Управление тиристорами микроконтроллером
САЙТ КРЫЛОВА ПАВЛА | |||||||
|
|||||||
|
Источник: altay-krylov.ru
- Мощный резонансный блок питания на FAN7621. LLC resonant power supply
- Изготовление качественных печатных плат при помощи термотрансферной бумаги методом ЛУТ
- Вертушка Вега ЭП-110. Учим старую собаку новым трюкам
- Параметры всех трансформаторов ТАН, ТН, ТА, ТПП, ОСМ, ТВК, ТС, ТНВС, ТП, ТПГ, ТПК. Справочник в MS Excel [v.121312, 1543шт.]
- Двухтактный ламповый усилитель на 6П3С по мотивам Нобу Шишидо
- Усилитель для наушников Джона Л. Худа в классе А на базе клона китайского клона
- Аудиоусилитель Радиотехника У-101. Возвращение к жизни
- Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-4. Токовая помпа Хоуленда. Подписка на платы!
- Изучаем резонанс. Часть 2. Импульсный БП для лампового усилителя
- Двухтактный ламповый усилитель с фиксированным смещением на 6Н1П + 6П36С
- Аудио ЦАП DAC. Поделки начинающего цапостроителя. Часть 17. Универсальный ЦАП на три источника на базе пары PCM1794
- Оснастка Лазеро Кипятильной Технологии для изготовления печатных плат. Вы ещё не кипятите? Тогда мы идём к вам!
- Двухполярный блок питания из готовых китайских модулей dc-dc step down LM2596
- Травление печатных плат — чистое и безопасное. Рецепт с лимонной кислотой и перекисью водорода
- 6Э5П, 6Н8С + 6Н13С. Два ламповых усилителя для высокоомных наушников с импульсным источником питания
- Настольная лампа в стиле "Steampunk". Подарок лучшему другу
- Догоним STAX! Электростатические звукоизлучатели для наушников
- Универсальный ламповый звукоусилительный комплект: фонокорректор, PP/SE, ORTO, схемы и чертежи
- Простой ламповый стереоусилитель 6Н2П+6П14 в корпусе усилителя "Радиотехника У-101"
- Фильтр питания на полевом транзисторе для лампового усилителя
- Ламповый аудиокомплекс начинающего. Восемь вариантов включения ламп + АС с чертежами
- Хэдамп Crystal cMoy. Пособие в картинках для начинающих литейщиков акрила
- Измерения переменного напряжения звуковой частоты мультиметрами М-832
- Корпус усилителя мощности своими руками
- Предварительный аудиоусилитель: схема, плата, технология изготовления корпуса и карданных регуляторов
- Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-3. Усилитель в режиме ИТУН
- Переделка компьютерного блока питания под зарядное устройство в подробностях
- Пошаговая инструкция по навесному монтажу лампового усилителя МАИ на 6Ф3П для начинающих
- Новое рождение 50АС-106 или на что способны советские динамики
- Мощный однотактный ламповый аудиоусилитель на ГУ-50
- Вторая жизнь лампового радиоприемника Philips 592LN (Голландия, 1947). Часть 1
- Сверлильный станок для печатных плат на базе механизмов дисковых приводов
- Настольная дисковая циркулярная пила. Еще один станок в домашнюю мастерскую
- Инвертор Pure sine wave на базе контроллера EG8010 (модуль EGS002). Чистый синус 220V из аккумулятора
- Стрелочный индикатор на микроконтроллере Attyny13: «показометр» для вашего усилителя
- Простой зарядник для литиевых аккумуляторов
- Разбираемся с катушками, наводим порядок с хвостами и концами
- Восстановление ламповых панелей
- Улучшение динамиков 10 ГДШ-1-4 (10 ГД-36К) и новая АС закрытого типа
- Усилитель для наушников на специализированной микросхеме TPA6120
- Гонка форматов 16/44, 24/192, … в поисках верного звучания. Винил, пленки, кассеты, компакт-диски и т.д.
- Ламповый усилитель «Покемон»: 6Н23П + 6П14П на одной плате и в тонком корпусе
- Тестер ёмкости автомобильного аккумулятора (ATmega8A + LM2575). Готовимся к зиме
- Небольшой мастер-класс по изготовлению корпуса лампового усилителя
- Полный усилитель на микросхемах. Часть 1. Усилитель мощности звуковой частоты на TDA2006, TDA2030, TDA2040, TDA2050, LM1875
- «Chandelier» — ламповый усилитель на 6С19П, 6Н6П, 6Н1П с особенным выходным каскадом
- Стабилизированный лабораторный блок питания 0-30В 0,002-3А
- Слово на букву "з" или Как оторвать ваше аудио от земли (by Bruno Putzeys)
- Гальваническая развязка от сети 220 V из старого бесперебойника
- Лабораторный блок питания с ампер-вольтметром на базе компьютерного БП (0-30В, 11А max)
Источник: datagor.ru
В данной статье приводится несколько схемных решений и описываются алгоритмы позволяющие микропроцессору управлять внешней нагрузкой при помощи тиристорных ключей.
Иногда необходимо, что бы микропроцессорное устройство управляло мощными электроприборами, получающими питание от сети переменного напряжения 220В. Например, нагревательными элементами, моторами, соленоидами, лампами уличного освещения и т.д. Для решения подобной задачи необходимо создать мощную схему управления, преобразующие сигналы стандартных логических уровней в сигналы управления цепями высокой мощности. Вторая проблема, которую нужно решить при создании подобных схем: это гальваническая развязка цепей микроконтроллера и управляемых им цепей 220В. Без такой развязки эксплуатация подобного устройства станет слишком небезопасной. Решение проблемы зависит от того, каким способом необходимо управлять нагрузкой. Если требуется просто ее включать и выключать, то с задачей может справиться небольшой транзисторный ключ, управляющий обмоткой электромагнитного реле. Если же нужно не просто включать и выключать, а еще и регулировать мощность, то без тиристорного ключа тут не обойтись.
Ключевые схемы
Рассмотрим несколько вариантов возможных решений. Один из таких вариантов приведен на рисунке 1.
В схеме используется даже не тиристор, а мощный семистор TC106-10. Этот семистор позволяет коммутировать нагрузку до 10 ампер. Для справки: семистор отличается от тиристора тем, что он работает с обоими полупериодами переменного напряжения, то есть, в открытом состоянии он пропускает как положительную, так и отрицательную полуволны. Для гальванической развязки цепей микроконтроллера и силовых цепей нагрузки используется оптодинистор АОУ103Б. Для того, что бы не создавать лишней нагрузки на выход микроконтроллера для управления светодиодом фотодинистора используется ключ на транзисторе КТ361. Что бы отключить нагрузку от источника питания 220В микроконтроллер должен выставить на своем выходе (в данном случае на выходе PB4 сигнал логической единицы. При этом ключ VT1 закрывается, ток через светодиод фотодинистора не течет, и семистор тоже закрыт. Когда нужно включить нагрузку, микроконтроллер устанавливает на своем выходе логический ноль. Транзистор VT1 открывается, светодиод фотодинистора зажигается и освещает динистор. Динистор начинает открываться в каждом полупериоде напряжения. Через диодный мостик, обозначенный, как VD1 динистор подключен к управляющему электроду семистора VS1. Поэтому в каждом полупериоде семистор тоже открывается и на нагрузку поступает полное напряжение питания. Диодный мостик VD1 необходим потому, что динистр может работать лишь в одном направлении. Он открывается только тогда, когда на его верхнем по схеме выводе плюс а на нижнем минус. В обратном направление динистор не открывается. Если подключить динистор к семистору напрямую, то и семистор тоже сможет пропускать лишь одну из полуволн питающего напряжения. В качестве мостика VD1 можно применить любой маломощный мостик либо составить его из четырех диодов КД522Б. Светодиод HL1 служит просто для индикации включения нагрузки.
На рисунке 2 приведен второй вариант схемы управления тиристором. Эта схема отличается от предыдущей отсутствием диодного мостика. Вместо этого в схеме используются сразу два оптодинистора U1 и U2. Светодиоды обеих фотодинисторов включены последовательно и управляются от микроконтроллера через эмитерный повторитель на транзисторе VT1. Динисторы же включены встречно параллельно. При этом один из них работает при положительной полуволне, а второй при отрицательной. В остальном работа схемы аналогична предыдущему примеру. Отличие лишь в том, что для включения нагрузки микроконтроллер должен установить на своем выходе высокий логический уровень, а для выключения низкий. То есть, можно сказать, что схема на рис. 1 инвертирующая, а схема на рис. 2 неинвертирующая.
В заключении нужно сказать, что развитие элементной базы дает нам новые возможности в постороении схем управления мощной нагрузкой в сети 220В. Теперь разработчик имеет в своем распоряжении такой новый элемент, как мощный оптодинистор, который с успехом заменяет пару: тиристор-оптодинистор и позволяет построить более простые и надежные схемы. Подробнее об этом читайте в статье «Управление оптодинистором».
Плавная регулировка мощности
Если необходимо не просто включить или выключить нагрузку, а плавно регулировать ее мощность, то приведенные выше схемы так же подойдут для этого. Нужно только изменить алгоритм управления. Существует два метода плавной регулировки. Мы опишем их чуть ниже. Оба метода используют синхронизацию микроконтроллера с фазой колебаний переменного напряжения сети. Для синхронизации нам необходимо сформировать и подать на микроконтроллер сигнал, по которому он сможет определять начало и конец каждого полупериода. Схема блока питания, имеющего цепи формирующие подобный сигнал приведена в статье «Схема блока питания»
Сигналы «+» и «-» сформированные этими цепями необходимо подать на вход встроенного компаратора. В нашем случае это выводы 12 и 13 (AIN0, AIN1).
Метод фазового регулирования
Это стандартный способ управления тиристором. Состоит он в выборе момента открытия тиристора относительно начала фазы текущего полупериода питающего напряжения. Этот процесс иллюстрирует следующий рисунок:
Фазовый метод регулирования
На рисунке приведена форма сигнала на нагрузке при разных значениях времени задержки. Алгоритмм регулирования состоит в том, что сначала контроллер ожидает начала очередного полупериода. Обнаружив начало полупериода, контроллер запускает внутренний таймер. По окончании задержки, формируемой таймером контроллер выдает запускающий сигнал на выход, управляющий тиристорным регулятором. Тиристор открывается и напряжение поступает на нагрузку. Важно, что бы управляющее напряжение было снято с тиристора до окончания текущего полупериода. В этом случае, как только сетевое напряжение достигнет нуля, тиристор закроется а с началом следующего полупериода процесс отсчета времени повторится снова. В зависимости от выбранной длительности задержки отдаваемая в нагрузку мощность будет различной. Так при малом времени задержки (t1) мощность максимальна. При t2 в нагрузку отдается ровно половина возможной мощности, а при t3 мощность минимальна.
Метод исключения отдельных полупериодов
Главным недостатком предыдущего метода является большой уровень электромагнитных помех, излучаемых тиристорным ключем в процессе работы. Подобная схема будет сильно мешать рядом работающему телевизору или радиоприемнику, создавая помехи на экране и по звуку. Большой уровень помех обусловлен тем, что включение тиристора происходит в момент, когда мгновенное значение сетевого напряжения находится вблизи его амплитуды. Крутые фронты достаточно большого уровня напряжения и создают большое количество помех. Выходом является второй метод регулирования. Он состоит в том, что включение тиристора всегда происходит в самом начале полупериода, когда напряжение переходит через ноль и, если полупериод пропускается в нагрузку, то весь полностью. Регулировка же мощности производится путем исключения отдельных полупериодов. Этот процесс показан на следующем рисунке:
Метод исключения полупериода
На рисунке мы видим, что все полупериоды с первого по пятый тиристор беспрепятственно открывается. Затем, во время прохождения шестого полупериода сигнал управления с тиристора снимается и напряжение на выход не поступает. В начале седьмого полупериода сигнал управления опять включается. Для реализации подобного метода разрабатываются целые схемы исключения полупериодов. Например, берется последовательность из десяти полупериодов. Для того, что бы получить мощность в 50%, пять полупериодов пропускают в нагрузку, а остальные пять не пропускают. Затем все повторяется, каждые 10 полупериодов. Причем не обязательно исключать полупериоды подряд. Можно разбросать включенные полупериоды по всему этому отрезку. Для получения 10% мощности из 10 придется оставить только один полупериод. А для 70% нужно оставить 7 а исключить три. Ну и так далее…
Недостатком такого способа является то, что подобным образом затруднительно регулировать мощность свечения электрической лампы. Лампа будет заметно мерцать. Но для регулировки мощности нагревательного элемента этот способ является самым оптимальным.
Источник: cxema.my1.ru
Тиристором называется четырёхслойный полупроводниковый прибор, состоящий из последовательно чередующихся областей p- и «-типов проводимости. До 1979 г. тиристоры называли тринисторами. С появлением ГОСТ 20859.1-79, а затем ГОСТ 20859.1-98 классификация изменилась следующим образом:
• триодные тиристоры или, сокращённо, тиристоры;
• тиристоры-диоды (тиристоры с встроенным обратным диодом);
• лавинные, асимметричные, запираемые тиристоры;
• комбинированно-выключаемые тиристоры;
• симметричные триодные тиристоры или, по-другому, симисторы, триаки;
• фототиристоры, оптотиристоры, оптосимисторы.
Три вывода тиристора обозначают буквами: «А» (анод, Anode), «К» или «С» (катод, Cathode), «УЭ» или «G» (управляющий электрод или Gate — затвор).
Мощность нагрузки, подключаемой к аноду/катоду тиристора во много раз превышает мощность сигнала управления. Важной особенностью тиристора является то, что будучи однажды открыт, он находится в таком состоянии постоянно, вплоть до полного снятия питания. Следовательно, для управления тиристором можно использовать короткие импульсы.
В зависимости от слоя полупроводника, с которым внутри соединяется вывод УЭ, тиристоры бывают с управлением по катоду (Рис. 2.102, а, встречаются чаще) и с управлением по аноду (Рис. 2.102, б, встречаются реже).
Рис. 2.102. Условные графические обозначения тиристоров: а) с управлением по катоду; б) с управлением по аноду.
Среди множества электрических параметров тиристоров интерес, с точки зрения сопряжения с MK, представляют следующие:
• ток отпирания УЭ /уэ (десятки-сотни миллиампер);
• максимальное напряжение УЭ уэ(единицы-десятки вольт);
• Длительность импульса включения Твкл(микросекунды).
Типовые параметры тиристоров семейства КУ221: /уэ = 0.15 А; б эмлх = 7 В; Гвкл MIN = 2 МК с (в реальных схемах устанавливают 50 МК с…Ю мс); частота повторения импульсов на входе УЭ должна быть не более 30 кГц. Остальные параметры относятся к силовой части. Они зависят от мощности/напряжения в нагрузке и должны выбираться отдельно, без привязки к схемотехнике MK.
Для обеспечения долговременной надёжности работы тиристоров следует придерживаться свода простых правил:
• импульс УЭ должен иметь запас по току относительно минимально допустимого, иначе может произойти локальный пробой стуктуры слабым током помехи и выход тиристора из строя [2-187];
• рабочие напряжения и токи в силовой части надо выбирать с коэффициентом запаса 0.7…0.8 от максимально допустимых по даташиту;
• электрические параметры входа УЭ имеют значительный технологический разброс, поэтому расчёты элементов надо вести на худший случай. Тем не менее, некоторые экземпляры тиристоров могут включаться и при пониженных (по сравнению с даташитом) токах, напряжениях, чем часто пользуются радиолюбители в своих конструкциях;
• для повышения помехоустойчивости между катодом и УЭ рекомендуется ставить резистор сопротивлением 51… 1000 Ом. Другое решение — обеспечить низкий выходной импеданс генератора управляющих импульсов;
• следует создавать комфортный температурный режим для тиристора с применением радиаторов и теплопроводящих паст, например, КТП-8.
При коммутации нагрузки в цепи 220 В управляющие импульсы желательно синхронизировать с моментами перехода сетевого напряжения через нуль. Такой приём резко снижает уровень ВЧ-помех, «засоряющих» эфир. Для плавного изменения напряжения в нагрузке применяют фаз число-импульсное управление, при этом не имеет значение, как подключаются тиристоры к MK: без развязки от сети 220 В (Рис. 2.103, а…ж) или с гальванической изоляцией (Рис. 2.104, а…н).
а) импульсами с выхода MK периодически открывается транзистор K77, а через него и тиристор VS1. От частоты следования импульсов будет изменяться среднее напряжение в нагрузке RH. Необязательный конденсатор C7 уменьшает ВЧ-помехи в момент коммутации;
б) аналогично Рис. 2.103, а, но максимально упрощённо. Тем не менее, реально работает;
в) тиристор VS1 питается постоянным, а не пульсирующим напряжением, поэтому включается он положительным импульсом с выхода MK, а выключается полным снятием напряжения питания +9…+ 18 В;
г) аналогично Рис. 2.103, в, но без транзистора и с выключением тиристора VS1 нажатием кнопки SB1. Резистором R1 устанавливается ток управления не более 15 мА. Падение напряжения на тиристоре в открытом состоянии составляет 0.6…1.5 В. Контакты кнопки SB1 должны выдерживать максимальный ток, на который рассчитана нагрузка RH
д) микросхема DD1 имеет выход с открытым коллектором и служит ключом, открывающим тиристор VS1. Резистором R1 задаётся ток управления, но его может не хватить для конкретного тиристора из-за низкого напряжения питания +5 В (проверяется экспериментально);
Рис. 2.103. Схемы подключения тиристоров к МК без гальванической изоляции (окончание):
е) классическое включение шунтирующего резистора R3 между входом УЭ и катодом тиристора VSI. Напряжение питания +5 В для MK может быть получено от +9 В через стабилизатор;
ж) на вход УЭ тиристора VS1 через резистор R3 подаётся повышенное до+12 В напряжение, чтобы обеспечить гарантированное отпирание. В некоторых случаях, подбирая тип тиристора VS1, можно добиться его включения при пониженном напряжении +5 В. Необязательный конденсатор С/ несколько замедляет скорость нарастания управляющего тока (при этом увеличиваются потери мощности), но он защищает тиристор VS1 от ложных срабатываний.
Рис. 2.104. Схемы гальванической изоляции MK от тиристоров (начало):
а) гальваническая развязка через оптопару VU1. Тиристор VS1 подаёт напряжение в нагрузку Rн только во время одного полупериода сетевого напряжения 220 В. В другой полупериод нагрузка обесточена, поскольку закрыт диод VD2. Стабилитрон VD1 задаёт оптимальное напряжение на входе УЭ тиристора VS1. Резистор R2ограничивает ток управления;
б) аналогично Рис. 2.104, а, но с другой полярностью импульсов от MK, с дополнительным резистором R2, с конденсатором фильтра C1 и с другим стабилитроном VD1
в) на обоих выходах МК должны синхронно выставляться НИЗКИЕ и ВЫСОКИЕ уровни. Резисторы R1, &2 — токоограничивающие. Резистор R4 повышает помехоустойчивость;
г) гальваническая развязка на трансформаторе T1. Каждый из тиристоров VS1, VS2 открывается в свою полуволну сетевого напряжения импульсами с выхода МК длительностью 10 МК с и периодом 0.7…1 мс. Для питания транзистора VT1 применяется отдельный источник +5 B(2), чтобы помехи не нарушали работу MK. Трансформатор T1 наматывается на кольце из феррита 79HM K25xl5x5, в обмотке I — 40 витков, в обмотках II, III — по 80 витков провода ПЭВ-0.25;
д) MK формирует импульсы частотой 100 Гц и длительностью 12 МК с, которые постепенно за 3 с смещаются с конца полупериода сетевой синусоиды к ее началу. Как следствие, оптосимтор VU1 «малыми шажками» переходит в полностью открытое состояние, организуя плавный заряд ёмкости высоковольтного конденсатора C3. Дроссель L1 наматывается на кольце из феррита M2000HM1 K31xl8.5×7 и содержит две обмотки по 25 витков провода ПЭВ-1.0 в каждой;
е) коммутация нагрузки RH при помощи тиристора VS1 и изолированного оптореле VU1
ж) гальваническая развязка MK выполнена на оптопаре VU1. Трансформатор T1 служит не для изоляции (нагрузка RH и так связана с сетью 220 В), а для отпирания тиристора VS1 повышенным напряжением +9…+12 В при токе до 0.15 А. Экономически такое решение оправдано при многоканальной системе с большим числом тиристоров и одним трансформатором;
з) VU1 — сдвоенный опто тиристорный модуль фирмы «Элемент-Преобразователь». Линии МК запараллелены для повышения мощности. Замена VU1 — два оптотиристора ТО 125-10-6;
и) гальваническая развязка на оптосимисторе VU1. Тиристоры VS1, К£2соединены противонаправленно. Каждый из них открывается в «свой» полупериод сетевого напряжения;
к) тиристор оптопары VU1 замыкает диагональ диодного моста VD1, чтобы коммутировать нагрузку RH в оба полупериода сетевого напряжения. Ток через нагрузку не более 100 мА;
л) аналогично Рис. 2.104, к, но с другой полярностью импульсов и другими типами ЭРИ;
Рис. 2.104. Схемы гальванической изоляции МК от тиристоров (окончание):
м) стробоскоп с опторазвязкой. Тиристор VS1 через повышающий трансформатор T1 [2-196] периодически поджигаетлампу EL1. Светодиод HL1 индицирует вспышки стробоскопа;
н) маркировка на корпусе оптотиристоров VU1, Г772содержит буквы и символы вместо привычных арабских цифр. Мощность в нагрузке RH не более 100 Вт.
Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).
- Предыдущая запись: Стробирование светодиодов на MK
- Следующая запись: Радиолампы Одесского радиозавода
Источник: nauchebe.net