双向可控硅功率调节器。方案、说明

三端双向可控硅开关电源调节器。无线电电子电气工程百科全书

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紧凑型电子控制器，可让您在相当大的范围内平稳地改变白炽灯灯丝的亮度、家用电加热器的功率或交流电机轴的旋转速度，甚至是没有经验的无线电爱好者也可以制作。毕竟，所提出的设备基于许多人熟悉的技术解决方案，该技术解决方案来自先前类似物的出版物，并且经过充分验证：基于通过相位脉冲方法进行经济控制的三端双向可控硅开关元件。此外，电路图还得到了彻底开发的印刷电路板拓扑的补充，并附有安装元件位置的规范。是的，设计中使用的无线电元件非常普遍。

在这些优点中，还应该注意到 CMOS 微电路的使用，这使得可以将控制系统在所有模式下消耗的电流降至最低 1,5 mA，因此不会完全将其与网络断开。用小尺寸按钮代替典型的拨动开关，并在负载附近设置 LED 指示灯，增加了打开和关闭开关的便利性。

当然，这还不够理想。并非微电路的所有逻辑元件都参与这项工作。未使用的输入必须连接到“公共”线。

几乎整个电路由VD1-VD3、C2、C4和C5上收集的直流电源供电。此外，电容器C2充当猝灭电抗。二极管VD1、VD2组成全波整流器，其电压通过稳压二极管VD10维持在3V，并通过总电容C4和C5进行平滑。电容器C4主要分流来自家庭电源的高频干扰，但由于其寄生电感较大，无法被大容量“电解质”抑制。

该电源的下一个特点与双向可控硅直接相关。事实上，大多数这样的特征半导体器件可以通过施加到相对于阴极的控制电极的任何极性的脉冲来打开（在阳极处具有“正”电压），并且通过“负”Ua——仅负的。因此，所讨论的电源的正极端子仅连接到三端双向可控硅开关元件的阴极，并且在阳极上的任何极性的电压下都将在控制电极上形成负脉冲。

为了澄清本质，我认为有必要回顾一下，相位脉冲方法允许您通过改变三端双向可控硅开关元件通过电流的电源电压半周期部分来控制负载中的功率。这意味着为了使设备正确运行，首先需要突出显示每个半周期的开始（对应于网络中的瞬时电压等于或接近于零），然后持续10毫秒（频率为 50 Hz 的电源电压半周期的持续时间）以形成脉冲。我们越早打开三端双向可控硅开关元件，分配给负载的功率就越多。

频率为 100 Hz 的脉冲整形器安装在元件 VT1、VT2、R3、R4、R7 上。随着上部（根据电路）网络线上正半周期的出现，“开路”极性的电压被施加到晶体管/T1的发射极结。半导体三极管真正开路，其Uk变得接近Ue。电阻器R3两端的电压降接近晶体管VT1的开路发射极结的1V，因此晶体管T2的“反向偏置”发射极结不会击穿。在负半周期内，半导体三极管改变角色。

电阻器 R4 限制流经晶体管基极的电流。 R7作为集电极负载/T1和VT2，设置逻辑元件DD1（具有闭合半导体三极管）的输入1.1处的零电势。

自制装置示意图（符号“1”用于象征“公共”线，在提出的技术方案中严禁接地）（点击放大）

可控硅功率控制器
印刷电路板 (a) 的拓扑结构和安装时部件 (b) 的位置

有时，当 Unetwork 接近于零时，电流不会流过上述晶体管，因为电阻器 R3 上的压降不足以解锁它们。这意味着 Uk 结果等于电源负极端子的电压。结果，获得对应于网络的每个半周期的开始的短负脉冲。

在导通状态下输入2 DD1.1高电压电平。因此，到达第一输入端的负脉冲被逻辑元件反转，并通过射极跟随器（晶体管/T5）将电容器C8充电到几乎达到电源电压。

放电——通过链条R8R9和\/T4。当电压下降到阈值元件DD1.2、DD1.3开关。来自 DD1.3 元件的“下降”由 C9R12 电路区分，并且已经以持续时间约为 12 μs 的脉冲形式打开（通过 DD1.4 反相器和 \/ T6 晶体管用作电流放大器）双向可控硅 VS1。

可变电阻器R9调节电容器C8的放电持续时间，这意味着它们改变三端双向可控硅开关元件导通的时刻和负载上的有效电压。电容器C9的电容决定了三端双向可控硅开关打开脉冲的持续时间，电阻器R12设置逻辑元件DD1.4的输入处的电势。至于VD6稳压二极管，它提供了设备的可靠启动。

在逆变器DD2.1和触发器DD3.1组装节点上开启-关闭调节器。控制信号从同一节点传送到电路的其他部分。晶体管VT4用于平滑地开启负载，元件DD2.2、DD2.3与VT7、VD5一起提供按钮照明。

当器件最初打开或断电后，C3R2 电路在 DD3.1 逻辑元件的 R 输入处生成正脉冲，将其设置为零状态，此时负载关闭。 DD3.1 执行 T 触发器的功能，对输入 C 处的正电压降敏感。每次出现此类电压降时，该逻辑元件都会将其状态更改为相反的状态。

R1C1 链抑制触点弹跳，其中包含的电阻器 R1 设置反相器 DD2.1 输入端的所需电位。按下任何 SB 按钮都会导致该元件的输出端产生正电压降，从而将触发器 DD3 切换到单一状态。由此产生的高电平信号进入 DD1.1，使其能够工作。这为通过电阻R6将电容器C10充电至6V创造了有利条件。晶体管VT4的沟道电阻逐渐减小，5-7s后达到最小值。

但晶体管VT4的沟道与电容C9的放电电路中的电阻R8串联，随着VT4栅极电压的升高，负载中的功率将逐渐增大至由电阻器R9。

当电阻器 R10 电阻为零时，电阻器 R9 产生最小负栅极偏置以完全关闭调节器。需要这样的偏置电压是因为在设备开启后，当负载仍断电时，不应该有时间发生紧急情况，并且电容器C7充当交流电压分流器电阻R10，将其排除在上述C8的放电电路之外。

来自反相触发输出的低电平关闭VT3并禁用反相器DD2.2、DD2.3的开关。晶体管VT7保持高电平，VD5发光二极管熄灭。

下次按下任意 SB 按钮时，再次将触发器切换至零状态。来自触发器输出0的逻辑“13”将禁止开关元件DD1.1，其输出将被设置为高电平。因此，晶体管VT6将持续打开，电容器C8被充电，并且负载本身（例如，灯泡）断电。来自触发器输出端12的逻辑单元通过限流电阻R6打开晶体管VT3，电容器C6通过VTXNUMX快速放电，这将确保器件准备好新的开启。

逻辑元件DD13、DD9的输入2.2和2.3处的高电平将允许它们传递来自晶体管VT1、VT2的负脉冲。这些脉冲使晶体管 VT7 短时间打开，LED 亮起。电阻R13限制通过VD5的平均电流（以免电源过载，否则其产生的电压将开始下降）。

几乎整个自制调节器（连接器、保险丝、三端双向可控硅开关元件和 LED 除外）都安装在由单面箔玻璃纤维制成的印刷电路板上。

晶体管VT1、VT2、VT7可以采用低功耗硅片，但均为rp-r结构，电流传输系数大于100。VT3、VT6的选择要求几乎相同，只是结构本身不同。她在这里p-pn。作为VT5，可以使用KT201系列的半导体三极管（末尾带有任何字母索引）。您还可以使用 np-n 结构的硅低功率晶体管，通过打开 VD4 来确保这种替换（图中用虚线轮廓突出显示）。该二极管将保护发射结免受反向电压击穿（这种情况在 VT5 晶体管关闭后出现）。 KP4 系列的所有场效应晶体管代替 VT305 都能同样良好地工作。

对于其他无线电元件的选择没有非常严格的标准。 VT3 齐纳二极管也不例外 - 任何稳定电压为 10 V 的二极管都可以。KD509、KD510、KD522 系列二极管。电容器：C5型K50-24、K50-29； C6、C7 - K53； C3——任何氧化物； C4、C9——硅； C1、C2、C8 - 金属膜类型 K70 - K78（此外，C2 的额定工作电压至少为 250 V）。可变电阻器 - 任何类型，其主体连接到电源电路的“正极”线以达到屏蔽目的。固定电阻器 - C2 型 - 33N，MLT。至于保险丝FU1，那么，当然，它必须对应于特定负载的电流。

器件的调试就简化为按照下面的方法（简述）选择电阻R10。

DD2元件的引脚1.1暂时与电路断开并连接到引脚1。通过安装标称值为10 kOhm的可变电阻器代替R100，将其电阻减小到零。他们打开网络中的三端双向可控硅开关调节器，等待一两分钟，直到电解电容器 C2 通过“低容量”C10 充电至 5V 标称电压。

通过使用示波器控制负载中脉冲的形状，增加可变电阻器的电阻 - 替换 R10，直到三端双向可控硅开关元件停止打开。然后使用现有的调节元件多次打开和关闭负载，使晶体管/T4正常工作，牢固地锁定VS1。之后，将可变电阻更换为恒定电阻，并按照图示恢复输出 2 DD1.1 的连接。

实践表明：通过安装和选择电阻器R11，可以实现作为变阻器的电阻器R9的最大阻值对应于负载上的零电压。并且为了最小化负载完全导通时双向可控硅两端的压降，必须在半周期开始后尽快将其打开。这意味着过零电源电压脉冲整形器必须生成足够短的脉冲。为了最大限度地减少它们，您应该增加电阻器 R3 的阻值并选择 R7。降低 R4 等级的做法是不可取的 - 这是能源浪费。

并进一步。在建立和实际使用三端双向可控硅开关控制器时，不要忘记，当设备连接到网络时，包括可变电阻器在内的所有东西都处于高压之下。他们不会拿交流220V开玩笑，即使自制电子产品的机身是由优质绝缘材料制成的。

作者：A.Rudenko

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