В схемах управления тиристорными регуляторами напряжения обычно используется какое-нибудь устройство, которое быстро открывается, как только напряжение на времязадающем конденсаторе превысит некоторый порог. Таким образом формируется импульс, отпирающий тиристор. В качестве такого порогового устройства может быть использована лавинообразно отпирающаяся транзисторная схема, но часто ее приходится настраивать, что затрудняет изготовление тиристорного регулятора. Вероятно, наиболее простой схема управления тиристором получается, если для формирования отпирающих импульсов использовать динистор. На момент написания этой статьи (лето 2006) одним из наиболее распространенных и недорогих динисторов оказался прибор DB3. Этот прибор выпускается несколькими предприятиями, данные приборов DB3 и список производителей можно найти на www.alldatasheet.com. Приборы DB3 попадались мне в тиристорных регуляторах мощности, также они применяются для запуска преобразователей напряжения в “электронных трансформаторах” (высокочастотный преобразователь для питания низковольтных ламп накаливания от сети 220V) и “компактных люминесцентных лампах” (лампах дневного света c встроенным в цоколь пускорегулирующим устройством типа импульсного источника питания).

Прибор DB3, если пользоваться русскоязычной терминологией можно назвать симметричным динистором. На английском языке его называют “Bidirectional Trigger Diode” или “Diac”. Разные фирмы-производители в своих описаниях называют этот прибор по-разному.

Вольтамперная характеристика прибора DB3 представлена на рис. 1.

Рис. 1. Вольтамперная характеристика приборов семейства DB3, DB4 (из описания фирмы SGS-Thomson)

Типовое значение напряжения пробоя V_BO приборов DB3 32V. Заметим, что приборы DB3 имеют некоторый разброс напряжения пробоя (28V-36V по данным SGS-Thomson). Выпускаются также приборы с другими напряжениями пробоя, например, DB4. Вольтамперная характеристика практически симметрична (SGS-Thomson допускают разброс ± 3V). Приборы DB3 и подобные могут выпускаться в корпусах как для обычного, так и для поверхностного монтажа (см. рис. 2).

Рис. 2. Корпуса приборов DB3 и подобных

В своих конструкциях я использовал приборы DB3 в корпусах DO-35 для обычного монтажа, т. к. они оказались удобнее для применения в условиях радиолюбительской лаборатории.

Схема простого выпрямителя с тиристорным регулятором напряжения и осциллограммы, характеризующие ее работу приведены на рис. 3. Выходное напряжение этого выпрямителя можно регулировать почти от нуля до 40V/

Рассмотрим работу схемы на рис. 3. Напряжение со вторичной обмотки силового трансформатора выпрямляется мостом VD1-VD4. Пульсирующее напряжение с моста поступает

1. Через тиристор оптрона VU1 и диод VD7 в нагрузку.
2. Через диод VD5 на схему управления.
3. Через делитель R1 R2 на базу транзистора VT1.

Схема управления питается от той же обмотки силового трансформатора и того же моста, что и нагрузка. Поскольку для питания схемы управления нужно постоянное, а не пульсирующее напряжение, в схеме используется конденсатор C2, сглаживающий пульсации.

Времязадающая цепочка, определяющая время задержки импульса, отпирающего тиристор относительно начала полупериода, а, значит, и выходное напряжение регулятора состоит из сопротивлений R4, R5 и конденсатора C1. Конденсатор C1 заряжается через R4 и R5 до того момента, когда напряжение на нем достигнет напряжения пробоя динистора VD6. (В данном устройстве прибор DB3 используется не как симметричный, а как обычный динистор.) Когда VD6 пробивается, происходит разряд конденсатора C1 через светодиод оптрона VU1. Сопротивление R6, шунтирующее светодиод оптрона, устраняет действие наводок на динистор VD6. Без сопротивления R6 схема будет работать, но от помех, например, от прикосновения аноду светодиода VU1, динистор может срабатывать не вовремя. После того, как динистор VD6 сработает первый раз после начала полупериода, в схеме может произойти еще несколько колебаний до конца полупериода, что является нормальным.

Чтобы схема управления вырабатывала импульс с заданной задержкой после начала каждого полупериода, в моменты когда мгновенное значение пульсирующего напряжения на выходе моста близко к нулю, конденсатор C1 принудительно разряжается схемой на транзисторах VT1 и VT2. Сопротивления делителя R1 и R2 подобраны таким образом, что в моменты, когда мгновенное значение пульсирующего напряжения, поступающего с моста VD1-VD4 близко к нулю, транзистор VT1 запирается. При этом ток, протекающий через сопротивление R3 поступает в базу транзистора VT2. Транзистор VT2 отпирается и разряжает конденсатор C1. Схема была испытана c транзисторами КТ608 и КТ815, причем какой-либо подстройки после замены не потребовалось. Также я пробовал нагревать транзисторы VT1 и VT2 пока рука терпеть могла, схема нормально работала и при повышенной температуре.

Конденсаторы C3 и C4 сглаживают пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке. Диод VD7, сопротивления R7 и R8 обеспечивают нормальный запуск тиристора независимо от мгновенного значения напряжения на конденсаторах C3 и C4, что позволяет отпирать тиристор раньше половины полупериода пульсирующего напряжения и получать наибольшее выходное напряжение, которое можно получить от данного силового трансформатора без риска возникновения в схеме паразитных колебаний. Сопротивление R4 выбрано такой величины, что при верхнем по схеме положении движка R5 импульс, отпирающий тиристор вырабатывается чуть раньше половины полупериода пульсирующего напряжения.

В схеме использован тиристорный оптрон ТО125-10. Для управления этим оптроном на его светодиод нужно подавать ток порядка 100mA. Этот оптрон был выбран поскольку имеет малый ток удержания, благодаря чему оказалось возможным применить относительно высокоомные сопротивления R7 и R8, т. е. уменьшить бесполезные потери мощности на этих сопротивлениях. Даже при наибольшем напряжении на выходе схемы оптрон нагревался слабо (едва теплый на ощупь).

Регулятор, собранный по схеме рис. 3. имеет существенный недостаток – его выходное напряжение сильно зависит от напряжения сети. Поэтому был разработан более совершенный регулятор со стабилизацией выходного напряжения. Схема на рис. 3 имеет также и такой недостаток, что напряжение питания схемы управления (на положительной обкладке конденсатора С2) лишь немного превосходит напряжение пробоя динистора VD6, поэтому применить стабилизатор напряжения питания схемы управления или стабилизатор тока вместо R4 и R5 сложно.

Чтобы получить повышенное напряжение для питания схемы управления от той же обмотки силового трансформатора, от которой питается нагрузка (чтобы можно было использовать трансформатор с одной вторичной обмоткой), можно применить дополнительный выпрямитель. Так в литературе [Electronique Practicue, Paris, №66, p. 105] приводится схема дополнительного выпрямителя, позволяющая получить напряжение U_a, вдвое большее, чем напряжение U_p на выходе основного выпрямителя (см. рис. 4).

Схема стабилизированного выпрямителя с тиристорным регулятором напряжения приведена на рис. 6. Здесь дополнительный выпрямитель дает напряжение +95V, из которого при помощи стабилитронов VD11-VD14 и сопротивления R4 получается стабилизированное напряжение +51V. Влияние изменений напряжения сети на работу времязадающей цепочки в значительной степени ослаблено по сравнению со схемой рис. 3.

Рассмотрим регулирование и стабилизацию выходного напряжения выпрямителя. На времязадающую цепочку C4R6 напряжение подается с коллектора транзистора VT3, поэтому открывая или закрывая этот транзистор можно изменять скорость заряда конденсатора C4, а, значит, время задержки между началом полупериода и моментом открывания тиристора VU1. Для увеличения входного сопротивления с транзистором VT3 включен VT4 (они образуют составной транзистор). Часть выходного напряжения тиристорного регулятора через делитель R10R11 поступает на базу этого составного транзистора. Стабилизация выходного напряжения происходит следующим образом. Если выходное напряжение регулятора по каким-либо причинам увеличится, открываются транзисторы VT3 и VT4, напряжение на их коллекторах падает, конденсатор C4 начинает заряжаться медленнее, увеличивается время задержки открывания тиристора относительно начала полупериода и выходное напряжение падает. Сопротивление R8 и конденсатор C5 подобраны таким образом чтобы обеспечить устойчивую работу стабилизатора.

Фильтр L1C7 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Можно обойтись и без этого фильтра, но тогда пульсации выходного напряжения могут оказаться слишком большими.

Из недостатков стабилизированного выпрямителя рис. 6. отметим следующий. Поскольку схема стабилизации выходного напряжения работает не мгновенно, после включения выпрямителя в сеть он некоторое время (менее 1S) на нагрузку подается максимальное напряжение. Поэтому данный выпрямитель нельзя использовать с нагрузкой, чувствительной к перенапряжению без дополнительного быстродействующего стабилизатора. Уменьшить этот недостаток можно по-другому включив конденсатор в цепи обратной связи (см. рис. 7).

Рис. 7.

Выпрямитель, собранный по схеме рис.7 некоторое время (порядка 1S) после включения не подает никакого напряжения на нагрузку, а затем выходное напряжение быстро устанавливается в соответствии с положением R10. В момент включения конденсатор C5 разряжен и напряжение на времязадающую цепочку R6 C4 и динистор VD9 не подается. Затем, по мере заряда конденсатора С5 возрастает напряжение, питающее времязадающую цепочку, уменьшается время задержки между началом полупериодов и моментом открывания тиристора и выходное напряжение плавно возрастает. Таким образом, выпрямитель по схеме рис. 7. намного безопаснее в эксплуатации. Однако необходимо помнить, что любые случайные всплески напряжения на тиристоре (например, помехи из сети питания или прикосновение металлическим предметом к выводам тиристора) могут привести к случайным отпираниям тиристора в неподходящие моменты времени и, следовательно, к всплескам напряжения на нагрузке. Поэтому даже с тиристорным регулятором по схеме рис. 7. желательно использовать быстродействующий стабилизатор или фильтр.

У схемы рис. 7. выходное напряжение в диапазоне от 4 до 30V мало зависит от тока нагрузки и от колебаний напряжения сети на ± 10%. При помощи R10 может быть установлено выходное напряжение до 40V, но при напряжениях выше 30V выходное напряжение стабилизируется хуже.

А. Федюков fedjukov@mail.ru http://www.fedjukov.narod.ru/