Мікросхеми КР1182ПМ1 - ще одне рішення задачі регулювання потужності високовольтних потужних навантажень. Мікросхеми можна застосовувати для плавного включення і вимикання електричних ламп розжарювання і зміни яскравості світіння, для керування більш потужними напівпровідниковими перемикаючими приладами для регулювання частоти обертання електричних двигунів. Прилади виготовлені за эпитаксиальной технології з ізоляцією діелектриком.
З особливостей регулятора слід відзначити його здатність обмежувати потужність в навантаженні при досягненні гранично допустимої температури корпусу приладу.
Регулятор КР1182ПМ1 оформлений в пластмасовому корпусі загальноєвропейської конструкції POWEP-DIP (12+4). Це шестнадцативыводный корпус (рис. 1) з метричним кроком висновків, у якого висновки 4, 5 і 12, 13 залишені вільними. Механічно і електрично ці висновки об'єднані і призначені для відведення тепла від кристала. Крім цих, не використані також висновки 1, 2, 7, 8. Маса приладу - не більше 1,5 р.
На ранніх стадіях освоєння мікросхеми у виробництві її випускали в безкорпусному варіанті і в широко розповсюдженому європейському корпусі DIP16.
На рис. 2 показана принципова схема регулятора і типова схема його включення. Мікросхема складається з двох тринисторов, зібраних кожен за схемою транзисторного аналога тріністора (VT1, VT2 та VT3, VT4) і включених зустрічно-паралельно, і вузла керування (VT5-VT17). Вихід вузла управління пов'язаний з керуючими висновками тринисторов розділовими діодами VD6, VD7.
Вузол керування живиться від діодного моста, підключеного по змінному напругою до мережевих висновків 14, 15 і 10, 11 мікросхеми. Конфігурація моста дещо відрізняється від традиційної (рис. 3). Резистори R3 і R6 грають роль баластних.
Зовнішні конденсатори С1, С2 забезпечують необхідну затримку включення тринисторов на кожній полуволне мережевої напруги відносно моменту його переходу через "нуль". Ці конденсатори також не дозволяють тринисторам відкриватися в момент подачі напруги мережі.
Вузол управління, в свою чергу, складається з стабілізованого джерела живлення на транзисторах VT7-VT9, генератора струму на транзисторах VT11, VT12, який заряджає зовнішній времязадающий конденсатор C3, перетворювача напруга-струм на транзисторах VT13-VT15 і "струмового дзеркала" VT16-VT17. На транзисторі VT10 і резистора R5, R7 зібрано пристрій теплового захисту мікросхеми.
На рис. 2 як приклад показана схема зовнішньої ланцюга управління - елементи C3, R1, SB1 - для використання регулятора в пристрої плавного включення і виключення освітлювальної лампи EL1. Регулятор потужності працює наступним чином. При подачі напруги тріністори VT1, VT2 та VT3, VT4 закриті. На сайт управління від джерела живлення надходить напруга живлення 6,3 В і він виробляє певний вихідний струм Івих (ток колектора транзистора VT17).
Припустимо, що в поточний момент на об'єднаних висновках 14, 15 позитивне напруга мережі, а на 10, 11 - негативне. Вихідним струмом сайту управління мікросхеми через діод VD7 буде заряджатися затримує конденсатор С2. Через деякий час напруга на цьому конденсаторі збільшиться до рівня, при якому відкриється тріністор VT1, VT2.
З цього моменту і до кінця напівперіоду через навантаження - лампу EL1 - буде протікати струм, а випрямний міст, що живить вузол керування, виявиться шунтированным відкритим тріністором. Конденсатор С1 залишається розрядженим.
Після зміни полярності напруги починається зарядка конденсатора С1 і з такою ж затримкою відкриється тріністор VT3, VT4. Конденсатор С2 протягом цього напівперіоду швидко розрядиться через резистор R1 і транзистор VT5.
На рис. 4 зображені часові діаграми напруги на конденсаторах С1 і С2. Суцільними лініями показані описані вище процеси, відповідні деякого проміжним значенням вихідного струму вузла керування. Видно, що відкривання тринисторов відбувається при напрузі на конденсаторах С1, С2, що дорівнює 0,7 В. Форма напруги на навантаженні показана на рис. 4,р.
Затримка включення тринисторов в секундах щодо початку напівперіоду дорівнює tзад=0,7С2/Івих, де 0,7 В - граничне напруга відкривання тринисторов; С2=С1 - ємність затримують конденсаторів (в микрофарадах); Івих - вихідний струм (в микроамперах) вузла керування.
Якщо змінювати вихідний струм вузла керування, буде змінюватися затримка включення тринисторов в кожному полупериоде мережевої напруги, а отже, і потужність, виділяється в навантаженні. На рис. 4 це проілюстровано жирними штриховими лініями. При мінімальному значенні вихідного струму Івих min затримка повинна перевищувати половину періоду.
У перші кілька напівперіодів після подачі на регулятор (рис. 2) мережевого напруги розряджений времязадающий конденсатор C3 замикає висновки 3 і 6 мікросхеми подібно дротяної перемичкою, тому вихідний струм Івих=Івих min. Однак, оскільки генератор струму на транзисторах VT11, VT12, резисторі R8 і діод VD8 забезпечує випливає стабільний струм через 6 висновок, конденсатор C3 плавно заряджається.
Це призводить до збільшення напруги на базі транзистора VT14, з-за чого транзистор VT15 починає відкриватися. У результаті вихідний струм сайту управління збільшується, затримка включення тринисторов в кожному наступному полупериоде зменшується - яскравість світіння лампи EL1 плавно збільшується від нуля до максимуму.
Якщо замкнути контакти вимикача SB1, конденсатор C3 буде розряджатися через резистор R1, а яскравість лампи - спадати до повного згасання. Струм розрядки конденсатора повинен бути не більше струму заряджання з боку висновку 6 мікросхеми.
Основні технічні характеристики при Токр.ср=25°С
Споживаний струм, мА, не більше, при комутованому напрузі 400 В і напрузі керуючого входу (вив. 6)
нульовий
6
2
5 Напруга насичення відкритого тріністора, В, не більше, при струмі навантаження 0,5 А 2 Вхідний витікаючий струм керуючого входу, мкА, при нульовому напрузі на ньому і комутованому напрузі 100 В 40...150 Вихідний струм вузла управління тріністором, мА, при комутованому напрузі 100 В і напрузі керуючого входу
нульовий, не більше
3
6
0,2
0,15...0,9
0,4...1,2 Струм витоку керуючого входу, мкА, не більш, при напрузі на ньому 6 В і нульовому напрузі комутованому 30 Частота напруги, Гц 40...70 Тепловий опір, °С/Вт, не більше
кристал-тепловідвідні висновки
кристал-навколишнє середовище
14
80 Робочий інтервал температури навколишнього середовища, °С -40...+70 Температура зберігання, °С -55...+150
Гранично експлуатаційні значення
Напруга мережі (діюче значення), 80...276 Найбільший струм навантаження, А 1,2 Найбільша потужність навантаження, Вт 150 Розсіюється потужність, Вт, не більше, при температурітепловідвідних висновків 90°С
навколишнього середовища 70°С
4
1 Найбільша напруга статичного електрики, 500
Відсутність активного закривання тринисторов мікросхеми дозволяє використовувати її для регулювання потужності індуктивного навантаження, оскільки після переходу фази мережевої напруги через "нуль" відповідний тріністор залишиться відкритим до повного припинення струму через навантаження.
Для того, щоб забезпечити нормальну роботу регулятора потужності, необхідно визначити мінімальний і максимальний вихідний струм вузла управління мікросхеми. Так, для затримки відкривання тринисторов на 10 мс при ємності С1=С2=1 мкФ і пороговому початковому напрузі 0,7 В згадана формула дає значення мінімального вихідного струму близько 70 мкА.
На рис. 5-9 представлені основні графічні залежності експлуатаційних характеристик мікросхем серії КР1182ПМ1. Залежність напруги насичення тринисторов мікросхеми від струму навантаження зображена на рис. 5; на цьому та інших малюнках заштрихована зона технологічного розкиду. На рис. 6 і 7 показано залежно споживаного струму і струму управління тринисторами від напруги на керуючому вході мікросхеми (вив. 6).
Рис. 8 показує, як залежить споживаний мікросхемою струм від значення комутованого напруги, а на рис. 9 зображені температурні характеристики напруги насичення тринисторов і струму управління ними.
Основна схема включення регулятора КР1182ПМ1 представлена на рис. 2. При розімкнутих контактах вимикача SB1 подачею напруги лампа EL1 плавно включається, після розмикання - плавно гасне.
Змінюючи ємність времязадающего конденсатора C3 від 20 до 100 мкФ, можна змінювати час включення від десятих часток секунди (візуально плавність непомітна, але нитка лампи буде захищена від надмірно великого кидка струму) до 1...2 с. Час виключення встановлюють підбором резистора R1 в межах від до 47 Ом кількох килоом.
На рис. 10 показана схема ручного регулятора потужності лампи розжарювання, електропаяльника або частоти обертання побутового вентилятора. Тут мережевий вимикач SA1 бажано поєднати з регулятором рівня потужності - резистором R1, причому контакти SA1 повинні роз'єднуватися після установки движка резистора R1 в положення мінімального опору, що відповідає вимикання навантаження. В цьому положенні слід включати регулятор в мережу.
Мікросхеми КР1182ПМ1 допускають паралельне включення двох і більше приладів. Це дозволяє збільшити вихідну потужність регулятора. Так, пристрій, схема якого зображена на рис. 11, може працювати з навантаженням Rн потужністю до 300 Вт. Кількість навісних елементів при паралельному включенні мікросхем залишається колишнім.
Легко бачити, що тріністори обох регуляторів DA1 і DA2 відкриваються напругою, формованим мікросхеми DA2. Керуючі висновки 6 і 3 всіх додаткових регуляторів замикають.
При значній потужності навантаження може виявитися, що конструкція вимикача SA1, поєднаного з регулювальним резистором R1, не розрахована на такий великий струм. В цьому випадку доведеться дещо змінити схему, перенісши вимикач регулятора в ланцюг управління, як зображено на рис. 11 штриховими лініями.
Зауважимо, що в новому схемному варіанті регулятор вимкнений, коли контакти SA1 замкнуті (а не розімкнуті, як у вихідному). Включати такий регулятор в мережу необхідно при замкнутих контактах SA1 і в положенні мінімального опору регулювального резистора R1. Перед вимкненням навантаження бажано зменшити до мінімуму потужність на ній, встановивши движок резистора R1 у верхнє за схемою положення.
Рішучого збільшення потужності навантаження (до 1 кВт) можна домогтися введенням в регулятор потужного дискретного симістора VS1 (рис. 12).
При використанні регулятора КР1182ПМ1 для керування яскравістю ламп розжарювання необхідно пам'ятати, що опір холодної спіралі лампи майже в 10 разів менше, ніж розжареним. З-за цього амплітудне значення струму в момент включення мережевої лампи потужністю 150 Вт може досягати 10 А. Конструкція мікросхеми допускає такий струм протягом лише одиниць мікросекунд, тоді як розігрівання спіралі триває кілька напівперіодів мережевої напруги.
При рекомендованих номіналах зовнішньої ланцюга управління розжарювання для плавного включення і вимикання лампи розжарювання (див. рис. 2) струм через лампу потужністю 150 Вт за весь процес її включення не перевищує 2...2,5 А.
Автор: А. Нєміч, Брянськ р.