双向可控硅调光器。方案、说明

三端双向可控硅开关调光器。无线电电子电气工程百科全书

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引起读者注意的调光开关允许您调节场所内的照明亮度、家用加热元件的功率、交流电机的旋转速度。还可用于降低白炽灯的启动电流，从而延长其使用寿命。调光器由按钮控制，这样就可以在距受控对象明显的距离处打开和关闭负载。为了在黑暗中也能轻松找到按钮，按钮旁边安装了一个 LED，只有在灯关闭时才会发光。

该调节器是在 S. Biryukov 的文章“Timistor power adjustments”（《Radio》，1996 年，第 1 期，第 44 - 46 页）中描述的设备的基础上制作的。相比之下，本文提出的调光器并未完全与网络断开，这需要最终确定以减少电流消耗。结果，在所有操作模式下电流均降至 1,5 mA。经过细化，功率控制的范围也扩大了。百瓦负载的话，大约是99%。

调光器原理图如图1所示。 1. 为了控制 VS2 三端双向可控硅开关元件，需要一个短脉冲整形器，其输出之一连接到电源线。整形器由组装在元件 C2、R1、VD3 - VD4、C5、C1 上的电源供电。二极管VD2、VD10执行整流器的功能。整流电压通过齐纳二极管 VD3 稳定在 4V。电容C5、C4是平滑滤波器的一部分，C5主要分流高频电源干扰，而氧化电容CXNUMX由于其寄生电感很大，无法抑制高频电源干扰。

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在阳极处有正电压的情况下，大多数三端双向可控硅开关元件可以通过到达控制电极的任何（相对于阴极）极性的脉冲来打开，而在负电压的情况下，只能通过负极性的脉冲来打开。所述调节器的电源的正输出连接到三端双向可控硅开关元件的阴极。因此，对于阳极上的任何极性，都会在其控制电极上形成负脉冲。

当使用相脉冲方法时，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的部分来调节负载中的功率。为此，需要选择市电电压每个半周期的开始（它对应于等于或接近于零的电压），然后持续 10 ms（市电电压半周期的持续时间）频率为 50 Hz）以形成控制脉冲本身。因此，三端双向可控硅开关元件打开得越早，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、R4、R5、R8 上。在电源电压的正半周期期间，晶体管VT1打开，在负半周期期间，晶体管VT2打开。电阻器R5限制晶体管的基极电流。电阻器 R8 执行两个晶体管的集电极负载的功能。当市电电压接近于零时，两个晶体管都关闭，其集电极上的电压等于电源负极端子上的电压。同时，在 DD1 元件的输入 1.1 处形成负极性短脉冲，对应于电源电压每个半周期的开始。

在稳压器开启状态下，DD2 元件的输入 1.1 处有一个对应于高逻辑电平的电压，因此，该元件输入 1 处的负脉冲被其反相并馈送到 DD5 元件的基极。晶体管VT8，按射极跟随器电路连接。流过它的电流对电容器C9充电，几乎达到电源电压。电容器通过电路R10、R12、R4、VT1.2放电。当放电到对应于阈值的电压时，元件DD1.3和DD11被切换。 DD1.3 元件输出 9 处出现的电压降由 C13R12 电路微分，并以持续时间约为 1.4 μs 的脉冲形式通过 DD6 反相器馈送到 DD1 上的电流放大器。 VT10晶体管，然后到可控硅VS8的控制极。可变电阻器 RXNUMX 调节电容器 CXNUMX 的放电持续时间，这决定了三端双向可控硅开关元件导通的时刻，从而决定了负载上的有效电压。

VD5 齐纳二极管提供调光装置的可靠启动。如果没有它，在稳压器工作中断后打开的第一时刻，电流开始流过双向可控硅和晶体管VT6的控制转换，这不允许滤波电容器C5充电并阻止电源电压从上升到标称值。电阻器 R15 限制通过双向可控硅控制转换的电流。需要这种限制并不是为了确保齐纳二极管和三端双向可控硅开关元件工作的安全性（如此短的电流脉冲不能使它们失效），而是因为调光器的效率可能会下降。

在逆变器DD2.1和触发器DD3.1上，组装有用于打开和关闭调光器的控制装置，在晶体管VT4上组装有用于平滑切换负载的节点，并且在元件DD2.2、DD2.3上组装有用于打开和关闭调光器的控制装置。、VT7、HL1——按钮SB1(SB2-SBn)背光照明的节点。

当稳压器最初打开或断电后，C3R3 电路在 DD3.1 触发器的 R 输入处产生正脉冲，将其设置为零状态，此时负载关闭。元件 DD3.1 响应输入 C 处的正电压降，并在每次出现时将其状态更改为相反的状态。 R1C1 链条抑制 SB1 按钮触点的弹跳。通过电阻器 R1 还设置反相器 DD2.1 输入端的电压。当您按下 SB1 按钮时，该元件的输出处会出现正电压降，从而将触发器 DD3.1 切换到单一状态。在触发器的直接输出处同时出现的高逻辑电平允许逻辑元件DD1.1的操作。同时，通过电阻R6，电容C6被充电至接近10V。随着电容两端电压的升高，晶体管VT4栅极电压升高，其沟道电阻逐渐减小，达到最小值。开始对电容器 C5 充电 7 ... 6 秒后。并且由于与电阻R4串联的晶体管VT10的沟道包含在电容器C8的放电电路中，因此负载中的功率逐渐增加到电阻R10设定的水平。

电阻R11在晶体管VT4的栅极产生最小负偏压，这确保调光开关在电阻R10为零电阻时完全关断。这种偏移也是必要的，以便当调光器打开时，负载立即打开。电容C7以交流电压分流电阻R11，将其排除在电容C8的放电回路之外。

来自触发器DD3.1的反相输入的低电压电平关闭晶体管VT3并禁止反相器DD2.2和DD2.3的切换。结果，晶体管VT7保持截止状态，没有电流流过，并且其发射极电路中包含的HL1 LED不点亮。

下次按下 SB1 (SB2-SBn) 按钮时，触发器将切换回零状态。来自其输出13的逻辑1.1禁止元件DD5的切换，并且在后者的输出处设置高逻辑电平，维持晶体管VT8的开路状态。结果，电容器C12将被充电至最大电压，并且负载断电。此时在触发器的输出3处出现的逻辑零电平将打开晶体管VT6，电容器C12将通过晶体管VT13快速放电，并且调光器将准备好新的接通。来自触发器的输出9的高逻辑电压电平也将到达逻辑元件DD2.2、DD2.3的输入1和2，并且将允许它们跳过来自晶体管VT7、VT1的负载的负脉冲。这些脉冲将使晶体管VT14短时间打开，并且其发射极电路中包含的HLXNUMX LED将点亮。电阻RXNUMX限制通过LED的平均电流，以免电源过载，否则其电压将开始下降。

除双向可控硅 VS1 和 LED HL1 之外，调光器的所有部件均安装在由单面箔玻璃纤维制成的印刷电路板上。板图如图所示。 2、a，以及其上零件的位置 - 如图所示。 2b.

可控硅调光器

安装时，可以使用固定电阻C2-ZZN或MLT以及电阻电路图上标明的任何可变电阻。电容器 C1、C2、C8 - K73-15、K77 - 3 和 K70 - K78 系列的其他电容器，电容器 C2 的额定电压必须至少为 250 V。电容器 C3 - 任何氧化物、C4、C9 - 陶瓷 KM - 5、K10 - 17、C5 - K50 - 24 或 K50 - 29、C6、C7 - K53 - 14。任何字母索引的 KD510、KD509 都可以代替二极管。稳压二极管VD3——任何稳定电压为10V的。晶体管VT1、VT2可以是任何电流传输系数大于100的低功耗硅pnp结构。晶体管VT3、VT6、VT7——低功耗硅，VT5—— KT201系列具有任意字母索引。 npn 结构的硅低功率晶体管也适用，但在这种情况下，需要在器件中包含一个 VD4 二极管，如图中虚线所示。二极管保护发射结不被VT5晶体管每次闭合后出现在其上的反向电压击穿。 KP305 系列场效应晶体管具有任意字母索引。熔断器 FU1 的额定电流必须不小于负载电流。

调光器的建立简化为电阻器 R11 的选择。首先，断开元件DD2的引脚1.1和触发器DD13的引脚3.1的电路连接。然后将DD2的引脚1.1与其引脚1相连。然后将电阻R10的滑块按图示设置到下方位置。代替电阻器R11，包括电阻值为100kOhm的可变电阻器，并且其滑动器设置在电路中包括的电阻为零的位置。接下来，打开网络调光器，等待电源输出端建立 10V 标称电压，然后使用示波器控制负载中电流脉冲的形状，增加负载的电阻。可变电阻器（R11），直到双向可控硅VS1停止打开。此后，负载被打开和关闭数次，每次都检查晶体管VT4是否可靠地关闭双向可控硅VS1。然后将可变电阻器替换为恒定电阻器，并且恢复DD2元件的输出1.1与触发器DD13的输出3.1的连接。如果需要，通过安装和选择电阻器 R12，可以确保用作变阻器的电阻器 R10 的最大电阻对应于负载处的零电压。

为了使负载完全导通时三端双向可控硅开关元件下降尽可能少的电压，它必须在半周期开始后尽可能快地打开。为此，电源电压过零脉冲整形器必须生成足够短的脉冲。它们的最小化是通过选择电阻器 R4 和 R8 来实现的。减小电阻R5、TVK的阻值是不可取的，因为这会增加功耗。

调光器有一个很好的特点：如果负载开启，那么在网络短暂停电后（不超过2分钟），它会再次开启。这是因为电源滤波器中的电容器 C5 放电非常缓慢，因此逻辑门不会切换。

在设置调光器及其实际使用时，应记住其所有元件（包括可变电阻器轴）都处于电源电压下。

为了限制通过 HL1 LED 的电流，建议将电阻器 R14 从晶体管 VT7 的基极电路转移到其发射极电路，将电阻器 R14 减小到 0,5 ... 1 kOhm。

作者：A.Rudenko，乌克兰哈尔科夫

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