Регулятор момента отпирания силовых приборов

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2019

Михаил Шустов, г. Томск

Приведена схема устройства, предназначенного для управления работой силовых приборов – тиристоров. Регулятор позволяет синхронно с полупериодами питающего напряжения в пределах полупериода плавно перемещать положение импульса управления и регулировать его ширину.

Полупроводниковые приборы силовой электроники, к которым можно отнести тиристоры и симисторы, используют для регулирования или перераспределения мощности, выделяемой в цепи нагрузки.

Принцип действия тиристорных регуляторов общеизвестен. На Рисунке 1а приведен один из вариантов работы такого регулятора. При подаче на вход управления (управляющий электрод тиристора) синхронных импульсов управления U_УПР тиристор до момента окончания полуволны питающего напряжения U_ВХ переключится в проводящее состояние. На нагрузку поступает отрезок полуволны питающей тиристор синусоиды U_ВЫХ. При смещении управляющего импульса по шкале времени t влево или вправо в пределах полуволны синусоиды питающего напряжения отрезок полуволны, пропускаемый тиристором, расширяется или сужается, обеспечивая тем самым регулирование мощности, выделяемой в нагрузке.

Рисунок 1.	Принцип работы тиристорного регулятора мощности.

На Рисунке 2 приведена схема регулятора момента отпирания силовых приборов – тиристоров, MOSFET и т.д. Устройство синхронно с поступлением полупериодов входного напряжения питающей сети вырабатывает регулируемый по ширине импульс управления, который можно плавно перемещать по оси времени в пределах длительности полупериода.

Рисунок 2.	Схема регулятора момента отпирания силовых приборов.

Устройство (Рисунок 2) работает следующим образом. На вход регулятора с мостового выпрямителя подаются полупериоды напряжения питающей сети положительной полярности. На входе логического элемента DD1.1 CD4070BD потенциометром R3 установлено стартовое напряжение, величина которого ниже напряжения переключения логического уровня элемента DD1.1. Входное напряжение, поступая на вход логического элемента DD1.1, суммируется с ранее установленным на нем напряжением и переключает состояние на выходе этого элемента с состояния «логический нуль» на состояние «логическая единица» на время действия входного полупериода напряжения. Конденсатор С1 предназначен для небольшого затягивания заднего фронта выходного импульса.

Напряжение уровня логической единицы с выхода элемента DD1.1 через цепочку из резистора R8 и сдвоенных потенциометров R9.1, R9.2 заряжает конденсатор С2 по экспоненциальному закону. После окончания действия импульса этот конденсатор мгновенно разряжается через диод VD2. Подстроечным резистором R6 устанавливают начальное смещение на нижней обкладке конденсатора С2. Параллельно движкам потенциометров R9.1 и R9.2 подключен подстроечный резистор R11 и входы логического элемента DD1.2 «Исключающее ИЛИ». В процессе заряда конденсатора С2 напряжения логических уровней на входах элемента DD1.2 последовательно пробегает значения 0 – 0, 0 – 1, 1 – 1. Соответственно сигнал на выходе элемента DD2.1 в эти моменты времени приобретает значения 0, 1, 0, формируя импульс управления.

Рисунок 3.	Динамика электрических процессов в различных точках устройства: а) входной сигнал частотой 100 Гц; б) регулирование положения выходного сигнала прямоугольной формы в пределах полупериода входного сигнала; в) регулирование ширины выходного импульса в пределах 0…1 мс.

Перемещение движков сдвоенных потенциометров R9.1, R9.2 позволяет плавно перемещать положение выходного импульса по шкале времени t в пределах длительности полупериода входного сигнала (Рисунок 3). Регулировка подстроечного резистора R11 позволяет регулировать ширину этого импульса в пределах от 0 до 1 мс.

Рисунок 4.	Вариант схемы формирования входных сигналов и, одновременно, схемы питания устройства.

Возможный вариант организации питания регулятора момента отпирания силовых приборов и формирования входных сигналов показан на Рисунке 4.

1. Datasheet Texas Instruments CD4070B