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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Régulateur de puissance Triac. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Régulateurs de puissance, thermomètres, stabilisateurs thermiques Un contrôleur électronique compact qui vous permet de modifier en douceur et sur une plage assez large la luminosité des filaments de lampes à incandescence, la puissance d'un radiateur électrique domestique ou la vitesse de rotation de l'arbre d'un moteur à courant alternatif peut être réalisé même par une radio peu expérimentée. amateur. Après tout, le dispositif proposé est basé sur une solution technique familière à beaucoup grâce aux publications d'analogues précédents et à une solution technique éprouvée : un triac avec contrôle économique utilisant la méthode de phase-impulsion. De plus, le schéma électrique est complété par une topologie de circuit imprimé minutieusement développée précisant l'emplacement des éléments d'installation. Et les composants radio utilisés dans la conception sont assez courants. Parmi les avantages, il faut également noter l'utilisation de microcircuits CMOS, qui permettent de réduire le courant consommé par le système de contrôle dans tous les modes à un minimum de 1,5 mA et donc de ne pas le déconnecter complètement du réseau. Et le remplacement d'un interrupteur à bascule standard par un bouton de petite taille, situé avec un indicateur LED à proximité de la charge, augmente la commodité de l'allumer et de l'éteindre. Bien sûr, ce n’est pas encore idéal. Tous les éléments logiques des microcircuits ne sont pas impliqués dans le fonctionnement. Les entrées inutilisées doivent être connectées à un fil « commun ». La quasi-totalité du circuit est alimentée par une source de courant continu collectée en VD1-VD3, C2, C4 et C5. De plus, le condensateur C2 agit comme une réactance d'amortissement. Les diodes VD1, VD2 forment un redresseur double alternance dont la tension est maintenue à 10 V par la diode Zener VD3 et lissée par la capacité totale C4 et C5. Le condensateur C4 shunte principalement le bruit haute fréquence provenant du réseau électrique domestique, mais n'est pas supprimé par « l'électrolyte » de grande capacité en raison de son inductance parasite importante inhérente. La prochaine fonctionnalité de cette alimentation est directement liée aux triacs. Après tout, la majorité de ces dispositifs semi-conducteurs caractéristiques peuvent être ouverts (à une tension « positive » à l'anode) par des impulsions de n'importe quelle polarité fournies à l'électrode de commande par rapport à la cathode, et à une tension « moins » Ua - uniquement des impulsions négatives. . Par conséquent, la borne positive de la source d'alimentation en question est connectée uniquement à la cathode du triac et des impulsions négatives seront formées sur l'électrode de commande à une tension de n'importe quelle polarité au niveau de l'anode. Pour comprendre l'essence, il serait utile de rappeler que la méthode phase-impulsion vous permet de réguler la puissance dans la charge en modifiant la partie du demi-cycle de la tension secteur pendant laquelle le triac laisse passer le courant. Cela signifie que pour que l'appareil fonctionne correctement, il faut tout d'abord identifier le début de chaque alternance (qui correspond à la tension instantanée du réseau, égale ou proche de zéro), puis dans un délai de 10 ms ( la durée de l'alternance de la tension du réseau avec une fréquence de 50 Hz) pour générer une impulsion. Et plus tôt nous ouvrirons le triac, plus la puissance sera libérée vers la charge. Le générateur d'impulsions d'une fréquence de 100 Hz est monté sur les éléments VT1, VT2, R3, R4, R7. Avec l'apparition d'un alternance positive sur le fil réseau supérieur (selon le schéma), une tension de polarité « d'ouverture » est appliquée à la jonction émetteur du transistor \/T1. La triode semi-conductrice devient effectivement ouverte, et son Uk se rapproche de Ue. La chute de tension aux bornes de la résistance R3 s'approche de 1 V de la jonction d'émetteur ouverte du transistor VT1, de sorte que la jonction d'émetteur « polarisée en inverse » du transistor \/T2 ne traverse pas. Avec un demi-cycle négatif, les triodes semi-conductrices changent de rôle. La résistance R4 limite le courant traversant les bases des transistors. Et R7, étant une charge de collecteur \/T1 et VT2, fixe un potentiel nul à l'entrée 1 de l'élément logique DD1.1 (avec triodes semi-conductrices fermées).
Aux moments où le réseau est proche de zéro, aucun courant ne circule dans les transistors mentionnés ci-dessus, car la chute de tension aux bornes de la résistance R3 n'est pas suffisante pour les déverrouiller. Cela signifie que Uk s'avère être égal à la tension à la borne négative de la source d'alimentation. Il en résulte de courtes impulsions négatives correspondant au début de chaque demi-cycle du réseau. Lorsqu'elle est allumée, l'entrée 2 du DD1.1 a un niveau de tension élevé. Par conséquent, les impulsions négatives arrivant à la première entrée sont inversées par l'élément logique et, à travers l'émetteur suiveur (transistor \/T5), chargent le condensateur C8 presque à la tension de la source d'alimentation. Décharge par la chaîne R8R9 et \/T4. Lorsque la tension chute jusqu'au seuil, les éléments DD1.2, DD1.3 commutent. Le « déclin », provenant de l'élément DD1.3, est différencié par le circuit C9R12 et, sous la forme d'une impulsion d'une durée d'environ 12 µs, devient passant (par l'intermédiaire de l'inverseur DD1.4 et du transistor \/T6, qui fonctionne comme amplificateur de courant) triac VS1. La résistance variable R9 régule la durée de décharge du condensateur C8, ce qui signifie qu'elle change au moment où le triac est allumé et la tension efficace à la charge. La capacité du condensateur C9 détermine la durée de l'impulsion d'ouverture du triac, la résistance R12 fixe le potentiel à l'entrée de l'élément logique DD1.4. Quant à la diode Zener VD6, elle assure un démarrage fiable de l'appareil. L'onduleur DD2.1 et le déclencheur DD3.1 sont utilisés pour assembler l'unité de commutation permettant d'allumer et d'éteindre le régulateur. À partir du même nœud, les signaux de commande sont envoyés vers d'autres parties du circuit. Le transistor VT4 sert à allumer la charge en douceur et les éléments DD2.2, DD2.3 ainsi que VT7 et VD5 assurent l'éclairage des boutons. Lors de la première mise sous tension de l'appareil ou après une panne de courant, la chaîne C3R2 génère une impulsion positive à l'entrée R de l'élément logique DD3.1, le mettant à l'état zéro, dans lequel la charge est éteinte. Remplissant les fonctions d'un déclencheur en T, DD3.1 est sensible aux chutes de tension positives à l'entrée C. Chaque fois qu'une telle chute se produit, cet élément logique change d'état à l'opposé. La chaîne R1C1 supprime le rebond de contact et la résistance R1 qu'elle contient définit le potentiel souhaité à l'entrée de l'onduleur DD2.1. Appuyer sur l'un des boutons SB provoque une chute de tension positive à la sortie de cet élément, faisant passer le déclencheur DD3 à l'état unique. Le signal de haut niveau résultant va vers DD1.1, permettant son fonctionnement. Cela crée des conditions favorables pour charger le condensateur C6 à 10 V via la résistance R6. La résistance du canal du transistor VT4 diminue progressivement et après 5 à 7 s elle atteint son minimum. Mais le canal du transistor VT4 est connecté en série avec la résistance R9 dans le circuit de décharge du condensateur C8, et avec une augmentation de la tension à la grille de VT4, la puissance dans la charge augmentera progressivement jusqu'au niveau fixé par la résistance R9. La résistance R10 crée la polarisation de grille négative minimale pour éteindre complètement le régulateur lorsque la résistance R9 a une résistance nulle. La nécessité d'une telle tension de polarisation est due au fait qu'après la mise sous tension de l'appareil, il ne devrait plus y avoir de temps pour qu'une situation d'urgence se produise lorsque la charge est toujours hors tension, et le condensateur C7 agit comme un shunt de tension alternative pour la résistance. R10, en l'excluant du circuit de décharge du C8 précité. Un niveau bas de la sortie inverse du déclencheur ferme VT3 et interdit la commutation des inverseurs DD2.2, DD2.3. Le niveau du transistor VT7 reste élevé et la LED VD5 ne s'allume pas. La prochaine pression sur l'un des boutons SB fait passer à nouveau le déclencheur à l'état zéro. Le "0" logique de la sortie 13 du déclencheur interdira la commutation de l'élément DD1.1, sa sortie sera mise à un niveau haut. Par conséquent, le transistor VT6 sera constamment ouvert, le condensateur C8 sera chargé et la charge elle-même (par exemple, une lampe électrique) sera mise hors tension. Une unité logique provenant de la sortie 12 du déclencheur via la résistance de limitation de courant R6 ouvrira le transistor VT3, à travers lequel le condensateur C6 se déchargera rapidement, ce qui garantira que l'appareil est prêt pour une nouvelle mise sous tension. Un niveau haut aux entrées 13 et 9 des éléments logiques DD2.2, DD2.3 leur permettra de laisser passer les impulsions négatives des transistors VT1, VT2. Ces impulsions ouvrent brièvement le transistor VT7 et la LED s'allume. La résistance R13 limite le courant moyen traversant VD5 (afin de ne pas surcharger l'alimentation, sinon la tension qu'elle produit commencera à chuter). Presque tout le régulateur fait maison (à l'exception des connecteurs, du fusible, du triac et de la LED) est monté sur un circuit imprimé en fibre de verre simple face. Les transistors VT1, VT2, VT7 peuvent être en silicium de faible puissance, mais doivent avoir une structure pnp, avec un coefficient de transfert de courant supérieur à 100. Presque les mêmes exigences pour le choix de VT3, VT6, à l'exception de la structure elle-même. Elle est là p-pn. Une triode semi-conductrice de la série KT5 (avec n'importe quelle lettre d'index à la fin) est acceptable comme VT201. Vous pouvez également utiliser des transistors au silicium de faible puissance de structure np-p, garantissant un tel remplacement en activant VD4 (sur la figure, cela est mis en évidence par un contour en pointillés). La diode protégera la jonction de l'émetteur contre les claquages dus à la tension inverse, qui apparaît après la désactivation du transistor VT5. À la place du VT4, tous les transistors à effet de champ de la série KP305 fonctionnent aussi bien. Les critères de sélection des autres composants radio ne sont pas non plus très stricts. La diode Zener VT3 ne fait pas exception ici - n'importe quelle diode avec une tension de stabilisation de 10 V fera l'affaire. Diodes des séries KD509, KD510, KD522. Condensateurs : type C5 K50 - 24, K50 - 29 ; C6, C7-K53 ; C3 - n'importe quel oxyde ; C4, C9 - silicium ; C1, C2, C8 - types de films métalliques K70 - K78 (et C2 a une tension de fonctionnement nominale d'au moins 250 V). Une résistance variable – de tout type ; son corps est connecté au fil « positif » du circuit de puissance à des fins de blindage. Résistances fixes - type C2 - 33N, MLT. Quant au fusible FU1, il doit bien entendu correspondre au courant de la charge spécifique. Le débogage de l'appareil revient à sélectionner la résistance R10 en utilisant la méthode suivante (expliquée brièvement). La broche 2 de l'élément DD1.1 est temporairement déconnectée du circuit et connectée à la broche 1. En installant une résistance variable de 10 kOhm au lieu de R100, réduisez sa résistance à zéro. Ils connectent le régulateur triac au réseau et attendent une minute ou deux jusqu'à ce que le condensateur électrolytique C2 soit chargé à une tension nominale de 10 V via le C5 « faible capacité ». En surveillant la forme des impulsions dans la charge à l'aide d'un oscilloscope, augmentez la résistance de la résistance variable - remplacement R10 jusqu'à ce que le triac cesse de s'ouvrir. Ensuite, la charge est activée et désactivée plusieurs fois, en utilisant les éléments de commande disponibles pour garantir que le transistor \/T4, lorsqu'il est correctement déclenché, verrouille de manière fiable VS1. Après cela, la résistance variable est remplacée par une constante et la connexion à la broche 2 du DD1.1 est rétablie selon le schéma. La pratique montre : en installant et en sélectionnant la résistance R11, il est possible d'obtenir que la résistance maximale de la résistance R9, qui fonctionne comme un rhéostat, correspondra à une tension nulle sur la charge. Et afin de minimiser la chute de tension aux bornes du triac lorsque la charge est complètement allumée, il doit être ouvert le plus rapidement possible après le début du demi-cycle. Cela signifie que le générateur d'impulsions pour le passage par zéro de la tension secteur doit produire des impulsions assez courtes. Pour les minimiser, vous devez augmenter la résistance de la résistance R3 et sélectionner R7. Il n'est pas souhaitable de suivre la voie consistant à réduire la note R4 - c'est un gaspillage d'énergie. Et plus loin. Lors de la mise en place et de l'utilisation pratique d'un régulateur triac, il ne faut pas oublier que lorsque l'appareil est connecté au réseau, tout, y compris la résistance variable, est soumis à sa haute tension. Et le courant alternatif 220 V n'est pas une blague, même si le corps de l'appareil électronique fait maison est constitué d'un matériau isolant de haute qualité. Auteur : A. Rudenko
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