Reguladores de potencia de tiristores

Los controladores de potencia de tiristores son uno de los diseños de radioaficionados más comunes, y esto no es sorprendente. Después de todo, cualquiera que haya usado un soldador ordinario de 25 a 40 vatios, su capacidad de sobrecalentamiento es incluso muy conocida. El soldador comienza a humear y silbar, luego, muy pronto, el aguijón estañado se apaga, se vuelve negro. Soldar con un soldador de este tipo ya es completamente imposible.

Y aquí el regulador de potencia viene al rescate, con la ayuda del cual puede establecer la temperatura para soldar con bastante precisión. Debe guiarse por el hecho de que cuando un soldador toca un trozo de colofonia, fuma bien, por lo tanto, medio, sin silbidos y salpicaduras, no muy vigorosamente. Debes centrarte en el hecho de que la soldadura es de contorno, brillante.

Por supuesto estaciones de soldadura modernas Están equipados con soldadores estabilizados térmicamente, pantallas digitales y temperaturas de calentamiento ajustables, pero son demasiado caros en comparación con un soldador convencional. Por lo tanto, con volúmenes insignificantes de trabajo de soldadura, es bastante posible hacerlo con un soldador convencional con un regulador de potencia de tiristores. Al mismo tiempo, la calidad de la soldadura, que puede no ser inmediata, resultará excelente, se logra mediante la práctica.

Otra área de aplicación de los reguladores de tiristores es control de brillo. Dichos reguladores se venden en tiendas de electricidad en forma de interruptores de pared convencionales con un mango giratorio. Pero aquí la emboscada está al acecho del comprador: lámparas modernas de ahorro de energía (a menudo referido en la literatura como lámparas fluorescentes compactas (CFL)) simplemente no quieren trabajar con tales reguladores.

La misma opción impredecible resultará en el caso de regular el brillo de las lámparas LED. Bueno, no están destinados a tal trabajo, y eso es todo: el puente rectificador con un condensador electrolítico ubicado dentro del CFL simplemente no permitirá que el tiristor funcione. Por lo tanto, una "luz nocturna" ajustable con dicho regulador solo se puede crear usando una lámpara incandescente.

Sin embargo, aquí debes recordar sobre transformadores electrónicosdiseñado para alimentar lámparas halógenas, y en diseños de radioaficionados para una variedad de propósitos. En estos transformadores, después del puente rectificador, por alguna razón, aparentemente para ahorrar, o simplemente para reducir el tamaño, no se instala un condensador electrolítico. Es este "ahorro" el que le permite ajustar el brillo de las lámparas utilizando reguladores de tiristores.

Si agota su imaginación, aún puede encontrar muchas más áreas donde se requiere el uso de reguladores de tiristores. Una de estas áreas es la regulación de revoluciones de herramientas eléctricas: taladros, amoladoras, destornilladores, martillos rotativos, etc. etc. Naturalmente, los reguladores de tiristores se encuentran dentro de los instrumentos alimentados por corriente alterna.RelojTipos y disposición de revoluciones de la velocidad del motor del colector..

Todo ese regulador está integrado en el botón de control y es una pequeña caja insertada en el mango del taladro. El grado de presión del botón determina la frecuencia de rotación del cartucho. En caso de falla, toda la caja cambia de inmediato: a pesar de la aparente simplicidad del diseño, dicho regulador no es absolutamente adecuado para la reparación.

En el caso de herramientas que funcionan con corriente continua de baterías, el control de potencia se realiza utilizando transistores mosfet método de modulación de ancho de pulso. La frecuencia PWM alcanza varios kilohercios, por lo que a través del destornillador puede escuchar un chirrido de alta frecuencia. Este chirrido de bobinado del motor.

Pero en este artículo, solo se considerarán los controladores de potencia de tiristores.Por lo tanto, antes de considerar el circuito regulador, debe recordar cómo funciona tiristor.

Para no complicar la historia, no consideraremos el tiristor en la forma de su estructura p-n-p-n de cuatro capas, dibujaremos una característica de voltaje de corriente, sino que simplemente describiremos en palabras cómo funciona, el tiristor. Para empezar, en un circuito de corriente continua, aunque los tiristores casi no se usan en estos circuitos. Después de todo, apagar el tiristor que funciona con corriente continua es bastante difícil. Es lo mismo que detener al caballo.

Sin embargo, las altas corrientes y los altos voltajes de los tiristores atraen a los desarrolladores de varios equipos de CC bastante potentes. Para apagar los tiristores, debe ir a varias complicaciones de los circuitos, trucos, pero en general los resultados son positivos.

La designación de tiristor en los diagramas de circuito se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Tiristor

Es fácil ver que en su designación en los circuitos, el tiristor es muy similar a diodo ordinario. Si se mira, entonces, el tiristor también tiene conductividad unilateral y, por lo tanto, puede rectificar la corriente alterna. Pero solo hará esto si se aplica un voltaje positivo al electrodo de control en relación con el cátodo, como se muestra en la Figura 2. Según la antigua terminología, el tiristor a veces se llamaba diodo controlado. Mientras no se aplique el pulso de control, el tiristor está cerrado en cualquier dirección.

Figura 2

Cómo encender el LED

Aquí todo es muy simple. A la fuente de voltaje de CC 9V (puede usar la batería "Krona") a través del tiristor Vsx conectado LED HL1 con una resistencia limitadora R3. Usando el botón SB1, el voltaje del divisor R1, R2 se puede aplicar al electrodo de control del tiristor, y luego el tiristor se abrirá, el LED comenzará a brillar.

Si ahora suelta el botón, deja de mantenerlo presionado, entonces el LED debería continuar iluminado. Una presión tan breve sobre el botón se puede llamar impulso. La presión repetida e incluso repetida de este botón no cambiará nada: el LED no se apagará, pero no brillará más ni se atenuará.

Presionado - liberado, y el tiristor permaneció abierto. Además, esta condición es estable: el tiristor estará abierto hasta que las influencias externas lo eliminen de este estado. Este comportamiento del circuito indica el buen estado del tiristor, su idoneidad para trabajar en un dispositivo en desarrollo o reparación.

Pequeño comentario

Pero a menudo ocurren excepciones a esta regla: se presiona el botón, se enciende el LED y, cuando se suelta el botón, se apaga, como si nada hubiera pasado. ¿Y cuál es el problema, qué hiciste mal? ¿Quizás el botón no se presionó lo suficiente o no fue muy fanático? No, todo se hizo con bastante conciencia. Es solo que la corriente a través del LED resultó ser menor que la corriente de retención del tiristor.

Para que el experimento descrito sea exitoso, solo necesita reemplazar el LED con una lámpara incandescente, luego la corriente será mayor o elija un tiristor con una corriente de retención más baja. Este parámetro para tiristores tiene una dispersión significativa, a veces incluso es necesario seleccionar un tiristor para un circuito específico. Además, una marca, con una letra y desde una caja. Los tiristores importados, que se han preferido recientemente, son algo mejores con esta corriente: es más fácil de comprar y los parámetros son mejores.

Cómo cerrar un tiristor

Ninguna señal aplicada al electrodo de control puede cerrar el tiristor y apagar el LED: el electrodo de control solo puede encender el tiristor. Existen, por supuesto, tiristores bloqueables, pero su propósito es algo diferente a los controladores de potencia banales o interruptores simples. Un tiristor convencional solo puede apagarse interrumpiendo la corriente a través de la sección ánodo-cátodo.

Esto se puede hacer al menos de tres maneras. Primero, desconecta estúpidamente todo el circuito de la batería. Recuerde la Figura 2. Naturalmente, el LED se apagará.Pero cuando se vuelve a conectar, no se encenderá solo, ya que el tiristor ha permanecido cerrado. Esta condición también es sostenible. Y para sacarlo de este estado, encender la luz, solo presionar el botón SB1 ayudará.

La segunda forma de interrumpir la corriente a través del tiristor es simplemente tomar y acortar los terminales del cátodo y el ánodo con un puente de alambre. En este caso, toda la corriente de carga, en nuestro caso es solo un LED, fluirá a través del puente, y la corriente a través del tiristor será cero. Después de quitar el puente, el tiristor se cerrará y el LED se apagará. En experimentos con esquemas similares, las pinzas se usan con mayor frecuencia como un puente.

Suponga que en lugar de un LED en este circuito, habrá una bobina de calentamiento suficientemente potente con alta inercia térmica. Entonces resulta casi listo regulador de potencia. Si el tiristor se cambia de tal manera que la espiral se enciende durante 5 segundos y se apaga durante la misma cantidad de tiempo, se asigna un 50 por ciento de potencia en la espiral. Si, durante este ciclo de diez segundos, el encendido toma solo 1 segundo, entonces es obvio que la espiral liberará solo el 10% del calor de su potencia.

Con aproximadamente tales ciclos de tiempo, medidos en segundos, el control de potencia de microondas funciona. Simplemente usando un relé, la radiación de RF se enciende y apaga. Los controladores de tiristores funcionan a la frecuencia de la red eléctrica, donde el tiempo se mide en milisegundos.

La tercera forma de apagar el tiristor

Consiste en reducir el voltaje de carga a cero, o incluso invertir la polaridad del voltaje de suministro. Esta es precisamente la situación obtenida cuando los circuitos de tiristores reciben una corriente sinusoidal alterna.

Cuando la sinusoide pasa a través de cero, cambia su signo al opuesto, por lo que la corriente a través del tiristor se vuelve menor que la corriente de retención, y luego es completamente igual a cero. Por lo tanto, el problema de apagar el tiristor se resuelve como si fuera solo.

Controladores de potencia de tiristores. Regulación de fase

Entonces, el asunto se deja a los pequeños. Para obtener el control de fase, solo necesita aplicar un pulso de control en un momento determinado. En otras palabras, el pulso debe tener una cierta fase: cuanto más cerca esté del final del semiciclo de la tensión alterna, menor será la amplitud de la tensión en la carga. El método de control de fase se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Regulación de fase

En el fragmento superior de la imagen, el pulso de control se aplica casi al comienzo de la media onda de la sinusoide, la fase de la señal de control es cercana a cero. En la figura, esta vez es t1, por lo que el tiristor se abre casi al comienzo del medio ciclo, y se asigna una potencia cercana al máximo en la carga (si no hubiera tiristores en el circuito, la potencia sería máxima).

Las señales de control en sí mismas no se muestran en esta figura. Idealmente, son pulsos positivos cortos en relación con el cátodo, que se aplican en una cierta fase al electrodo de control. En los esquemas más simples, esto puede ser un voltaje linealmente creciente obtenido al cargar un condensador. Esto se discutirá a continuación.

En el gráfico promedio, el impulso de control se aplica en la mitad del medio ciclo, que corresponde al ángulo de fase Π / 2 o al tiempo t2, por lo tanto, solo la mitad de la potencia máxima se asigna en la carga.

En el gráfico inferior, los pulsos de apertura se aplican muy cerca del final del medio ciclo, el tiristor se abre casi antes de que tenga que cerrar, de acuerdo con el gráfico, este tiempo se indica como t3, por lo que la potencia en la carga se asigna insignificante.

Circuitos de conmutación de tiristores

Después de una breve revisión del principio de funcionamiento de los tiristores, probablemente pueda traer varios circuitos reguladores de potencia. Aquí no se ha inventado nada; todo se puede encontrar en Internet o en revistas de radio antiguas. El artículo simplemente proporciona una breve descripción general y descripción del trabajo circuitos reguladores de tiristores. Al describir el funcionamiento de los circuitos, se prestará atención a cómo se utilizan los tiristores, qué circuitos de conmutación de tiristores existen.

Como se dijo al comienzo del artículo, el tiristor rectifica un voltaje alterno como un diodo normal. Resulta la rectificación de media onda. Érase una vez, a través de un diodo, se encendieron lámparas incandescentes en los huecos de las escaleras: había una pequeña luz que deslumbraba en mis ojos, pero luego las lámparas se queman muy raramente. Lo mismo sucede si el atenuador se realiza en un tiristor, solo aparece la posibilidad de regular un brillo ya insignificante.

Por lo tanto, los controladores de potencia controlan ambos semiciclos de la tensión de red. Para esto, se aplica la conexión contra-paralela de tiristores, triacs o la inclusión de un tiristor en la diagonal del puente rectificador.

Para mayor claridad de esta declaración, consideraremos más a fondo varios circuitos de controladores de potencia de tiristores. A veces se llaman reguladores de voltaje, y cuyo nombre es más correcto, es difícil de resolver, porque junto con la regulación de voltaje, la potencia también está regulada.

El regulador de tiristores más simple

Está diseñado para regular el poder del soldador. Su circuito se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Esquema del controlador de potencia de tiristores más simple

Para regular la potencia del soldador, a partir de cero, no tiene sentido. Por lo tanto, podemos limitarnos a regular solo un medio ciclo de la tensión de red, en este caso, positivo. El semiciclo negativo pasa sin cambios a través del diodo VD1 directamente al soldador, lo que garantiza su potencia media.

El medio ciclo positivo pasa a través del tiristor VS1, permitiendo la regulación. El circuito de control de tiristores es extremadamente simple. Estas son las resistencias R1, R2 y el condensador C1. El condensador se carga a través del circuito: el cable superior del circuito, R1, R2 y el condensador C1, carga, el cable inferior del circuito.

Un electrodo de control de tiristores está conectado al terminal positivo del condensador. Cuando el voltaje a través del condensador se eleva al voltaje de encendido del tiristor, este último se abre, pasando a la carga un semiciclo positivo del voltaje, o más bien parte de él. El condensador C1 se descarga naturalmente, preparándose así para el próximo ciclo.

La velocidad de carga del condensador se regula mediante una resistencia variable R1. Cuanto más rápido se cargue el capacitor al voltaje de apertura del tiristor, antes se abrirá el tiristor, la mayor parte del semiciclo positivo del voltaje ingresará a la carga.

El circuito es simple, confiable, es bastante adecuado para un soldador, aunque regula solo la mitad del voltaje de la red. Un diagrama muy similar se muestra en la Figura 5.

Figura 5. Controlador de potencia de tiristores

Es algo más complicado que el anterior, pero le permite ajustar de manera más suave y precisa, debido al hecho de que el circuito de generación de pulso de control está ensamblado en un transistor de doble base KT117. Este transistor está diseñado para crear generadores de pulso. Más, al parecer, no es capaz de nada más. Se utiliza un circuito similar en muchos controladores de potencia, así como en el cambio de fuentes de alimentación como un controlador para un impulso de activación.

Tan pronto como el voltaje a través del condensador C1 alcanza el umbral del transistor, este último se abre y aparece un pulso positivo en el pin B1, abriendo el tiristor VS1. La resistencia R1 puede ajustar la velocidad de carga del condensador.

Cuanto más rápido se cargue el capacitor, cuanto antes aparezca el impulso de apertura, mayor será el voltaje suministrado a la carga. La segunda media onda de la tensión de red pasa a la carga a través del diodo VD3 sin cambios. Para alimentar el circuito generador de impulsos de control, se utiliza un rectificador VD2, R5, un diodo Zener VD1.

Aquí puede preguntar, y cuando se abre el transistor, ¿cuál es el umbral? La apertura del transistor ocurre en un momento en que el voltaje en su emisor E excede el voltaje en la base de B1. Las bases B1 y B2 no son equivalentes, si se intercambian, el generador no funcionará.

La Figura 6 muestra un circuito que le permite ajustar ambos semiciclos de voltaje.

Figura 6

El diagrama es un atenuador. La tensión de red se rectifica mediante el puente VD1-VD4, después de lo cual se suministra la tensión de ondulación a la lámpara EL1, tiristor VS1, y a través de las resistencias R3, R4 a los diodos zener VD5, VD6, desde los cuales se alimenta el circuito de control. El uso de un puente rectificador en el circuito permite la regulación de semiciclos positivos y negativos utilizando solo un tiristor.

El circuito de control también se realiza en un transistor de dos bases KT117A. La resistencia de carga R6 cambia la velocidad de carga del condensador de temporización C2, lo que hace que cambie la fase de la señal de control del tiristor.

Se puede hacer una pequeña observación sobre este circuito: la corriente en la carga consiste solo en los semiciclos positivos de la red obtenidos después del puente rectificador. Si se requiere obtener las partes positivas y negativas del sinusoide en la carga, es suficiente, sin cambiar nada en el circuito, encender la carga inmediatamente después del fusible. En lugar de la carga, simplemente instale un puente. Tal circuito se muestra en la Figura 7.

Figura 7. Esquema del controlador de potencia de tiristores

El transistor KT117 es un invento de la industria electrónica soviética y no tiene análogos extranjeros, pero si es necesario, puede ensamblarse a partir de dos transistores de acuerdo con el circuito que se muestra en la Figura 8. De repente, alguien se comprometerá a ensamblar un circuito similar, ¿dónde puedo obtener un transistor de este tipo?

Figura 8

En los circuitos mostrados en las figuras 6 y 7, el tiristor se usa en combinación con un puente de diodos. Esta inclusión hace posible, con la ayuda de un tiristor, controlar ambos medios períodos de tensión alterna. Pero al mismo tiempo, aparecen 4 diodos adicionales, lo que generalmente aumenta las dimensiones de la estructura.

Continuación del artículo: Controladores de potencia de tiristores. Circuitos con dos tiristores.

Boris Aladyshkin