关键场效应晶体管上的相位功率调节器。方案、说明

关键场效应晶体管上的相位功率调节器。无线电电子电气工程百科全书

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通常，相交流电源调节器是基于晶闸管或三端双向可控硅开关元件构建的。这些方案早已成为标准，并且已被无线电业余爱好者和生产规模重复多次。但晶闸管和三端双向可控硅开关控制器以及开关始终有一个重要缺点 - 限制最小负载功率。也就是说，最大负载功率超过100瓦的典型晶闸管调节器无法很好地调节消耗单位瓦和分数瓦的低功率负载的功率。

关键场效应晶体管的不同之处在于，其通道的物理操作与传统机械开关的操作非常相似 - 在完全打开状态下，它们的电阻非常小，相当于几分之一欧姆，而在关闭状态下，漏电流为微安，这实际上不取决于小菜上的电压。

这就是为什么关键场效应晶体管上的关键级联可以以瓦特为单位和分数的功率切换负载，直至最大电流允许值。例如，流行的 IRFS40 场效应晶体管不带散热器，在关键模式下运行，可以将功率从几乎零瓦切换到 400 瓦。

此外，开关 FET 的栅极电流非常低，因此驱动所需的静态功率非常低。确实，这被相对较大的栅极电容所掩盖，因此在接通的第一时刻，栅极电流可能会非常大（栅极电容每次充电的电流）。这是通过打开与栅极串联的限流电阻来解决的，这会降低密钥的速度，因为由该电阻和栅极电容组成的 RC 目标形成，或者控制电路的输出变得更大强大的。

电源调节电路如图所示。

关键场效应晶体管上的相位功率调节器

负载由脉动电压供电，因为它通过二极管电桥VD5-VD8连接。这适用于为电加热设备（烙铁、白炽灯）供电。

由于脉动电流的负半波向上“翻转”，因此得到频率为100Hz的纹波。但它们是正的，即电压从零到正幅值变化的曲线图。因此，可以从 0% 到 100% 进行调整。

该电路中的最大负载功率值受开路VT1的最大电流（为30A）的限制不大。整流桥二极管VD5-VD8的最大正向电流为多少。当使用KD209二极管时，电路可以在高达100瓦的负载下工作。如果需要使用更大功率的负载（最高400W），则需要使用更大功率的二极管，例如KD226G、D。

在D1芯片的反相器上制作控制脉冲驱动器，在某个半波相位使晶体管VT1打开。元件D1.1和D1.2形成施密特触发器，其余元件D1.3-D1.6形成强大的输出反相器。

必须对输出进行升压，以补偿导通时电流浪涌给VT1栅极电容充电所带来的麻烦。

通过 VD2 二极管的微电路低压供电系统分为两部分 - 实际供电部分，在微电路的端子 7 和 14 之间产生恒定电压，以及电源电压相位部分传感器。其工作原理如下。

电源电压经VD5-VD8桥整流，然后馈送到R6电阻和VD9齐纳二极管上的参量稳定器。由于该电路中没有平滑电容器，因此齐纳二极管上的电压是脉动的。

R1-R2-C1电路与VD1二极管一起设定脉动电压的相位，在该相位处电容器C1两端的电压达到施密特触发器的开关阈值。通过改变这个RC电路的电阻，我们改变了从网络中的电压达到8-10V值（施密特触发器的开关阈值的电压值）起关键晶体管的打开延迟时间。由于市电频率相当稳定，关键晶体管的开通时刻相对于市电电压的相位相对于设定电阻R1保持足够稳定。

二极管VD1与电阻R5一起形成电容器C1的加速放电电路，这是当电源电压的相位变为零时该电容器放电所必需的。

在这种情况下，施密特触发器切换到零状态并且关键晶体管关闭。这样，通过调节R1的阻值，改变关键晶体管开通时刻的相位，仅在该点到幅值期间向负载提供电压。因此，发生相功率控制。一般来说，其原理与晶闸管调节器几乎相同。

现在介绍微电路的电源。实际上，微电路由电容器C2中存储的电压供电。在每个半波，该电容器通过二极管 VD2 充电。然后，当相位变为零时，该二极管关闭，微电路由电容器 C2 的充电供电。因此，微电路的供电电压恒定、稳定，不会产生纹波。印刷电路板上除电阻R1外的所有部件均采用单面金属化。

由于笔者的版本设计为工作功率不超过100W的负载，因此没有提供散热器，桥式整流器使用了KD209二极管，但即使额定负载功率为400W，FET也不需要散热器。高达 XNUMX 瓦。但二极管必须变得更强大。

芯片K561LN2可用K1561LN2替代。齐纳二极管。 D814G可以换成另一个稳压二极管，电压为10V左右。

在调节过程中，可能需要选择电阻R2（以提供必要的调节范围宽度）和电阻R5（以保证C1的放电）的阻值。电阻 R5 必须选择尽可能大的值，但要保证在 R1 设置的最小功率下，晶体管根本不会打开。

作者：Kapachev D.E.

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