Фазоимпульсное управление силовым симистором.

Многие конструкции подразумевают управление мощной нагрузкой. Но там паяльник запитывается постоянным током, и, поэтому вся регулировка сводится к формированию ШИМ-а на силовом транзисторе. Если же нужно регулировать мощную нагрузку в цепи переменного тока, то реализация сего выйдет немного посложней. Вот эту проблему мы сейчас и рассмотрим. Пару слов теории… Управлять отдаваемой в нагрузку мощностью можно просто регулируя количество периодов/полупериодов сетевого тока через эту нагрузку. Можно просто включать/выключать ток через нагрузку с определённым соотношением, что по сути тот же метод, что и указанный выше. Эти методы регулировки подойдут для сильно инерционных нагрузок (ТЭНы, нагреватели и пр.). Для регулировки, допустим, яркости свечения лампы накаливания такие методы не подойдут по причине заметного и утомительного для глаз мерцания. Поэтому для построения диммеров (устройств регулировки яркости) применяют фазоимпульсный метод управления. Суть его проста. Рассматриваем положительную волну синусоиды. В определённый момент времени tз, который отсчитывается от перехода синусоиды через «ноль» t01, на симистор подаётся открывающий импульс. Симистор остаётся открытым и пропускает в нагрузку ток до момента следующего перехода сетевой синусоиды через «ноль» t10. Очевидно, что чем ближе tз к t01, и, соответственно дальше от t10, тем большая часть полуволны тока будет отдана в нагрузку. И наоборот, чем дальше tз от t01 и ближе к t10, чем меньше тока пройдёт через нагрузку. Для отрицательной полуволны синусоиды всё то же самое, только t01 и t10 меняются местами (отсчёт tз ведётся от t10) . Для определения моментов перехода сетевой синусоиды через «ноль» , т.е. для определения моментов времени t01 и t10, служит устройство называемое детектором нуля или Zero Cross по буржуйски.
Из микроконтроллерного конструктора я возьму блок с ATmega8A и периферийный блочок с установленным на нём симистором, схемой детектора нуля и соответствующим обвесом. Нагрузкой послужит обычная лампа накаливания 40 Вт.

Основным критерием проектирования узлов я считаю простоту — это определяет надёжность и повторяемость. Не забудем также и о безопасности — для этого я сделал опторазвязку, чтобы не было гальванической связи микроконтроллера с сетью. Слева по схеме — детектор нуля, цепь Zero Cross. Конструктивно она представляет собой параметрический стабилизатор (R1,VD1) который «обрезает» положительную полуволну синусоиды на уровне напряжения стабилизации стабилитрона, в нашем случае около 6,8 В. Резистор R2 ограничивает ток светодиода оптопары U1. Контакт 4 SV1 (коллектор транзистора той же оптопары ) подключается к выводу микроконтроллера, который определён входом с pull-up резистором — т.е. питает этот транзистор. Контакт 3 Sv1 (эмиттер транзистора) подключается к минусу питания, т.е. к «земле». В момент нарастающего фронта импульса Zero Cross t01 зажигающийся светодиод открывает транзистор оптопары, и вход микроконтроллера оказывается подключенным к «земле» через этот транзистор. Соответственно при ниспадающем фронте Zero Cross t10 светодиод гаснет, транзистор закрывается, и вход микроконтроллера «подтягивается» к напряжению питания pull-up резистором. Конечно, фронты Zero Cross немного не совпадают с истинным переходом через ноль сетевого напряжения. Но эта погрешность не критична — единицы микросекунд. Справа по схеме — цепь управления силовым симистором через оптосимистор, взята из даташита и особенностей не имеет.
Соединяем всё проводами, т.е. подготавливаем макет устройства. Не забудем о развязывающем трансформаторе (на время опытов), а то можно осциллограф сжечь)))

Устанавливать мощность отдаваемую в нагрузку симистором, можно дистанционно, используя любой имеющийся интерфейс, или с помощью органов ручного управления: — энкодера; — переменного резистора, включив его потенциометром, и заведя сигнал с ползунка на какой-либо вход АЦП; — двух кнопок, что проще всего. Именно под вариант с кнопками я написал код. Как и обычно, исходник подробно прокомментирован, поэтому тратить Ваше внимание на его разбор я не буду. Ну и для понятности приведу осциллограммы работы узлов диммера.

Жёлтая осциллограмма — это Zero Cross. Ниспадающий фронт t01, а нарастающий t10. Синяя осциллограмма — открывающие импульсы симистора Triac Control в момент времени tз.

На этой осциллограмме показан ток через нагрузку при условиях показаных осциллограммой выше,т.е. t01 — tз = 2,5 мс.
Здесь уже t01 — tз = 7,5 мс.

И, соответственно ток через нагрузку такой.

Область применения устройств, собранных на основе показанной схемы большая. Приведу лишь некоторые примеры: -диммеры (устройства регулировки яркости освещения); устройства плавного (мягкого) включения; — электронагревательные приборы (плиты, утюги, нагреватели и пр.) Можно регулировать также индуктивную нагрузку, но тогда в цепь симистора обязательно нужно добавлять снабберную цепь (в даташитах на симисторы есть необходимая информация) во избежание пробоя симистора.

Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера

Источник: http://www.embed.com.ua

Обсудить на форуме