радиолюбителей исключают вероятность ошибок автора в его экспериментах.
Не обязательно впадать в крайности, прибегая сразу к испытанию таких мощных нагрузок, как сварочные трансформаторы. В распоряжении автора находился достаточно экономичный, в плане тока «холостого хода», но мощный (700 Вт) тороидальный сетевой трансформатор. И на время экспериментов через схему симисторного коммутатора этот тор подключался к сети 220 В. Для большей объективности результатов эксперимента все опыты и измерения проводились только при стабильном сетевом напряжении. Все начинали с измерения тока «холостого хода» тороидального трансформатора, подключенного непосредственно к 220 В, без использования симисторного коммутатора.
В данном случае этот ток не превышал значения 30 мА. Отсюда и выводы об экономичности тора. Затем осуществляли замеры этого тока, но с тором, подключенным уже через коммутатор. Забегая наперед, скажем прямо, что полученные результаты весьма неприятно (и весьма неожиданно) озадачили. Ведь на данную схему (рис.2) возлагали большие надежды в перспективе. В итоге, hex тора увеличился почти в десять (!) раз.
До подключения (без симистора) трансформатор работал очень тихо, фактически бесшумно. После схемы симистора (через симистор) в магнитопроводе тора отчетливо стал проявляться тихий характерный низкочастотный звук специфического гудения. Такой звук сопровождает торы при наличии постоянной составляющей в питающей электросети. Природа проблемы следующая. Из-за значительной асимметрии симисторной структуры для протекающего через нее (обеих полуволн) переменного тока, первоначальная форма этого тока существенно искажается.
Она становится несколько асимметричной, если проводить сравнение отрицательной и положительной полуволн синусоиды электросети.
В итоге ток «холостого хода» резко (скачкообразно) увеличивается. Естественно, это явление пытались устранить. Исключение (замыканием проволочной перемычкой) ограничительного резистора r4 из схемы рис.1 мало что дает. Ток ixx уменьшается, но несущественно. Таким образом, закоротив накоротко резистор r4, схему коммутатора полностью приблизили к схеме [1]. Ток ixx, естественно, уменьшился. Однако ожидаемого положительного результата не получилось. Поскольку 10… 15% уменьшение тока ixx, очевидно, ничего не решает. Ток ixx необходимо было уменьшать на порядок, то есть приблизить его к току ixx. К сожалению, достигнуть этого в этой схеме не удалось. Тогда решено было временно уйти от зарубежных симисторов и попробовать на «симметричность» другие варианты.
Кое-что следует сказать и о некоторых элементах в данных схемах. Питание оптрона стабилизировано по причине критичности оптрона МОС3061 к перегрузкам по току. Эти оптроны не выдерживают больших токовых перегрузок и выходят из строя. Поскольку в данной схеме необходим рабочий ток оптрона более 10 мА, то ток через све-тодиод АЛ307 ограничен, чтобы ток через АЛ307 не превысил максимум последнего (10 мА). Напряжение питания оптрона выбрано из условий необходимой суммы рабочих напряжений на оптроне и светодиоде. Светодиод оптрона, подчеркиваем, имеет крутую ВАХ, поэтому с ним нужно обходиться осторожно. На практике оптимальный рабочий ток светодиода оптрона определяли следующим образом. В собранной схеме рис.3 (или рис.2) вместо нагрузки (трансформатора) Т1 включали мощную лампу 1 кВт или нагревательный элемент ТЭН. Максимальная нагрузка зависит от выбранного симистора и радиатора, на котором установлен симистор. Можно, правда, включить и маломощную лампу параллельно первичной обмотке Т1.
Но именно на мощной нагрузке вы увидите все зависимости. Насколько четко и при каком токе включается оптрон. Как от него зависит падение напряжения (нагрев) на симисторе. Плавно увеличивая напряжение блока питания (от «нуля» и до 6 В), добиваются четкого включения лампы. Затем замеряют напряжение на симисторе. Его минимизации и достигают подбором тока через светодиод оптрона, т.е. регулировкой напряжения блока питания 6 В. При включенной лампе контролируют напряжение между анодом и катодом симистора. Его минимизации, но лишь при необходимости, достигают увеличением напряжения 6 В. Но не забываем о максимальном токе через светодиод оптрона. Как правило, при 12… 15 мА через него достигалось минимальное напряжение на симисторе. И дальнейшее увеличение тока через оптрон уже совсемничего не давало в плане минимизации напряжения анод-катод симистора ВТА41 -600.
Попытки собрать удачные конструкции на тиристорах, например, тех же отечественных КУ202 (К-Н) также сопряжены с рассмотренными ситуациями.
Тем не менее, в различной литературе часто встречаются подобные системы коммутации сетевых трансформаторов без каких-либо оговорок, предупреждений или полезных советов вполне конкретного характера.
А ведь большой разброс (от экземпляра к экземпляру) параметров тиристоров типа КУ202 и является первой причиной, препятствующей успешному применению встречно-параллельного включения КУ202 в системах коммутации обмоток трансформаторов в высококачественных блоках питания (БП), усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ), сетевых стабилизаторов и т.д.
Экспериментально было установлено, что и на зарубежных тиристорах системы коммутации для трансформаторов также воплощать в жизнь будет непросто по тем же причинам, что и с отечественными КУ202. Подобрать два экземпляра с близкими характеристиками сложнее, чем может показаться вначале. Очень быстро вы убедитесь в том, что симисторные структуры оказываются намного симметричнее для обеих полуволн переменного тока, нежели подбираемые тиристоры.
Безусловно, подбор из большого числа (из нескольких десятков (!) тиристоров может) позволит преуспеть в отношении симметричности, по сравнению с симистором. Однако данный процесс точно разочарует самим фактом: насколько трини-сторы далеки от идеальности, если сравнивать их для коммутации переменного тока (напряжения) с контактами реле. Контакты реле не привносят постоянной составляющей тока (специфических горизонтальных «полок») в синусоидальную форму через первичную обмотку трансформатора. Т.е. при коммутации с помощью реле не происходит подмагничивание постоянным током магнитопровода трансформатора.
Как ни печально, но в различной литературе обо всем этом практически не говорится. Лишь за редким исключением удавалось что-то «выловить», хотя бы как краткое словесное подтверждение всему вышесказанному. Но, опять же, нашли вовсе не там, где следовало бы, т.е. не в схемах, где многие активно предлагали коммутировать обмотки трансформаторов симисторами. Показательным является один найденный в литературе пример [4]. Его необходимо привести в качестве наглядного примера: «…симисторам присуща асимметрия падения напряжения, вызывающая подмагничивание магнитопровода трансформатора постоянным током. Это резко увеличивает наводки» (с. 18, [4]). Да, но у него использован не тороидальный трансформатор. И данная тема явно выходит за рамки статьи [4]. Многое понятно, судя по всему описанному о тщательном выборе сетевого трансформатора, что проблемы автору [4] известны.
Как видим, широкодоступная информация скудная, но, развивая тему самостоятельно, а главное, экспериментально, получаем и ответы на многие вопросы.
Все вышеизложенные в данной статье выводы основаны при работе со схемами рис.2 и рис.3. Фото платы рабочего макета показано на рис.4.

Заметим, что деталей на этой плате больше, чем требуется для сборки схемы рис.2.
Эхо связано с сопутствующим испытанием и других вспомогательных схем.
Весь испытательный макет приведен в заглавном фото. Впоследствии использовались и другие экспериментальные схемы, подтверждающие все, что сказано в данной статье.
Как видим, мощные ТЭН и лампы накаливания -это именно та область применения, где при коммутации сетевого напряжения мощным симисторам, пожалуй, пока нет надлежащей конкуренции.
Волей-неволей приходим к выводу, что наилучшим (по крайней мере, на теперешний момент времени) вариантом для коммутации мощной индуктивной нагрузки остается использование традиционных компонентов — контактов электромеханического реле. То есть там, где аппаратура имеет повышенную чувствительность к наводкам и симметрии сетевого напряжения, с коммутаторами на симисторах следует обходиться аккурат- но, выборочно, применительно к конкретно решаемым задачам.
Литература
1. Годин А. Стабилизатор переменного напряжения // Радио. — 2005. — №8. — С.34.
2. Годин А. Повышение надежности работы стабилизатора // Радио. — 2005. — №12. — С.48.
3. Озолин М. Усовершенствованный блок управления стабилизатора переменного напряжения // Радио. — 2006. — №7. — С.34.
4. Агеев С. Сверхлинейный УМЗЧ с глубокой ООС // Радио. — 1999. — №12. — С. 18.



Раздел:
[Источники питания (прочие полезные конструкции)]

Сохрани статью в:

Оставь свой комментарий или вопрос:



www.cavr.ru

Простое управление тиристором » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)

Предлагаю для любителей схемку, которую «открыл» (для себя) сам.
Случилось это, когда искал возможность плавно регулировать (через тиристор) яркость ламп накаливания. Применения: Цветомузыка, плавно включить/выключить свет в помещении (круто и лампы реже перегорают), мощность на паяльнике, позже появилась мысль использовать в зарядном устройстве для автомобильных АКБ. При простой схеме ведёт себя как довольно сложные с фазоимпульсным управлением тиристором. Позже, уже имея осцилограф, понял как примерно она работает. Естественно, делюсь мнением.
Зависимость яркости лампы от напряжения на входе примерно такая:

Это было то, что мне нужно.

Думаю, что изменением R1 можно пропорционально изменить U упр, при котором достигается максимальная яркость (уменьшить этот порог меньше 2…3 Вольт не получится, но я и не пробовал). R2 стоит на всякий случай, чтобы уменьшить рассеиваемую на транзисторе мощность (где-то видел и решил что надо). От транзистора требуется выдержать максимальное приложенное к нему напряжение, в моём случае более 300V. От диода тоже, а нужен он в случае, если на аноде тиристора возможно отрицательное напряжение.

Рассмотрим работу этого «открытия». Если управляющее напряжение менее 1V – всё закрыто. Лампа не горит. В других случаях: когда начинается положительный полупериод сети, начинает заряжаться и конденсатор через цепь управления. Потенциал на управляющем электроде тиристора будет повторять потенциал на верхней обкладке конденсатора, но со сдвигом 0.6V вниз. При достижении порога открывания тиристора он и откроется. Напряжение на коллекторе транзистора станет меньше, чем на эмитере, и усиливать ток базы он уже не будет. Ток базы станет равен току эмитера (в 20…50 раз больше, чем был до открывания тиристора). Конденсатор, вследствие этого, начнёт разряжаться, напряжение на нём падать до уровня ниже уровня запуска тиристора и будет таким, пока не закроется тиристор. А закроется он при прохождении напряжения сети через ноль. Затем всё начнётся заново. И чем больше будет управляющее напряжение, тем ближе к началу полупериода откроется тиристор, ярче будет гореть лампа. Вот и всё.

Несколько наблюдений: для ламп до 100 ватт – радиатор под тиристор необязателен, при двух- и при одно-полупериодном применении ничего менять не надо (выпрямитель, конечно, нужен), подойдут тиристоры с током запуска, отличающимся не более чем в два раза в большую или меньшую сторону по сравнению с КУ 202 (КУ201, более современные с током анода 5…25А), для одно-полупериодного применения пойдут и симисторы с током анода 5…30А без других изменений. Я нигде не ставил радиатор транзистору (не грелся), ток управления тиристором должен быть не более 10 mA (не замерял), следовательно транзистор и диод на 100 mA дадут достаточную надёжность.

Мне это кажется таким простым, что даже не знаю, о чём ещё писать.
Постараюсь позже представить Вашему вниманию пару применений данной идеи.
И ещё: дико извиняюсь если всем это давно известно.

Аурел (AKM)

Молдова, Кишинёв

Люблю что-то делать своими руками. электросеть,отопление,мебель,и особенно разные схемы. До паяльника дорвался в 8 классе.
Начал как положено с детекторного. Напаял ЦМУ, зарядные для автомобильных АКБ, УЗЧ, Собирал телевизоры, дорабатывал Ноту 220С,
таймера, ДУ, БП, разную мелочь.
Есть небольшие свои разработки. Пришёл за информацией. Не верю мелким дом. кинотеатрам. Хочу сделать всё из «авто»-динамиков. Вижу я не один.

 

datagor.ru