トライアック低ノイズパワーコントローラー。スキーム、説明

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低ノイズレベルのトライアックパワーレギュレータです。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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位相制御を備えた Trinistor パワーレギュレータについては、当社の雑誌のページで繰り返し説明されています。しかし、残念なことに、それらの多くは強力な電磁干渉源であり、デバイスの適用範囲が制限されます。海外の家庭用調整器には必ずノイズ抑制フィルターが内蔵されています。さらに、それらが引き起こす干渉のレベルは、特定の国で採用されている厳格な基準を満たさなければなりません。この記事の著者は、これらの規制当局の XNUMX つについて話しています。

位相パルス制御を備えた電力調整器の回路を図に示します。 1. 対称 32V ダイニスタ (VD3) と TIC226M トライアック (VS1) を使用した古典的な回路に従って組み立てられています。主電源電圧の各半波で、コンデンサ C1 は抵抗 R2、R3 を流れる電流によって充電されます。両端の電圧が 32 V に達すると、ディニスタが開き、コンデンサ C1 は抵抗 R4、ディニスタ VD3、およびトライアックの制御電極を介して急速に放電されます。したがって、トライアックの制御は象限 I と III で行われます。トライアックの従来のアノード (図の上側端子 VS1) の電圧が正の場合、制御パルスも正となり、電圧が負の場合、マイナス極性を持っています。

トライアック低ノイズパワーレギュレータ

コネクタ X1 に接続された負荷の電力値は、主電源電圧の各半サイクル中にトライアックがオンになる時間によって決まります。トライアックがオンになる瞬間は、ダイニスターのしきい値電圧と時定数 (R2 + R3)C1 によって決まります。可変抵抗器 R2 の導入部分の抵抗が大きくなるほど、トライアックが閉状態にある時間が長くなり、負荷の電力が少なくなります。図に示されている時定数要素の定格は、出力電力調整のほぼ完全な範囲 (0 ～ 99%) を提供します。

出力電力をかなりスムーズに制御するには、可変抵抗器 R2 がグループ B の特性を持つ必要があります。グループ B の抵抗器でも十分ですが、出力が増加するような方法でオンにする必要があります。ハンドルを反時計回りに回転させると、電力が発生します（つまり、可変抵抗器の抵抗が減少します）。

ダイオード VD1、VD2、抵抗 R1 で形成される回路により、最小限の出力電力でスムーズな調整が保証されます。これがないとコントローラの制御特性にヒステリシスが生じます。たとえば、負荷として使用される白熱灯の明るさは、出力電力が増加すると、ゼロから最大明るさの 3...5% まで急激に変化します。この現象の本質は次のとおりです。抵抗器 R2 の抵抗値が高く、コンデンサ C1 の電圧が 30 V を超えない場合、ダイニスタは主電源電圧の半サイクル全体にわたって開かず、出力電力はゼロになります。この場合、主電源電圧が「ゼロ」を通過するまでに、コンデンサの電圧はゼロ値を持ち、次の半サイクルでコンデンサは時間のかなりの部分で放電されます。抵抗器 R2 の抵抗値が減少すると、コンデンサの電圧がダイニスタ応答しきい値を超え始めた後、コンデンサは半サイクルの終わりに放電され、次の半サイクルですぐに充電を開始します。したがって、新しい半サイクルでは、ディニスターはより早く開きます。ダイオード抵抗チェーンは、主電源電圧が負の半波から正の半波に移行するときにコンデンサを放電し、それによって負荷における電力の突然の初期増加の影響を排除します。

抵抗 R4 は、ジニスタを流れる最大電流を約 0,1 A に制限し、コンデンサ C1 の放電プロセスを遅くします。これにより、負荷の誘導成分が大きい場合でもトライアック VS1 を確実にトリガするのに十分な比較的長いパルス持続時間が確保されます。図に示されている抵抗R4とコンデンサC1の値では、制御パルスの持続時間は130μsです。この時間の大部分では、トライアックの制御電極を介して、どの象限でもトライアックを開くのに十分な電流が流れます。32V トライアックの場合、これは 50 mA に相当します。

対称的な 32V ダイニスタ (VD3) により、トライアックの開き角が主電源電圧の両方の半波で同一になることが保証されます。したがって、説明したレギュレータは主電源電圧を整流しないため、多くの場合、変圧器を介して接続された負荷を制御するために使用することもできます。 32V ディニスタは、図に示すように、異なる構造のトランジスタを使用して組み立てられたアナログに置き換えることができます。 2. ダイオードブリッジ VD4 ～ VD7 はトライアック制御の対称性を確保し、低電力ツェナーダイオード VD8 はアナログの動作しきい値を設定します。トランジスタ VT1 と VT2 は、かなりの (少なくとも 0,1 A) パルスベース電流に耐える必要があります。トランジスタ VT2 のベースの静電流伝達係数は少なくとも 50 です。ブリッジダイオードは少なくとも 0,15 A の直流パルス電流にも耐える必要があります。たとえば、任意の文字インデックスが付いた KD103 シリーズのダイオードが適しています。

トライアック低ノイズパワーレギュレータ

ダイニスタアナログのダイオードとトランジスタの最大許容電圧は、VD30 ツェナーダイオードの安定化電圧より少なくとも 8%、つまり少なくとも 50 V 大きくなければなりません。25 つの低電力ツェナーダイオードを使用して、それらを接続することができます。抵抗 R30 と R7 は、アナログに高温安定性を提供します。

許容電流が 226 A の TIC8M トライアックにより、最大 1 kW の電力で負荷を制御できます。最大 2 kW の負荷の場合、許容電流 15 ～ 16 A のトライアックを使用できます。

TIC226Mトライアックの代わりに国産サイリスタKU208Gを使用することも可能です。ただし、感度はかなり悪くなります。信頼性の高い動作を実現するには、周囲温度 -208°C では少なくとも 250 mA、室温では 60 mA の電流が KU170G サイリスタの制御電極を流れる必要があります。したがって、KU208G SCR を使用する場合は、抵抗 R4 の抵抗を 100 オームに低減し、インダクタ L1 のインダクタンスを 100 μH に低減する必要があります。したがって、ジニスターのアナログのトランジスタとダイオード（図2）は、最大0,3 Aの電流に耐える必要があります。

このようなレギュレータによって生じる干渉レベルは大幅に高くなります。さらに、誘導成分を含む負荷で動作する場合、安定性が低下します。

トライアック VS1 の電圧降下は約 2 V であるため、負荷が 100 W を超える場合は、トライアックを適切なヒートシンクに取り付ける必要があります。負荷が低い場合、レギュレータのプリント基板自体がヒートシンクとして機能することがあります。これを行うには、TO220 ケース内のトライアックをプリント基板のフォイル側に配置し、MZ ネジとナットでねじ込み、面積 3 ～ 5 cm2 のフォイルのセクションを配置する必要があります。トライアック設置場所の下に放置。

アマチュアの設計では、トライアックの代わりにダイオードブリッジとサイリスタが使用されることが多く、コンポーネントのコストと構造のサイズが増加します。このソリューションにより、レギュレータでの電力損失が約 1994 倍になり、許容負荷の範囲が狭まります。さらに、蓄電コンデンサの充電は単極性電圧で行われます。これは、A. Maslov の記事「サイリスタ電力調整器についてもう一度」で正しく指摘されているとおりです (「Radio」、5 年、No. 37、p.XNUMX を参照)。 XNUMX)、設置電力が低いとレギュレータの誤動作につながります。

A. Maslov氏の記事について言えば、サイリスタの電圧上昇率（dV/dt）を低減するために彼が提案した方法は、パルス電流による過負荷によりサイリスタの損傷につながる可能性があることは言うまでもありません。サイリスタを分流するコンデンサの放電電流はいかなる形でも制限されないため、スイッチオンの瞬間に発生します。内部抵抗の低い高品質のコンデンサを使用すると、電流値または電流上昇率 (dV/dt) を超えるとほぼ確実に SCR が破壊されます。この欠点を解消するには、少なくとも 10 オームの抵抗を持つ巻線または体積カーボン抵抗を蓄積コンデンサと直列に接続する必要があります。金属皮膜抵抗器や炭素皮膜抵抗器は、サイリスタがオンになった瞬間の瞬間電力損失が大きいため故障する可能性があるため、この目的には適していません。

上記の電力レギュレータ (図 1 を参照) では、トライアック VS1 の電圧変化率はコンデンサ C2、C3 によって制限され、トライアックが開くときの放電電流はインダクタ L1 によって制限されます。最新のトライアックは、50 ～ 200 V/μs の電圧上昇率、さらには 750 V/μs までの電圧上昇率に耐えることができるため、コンデンサ C2、C3 の静電容量が比較的小さいため、低抵抗負荷でもトライアックの誤ったトリガが防止されます。。残念ながら、KU208 シリーズの廃止された国内 SCR は 10 V/μs しかありません。

同時に、インダクタ L1 とコンデンサ C2、C3 はローパスノイズフィルタを形成します。インダクタは、磁気回路を飽和させることなく負荷電流に耐える必要があります。磁気回路として、透磁率 26,5 の鉄粉でできた外径 14,5、内径 7,5、厚さ 75 mm のリングを使用しました。巻線には、PEV-58 ワイヤが 2 ターン含まれています。直径1mm。このチョークは、最大 1 kW の負荷での動作に適しています。 KU208G SCR を使用する場合、インダクタの巻数を 40 に減らす必要があります。

コンデンサ C2 および C3 はタイプ X1 または X2 (これはコンデンサの国際呼称) でなければならず、特にネットワークワイヤ間の接続を目的としています。ケースには自己消火性プラスチックが使用されており、コンデンサの故障による火災を防ぎます。このタイプのコンデンサの本体には、交流ネットワーク (AC = 交流、つまり交流) での使用に対応する 250VAC の定格電圧が表示されている必要があります。さらに、ハウジングには、このタイプのコンデンサをテストし、交流ネットワークでの使用に適していると判断した試験機関のシンボルが含まれている必要があります。良好なコンデンサのケースには、多くの研究所でテストされているため、通常、これらのマークが散在しています。最後の手段として、タイプ X1 または X2 のコンデンサの代わりに、定格電圧が少なくとも 400 V の金属フィルムまたは紙コンデンサを使用できます。

著者: A.クズネツォフ、モスクワ

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