Регулятор момента отпирания силовых приборов

Texas Instruments CD4070B

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 UУПР тиристор до момента окончания полуволны питающего напряжения UВХ переключится в проводящее состояние. На нагрузку поступает отрезок полуволны питающей тиристор синусоиды UВЫХ. 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.

Принцип работы тиристорного регулятора мощности.
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.

Схема регулятора момента отпирания силовых приборов.
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.

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.
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.

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

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments CD4070B
Купить CD4070B на РадиоЛоцман.Цены
5 предложений от 5 поставщиков
CMOS Quad Exclusive-OR and Exclusive-NOR Gate
Варта
Россия
CD4070B
Texas Instruments
14,81 ₽
МосЧип
Россия
CD4070B/
Harris
по запросу
TradeElectronics
Россия
CD4070B----CALLREP
Harris
по запросу
T-electron
Россия и страны СНГ
CD4070B
Texas Instruments
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • А для чего смещается задний фронт?
  • По рисунку 4.Мне кажется - не удачная схема! Пульсирующее напряжение "Uвх 10 В" в том виде, что изображено на рисунке, вряд ли получится - из-за конденсатора С1. Резистор R1 не может быть большим, но даже не в этом дело. Его нужно заменить на разделительный диод, или установить дополнительно последовательно. А лучше делитель R2R3 запитать от специального полумоста, плечи которого подключить ко входам выпрямительного моста VD1-VD4.
  • всё правильно - диод забыли ...
  • [url]https://www.rlocman.ru/forum/images/attach/gif.gif[/url] Выставляем 10в пульсирующего на входе данной схемы ... крутим R3 и мы уже регулируем угол открывания тиристора переключая первый логический элемент только тогда , когда наряжение на входе - больше опорного , выставленого R3 ... Диод нужен как разделитель потенциалов ... не более того ... Куда ты решил ещё один последовательно прилепить по пходу или параллельно ... неясно вообще !!! Поставь инвертор и получим симфазное управление ... Дальше начинаются тяжко-мутные роды ... пригодные разве что в формировании трёх фаз что-ли ... полевиками ... Потому как открытие тиристора при максимуме питающей амплитуды ... та ещё задачка ...
  • Вы смотрИте рис. 4, а не рис. 2. Замечание ДонКихота правильное - между R1 и С1 нужен разделительный диод.
  • Давай посчитаем ... чтоб выставлять 10 вольт ... нам после моста надо , положим 22 вольта ... ток стабилитрона начальный ... пусть 10 мА ... Тогда гасящий резистор поимеет номинал 1к2 ... а делитель на входе будет сажать эти 8мА от ёмкости назад ... В НОЛЬ ! Да и[COLOR=Red] схеме на рисунке 2 ... переход через ноль - близко не нужен !!! ...[/COLOR]
  • [b]Цигун[/b] прав, никакой диод между R1 и С1 не нужен. Напряжение с делителя R2,R3 (рис. 4) подаётся на высокоомный вход, значит этот делитель тоже может быть высокоомным и он не будет существенно влиять на напряжение на С1.
  • На рис. 4 указано переменное напряжение питания 12v. Откуда вы взяли 22 вольта в своем расчете? На х.х. (без стабилитрона) на С1 (рис. 4) будет 17 вольт. При токе стабилитрона 10 ма гасящий резистор нужен 700 ом. Напряжение на С1 через R1 даст 10 вольт постоянной составляющей на делителе R2/R3 вместо пульсаций 17 в от моста. У делителя R2/R3 нет номиналов, также, как и у R1 (рис.2)- с чего вы взяли, что делитель будет сажать в ноль?
  • Сатир, речь о влиянии постоянки от С1 обратно через R1 на делитель R2/R3, а не наоборот: на делителе нужно пульсирующее напряжение.
  • Как раз напряжение 10 вольт на заряженном С1 влияет на напряжение на делителе. Не мог предположить, что кто-то так возбудится из-за моего замечания! Это обычные схемотехнические решения, применяемые для формирования стробирующих импульсов вблизи прохождения напряжения через ноль. Цитата: "[I]На вход регулятора с мостового выпрямителя подаются полупериоды напряжения питающей сети положительной полярности[/I]". Из-за электролитического конденсатора С1 (см. рисунок 4 !!!), заряженного до напряжения 10 вольт, мгновенное значение напряжения в точке соединения резисторов R1 и R2 никогда не будет следовать за синусоидой на "низковольтном" участке (поскольку активные диоды выпрямителя закроются) и не опустится до нуля ни при каких величинах R1-R3. Т.е., изображенной на схеме 4 "двойной полусинусоиды" не получится. А будут "вспышки" длительностью примерно 6 мс с частотой 100 Гц. Прохождение через ноль фиксировать не получится, на осциллограмме "в самом интересном месте" будут практически горизонтальные участки по 4 мс, напряжением меньше 10 вольт (зависит от сопротивлений делителя). С моста выходит напряжение амплитудой около 16 вольт (12 х 1,41 = 16,9 минус падение напр. на двух диодах). Мгновенное напряжение 10 вольт достигается в фазе 38 градусов (арксинус (10/16)) из 90, т.е. 2 мс на подъеме; и столько же будет на спаде. СТАРИК прав, плюсик! (Я сам в строю уже полвека)
  • [b]ДонКихот[/b],[b]STARIK1950[/b], согласен с вами. Полного профиля синусоиды не получится.
  • Действительно, на рис. 4 последовательно с резистором R1 следует включить диод. Тогда схема на рис. 4 будет работать в соответствии с описанием. Пример элементов схемы: 5 диодов 1N4001 (или иных любых), стабилитрон BZB84-C10, С1 - 220 мкФ, С2 -100 нФ, R1 300 Ом, R2 1 кОм, R3 1,6 кОм, сопротивление нагрузки порядка 10 кОм. P.S. Без дополнительного диода схема, рис. 4, в принципе тоже может работать, но при условии, что R2+R3<
  • А с чего вы взяли ... что я не могу поставить для этого нужные мне номиналы ??? Также неясно какой потенциал на первой ноге микры ... от средней ноги R5 ... Но ... присмотритесь на рис.3 ... проведите проекции наконец-то от графиков импульса ... до графика полупериода ... так что очень может быть что ваши 38 градусов туда не взлетают ... Ничего вы не доказали ... а я вас тоже переубеждать не собираюсь ...
  • От Цигуна: "А с чего вы взяли ... что я не могу поставить для этого нужные мне номиналы ???" Здесь обсуждается представленная схема, а не ваша.
Полный вариант обсуждения »