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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Regolatore di potenza a basso rumore Triac. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Regolatori di corrente, tensione, potenza I regolatori di potenza Trinistor con controllo di fase sono stati più volte descritti sulle pagine della nostra rivista. Purtroppo però molti di essi sono forti fonti di interferenze elettromagnetiche, il che limita il campo di applicazione dei dispositivi. I regolatori domestici stranieri sono necessariamente dotati di un filtro di soppressione del rumore integrato. Inoltre, il livello di interferenza che creano deve soddisfare i rigorosi standard adottati in un particolare paese. L'autore dell'articolo parla di uno di questi regolatori. Il circuito di un regolatore di potenza con controllo a impulsi di fase è mostrato in Fig. 1. È assemblato secondo il circuito classico utilizzando un dinistor simmetrico da 32 V (VD3) e un triac TIC226M (VS1). Ad ogni semionda della tensione di rete, il condensatore C1 viene caricato dalla corrente che scorre attraverso i resistori R2, R3. Quando la tensione ai suoi capi raggiunge 32 V, il dinistor si apre e il condensatore C1 si scarica rapidamente attraverso il resistore R4, il dinistor VD3 e l'elettrodo di controllo del triac. Pertanto, il controllo del triac avviene nei quadranti I e III: quando la tensione sull'anodo convenzionale del triac (il terminale superiore VS1 nel diagramma) è positiva, anche l'impulso di controllo è positivo, e quando la tensione è negativa, ha polarità negativa.
Il valore di potenza nel carico collegato al connettore X1 dipende da quanto tempo il triac rimarrà acceso durante ogni semiciclo della tensione di rete. Il momento in cui il triac viene acceso è determinato dalla tensione di soglia del dinistor e dalla costante di tempo (R2 + R3)C1. Maggiore è la resistenza della parte introdotta del resistore variabile R2, maggiore è il periodo di tempo durante il quale il triac è nello stato chiuso, minore è la potenza nel carico. I valori degli elementi della costante di tempo indicati nel diagramma forniscono una gamma quasi completa di regolazione della potenza di uscita, dallo 0 al 99%. Per ottenere un controllo abbastanza fluido della potenza di uscita, il resistore variabile R2 deve avere le caratteristiche del gruppo B. Andrà bene anche un resistore del gruppo B, ma poi dovrà essere acceso in modo tale che un aumento della potenza la potenza (cioè con una diminuzione della resistenza del resistore variabile) si verifica quando si ruotano le sue maniglie in senso antiorario. Il circuito formato dai diodi VD1, VD2 e dal resistore R1 garantisce una regolazione fluida con una potenza di uscita minima. Senza di essa, la caratteristica di controllo del controller ha un'isteresi. Ad esempio, la luminosità di una lampada ad incandescenza utilizzata come carico, all'aumentare della potenza di uscita, cambia bruscamente da zero al 3...5% della luminosità massima. L'essenza di questo fenomeno è la seguente. Con un'elevata resistenza del resistore R2, quando la tensione sul condensatore C1 non supera i 30 V, il dinistor non si apre durante l'intero semiciclo della tensione di rete e la potenza di uscita è zero. In questo caso, nel momento in cui la tensione di rete passa attraverso lo “zero”, la tensione sul condensatore ha un valore pari a zero e nel semiciclo successivo il condensatore viene scaricato per una parte significativa del tempo. Se la resistenza del resistore R2 viene ridotta, dopo che la tensione sul condensatore inizia a superare la soglia di risposta del dinistor, il condensatore verrà scaricato alla fine del semiciclo e inizierà immediatamente a caricarsi nel semiciclo successivo, quindi nel nuovo semiciclo il dinistor si aprirà prima. La catena diodo-resistenza scarica il condensatore quando la tensione di rete passa da una semionda negativa a una semionda positiva, eliminando così l'effetto di un brusco aumento iniziale di potenza nel carico. Il resistore R4 limita la corrente massima attraverso il dinistor a circa 0,1 A e rallenta il processo di scarica del condensatore C1. Ciò garantisce una durata dell'impulso relativamente lunga, sufficiente per attivare in modo affidabile il triac VS1 anche con una significativa componente induttiva del carico. Con i valori del resistore R4 e del condensatore C1 indicati nello schema, la durata dell'impulso di controllo è di 130 μs. Per una parte significativa di questo tempo, attraverso l'elettrodo di controllo del triac scorre una corrente sufficiente ad aprire il triac in qualsiasi quadrante - per un triac da 32 V corrisponde a 50 mA. Un dinistor simmetrico da 32 V (VD3) garantisce che l'angolo di apertura del triac sia identico in entrambe le semionde della tensione di rete. Di conseguenza, il regolatore descritto non raddrizzerà la tensione di rete, quindi in molti casi può essere utilizzato anche per controllare un carico ad esso collegato tramite un trasformatore. Il dinistor da 32 V può essere sostituito con uno analogico assemblato utilizzando transistor di diversa struttura, come mostrato in Fig. 2. Il ponte a diodi VD4-VD7 garantisce la simmetria del controllo del triac e il diodo zener a bassa potenza VD8 imposta la soglia operativa dell'analogico. I transistor VT1 e VT2 devono resistere a una corrente di base dell'impulso significativa (almeno 0,1 A). Il coefficiente di trasferimento di corrente statico della base del transistor VT2 è almeno 50. I diodi a ponte devono resistere anche a una corrente impulsiva continua di almeno 0,15 A. Ad esempio, sono adatti diodi della serie KD103 con qualsiasi indice di lettere.
La tensione massima consentita dei diodi e dei transistor dell'analogo dinistor deve essere almeno il 30% maggiore della tensione di stabilizzazione del diodo zener VD8, ovvero almeno 50 V. È possibile utilizzare due diodi zener a bassa potenza, collegandoli in serie in modo che la loro tensione di stabilizzazione totale sia 25.. .30 V. I resistori R7 e R8 forniscono all'analogo stabilità alle alte temperature. Il triac TIC226M, la cui corrente consentita è 8 A, consente di controllare un carico con una potenza fino a 1 kW. Per carichi con potenza fino a 2 kW è possibile utilizzare triac con una corrente consentita di 15...16 A. Invece del triac TIC226M, puoi utilizzare il tiristore domestico KU208G. Tuttavia, ha una sensibilità significativamente peggiore. Per un funzionamento affidabile, attraverso l'elettrodo di controllo del tiristore KU208G deve fluire una corrente di almeno 250 mA ad una temperatura ambiente di -60°C o 170 mA a temperatura ambiente. Pertanto, quando si utilizza l'SCR KU208G, la resistenza del resistore R4 dovrebbe essere ridotta a 100 Ohm e l'induttanza dell'induttore L1 dovrebbe essere ridotta a 100 μH. Di conseguenza, transistor e diodi in un analogo dinistor (Fig. 2) devono resistere a correnti fino a 0,3 A. Il livello di interferenza creato da un tale regolatore sarà significativamente più alto. Inoltre, avrà meno stabilità quando funziona su un carico con una componente induttiva. La caduta di tensione sul triac VS1 è di circa 2 V, pertanto, per un carico superiore a 100 W, il triac deve essere installato su un opportuno dissipatore. A carichi inferiori, il circuito stampato del regolatore stesso può fungere da dissipatore di calore. Per fare ciò, il triac nel case TO220 deve essere posizionato sul lato della pellicola del circuito stampato, avvitato con una vite e un dado MZ, e una sezione di pellicola con una superficie di 3...5 cm2 lasciato sotto il luogo di installazione del triac. Nei progetti amatoriali, al posto del triac vengono spesso utilizzati un ponte a diodi e un tiristore, il che aumenta il costo dei componenti e le dimensioni della struttura. Questa soluzione raddoppia circa la perdita di potenza nel regolatore e restringe la gamma di carichi consentiti. Inoltre, la carica del condensatore di accumulo avviene con una tensione unipolare, che, come correttamente notato nell'articolo di A. Maslov "Ancora una volta sul regolatore di potenza a tiristori" (vedi "Radio", 1994, n. 5, p. 37), porta a malfunzionamenti del regolatore a bassa potenza installata. Parlando dell'articolo di A. Maslov, è impossibile non menzionare che il metodo da lui proposto per ridurre la velocità di aumento della tensione sul tiristore (dV/dt) può causare danni al tiristore a causa del suo sovraccarico con una corrente impulsiva al momento dell'accensione, poiché la corrente di scarica del condensatore che devia il tiristore non viene in alcun modo limitata. Se si utilizza un condensatore di alta qualità con una bassa resistenza interna, l'SCR verrà quasi sicuramente distrutto superando il valore di corrente o la velocità di aumento della corrente (dV/dt). Per eliminare questo inconveniente è necessario collegare in serie al condensatore di accumulo un resistore al carbone a filo avvolto o volumetrico con una resistenza di almeno 10 ohm. I resistori a film metallico e a film di carbonio non sono adatti a questo scopo, poiché possono guastarsi a causa dell'elevata dissipazione di potenza istantanea al momento dell'accensione del tiristore. Nel regolatore di potenza descritto (vedere Fig. 1), la velocità di variazione della tensione nel triac VS1 è limitata dai condensatori C2, C3 e la loro corrente di scarica all'apertura del triac è limitata dall'induttore L1. I triac moderni possono sopportare un tasso di aumento della tensione di 50...200 V/μs, e alcuni anche fino a 750 V/μs, quindi la capacità relativamente piccola dei condensatori C2, C3 impedisce il falso innesco del triac anche con carichi a bassa resistenza . Siamo spiacenti di constatare che gli SCR domestici obsoleti della serie KU208 hanno solo 10 V/μs. Allo stesso tempo, l'induttore L1 e i condensatori C2, C3 formano un filtro antirumore passa-basso. L'induttore deve resistere alla corrente di carico senza saturare il circuito magnetico. Come circuito magnetico, l'autore ha utilizzato un anello con un diametro esterno di 26,5, un diametro interno di 14,5 e uno spessore di 7,5 mm realizzato in polvere di ferro con una permeabilità magnetica di 75. L'avvolgimento contiene 58 spire di filo PEV-2 con un diametro di 1 mm. Questa induttanza è adatta per il funzionamento con carichi fino a 1 kW. Quando si utilizza l'SCR KU208G, il numero di spire dell'induttore dovrebbe essere ridotto a 40. I condensatori C2 e C3 devono essere del tipo X1 o X2 (questa è la designazione internazionale dei condensatori), specificatamente destinati al collegamento tra i fili di rete; sono in custodie realizzate in materiale plastico autoestinguente, che previene gli incendi possibili dovuti alla rottura dei condensatori. Sul corpo di un condensatore di questo tipo dovrebbe essere indicata la sua tensione nominale di 250VAC, che corrisponde all'utilizzo in una rete a corrente alternata (AC = alternate current, cioè corrente alternata). Inoltre, sugli alloggiamenti devono essere presenti i simboli dei laboratori di prova che hanno testato questo tipo di condensatore e lo hanno ritenuto idoneo all'uso in reti a corrente alternata. Le custodie dei buoni condensatori sono solitamente disseminate di questi segni perché sono state testate in molti laboratori. Come ultima risorsa, invece di un condensatore del tipo X1 o X2, è possibile utilizzare un condensatore a film metallico o a carta con una tensione nominale di almeno 400 V. Autore: A.Kuznetsov, Mosca
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