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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Regolatore di potenza triac. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Regolatori di potenza, termometri, stabilizzatori di calore Un controller elettronico compatto che consente di modificare in modo fluido e in una gamma abbastanza ampia la luminosità del bagliore dei filamenti delle lampade a incandescenza, la potenza di un riscaldatore elettrico domestico o la velocità di rotazione dell'albero di un motore CA, persino un un radioamatore inesperto può fare. Dopotutto, il dispositivo proposto si basa su una soluzione tecnica familiare a molti dalle pubblicazioni di analoghi precedenti e ben collaudata: su un triac con controllo economico mediante il metodo dell'impulso di fase. Inoltre, lo schema elettrico è integrato da una topologia del circuito stampato accuratamente sviluppata con un'indicazione della posizione degli elementi di montaggio. Sì, e i componenti radio nel design sono abbastanza comuni. Tra i vantaggi si segnala anche l'utilizzo di microcircuiti CMOS, che consentono di ridurre la corrente consumata dal sistema di controllo in tutte le modalità ad un minimo di 1,5 mA e quindi di non disconnetterlo completamente dalla rete. E la sostituzione di un tipico interruttore a levetta con un pulsante di piccole dimensioni, posizionato insieme a un indicatore LED vicino al carico, aumenta la praticità di accensione e spegnimento. Naturalmente, questo non è ancora l'ideale. Non tutti gli elementi logici dei microcircuiti sono coinvolti nel lavoro. Gli ingressi non utilizzati devono essere collegati al filo "comune". Quasi tutto il circuito è alimentato da una sorgente DC raccolta su VD1-VD3, C2, C4 e C5. Inoltre, il condensatore C2 funge da reattanza di spegnimento. I diodi VD1, VD2 formano un raddrizzatore a onda intera, la cui tensione è mantenuta a 10 V dal diodo zener VD3 e livellata dalla capacità totale C4 e C5. Il condensatore C4 devia principalmente le interferenze ad alta frequenza provenienti dall'alimentazione domestica, ma non soppresse da un "elettrolita" di grande capacità a causa della sua significativa induttanza parassita. La prossima caratteristica di questo alimentatore è direttamente correlata ai triac. In effetti, la maggior parte di tali caratteristici dispositivi a semiconduttore può essere aperta (con una tensione "positiva" all'anodo) da impulsi di qualsiasi polarità applicati all'elettrodo di controllo relativo al catodo, e con Ua "negativo" - solo negativo. Pertanto, il terminale positivo della sorgente di alimentazione in questione è collegato solo al catodo triac e si formeranno impulsi negativi sull'elettrodo di controllo a una tensione di qualsiasi polarità sull'anodo. Per chiarire l'essenza, è utile, credo, ricordare che il metodo dell'impulso di fase consente di controllare la potenza nel carico modificando quella parte del semiciclo della tensione di rete durante il quale il triac passa corrente. Ciò significa che per il corretto funzionamento del dispositivo è necessario prima di tutto evidenziare l'inizio di ogni semiperiodo (che corrisponde alla tensione istantanea in rete uguale o prossima allo zero), e poi per 10 ms ( la durata del semiperiodo della tensione di rete con una frequenza di 50 Hz) per formare un impulso. E prima apriamo il triac, maggiore sarà la potenza assegnata al carico. Il formatore di impulsi con una frequenza di 100 Hz è montato sugli elementi VT1, VT2, R3, R4, R7. Con l'avvento di un semiciclo positivo sul filo di rete superiore (secondo il circuito), la tensione della polarità di "apertura" viene applicata alla giunzione dell'emettitore del transistor \/T1. Il triodo a semiconduttore diventa davvero aperto e il suo Uk si avvicina a Ue. La caduta di tensione attraverso il resistore R3 si avvicina a 1 V della giunzione aperta dell'emettitore del transistor VT1, quindi la giunzione dell'emettitore "polarizzata inversamente" del transistor \/T2 non si rompe. Con un semiciclo negativo, i triodi semiconduttori cambiano ruolo. Il resistore R4 limita la corrente attraverso le basi dei transistor. E R7, essendo un carico collettore \ / T1 e VT2, imposta il potenziale zero all'ingresso 1 dell'elemento logico DD1.1 (con triodi semiconduttori chiusi).
Nei momenti in cui Unnetwork è vicino allo zero, la corrente non scorre attraverso i suddetti transistor, poiché la caduta di tensione attraverso il resistore R3 non è sufficiente per sbloccarli. Ciò significa che Uk risulta essere uguale alla tensione al terminale negativo della fonte di alimentazione. Come risultato si ottengono brevi impulsi negativi corrispondenti all'inizio di ogni semiciclo della rete. Nello stato on all'ingresso 2 DD1.1 livello di alta tensione. Pertanto, gli impulsi negativi che arrivano al primo ingresso vengono invertiti dall'elemento logico e tramite l'inseguitore di emettitore (transistor \/T5) caricano il condensatore C8 quasi alla tensione di alimentazione. Scarico - attraverso la catena R8R9 e \/ T4. Quando la tensione scende agli elementi di soglia DD1.2, DD1.3 commutano. Il "declino", proveniente dall'elemento DD1.3, è differenziato dal circuito C9R12 e, già sotto forma di impulso della durata di circa 12 μs, si accende (tramite l'inverter DD1.4 e il \/ Transistor T6 funzionante come amplificatore di corrente) il triac VS1. Il resistore variabile R9 regola la durata della scarica del condensatore C8, il che significa che cambiano il momento in cui il triac viene acceso e la tensione effettiva al carico. La capacità del condensatore C9 determina la durata stessa dell'impulso di apertura del triac, il resistore R12 imposta il potenziale all'ingresso dell'elemento logico DD1.4. Per quanto riguarda il diodo zener VD6, fornisce un avvio affidabile del dispositivo. Sull'inverter DD2.1 e sul nodo trigger DD3.1 assemblato on - off il controller. Dallo stesso nodo, i segnali di controllo vanno ad altre parti del circuito. Il transistor VT4 viene utilizzato per accendere dolcemente il carico e gli elementi DD2.2, DD2.3 insieme a VT7 e VD5 forniscono l'illuminazione dei pulsanti. Alla prima accensione del dispositivo o dopo una mancanza di alimentazione, il circuito C3R2 genera un impulso positivo all'ingresso R dell'elemento logico DD3.1, portandolo allo stato zero, in corrispondenza del quale il carico viene spento. Eseguendo le funzioni di un trigger T, DD3.1 è sensibile alle cadute di tensione positive sull'ingresso C. Ad ogni occorrenza di tale caduta, questo elemento logico cambia il suo stato al contrario. La catena R1C1 sopprime il rimbalzo dei contatti e il resistore R1 incluso in esso imposta il potenziale desiderato all'ingresso dell'inverter DD2.1. La pressione di uno qualsiasi dei pulsanti SB provoca una caduta di tensione positiva all'uscita di questo elemento, commutando il trigger DD3 in uno stato singolo. Il segnale di alto livello risultante va a DD1.1, permettendogli di funzionare. Ciò crea condizioni favorevoli per caricare il condensatore C6 a 10 V attraverso il resistore R6. La resistenza del canale del transistor VT4 diminuisce gradualmente e dopo 5-7 s raggiunge il suo minimo. Ma il canale del transistor VT4 è collegato in serie con il resistore R9 nel circuito di scarica del condensatore C8, e con un aumento della tensione al gate di VT4, la potenza nel carico aumenterà gradualmente fino al livello impostato da la resistenza R9. Il resistore R10 crea una polarizzazione di gate negativa minima per spegnere completamente il regolatore quando il resistore R9 ha resistenza zero. La necessità di una tale tensione di polarizzazione è dovuta al fatto che dopo l'accensione del dispositivo non dovrebbe esserci il tempo perché si verifichi una situazione di emergenza quando il carico è ancora diseccitato e il condensatore C7 funge da shunt di tensione alternata per il resistore R10, escludendolo dal circuito di scarica del suddetto C8. Un livello basso dall'uscita trigger inverso chiude VT3 e disabilita la commutazione degli inverter DD2.2, DD2.3. Viene mantenuto un livello alto sul transistor VT7 e il LED VD5 è spento. La successiva pressione su uno qualsiasi dei pulsanti SB porta nuovamente il grilletto allo stato zero. Lo "0" logico dall'uscita 13 del trigger proibirà l'elemento di commutazione DD1.1, la sua uscita sarà impostata su un livello alto. Di conseguenza, il transistor VT6 sarà costantemente aperto, il condensatore C8 sarà carico e il carico stesso (ad esempio una lampadina) sarà diseccitato. L'unità logica, proveniente dall'uscita 12 del trigger attraverso il resistore limitatore di corrente R6, aprirà il transistor VT3, attraverso il quale il condensatore C6 si scaricherà rapidamente, e questo assicurerà che il dispositivo sia pronto per una nuova accensione. Un livello alto agli ingressi 13 e 9 degli elementi logici DD2.2, DD2.3 consentirà loro di trasmettere impulsi negativi dai transistor VT1, VT2. Questi impulsi aprono brevemente il transistor VT7 e il LED si accende. Il resistore R13 limita la corrente media attraverso VD5 (per non sovraccaricare l'alimentatore, altrimenti la tensione che produce inizierà a diminuire). Quasi l'intero regolatore fatto in casa (ad eccezione dei connettori, un fusibile, un triac e un LED) è montato su un circuito stampato in fibra di vetro a lamina unilaterale. I transistor VT1, VT2, VT7 possono essere silicio a bassa potenza, ma sempre strutture rp-r, con un coefficiente di trasferimento di corrente superiore a 100. Quasi gli stessi requisiti per la scelta di VT3, VT6, ad eccezione della struttura stessa. Lei è qui n-pn. Come VT5, è accettabile un triodo a semiconduttore della serie KT201 (con qualsiasi indice di lettere alla fine). È inoltre possibile utilizzare transistor a bassa potenza in silicio della struttura np-n, assicurando tale sostituzione attivando VD4 (nella figura questo è evidenziato da un contorno tratteggiato). Il diodo proteggerà la giunzione dell'emettitore dalla rottura della tensione inversa, che appare dopo la chiusura del transistor VT5. Al posto di VT4, tutti i transistor ad effetto di campo della serie KP305 funzionano ugualmente bene. Criteri non molto rigidi per la selezione di altri componenti radio. Il diodo zener VT3 non fa eccezione qui: lo farà chiunque abbia una tensione di stabilizzazione di 10 V. Diodi delle serie KD509, KD510, KD522. Condensatori: tipo C5 K50 - 24, K50 - 29; DO6, DO7 - K53; C3 - qualsiasi ossido; C4, C9 - silicio; C1, C2, C8 - tipi a film metallico K70 - K78 (inoltre, C2 ha una tensione operativa nominale di almeno 250 V). Un resistore variabile - di qualsiasi tipo, il suo corpo è collegato al filo "positivo" del circuito di potenza per scopi di schermatura. Resistori fissi - tipo C2 - 33N, MLT. Per quanto riguarda il fusibile FU1, ovviamente, deve corrispondere alla corrente di un particolare carico. Il debug del dispositivo si riduce alla selezione del resistore R10 secondo il seguente metodo (è presentato in modo conciso). Il pin 2 dell'elemento DD1.1 è temporaneamente scollegato dal circuito e collegato al pin 1. Installando un resistore variabile da 10 kΩ invece di R100, ridurre la sua resistenza a zero. Accendono il regolatore triac nella rete e aspettano un minuto o due fino a quando il condensatore elettrolitico C2 viene caricato attraverso il C10 "a bassa capacità" a una tensione nominale di 5 V. Controllando la forma degli impulsi nel carico utilizzando l'oscilloscopio, la resistenza del resistore variabile viene aumentata, sostituendo R10 finché il triac non smette di aprirsi. Quindi il carico viene acceso e spento più volte, utilizzando gli elementi di regolazione esistenti, in modo che il transistor / T4, funzionando correttamente, blocchi saldamente VS1. Successivamente, la resistenza variabile viene sostituita da una costante e il collegamento dell'uscita 2 DD1.1 viene ripristinato secondo lo schema. La pratica mostra: installando e selezionando il resistore R11, è possibile ottenere che la massima resistenza del resistore R9, operando come reostato, corrisponda a zero tensione al carico. E per ridurre al minimo la caduta di tensione attraverso il triac quando il carico è completamente acceso, deve essere aperto dopo l'inizio del semiciclo il più rapidamente possibile. Ciò significa che il formatore di impulsi della tensione di rete zero-crossing deve generare impulsi sufficientemente brevi. Per minimizzarli, dovresti aumentare la resistenza del resistore R3 e selezionare R7. Non è auspicabile seguire il percorso di abbassamento del rating R4: questo è uno spreco di energia. E inoltre. Quando si stabilisce e si utilizza praticamente un controller triac, non bisogna dimenticare che quando il dispositivo è collegato alla rete, tutto, compreso il resistore variabile, è sotto la sua alta tensione. E non scherzano con la corrente alternata 220 V, anche se il corpo di un prodotto elettronico fatto in casa è realizzato con materiale isolante di buona qualità. Autore: A.Rudenko
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