主要な電界効果トランジスタの位相パワーレギュレータ。スキーム、説明

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主要な電界効果トランジスタの位相電力レギュレータ。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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通常、相 AC 電力レギュレータはサイリスタまたはトライアックに基づいて構築されます。これらの方式は長い間標準となっており、アマチュア無線家や制作規模の両方で何度も繰り返されてきました。しかし、サイリスタおよびトライアックコントローラ、およびスイッチには、最小負荷電力の制限という重要な欠点が常にありました。つまり、最大負荷電力が 100 ワットを超える一般的なサイリスタレギュレータでは、ワット単位や数分の XNUMX を消費する低電力負荷の電力を適切に調整することができません。

主要な電界効果トランジスタは、そのチャネルの物理的動作が従来の機械的スイッチの動作と非常に似ているという点で異なります。完全に開いた状態では、その抵抗は非常に小さく、数分のXNUMXオームになります。また、閉じた状態では、その抵抗は非常に小さくなります。、漏れ電流はマイクロアンペアであり、これは実際にはカナッペの電圧に依存しません。

そのため、主要な電界効果トランジスタの主要なカスケードは、最大許容電流値までのワット数単位の電力で負荷を切り替えることができます。たとえば、ヒートシンクのない人気の IRFS40 電界効果トランジスタは、キーモードで動作し、電力をほぼ 400 ワットから XNUMX ワットまで切り替えることができます。

さらに、スイッチング FET のゲート電流は非常に小さいため、駆動に必要な静的電力は非常に低くなります。確かに、これは比較的大きなゲート容量によって影が薄くなるため、スイッチをオンにした最初の瞬間には、ゲート電流 (ゲート容量の電荷あたりの電流) が非常に大きくなる可能性があります。これは、ゲートと直列の電流制限抵抗をオンにすることで対処されます。これは、RC ターゲットがこの抵抗とゲート容量で形成されるため、または制御回路の出力がより大きくされるため、キーの速度が低下します。強力な。

パワーレギュレータ回路を図に示します。

主要な電界効果トランジスタの位相パワーレギュレータ

負荷はダイオードブリッジ VD5-VD8 を介して接続されているため、脈動電圧によって電力が供給されます。電気加熱装置（はんだごて、白熱灯）への電力供給に適しています。

脈動電流の負の半波が上向きに「回転」するため、周波数 100 Hz のリップルが得られます。ただし、それらは正、つまり電圧のゼロから正の振幅値までの変化のグラフです。したがって、0%から100%まで調整が可能です。

この回路の最大負荷電力の値は、オープンチャネル VT1 の最大電流 (30 A) によってあまり制限されません。整流ブリッジダイオード VD5 ～ VD8 の最大順電流はいくらですか。 KD209 ダイオードを使用する場合、回路は最大 100 ワットの負荷で動作できます。より強力な負荷 (最大 400 W) で作業する必要がある場合は、KD226G、D などのより強力なダイオードを使用する必要があります。

D1 チップのインバータでは、特定の半波位相でトランジスタ VT1 を開く制御パルスのドライバが作成されます。要素 D1.1 と D1.2 はシュミットトリガーを形成し、残りの要素 D1.3 ～ D1.6 は強力な出力インバーターを形成します。

VT1 がオンになった瞬間に VTXNUMX ゲートの容量を充電するための電流サージによって引き起こされる問題を補償するには、出力をブーストする必要がありました。

VD2 ダイオードによるマイクロ回路の低電圧電源システムは、マイクロ回路の端子 7 と 14 の間に定電圧を生成する実際の電源部分と、主電源電圧フェーズである部分の XNUMX つの部分に分割されます。センサー。以下のように動作します。

主電源電圧は VD5-VD8 ブリッジによって整流され、R6 抵抗と VD9 ツェナーダイオード上のパラメトリックスタビライザーに供給されます。この回路には平滑コンデンサがないため、ツェナーダイオードの電圧は脈動します。

R1-R2-C1 回路は、VD1 ダイオードとともに、コンデンサ C1 の両端間の電圧がシュミットトリガのスイッチング閾値に達する脈動電圧の位相を設定します。この RC 回路の抵抗を変更することで、ネットワーク内の電圧が 8 ～ 10 V の値 (シュミットトリガーのスイッチングしきい値の電圧値) に達した瞬間からのキートランジスタの開放遅延時間を変更します。電源周波数は非常に安定しているため、電源電圧の位相に対するキートランジスタの開放モーメントは、設定抵抗 R1 に対して十分に安定して維持されます。

ダイオード VD1 は、抵抗 R5 とともに、コンデンサ C1 の加速放電のための回路を形成します。これは、主電源電圧の位相がゼロになったときにこのコンデンサが放電されるために必要です。

この場合、シュミットトリガーがゼロ状態に切り替わり、キートランジスタが閉じます。そこで、抵抗R1を調整することでキートランジスタの開放瞬間の位相を変化させ、その時点から振幅値までの期間のみ負荷に電圧を供給します。したがって、位相電力制御が行われます。一般に、原理はサイリスタレギュレータとほぼ同じです。

次に、マイクロ回路の電源についてです。実際には、超小型回路はコンデンサ C2 に蓄えられた電圧によって電力を供給されます。各半波で、このコンデンサはダイオード VD2 を介して充電されます。次に、位相がゼロになると、このダイオードが閉じ、マイクロ回路はコンデンサ C2 の充電によって電力が供給されます。したがって、マイクロ回路の電源電圧は一定で安定しており、リップルの影響を受けません。抵抗器 R1 を除くすべての部品は片面メタライゼーションのプリント基板上にあります。

著者のバージョンは 100W 以下の負荷で動作するように設計されているため、ラジエーターは提供されず、ブリッジ整流器には KD209 ダイオードが使用されていますが、FET は定格負荷電力が 400W であってもラジエーターを必要としません。最大XNUMXワット。しかし、ダイオードはより強力な信号を受信する必要があります。

チップ K561LN2 は K1561LN2 に置き換えることができます。ツェナーダイオード。 D814G は、約 10V の電圧の別のツェナーダイオードに置き換えることができます。

調整プロセス中に、(必要な調整範囲の幅を提供するため) 抵抗器 R2 の抵抗値と (C5 の放電を確実にするため) 抵抗器 R1 の抵抗値を選択する必要がある場合があります。抵抗 R5 はできるだけ大きく選択する必要がありますが、R1 によって設定された最小電力ではトランジスタがまったく開かないようにします。

著者: カパチェフ D.E.

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