Тринисторные регулятори потужності з фазовим управлінням неодноразово описувалися на сторінках нашого журналу. Але, на жаль, багато з них є сильними джерелами електромагнітних перешкод, що обмежує область застосування пристроїв. Зарубіжні ж побутові регулятори обов'язково забезпечуються вбудованим помехоподавляющий фільтром. Причому рівень створюваних ними перешкод повинен відповідати жорстким стандартам, прийнятим в тій чи іншій країні. Про одному з подібних регуляторів і розповідає автор статті.
Схема регулятора потужності з фазово-імпульсним керуванням показана на рис. 1. Він зібраний по класичній схемі на симетричному динисторе 32V (VD3) і симисторе TIC226M (VS1). При кожній полуволне мережевої напруги конденсатор С1 заряджається струмом, що протікає через резистори R2, R3. Коли напруга на ньому досягає 32, діністор відкривається і конденсатор С1 швидко розрядиться через резистор R4, діністор VD3 і керуючий електрод симістора. Таким чином, управління сімістором відбувається в квадрантах I і III: коли напруга на умовному аноді симістора (верхній за схемою висновок VS1) позитивне, керуючий теж позитивний імпульс, а при негативному напрузі - негативною полярності.
Значення потужності в навантаженні, підключеного до роз'єму Х1, залежить від того, як довго симистор буде включений протягом кожного напівперіоду мережевої напруги. Момент включення симістора визначається граничним напругою динистора і постійної часу (R2 + R3)C1. Чим більше опір введеної частини змінного резистора R2, тим довший проміжок часу, протягом якого сімістор знаходиться в закритому стані, тим менше потужність в навантаженні. Зазначені на схемі номінали елементів постійної часу забезпечують практично повний діапазон регулювання вихідної потужності - від 0 до 99 %.
Щоб домогтися досить плавного регулювання вихідної потужності, змінний резистор R2 повинен бути з характеристикою групи Б. Підійде і резистор групи В, але тоді його доведеться включити таким чином, щоб збільшення вихідний потужності (тобто зі зменшенням опору змінного резистора) відбувалося при обертанні його ручки проти годинникової стрілки.
Ланцюг, утворена діодами VD1, VD2 і резистором R1, забезпечує плавність регулювання при мінімальній вихідній потужності. Без неї характеристика управління регулятором має гістерезис. Наприклад, яскравість лампи розжарювання, використовуваної в якості навантаження, при збільшенні вихідної потужності змінюється стрибком від нуля до 3...5% від максимальної яскравості. Суть цього явища полягає в наступному. При великому опорі резистора R2, коли напруга на конденсаторі С1 не перевищує 30 В, діністор не відкривається протягом всього напівперіоду мережевої напруги і вихідна потужність дорівнює нулю. При цьому до моменту переходу мережевого напруги через "нуль" напруга на конденсаторі має нульове значення і в наступного полупериоде значну частину часу конденсатор розряджається. Якщо опір резистора R2 зменшувати, то після того, як напруга на конденсатор почне перевищувати поріг спрацьовування динистора, конденсатор буде розряджений в кінці напівперіоду і в наступному полупериоде відразу ж почне заряджатися, тому в новому полупериоде діністор відкриється раніше. Діодно-резисторно ланцюжок розряджає конденсатор при переході мережевого напруги від негативної до позитивної полуволне і тим самим усуває ефект стрибкоподібного початкового збільшення потужності в навантаженні.
Резистор R4 обмежує максимальний струм через діністор приблизно до 0,1 А і уповільнює процес розрядки конденсатора С1. Тим самим забезпечується відносно велика тривалість імпульсу, достатня для надійного запуску симістора VS1 навіть при значній індуктивної складової навантаження. При вказаних на схемі номіналах резистора R4 і конденсатора С1 тривалість імпульсу управління дорівнює 130 мкс. Значну частину цього часу через керуючий електрод симістора протікає струм, достатній для відкривання симістора в будь-якому квадранті - для симістора 32V він відповідає 50 мА.
Симетричний діністор 32V (VD3) забезпечує однаковість кута відкривання симістора в обох полуволнах мережевої напруги. Отже, описуваний регулятор не буде випрямляти мережеве напруга, тому в багатьох випадках може бути застосований навіть для управління навантаженням, підключеною до нього через трансформатор. Діністор 32V можна замінити його аналогом, зібраним на транзисторах різної структури, як це показано на рис. 2. Діодний міст VD4-VD7 забезпечує симетрію управління сімістором, а малопотужний стабілітрон VD8 встановлює поріг спрацьовування аналога. Транзистори VT1 і VT2 повинні витримувати значний (не менше 0,1 А) імпульсний струм бази. Статичний коефіцієнт передачі струму бази транзистора VT2 - не менше 50. Діоди мосту також повинні витримувати прямий імпульсний струм значенням не менше 0,15 А. Придатні, наприклад, діоди серії КД103 з будь-яким буквеним індексом.
Гранично допустима напруга діодів і транзисторів аналога динистора має бути не менш ніж на 30% більше напруги стабілізації стабілітрона VD8, тобто не менше 50 Ст. Можна використовувати два малопотужних стабілітрона, включивши їх послідовно, щоб їх сумарне напруга стабілізації становить 25...30 Ст. Резистори R7 і R8 забезпечують аналогу високу температурну стабільність роботи.
Сімістор TIC226M, допустимий струм якого 8 А, дозволяє управляти навантаженням потужністю до 1 кВт. Для навантажень потужністю до 2 кВт можна використовувати сімістори з допустимим струмом 15...16 А.
Замість симістора TIC226M можна застосувати вітчизняний тріністор КУ208Г. Однак він володіє суттєво гіршою чутливістю. Для надійного спрацьовування через керуючий електрод тріністора КУ208Г повинен протікати струм значенням не менше 250 мА при температурі навколишнього середовища -60°С або 170 мА - при кімнатній. Тому при використанні тріністора КУ208Г опір резистора R4 слід зменшити до 100 Ом, а індуктивність дроселя L1 -до 100 мкГн. Відповідно транзистори і діоди в аналогу динистора (рис. 2) повинні витримувати струми до 0,3 А.
Рівень перешкод, створюваних таким регулятором, буде істотно вище. Крім того, він буде володіти меншою стабільністю при роботі на навантаження з індуктивної складової.
Падіння напруги на симисторе VS1 дорівнює приблизно 2, тому при навантаженні потужністю понад 100 Вт симистор необхідно встановити на відповідний тепловідвід. При меншому навантаженні тепловідводом може служити сама друкована плата регулятора. Для цього симистор в корпусі ТО220 слід покласти на фольговану сторону друкованої плати, пригвинтити його гвинтом МОЗ з гайкою, а під місцем установки симістора залишити ділянку фольги площею 3...5 см2.
В аматорських конструкціях часто замість симістора використовують діодний міст і тріністор, що збільшує вартість компонентів і розміри конструкції. Таке рішення приблизно подвоює втрати потужності в регуляторі і звужує діапазон допустимих навантажень. Крім того, зарядка накопичувального конденсатора відбувається однополярним напругою, що, як вірно підмічено в статті А. Маслова "Ще раз про тринисторном регуляторі потужності" (див. "Радіо", 1994, № 5, с. 37), призводить до збоїв у роботі регулятора при малій встановленої потужності.
Говорячи про статтю А. Маслова, не можна не згадати, що запропонований ним спосіб зниження швидкості наростання напруги на тріністоре (dV/dt) може призвести до псування тріністора через його перевантаження імпульсним струмом в момент включення, оскільки струм розрядки конденсатора, шунтуючого тріністор, ніяк не обмежений. Якщо використовувати високоякісний конденсатор з малим внутрішнім опором, то тріністор майже напевно буде зруйнований перевищенням значення струму або швидкості наростання струму (dV/dt). Щоб усунути цей недолік, потрібно послідовно з накопичувальним конденсатором включити або дротяний об'ємний вуглецевий резистор опором не менше 10 Ом. Металлопленочные і вуглецево-плівкові резистори для цієї мети непридатні, бо можуть вийти з ладу через великий миттєвої потужності, що розсіюється в момент включення тріністора.
В описуваному регуляторі потужності (див. рис. 1) швидкість зміни напруги насимисторе VS1 обмежена конденсаторами С2, C3, а струм їх розрядки при відкриванні симістора - дроселем L1. Сучасні сімістори витримують швидкість наростання напруги 50...200 В/мкс, а деякі навіть до 750 В/ мкс, так що порівняно невелика ємність конденсаторів С2, C3 запобігає помилкові спрацьовування симістора навіть при низькоомних навантажень. З жалем доводиться зазначити, що морально застарілі вітчизняні тріністори серії КУ208 мають тільки 10 В/мкс.
Одночасно дросель L1 і конденсатори С2, C3 утворюють протизавадний фільтр нижніх частот. Дросель повинен витримувати струм навантаження без насичення магнітопровода. Як магнітопровода автор використовував кільце зовнішнім діаметром 26,5, внутрішнім 14,5 і товщиною 7,5 мм з порошкового заліза з магнітною проникністю 75. Обмотка містить 58 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 1 мм. Такий дросель придатний для роботи з навантаженням потужністю до 1 кВт. При використання тріністора КУ208Г число витків дроселя слід зменшити до 40.
Конденсатори С2 і C3 повинні бути типу Х1 або Х2 (це міжнародне позначення конденсаторів), спеціально призначені для включення між мережними проводами; вони - в корпусах з самогасящего пластику, запобігає пожежі, можливі при пробої конденсаторів. На корпусі конденсатора такого типу має бути зазначено його номінальна напруга 250VAC, що відповідає застосування в мережі змінного струму (АС = alternated current, тобто змінний струм). Крім того, на корпусах повинні бути умовні знаки тестових лабораторій, які перевірили даний тип конденсатора і визнали його придатним для використання в мережі змінного струму. Корпуси хороших конденсаторів, як правило, всіяні такими знаками, оскільки вони пройшли випробування в багатьох лабораторіях. В крайньому випадку замість конденсатора типу Х1 або Х2 можна застосувати металлопленочный або паперовий конденсатор на номінальну напругу не менше 400 Ст.
Автор: А. Кузнєцов, р. Москва