带过载保护的双向可控硅调节器。方案、说明

带过载保护的双向可控硅调节器。无线电电子电气工程百科全书

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作者对之前发表的一款双向可控硅稳压器进行了改进，改进了其特性，增加了过载保护单元，并通过计算证实了他的技术方案。

当设置根据[1]中的描述组装的三端双向可控硅开关调节器时，发现无法将其进入负载的最大功率模式。事实证明，“罪魁祸首”是基于单结晶体管 KT117A 的发生器，它在电源电压的每个半周期中产生的不是一个脉冲，而是多个脉冲。结果，脉冲放大器电源电路中的电容器在下一个半周期开始时没有时间充电，脉冲能量不足以打开双向可控硅开关。

改进后的调节器原理图如图所示。它不仅消除了上述缺点，而且还提供了一种防止负载电路中超过允许电流值的保护装置。

（点击放大）

与原型不同的是，这里的脉冲发生器是在一对互补的晶体管（VT1 KT361G、VT2 KT315G）上制成的。当晶体管 VT3 发射极的电压（随着电容器 C1 充电而增加）超过其基极电压时，发生器产生单个脉冲。两个晶体管像雪崩一样打开，电容器C3主要通过晶体管VT3的基极-发射极部分放电。该晶体管打开，电容器 C5 通过脉冲变压器 T2 的绕组 I 放电。来自脉冲变压器绕组II的脉冲打开双向可控硅VS2。

晶体管 VT1 和 VT2 保持打开状态，直到电源电压过零，更准确地说，直到电源总线上的电压降至 4...6 V。它们关闭后，发生器准备发出下一个脉冲。发出脉冲的时刻由电容器 C3 充电至晶体管开启电压的持续时间决定，并且取决于恒定电阻器 R7 和可变电阻器 R6 的总电阻。

由于发生器在每个半周期只产生一个脉冲，放电后的电容器C5在几乎整个半周期内始终具有通过VD8二极管充电的能力，除了瞬时放电时的短暂间隔外。电源电压值接近于零。平均充电电流 izar.sr 约为 9 mA（取决于电阻器 R1 和 R2 的电阻），电容器 C5 将有时间在半周期 (10 ms) 内充电至 22 V（受齐纳二极管限制）二极管VD2和VD3），如果其容量不大于

该电容器的最小电容是多少？为了使双向可控硅 VS2（TS132-50-6，[2]）打开，其控制电极 Uy 上的电压必须超过 4 V，持续时间至少 ton - 12 µs。该电压下的控制电极电流iy为200mA。

控制电极电路的电阻 Ry 可以使用欧姆定律估算：

考虑到变压器T2的变比k，折算到其初级绕组的电压和电阻值为：

从方程

其中 U0 \u22d 5 V 是电容器 CXNUMX 上的初始电压，我们发现

我们选择电容 C5 的电容等于 1 μF。

过载保护装置是在三极管VS1 KU101G上制作的。在过载传感器信号——电流互感器T1的作用下，三极管打开，导致二极管电桥VD1输出端的电压降低至约4V。这低于KS168A的稳定电压（VD7 ）齐纳二极管。因此，晶体管VT1和VT2上的脉冲发生器停止工作，双向可控硅VS2不再开通。 HL1 LED 的发光指示保护的激活。

由于电容C1和二极管VD6的存在，当市电电压过零且三极管保持开路时，流过三极管VS1的电流不会停止。为了使保护已激活的调节器返回到工作状态，需要将其与电源断开几秒钟（该时间足以使电容器C1放电）。

变压器T1次级绕组上的电压与串联到负载电路的初级绕组中流动的电流成正比。三极管VS1的控制极接收次级绕组的部分电压，经二极管VD4和VD5整流。使用调谐电阻R4来调整保护阈值。电容器 C2 可防止其因脉冲噪声而触发。

电流互感器作为过载传感器很方便，因为即使电流明显高于设定的保护阈值（例如，在负载短路期间），其次级绕组上的电压对于设备的其他元件仍然是安全的。这是由于磁路饱和导致变压比急剧下降所致。

调节器中使用的电流互感器 T1 由用户扬声器的变压器 T-Sh-ZM 制成。在一些电话中也可以找到类似的情况。其W形磁芯截面为SM=64 10-6 m2，磁力线平均长度lM=72 10-3 m，实验测得感应系数为0,7时相对磁导率μ=103 1超过1,6T 感应强度为 1,8 ... XNUMX T 时饱和。

我们给出电流互感器的计算：

1. 获得感应B \u1d XNUMX T 所需的场强，

2. 所需的安匝数

3. 最大功率 P = 2500 W、有效电压值 U = 220 V 时的负载电流幅值等于

4、初级（电流）绕组的匝数

我们接受 w1=5。

5.初级绕组的电感

6. 电源频率 f=50 Hz 时初级绕组的感抗

7. 初级绕组感抗两端的电压降

8. 为了可靠地打开三极管 KU101，需要向其控制电极施加至少 15 V 的电压 [2]。这正是次级绕组 U2 上的电压幅值。其匝数

由于该设备使用全波整流器（二极管 VD3、VD4），因此变压器的次级绕组实际上应包含两倍的匝数 - 1500，中间有一个抽头。流经该绕组的电流非常小，因此仅根据其机械强度以及在磁路窗口中放置所需匝数的可能性来选择导线的直径。

初级绕组在绝缘良好的次级绕组上缠绕一层，其横截面至少为 4...5 mm2。这种截面的导线缠绕起来很不方便，所以最好使用一束大量细导线，总截面等于所需的截面。该束的电线并联连接。

设置调节器归结为使用微调电阻器 R4 设置保护响应电流并选择电阻器 R7 的值，功率控制间隔的上限取决于该值（通常为 94...97%）。 R7 值的选择应确保在最大功率模式下不会因双向可控硅 VS2 未断开而“跳过”半周期。

为了抑制控制器产生的无线电干扰，请使用[1]中推荐的滤波器。

文学

Sorokoumov S.高功率三端双向可控硅开关调节器。 - 广播，2000 年，第 7 期，第 41 页。
Zamyatin V. 等人，功率半导体器件。晶闸管（手册）。 - M.：无线电和通信，1987 年。

作者：B. Lavrov，圣彼得堡

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