Схемы регулятора мощности на симисторе: принцип работы, варианты схем, как сделать своими руками

Содержание

Схемы тиристорных и симисторных регуляторов мощности

Для того, чтобы получить качественную и красивую пайку требуется правильно подобрать мощность паяльника и обеспечить определенную температуру его жала в зависимости от марки применяемого припоя. Предлагаю несколько схем самодельных тиристорных регуляторов температуры нагрева паяльника, которые с успехом заменят многие промышленные несравнимые по цене и сложности.

Внимание, нижеприведенные тиристорные схемы регуляторов температуры гальванически не развязаны с эклектической сетью и прикосновение к токоведущим элементам схемы может привести к поражению электрическим током!

Для регулировки температуры жала паяльника применяют паяльные станции, в которых в ручном или автоматическом режиме поддерживается оптимальная температура жала паяльника. Доступность паяльной станции для домашнего мастера ограничена высокой ценой. Для себя я вопрос по регулированию температуры решил, разработав и изготовив регулятор с ручной плавной регулировкой температуры. Схему можно доработать для автоматического поддержания температуры, но я не вижу в этом смысла, да и практика показала, вполне достаточно ручной регулировки, так как напряжение в сети стабильно и температура в помещении тоже.

Классическая тиристорная схема регулятора

Классическая тиристорная схема регулятора мощности паяльника не соответствовала одному из главных моих требований, отсутствию излучающих помех в питающую сеть и эфир. А для радиолюбителя такие помехи делают невозможным полноценно заниматься любимым делом. Если схему дополнить фильтром, то конструкция получится громоздкой. Но для многих случаев использования такая схема тиристорного регулятора может с успехом применяться, например, для регулировки яркости свечения ламп накаливания и нагревательных приборов мощностью 20-60вт. Поэтому я и решил представить эту схему.

Для того, чтобы понять, как работает схема, остановлюсь подробнее на принципе работы тиристора. Тиристор, это полупроводниковый прибор, который либо открыт, либо закрыт. чтобы его открыть, нужно на управляющий электрод подать положительное напряжение 2-5 В в зависимости от типа тиристора, относительно катода (на схеме обозначен k). После того, как тиристор открылся (сопротивление между анодом и катодом станет равно 0), закрыть его через управляющий электрод не возможно. Тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение между его анодом и катодом (на схеме обозначены a и k) не станет близким к нулевому значению. Вот так все просто.

Работает схема классического регулятора следующим образом. Сетевое напряжение переменного тока подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника), на мостовую схему выпрямителя, выполненную на диодах VD1-VD4. Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное, изменяющееся по синусоидальному закону (диаграмма 1). При нахождении среднего вывода резистора R1 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 начинает заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 2-5 В, через R2 ток пойдет на управляющий электрод VS1. Тиристор откроется, закоротит диодный мост и через нагрузку пойдет максимальный ток (верхняя диаграмма).

При повороте ручки переменного резистора R1, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 2-5 В, по этому тиристор уже откроется не сразу, а спустя некоторое время. Чем больше будет величина R1, тем больше будет время заряда С1, тиристор будет открываться позднее и получаемая мощность нагрузкой будет пропорционально меньше. Таким образом, вращением ручки переменного резистора, осуществляется управление температурой нагрева паяльника или яркостью свечения лампочки накаливания.

Выше приведена классическая схема тиристорного регулятора выполненная на тиристоре КУ202Н. Так как для управления этим тиристором нужен больший ток (по паспорту 100 мА, реальный около 20 мА), то уменьшены номиналы резисторов R1 и R2, а R3 исключен, а величина электролитического конденсатора увеличена. При повторении схемы может возникнуть необходимость увеличения номинала конденсатора С1 до 20 мкФ.

Простейшая тиристорная схема регулятора

Вот еще одна самая простая схема тиристорного регулятора мощности, упрощенный вариант классического регулятора. Количество деталей сведено к минимуму. Вместо четырех диодов VD1-VD4 используется один VD1. Принцип работы ее такой же, как и классической схемы. Отличаются схемы только тем, что регулировка в данной схеме регулятора температуры происходит только по положительному периоду сети, а отрицательный период проходи через VD1 без изменений, поэтому мощность можно регулировать только в диапазоне от 50 до 100%. Для регулировки температуры нагрева жала паяльника большего и не требуется. Если диод VD1 исключить, то диапазон регулировки мощности станет от 0 до 50%.

Если в разрыв цепи от R1 и R2 добавить динистор, например КН102А, то электролитический конденсатор С1 можно будет заменить на обыкновенный емкостью 0,1 mF. Тиристоры для выше приведенных схем подойдут, КУ103В, КУ201К (Л), КУ202К (Л, М, Н), рассчитанные на прямое напряжение более 300 В. Диоды тоже практически любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300 В.

Приведенные выше схемы тиристорных регуляторов мощности с успехом можно применять для регулирования яркости свечения светильников, в которых установлены лампочки накаливания. Регулировать яркость свечения светильников, в которых установлены энергосберегающие или светодиодные лампочками, не получится, так как в таких лампочках вмонтированы электронные схемы, и регулятор просто будет нарушать их нормальную работу. Лампочки будут светить на полную мощность или мигать и это может даже привести к преждевременному выходу их из строя.

Схемы можно применять для регулировки при питающем напряжении в сети переменного тока 36 В или 24 В. Нужно только на порядок уменьшить номиналы резисторов и применить тиристор, соответствующий нагрузке. Так паяльник мощностью 40 Вт при напряжении 36 В будет потреблять ток 1,1 А.

Современная симисторная схема регулятора

Ниже приведена современная принципиальная электрическая схема симисторного регулятора мощности. Для того, чтобы разобраться в принципе работы регулятора мощности на симисторе нужно представлять, как он работает.

Симисторы в отличии от тиристоров, могут работать не только в цепях постоянного тока, а и переменного. В этом их главное отличие. Симистор также работает в ключевом режиме – или открыт, или закрыт. Для открытия перехода А1-А2 нужно подать на управляющий электрод G напряжение величиной 2-5 В относительно вывода А1. Симистор откроется и не закроется до тех пор, пока напряжение между выводами А1-А2 не станет равным нулю.

Работает схема симисторного регулятора мощности следующим образом. Сетевое напряжение переменного тока подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника) на вывод А1 симистора VS2 и один из выводов R2. При нахождении среднего вывода резистора R2 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 быстро заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 30 В произойдет пробой динистора VS1 и ток пойдет на управляющий электрод G VS2 и переход симистора А1-А2 откроется (график 1).

При повороте ручки переменного резистора R2, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 30 В. Поэтому симистор откроется через некоторое время. Чем больше будет величина R2, тем больше будет время заряда С1 и симистор будет открываться с большей задержкой. Таким образом на нагрузку будет поступать меньше энергии.

Приведенная классическая схема симисторного регулятора мощности может работать и при напряжении сети 127, 24 или 12 В. Достаточно только уменьшить номинал переменного резистора. В приведенной схеме мощность регулируется не от 0 вольт, а от 30, что более чем достаточно для практического применения. Это схема была успешно повторена при ремонте электронной схемы управления скоростью вращения электродвигателя блендера.

Тиристорная схема регулятора не излучающая помехи

Главное отличие схемы представляемого регулятора мощности паяльника от выше представленных, это полное отсутствие радиопомех в электрическую сеть, так как все переходные процессы происходят во время, когда напряжение в питающей сети равно нулю.

Приступая к разработке регулятора температуры для паяльника, я исходил из следующих соображений. Схема должна быть простой, легко повторяемой, комплектующие должны быть дешевыми и доступными, высокая надежность, габариты минимальными, КПД близок к 100%, отсутствие излучающих помех, возможность модернизации.

Работает схема регулятора температуры следующим образом. Напряжение переменного тока от питающей сети выпрямляется диодным мостом VD1-VD4. Из синусоидального сигнала получается постоянное напряжение, изменяющееся по амплитуде как половина синусоиды с частотой 100 Гц (диаграмма 1). Далее ток проходит через ограничительный резистор R1 на стабилитрон VD6, где напряжение ограничивается по амплитуде до 9 В, и имеет уже другую форму (диаграмма 2). Полученные импульсы заряжают через диод VD5 электролитический конденсатор С1, создавая питающее напряжение около 9 В для микросхем DD1 и DD2. R2 выполняет защитную функцию, ограничивая максимально возможное напряжение на VD5 и VD6 до 22 В, и обеспечивает формирование тактового импульса для работы схемы. С R1 сформированный сигнал подается еще на 5 и 6 выводы элемента 2ИЛИ-НЕ логической цифровой микросхемы DD1.1, которая инвертирует поступающий сигнал и преобразовывает в короткие импульсы прямоугольной формы (диаграмма 3). С 4 вывода DD1 импульсы поступают на 8 вывод D триггера DD2.1, работающего в режиме RS триггера. DD2.1 тоже, как и DD1.1 выполняет функцию инвертирования и формирования сигнала (диаграмма 4).

Обратите внимание, что сигналы на диаграмме 2 и 4 практически одинаковые, и казалось, что можно сигнал с R1 подавать прямо на 5 вывод DD2.1. Но исследования показали, что в сигнале после R1 находится много приходящих из питающей сети помех и без двойного формирования схема работала не стабильно. А ставить дополнительно LC фильтры, когда есть свободные логические элементы не целесообразно.

На триггере DD2.2 собрана схема управления регулятора температуры паяльника и работает она следующим образом. На вывод 3 DD2.2 с вывода 13 DD2.1 поступают прямоугольные импульсы, которые положительным фронтом перезаписывают на выводе 1 DD2. 2 уровень, который в данный момент присутствует на D входе микросхемы (вывод 5). На выводе 2 сигнал противоположного уровня. Рассмотрим работу DD2.2 подробно. Допустим на выводе 2, логическая единица. Через резисторы R4, R5 конденсатор С2 зарядится до напряжения питания. При поступлении первого же импульса с положительным перепадом на выводе 2 появится 0 и конденсатор С2 через диод VD7 быстро разрядится. Следующий положительный перепад на выводе 3 установит на выводе 2 логическую единицу и через резисторы R4, R5 конденсатор С2 начнет заряжаться.

Время заряда определяется постоянной времени R5 и С2. Чем величина R5 больше, тем дольше будет заряжаться С2. Пока С2 не зарядится до половины питающего напряжения на выводе 5 будет логический ноль и положительные перепады импульсов на входе 3 не будут изменять логический уровень на выводе 2. Как только конденсатор зарядится, процесс повторится.

Таким образом, на выходы DD2.2 будет проходить только заданное резистором R5 количество импульсов из питающей сети, и самое главное, перепады этих импульсов будут происходить, во время перехода напряжения в питающей сети через ноль. Отсюда и отсутствие помех от работы регулятора температуры.

С вывода 1 микросхемы DD2.2 импульсы подаются на инвертор DD1.2, который служит для исключения влияния тиристора VS1 на работу DD2.2. Резистор R6 ограничивает ток управления тиристором VS1. Когда на управляющий электрод VS1 подается положительный потенциал, тиристор открывается и на паяльник подается напряжение. Регулятор позволяет регулировать мощность паяльника от 50 до 99%. Хотя резистор R5 переменный, регулировка за счет работы DD2.2 нагрева паяльника осуществляется ступенчато. При R5 равному нулю, подается 50% мощности (диаграмма 5), при повороте на некоторый угол уже 66% (диаграмма 6), далее уже 75% (диаграмма 7). Таким образом, чем ближе к расчетной мощности паяльника, тем плавне работает регулировка, что позволяет легко отрегулировать температуру жала паяльника. Например, паяльник 40 Вт, можно будет настроить на мощность от 20 до 40 Вт.

Конструкция и детали регулятора температуры

Все детали тиристорного регулятора температуры размещены на печатной плате из стеклотекстолита. Так как схема не имеет гальванической развязки с электрической сетью, плата помещена в небольшой пластмассовый корпус бывшего адаптера с электрической вилкой. На ось переменного резистора R5 надета ручка из пластмассы. Вокруг ручки на корпусе регулятора, для удобства регулирования степени нагрева паяльника, нанесена шкала с условными цифрами.

Шнур, идущий от паяльника, припаян непосредственно к печатной плате. Можно сделать подключение паяльника разъемным, тогда будет возможность подключать к регулятору температуры другие паяльники. Как это ни удивительно, но ток, потребляемый схемой управления регулятора температуры, не превышает 2 мА. Это меньше, чем потребляет светодиод в схеме подсветки выключателей освещения. Поэтому принятия специальных мер по обеспечению температурного режима устройства не требуется.

Микросхемы DD1 и DD2 любые 176 или 561 серии. Советский тиристор КУ103В можно заменить, например, современным тиристором MCR100-6 или MCR100-8, рассчитанные на ток коммутации до 0,8 А. В таком случае можно будет управлять нагревом паяльника мощностью до 150 Вт. Диоды VD1-VD4 любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300 В и ток не менее 0,5 А. Отлично подойдет IN4007 (Uоб=1000 В, I=1 А). Диоды VD5 и VD7 любые импульсные. Стабилитрон VD6 любой маломощный на напряжение стабилизации около 9 В. Конденсаторы любого типа. Резисторы любые, R1 мощностью 0,5 Вт.

Регулятор мощности настраивать не требуется. При исправных деталях и без ошибок монтажа заработает сразу.

Схема разработана много лет назад, когда компьютеров и тем более лазерных принтеров не было в природе и поэтому чертеж печатной платы я делал по дедовской технологии на диаграммной бумаге с шагом сетки 2,5 мм. Затем чертеж приклеивал клеем «Момент» на плотную бумагу, а саму бумагу к фольгированному стеклотекстолиту. Далее сверлились отверстия на самодельном сверлильном станке и руками вычерчивались дорожки будущих проводников и контактные площадки для пайки деталей.

Чертеж тиристорного регулятора температуры сохранился. Вот его фотография. Изначально выпрямительный диодный мост VD1-VD4 был выполнен на микросборке КЦ407, но после того, как два раза микросборку разорвало, заменил ее четырьмя диодами КД209.

Как снизить уровень помех от тиристорных регуляторов

Для уменьшения помех излучаемых тиристорными регуляторами мощности в электрическую сеть применяют ферритовые фильтры, представляющие собой ферритовое кольцо с намотанными витками провода. Такие ферритовые фильтры можно встретить во всех импульсных блоках питания компьютеров, телевизоров и в других изделиях. Эффективным, подавляющим помехи ферритовым фильтром можно дооснастить любой тиристорный регулятор. Достаточно пропустить провод подключения к электрической сети через ферритовое кольцо.

Устанавливать ферритовый фильтр нужно как можно ближе к источнику помехи, то есть к месту установки тиристора. Ферритовый фильтр можно размещать как внутри корпуса прибора, так и с внешней его стороны. Чем больше витков, тем лучше ферритовый фильтр будет подавлять помехи, но достаточно и просто продеть сетевой провод через кольцо.

Ферритовое кольцо можно взять с интерфейсных проводов компьютерной техники, мониторов, принтеров, сканеров. Если Вы обратите внимание на провод, соединяющий системный блок компьютера с монитором или принтером, то заметите на проводе цилиндрическое утолщение изоляции. В этом месте находится ферритовый фильтр высокочастотных помех.

Достаточно ножиком разрезать пластиковую изоляцию и извлечь ферритовое кольцо. Наверняка у Вас или Ваших знакомых найдется не нужный интерфейсный кабель от струйного принтера или старого кинескопного монитора.

Виталий Александрович 15.12.2016

Александр Николаевич, добрый вечер.

Сегодня собрал по Вашей схеме регулятор под заглавием в статье «Простейшая тиристорная схема регулятора». Но он у меня не работает, точнее, сильно греется конденсатор, два просто взорвались, если можно подскажите в чём причина.

Александр

Здравствуйте, Виталий Александрович!

Электролитический конденсатор может греться или взорваться если не соблюдена полярность его подключения или от превышения величины, поданного напряжения. В данной схеме величина напряжения на конденсаторе определяется величиной сопротивления нагрузки, R2 и от положения движка резистора R1. Расчетная его величина не должна превышать 25 В.

Поэтому и установлен конденсатор, рассчитанный на напряжение 25 В. Конденсатор выйдет из строя в случае пробоя диода VD1.

Любые бестрансформаторные схемы, работающие непосредственно от сети 220 В нужно очень аккуратно собирать, так как при ошибках элементы могут мгновенно выйти из строя.

Виталий Александрович

Оказалось, что напряжение конденсатора действительно ниже 25 В и второй вопрос. На сколько можно увеличить или уменьшить его ёмкость.

Александр

Емкость конденсатора не очень влияет на работу устройства и только определяет диапазон регулировки. Обычно емкость электролитических конденсаторов имеет разброс до 50%, так что его величину лучше определять экспериментально, включив в место паяльника электрическую лампочку. По ее яркости легко подобрать нужную емкость конденсатора и, в случае необходимости номиналы резисторов.

Схемы бытовых регуляторов, самодельные устройства (Страница 2)

Схема регулятора мощности лампы накаливания и тена (КР1182ПМ1, КУ208Б)

Микросхема КР1182ПМ1 предназначена для построения схемы регулятора яркости лампы освещения, она довольно широко известна радиолюбителям. Её схема включения довольно проста и показана на рисунке 1. Переменный резистор R1 служит органом регулировки яркости. Чем меньше его сопротивление, тем меньше …

1
3842
2

Регулятор мощности для нагрузки на 12В с ШИМ на 10 ступеней

Схема устройства, позволяющего регулировать мощность нагрузки, питающейся от автомобильного аккумулятора, в пределах от 10% до 100%. Регулировка осуществляется десятью ступенями с помощью переключателя. Данный регулятор можно использовать для регулировки яркости света самодельного прожектора . ..

0
1863
0

Управление электромотором с плавной регулировкой (К561ЛА7, IRF7309)

С помощью этой схемы можно регулировать скорость вращения вала электродвигателя, а также изменять направление его вращения. Регулировкаосуществляется переменным резистором. В одном крайнем положении которого двигатель вращается в одну сторону, в другом — в другую. На среднем положении вал …

3
4118
0

Простой самодельный регулятор мощности для нагрузки на 220В (4001)

Схема самодельного регулятора мощности для паяльника или лампы освещения, построен на микросхеме К561ЛЕ5. Большинство регуляторов регулирует мощность на нагрузки от 90-100° и в сторону уменьшения. Отличие этого регулятора в том, что в максимальном положении лампа будет гореть ярче …

1
2770
0

Стабильный регулятор мощности паяльника на 36В

Предлагаемая конструкция регулятора мощности обеспечивает плавное регулирование в пределах от 50 до 100% мощности низковольтного электропаяльника. В отличие от фазового регулятора К1182ПМ1 данная схема имеет гораздо более стабильные параметры и не чувствительна к наводкам, а по стоимости деталей …

4
5071
0

Схема регулятора частоты вращения для электродрели 220В

Многие электродрели, особенно старых выпусков, не имеют регулятора частоты вращения (РЧВ), что является не только неудобством в эксплуатации электроинструмента, но и приводит к травматизму. РЧВ можно собрать по несложной схеме и снабдить им старенькую дрель. А если вышел из строя РЧВ (штатный) …

2
7741
0

Регулятор мощности на симисторе ТС132-63 (220В)

Устройство предназначено для регулирования мощности, подводимой к активной нагрузке (лампам накаливания, нагревательным приборам) от сети переменного тока 220 В.Пределы регулирования от 0 до почти 220 В. Максимальная мощность нагрузки 5,5 кВт при использовании симистора ТС142-63-6, установленного …

2
6154
0

Регулятор для плавного управления вентилятором отопления

Простая приставка для управления скоростью вращения шумного вентилятора, построена на микросхеме К561ЛЕ5. У автомобилей ВАЗ очень шумные печки. Даже при установке ручки скорости вентилятора отопителя в минимальное положение печка шумит как пылесос. Но если скорость еще немного уменьшить противный …

0
3339
2

Регулятор мощности — прерыватель питания нагрузки (К176ИЕ5, К176ИЕ8, К176ЛЕ10)

Принципиальная схема самодельного регулятора мощности, процентного соотношения времени выключенного и включенного состояния. Обычный регулятор мощности либо включает нагрузку на часть синусоидыпеременного напряжения, либо регулирует мощность путем пропуска нескольких волн сетевого напряжения …

1
6036
0

Схема фазового регулятора мощности для нагрузки 220В (КУ221Г)

Принципиальная схема фазового регулятора мощности для нагрузки с питанием от 220В, который выполнен с применением тиристоров КУ221. В цветных телевизорах УПИМЦТ отечественного производства, отрицательно знаменитых качеством узлов строчной развёртки, в модуле БР-13 применялись высоковольтные . ..

1
6529
0

1 2 3 4

Управление мощностью

Триак диммирования

Доступно несколько типов диммеров. В большинстве используются симисторные или тиристорные устройства. Они могут использоваться для резистивных нагрузок, таких как лампы накаливания, лампы с холодным катодом и другие источники света. Для других нагрузок обязательно прочитайте примечание о реактивных нагрузках.

Простой электронный переключатель может быть построен с использованием тиристора. Тиристор также известен как кремниевый управляемый выпрямитель (SCR). Он состоит из 4 слоев, похожих на пару перекрестно соединенных транзисторов. Устройство имеет три клеммы, одну общую, одну для подключения нагрузки и одну для затвора. Устройство срабатывает, когда затвор превышает пороговое значение, и остается включенным (т. Е. Проводящим) до тех пор, пока не будет отключено питание анода.

Структура PNPN SCR

Типичная схема диммера использует симистор для управления количеством электроэнергии, проходящей к нагрузке. Симистор представляет собой два тиристора (тиристора), объединенных в одном корпусе. Полярность сигнала на затвор может быть как положительной, так и отрицательной.

Триаки

в основном используются в качестве высокоскоростных сетевых выключателей. TRIAC с фазовым запуском использует сигнал запуска сети, который должен быть выровнен по концу каждого полупериода сети, чтобы запускать «затвор симистора» в состоянии «включено» в определенный момент каждого цикла сети. Иногда это называют «стрельбой». Когда ток нагрузки пересекает нулевой порог, TRIAC отключается до срабатывания в следующем полупериоде.

Чтобы обеспечить срабатывание, обычно используется диак, обеспечивающий внезапное увеличение напряжения на затворе симистора. Небольшой конденсатор (например, 10 нФ) можно заряжать, а заряд сбрасывать через диак на затвор симистора при срабатывании. Скорость переключения симисторов очень высока, и они могут переключаться из полностью выключенного состояния в полностью включенное, обычно за 1 мкс. Для высокой мощности важно, чтобы симистор срабатывал четко при срабатывании и быстро выключался в конце каждого цикла.

Пример схемы для выхода с открытым коллектором.

Диак представляет собой двухконтактное устройство, похожее на транзистор без базы, и действует в основном как два диода, соединенных катодом с катодом. Он рассчитан на определенное напряжение пробоя, обычно около 30 вольт, и когда при любой полярности подается меньшее напряжение, устройство остается в состоянии высокого сопротивления с протеканием лишь небольшого тока утечки. Однако, как только достигается напряжение отключения при любой полярности, устройство проявляет отрицательное сопротивление.

После срабатывания симистор полагается на ток, протекающий через устройство, чтобы поддерживать его проводимость. Таким образом, симистор выключается в конце каждого сетевого цикла. Чем позже запускается устройство, тем позже оно начинает проводить цикл и, следовательно, меньше мощности передается в нагрузку.

Например, триггерным сигналом для выхода 20 % являются последние 20 % каждого полупериода (положительная и отрицательная часть цикла). Сигнал триггера для выхода 75 % — это последние 75 % каждого полупериода (положительная и отрицательная часть цикла). Триггерный импульс должен завершиться до конца полупериода, чтобы избежать неоднозначного срабатывания в следующем цикле. Таким образом, выходной сигнал содержит частичные периоды сетевого сигнала с частотой 50 Гц.

Управляющее напряжение, генерируемое контроллером (например, микрокомпьютером, который генерирует последовательность включения симистора), обычно оптически изолировано от импульса, подаваемого на затвор схемы диммера. Обычно при этом используется оптоизолятор, часто в виде однокристального драйвера OptoTriac.

Форма сигнала драйвера симистора для 95% и 50% запуска.

Для лампы накаливания сетевого напряжения, обеспечивающей резистивную (безреактивную) нагрузку, формы сигналов напряжения и тока практически идентичны. Отставание тока от напряжения для индуктивной нагрузки означает, что возможно, что ток через симистор не достигнет порогового уровня симистора до того, как закончится триггерный импульс. Это приводит к нестабильному затемнению. Чтобы избежать этого, диммеры, предназначенные для использования с трансформаторными нагрузками с проволочной обмоткой, используют «жесткую» технику запуска (например, с использованием «импульсного» конденсатора). Это гарантирует, что триггерный импульс сохраняется в течение достаточно длительного периода времени, чтобы гарантировать, что ток достигает порогового уровня устройства.

Схемы диммера света на основе симистора прерывают синусоиды сети, что вызывает быстрые изменения напряжения и тока. Это приводит к помехам, которые могут иметь частоту в МГц и влиять на другое сетевое оборудование. Для уменьшения этих помех следует использовать фильтр! Самая простая форма — это небольшой конденсатор (обычно от 20 нФ до 47 нФ) в качестве демпфера, подключенный параллельно схеме диммера и расположенный рядом со схемой управления. Обратите внимание, что этот конденсатор должен быть рассчитан на такое применение!!!

Твердотельные реле

обеспечивают схему управления сетью в одном простом корпусе. Они изготавливаются либо с включением при нулевом напряжении (подходит для переключения), либо со случайным включением, также известным как мгновенное (подходит для диммеров). Они могут управляться переменным или постоянным напряжением. Версия переменного тока может использоваться для постоянного тока, который использует только половину устройства.

Твердотельное реле Crydom D2410-10 доступно как в версиях с нулевым напряжением, так и в версиях с мгновенным/произвольным переключением. Сетевая нагрузка включается на клеммы 1,2, а управление осуществляется на клеммы 3 и 4.

Чем меньше микросхема, тем ниже ее стоимость, но это также приводит к снижению производительности из-за снижения импульсного тока (или перегрузки), увеличения рассеиваемой мощности и увеличения теплового сопротивления.

Типичная нагрузка

Типичной нагрузкой может быть свет для театра/сцены. Самым основным из них является PAR64. PAR64 (или Par Can) — один из самых распространенных и полезных осветительных приборов, используемых сегодня для освещения сцены, студии и развлечений. Светильник легкий и простой по конструкции и конструкции. Он также экономичен в производстве и прост в обслуживании. Вольфрамовые галогенные лампы доступны в вариантах мощностью 500 Вт и 1000 Вт.

Эта лампа имеет диаметр линзы 8 дюймов и доступна в 4 различных вариантах ширины луча: от очень узкого пятна (VNSP) до широкого заливающего света (WFL). Диаграмма луча PAR64 овальная (не круглая) и обычно выравнивается путем вращения патрона лампы в задней части светильника. В дополнение к их овальному лучу, PAR64 часто обычно характеризуются их «рассеянным» лучом с горячим «резким» центром. Они имеют мягкую внешнюю кромку луча и дают значительный широкий блик.

Из-за высокой степени бликов от этих светильников PAR64 обычно не используется для освещения, где требуется высокая степень контроля. Для таких применений распространены другие конструкции приспособлений.

Программное управление

Цифровое управление может использовать простой микроконтроллер для генерации сигнала Gate. Микроконтроллер должен сначала прочитать значение настройки диммера, например. через интерфейс DMX512 (где обычно контрольное значение представляет собой 8-битное число, где 0 означает, что индикатор не горит, а 255 полностью включен).

В этой конструкции блок перехода через ноль будет использоваться для обнаружения перехода рабочего цикла от сети через ноль и включения лампы.

Подходящим алгоритмом может быть:

Преобразование значения освещенности в значение счетчика циклов программного обеспечения
(это может означать сопоставление значения с использованием таблицы поиска для установки определенного профиля).
Подождите, пока не будет обнаружено событие перехода через ноль на затемненной фазе сети.
Используйте счетчик программных циклов для ожидания требуемого времени (или инициализируйте аппаратный таймер).
По завершении цикла (или прерывании от заданного таймера)
посылает импульс на вентиль TRIAC, чтобы запустить TRIAC для проведения.

Что нельзя затемнять

Лампа ПАР-36 с внутренним трансформатором 6В и точечной лампой ПАР-36 30Вт ВНСП.

Необходимо соблюдать осторожность при поддержке индуктивной/емкостной нагрузки, такой как оборудование, включающее двигатель, трансформатор (например, точечная лампа PAR-36) или полупроводниковый преобразователь напряжения (например, светодиодная лампа). Перед подключением проверьте диммер и оборудование!

Также следует соблюдать осторожность при использовании стробоскопов, флуоресцентных ламп (таких как УФ-лампы) и любых приспособлений с внутренней электроникой (интеллектуальные источники света, неоновые вывески, плазмошары и т. д.).

Диммеры

Доступен ряд профессиональных устройств с входами 13A/15A для Великобритании/Европы и одно- или трехфазными источниками питания 32A.

Реактивные нагрузки

Для лампы накаливания сетевого напряжения, обеспечивающей резистивную (безреактивную) нагрузку, формы сигналов напряжения и тока практически идентичны. Трансформатор, используемый с низковольтными лампами, обладает высокой индуктивностью, а некоторые формы электронных «трансформаторов» обладают высокой емкостью. Следовательно, ток и напряжение не совпадают по фазе. Для трансформатора ток имеет тенденцию отставать от напряжения; это вызывает проблемы, когда схема перехода через нуль срабатывает от тока, а не когда напряжение переходит нуль. Если ток упадет ниже порогового уровня устройства, оно отключится и перестанет проводить ток.

«Отставание» тока от напряжения для индуктивной нагрузки означает, что возможно, что ток через триак не достигнет порогового уровня трика до того, как закончится триггерный импульс. Это приводит к нестабильному затемнению. Чтобы избежать этого, диммеры, предназначенные для использования с трансформаторными нагрузками с проволочной обмоткой, используют «жесткую» технику запуска (например, с использованием «импульсного» конденсатора). Это гарантирует, что триггерный импульс сохраняется в течение достаточно длительного периода времени, чтобы гарантировать, что ток достигает порогового уровня устройства.

В качестве альтернативы можно использовать серию импульсов за цикл, а не только один за цикл, что приводит к сигналу широтно-импульсной модуляции, который прерывает форму волны. Это в принципе проще TRIAC, требуя только FET или BJT с изолированным затвором для включения и выключения тока в нагрузке. С формой волны, генерируемой схемой ШИМ или в программном обеспечении. ШИМ может быть предпочтительнее для источников питания постоянного тока (таких как драйверы светодиодов) или для индуктивных нагрузок — в последнем случае может быть сложно запустить симистор в нужное время и контролировать нагрузку. Обрезка со 100-кратной скоростью линии является обычным явлением. Для ШИМ с более высокой скоростью может потребоваться специальное оборудование, которое входит в стандартную комплектацию многих микроконтроллеров. Для схемы на основе ШИМ частотный спектр будет отображать гармоники частоты прерывания. В обоих случаях требуется фильтрация нижних частот для удаления высокочастотных гармоник и предотвращения чрезмерных радиопомех.

Обрезанный сетевой сигнал с использованием ШИМ-сигнала с коэффициентом заполнения 25 %. синий сигнал показывает эффект фильтрации обрезанного сигнала (красный), в результате чего получается волна, близкая к синусоидальной.

Безопасность

Вы должны принять все обычные меры предосторожности при работе с сетевым напряжением и большими токами. Если вы не знаете, что это такое, узнайте, прежде чем приближаться к этим схемам.

Поскольку контроллеры напрямую подключены к сети, вы должны убедиться, что во время работы нельзя прикасаться к какой-либо части схемы! Металлический ящик должен быть заземлен.

Убедитесь, что все дорожки печатной платы достаточно прочны, чтобы выдерживать ток, необходимый для максимальной нагрузки. Убедитесь, что расстояние между дорожками печатной платы достаточно для использования с сетевым напряжением.

Любой используемый дроссель должен выдерживать полный ток нагрузки без перегрева или насыщения. Используйте конденсаторы с подходящим номинальным напряжением. Убедитесь, что симистор имеет достаточную вентиляцию, чтобы он не перегревался при полной нагрузке (триак падает примерно на 1,5 В при нормальной работе, поэтому рассеивает некоторое количество тепла).

Целесообразно установить быстродействующий предохранитель или автоматический выключатель последовательно с нагрузкой, чтобы он перегорел, если нагрузка потребляет от линии слишком много энергии. Предохранитель может защитить нагрузку и симистор.

Как и в резистивных нагрузках, предохранитель может защитить реактивные нагрузки от перегрева, например, если сердечник трансформатора достигает насыщения (что может быть вызвано небольшим смещением постоянного тока, вызванным схемой регулятора яркости, которая не выдает одинаковую мощность в положительном и отрицательном циклах. Это характерно для простых конструкций, предназначенных для резистивных нагрузок). Этот предохранитель также может спасти любые подключенные трансформаторы от перегорания!

См. также:

Значения слотов DMX
Приемники DMX
Руководство по применению твердотельных реле Crydom
Распиновка разъемов

Проф. Горри Фэйрхерст, Инженерная школа Абердинского университета, Шотландия. (2014)

Basic Triac-SCR Projects Учебное пособие по схемам

Льюиса Лофлина

На этой странице обсуждаются основные симисторы и тринисторы. Симистор представляет собой двунаправленный трехконтактный двойной тиристорный переключатель (SCR). Это устройство может переключать ток в любом направлении, подавая небольшой ток любой полярности между затвором и второй основной клеммой.

Симистор изготовлен путем объединения двух тиристоров в инверсно-параллельном соединении. Он используется в приложениях переменного тока, таких как затемнение света, управление скоростью двигателя и т. Д. Симисторы также могут использоваться в управлении мощностью микроконтроллера со схемой фазовой синхронизации.

Если вы не знакомы с диодами и выпрямлением переменного тока, см. следующее:

Базовое выпрямление и фильтрация переменного тока
Базовые диоды и выпрямители

Включение/выключение диода

На фото выше кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) или тиристор. Это диод с «затвором». SCR не только проводит в одном направлении, как и любой другой диод, но и затвор позволяет включать и выключать саму проводимость.

При нажатии переключателя ON тиристор включается, и ток течет от отрицательного к положительному через тиристор и нагрузку. После включения SCR будет оставаться включенным до тех пор, пока не будет нажат выключатель Off, прерывая текущий путь.

Обратите внимание, что выключатель ON называется «нормально разомкнутым» (N.O.) и устанавливает (замыкает) соединение при нажатии. Выключатель, называемый «нормально закрытым» (Н. З.), разрывает (размыкает) соединение при нажатии. Оба переключателя являются кнопочными.

В цепи над Нагрузкой стоит лампа постоянного тока. Нажмите переключатель S1, и он включится и будет продолжать гореть до тех пор, пока не будет нажат переключатель S2.

В этом примере мы включили диод последовательно с выключателем затвора. Когда кто-то нажимает выключатель ON, двигатель запускается, загорается свет и т. д. Когда переключатель отпускается, питание отключается без использования выключателя OFF.

Это связано с тем, что входное напряжение переменного тока возвращается к нулевому напряжению при 180 и 360 градусах, отключая SCR. И как диод, SCR проводит только половину цикла.

В этом примере схемы мы включили переменный резистор (потенциометр) последовательно с затворным диодом. (Это было также известно как ручка управления громкостью в старом стиле.) «Поворачивая ручку», мы можем изменить точку срабатывания, включив SCR только часть полупериода, или, если сопротивление достаточное, выключите SCR.

Это иллюстрирует процесс с двухполупериодным нефильтрованным постоянным током.

В другом примечании мы можем управлять двухполупериодным пульсирующим нефильтрованным постоянным током с помощью тиристора. См. также Базовое выпрямление и фильтрация переменного тока

Подробнее см. Что такое выпрямитель с кремниевым управлением, активируемым светом? (LASCR) и техническое описание оптопары h21C6 SCR. (файл PDF)

Выше показана практическая тестовая схема SCR. Лампа загорится только при нажатии Sw3. Лампа будет на половинной яркости, потому что SCR действует как однополупериодный выпрямитель. R4 может находиться в диапазоне от 100 до 470 Ом.

Лампа должна быть полностью выключена, если не нажат выключатель или устройство не неисправно. (Полностью или частично закорочен.)

Эта схема также удобна для сравнения различных тиристоров одного и того же номера детали. Например, однажды у меня была проблемная печатная плата с шестью тиристорами, но один тиристор из шести при работе включался при совсем другом напряжении срабатывания, чем остальные пять.

Уровень яркости лампы отличался от остальных пяти. Замена этого одного SCR исправила эту очень дорогую печатную плату.

Общие сведения о симисторах

Симистор — это полупроводниковый переключатель переменного тока. Небольшой ток на клемме затвора может коммутировать очень большие переменные токи. Подумайте о симисторе как о двух тиристорах, расположенных «спина к спине», где катод одного тиристора соединен с анодом другого и наоборот.

Ворота соединены вместе. Поскольку у нас есть конфигурация с двумя тиристорами, можно переключать оба полупериода.

Примечание. Я видел бумажные примеры использования двух тиристоров вплотную друг к другу в качестве симистора, но это может не сработать! Будьте осторожны с этим.

В приведенном выше примере замыкание переключателя отключит симистор. Идея состоит в том, чтобы использовать небольшой маломощный переключатель для управления мощными устройствами, такими как двигатели или нагреватели. Опасность заключается в том, что на сам переключатель подается переменный ток высокого напряжения.

Это также может быть большой проблемой для твердотельных контроллеров, если только они не используют маленькое реле, которое делают некоторые микроволновые печи.

Выше показана практическая тестовая схема TRIAC. Нажмите любой переключатель, и лампа загорится на половину яркости. Нажмите оба вместе на полную яркость.

Это позволяет тестировать обе стороны SCR по отдельности. Яркость должна быть одинаковой для обеих сторон, иначе TRIAC неисправен. Если переключатель не нажат, лампа должна быть полностью выключена. R1 и R2 должны быть в диапазоне от 100 до 470 Ом.

Цепь симистора с наилучшей реакцией и диак.

Ключом к успешному срабатыванию симистора является обеспечение того, чтобы затвор получал напряжение запуска со стороны основной клеммы 2 схемы (основная клемма на противоположной стороне символа симистора от клеммы затвора).

Идентификация терминалов Mt1 и Mt2 должна производиться по номеру детали TRIAC со ссылкой на техпаспорт или книгу.

DIAC, или «диод для переменного тока», представляет собой триггерный диод, который проводит ток только после кратковременного превышения напряжения пробоя. Когда это происходит, сопротивление DIAC резко уменьшается, что приводит к резкому уменьшению падения напряжения на самом DIAC, что приводит к резкому увеличению тока, протекающего через затвор симистора.

Обеспечивает быстрое и чистое включение симистора. DIAC остается в режиме проводимости до тех пор, пока напряжение не упадет до очень низкого значения, намного ниже напряжения срабатывания.

Это называется током удержания. Ниже этого значения диак снова переключается в состояние высокого сопротивления (выключено). Это поведение является двунаправленным, то есть обычно оно одинаково как для положительных, так и для отрицательных полупериодов.

Большинство DIAC имеют напряжение пробоя около 30 В. Таким образом, их поведение в чем-то похоже (но гораздо более точно контролируется и происходит при более низком напряжении, чем) неоновой лампы.

DIAC не имеют электрода затвора, в отличие от некоторых других тиристоров. Некоторые TRIAC содержат встроенный DIAC, включенный последовательно (я никогда не видел его в полевых условиях) с клеммой «затвор» TRIAC для этой цели. DIAC также называют симметричными триггерными диодами из-за симметричности их характеристической кривой.

Поскольку DIAC являются двунаправленными устройствами, их клеммы помечены не как анод и катод, а как A1 и A2 или Mt1 («Главная клемма») и Mt2. Большинство листов спецификаций не утруждают себя пометкой A1/A2 или Mt1/Mt2.

См. также Как проверить DIAC

Коммерческий диммер для ламп в странах с напряжением 220 вольт. Бр100 — диак.

Диак обеспечивает более чистое переключение симистора. Диаки — это специализированные диоды Шокли, соединенные встречно-параллельно.

Демпферы

Цепь снаббера (обычно типа RC) часто используется между MT1 и MT2. Снабберные цепи используются для предотвращения преждевременного срабатывания, вызванного, например, скачками напряжения в сети переменного тока или вызванными индуктивными нагрузками, такими как

моторы.
Кроме того, резистор затвора или конденсатор (или оба параллельно) могут быть подключены между затвором и MT1 для дальнейшего предотвращения ложных срабатываний. Это может увеличить требуемый ток запуска и, возможно, задержку выключения при разряде конденсатора.

В этой схеме выше «горячая» сторона линии переключается, а нагрузка подключается к холодной или заземляющей стороне. Резистор 100 Ом и конденсатор 0,1 мкФ предназначены для демпфирования симистора. Эти компоненты должны использоваться с индуктивными нагрузками, такими как двигатели, контакторы и т. д.

Для получения дополнительной информации об оптроне, указанном выше, см. оптоизолятор серии moc30xx (файл в формате pdf)

Быстрая навигация на этом веб-сайте:
Базовое обучение электронике и проекты
Основные проекты твердотельных компонентов
Проекты микроконтроллеров Arduino
Электроника Raspberry Pi, Программирование

ULN2003A Транзисторная матрица Дарлингтона с примерами схем
Учебное пособие по использованию силовых транзисторов Дарлингтона TIP120 и TIP125
Управление транзисторами Дарлингтона 2N3055-MJ2955
Общие сведения о биполярных транзисторных переключателях
Учебное пособие по переключению мощных N-канальных МОП-транзисторов
Учебное пособие по силовым P-канальным переключателям MOSFET
H-мост управления двигателем с мощными МОП-транзисторами
Управление высоковольтным двигателем H-Bridge на базе IR2110, управляемое Arduino
Управление высоковольтным мостом постоянного тока на базе IGBT
Дополнительные примеры схем H-моста на полевых МОП-транзисторах
Сборка мощного транзистора H-Bridge Motor Control

Родственный:
Учебное пособие по переключению мощных N-канальных МОП-транзисторов
Учебное пособие по силовым P-канальным переключателям MOSFET
Испытание силовых МОП-транзисторов, наблюдения
Проблемы с параллельным подключением МОП-транзисторов
Основные схемы тестирования транзисторов MOSFET
Цепи переключения высоковольтных МОП-транзисторов
Почему ваши MOSFET-транзисторы становятся горячими YouTube
Проблемы с параллельным подключением МОП-транзисторов YouTube
Простые схемы для тестирования MOSFET-транзисторов YouTube

См.