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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Phasenleistungsregler auf einem wichtigen Feldeffekttransistor. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Regler für Strom, Spannung, Leistung Typischerweise basieren Phasenwechselstromregler auf einem Thyristor oder Triac. Diese Schemata sind längst zum Standard geworden und wurden sowohl von Funkamateuren als auch im Produktionsmaßstab viele Male wiederholt. Aber Thyristor- und Triac-Regler sowie Schalter hatten schon immer einen wichtigen Nachteil – die Begrenzung der Mindestlastleistung. Das heißt, ein typischer Thyristorregler für eine maximale Lastleistung von mehr als 100 Watt kann die Leistung einer Last mit geringer Leistung, die Einheiten und Bruchteile von Watt verbraucht, nicht gut regeln. Wichtige Feldeffekttransistoren unterscheiden sich dadurch, dass die physikalische Funktionsweise ihres Kanals der Funktionsweise eines herkömmlichen mechanischen Schalters sehr ähnlich ist – im vollständig geöffneten Zustand ist ihr Widerstand sehr klein und beträgt Bruchteile eines Ohms, im geschlossenen Zustand Der Leckstrom beträgt Mikroampere und hängt praktisch nicht von der Spannung am Schalter ab. Deshalb kann die Schaltstufe eines Schaltfeldeffekttransistors eine Last mit einer Leistung von Einheiten und Bruchteilen von Watt bis zum maximal zulässigen Stromwert schalten. Beispielsweise kann der beliebte Feldeffekttransistor IRFS40 ohne Strahler im Tastenmodus die Leistung von nahezu Null auf 400 Watt umschalten. Darüber hinaus verfügt der Schalt-FET über einen sehr geringen Gate-Strom, sodass zur Steuerung nur eine sehr geringe statische Leistung erforderlich ist. Allerdings wird dies durch die relativ große Gate-Kapazität überschattet, so dass im ersten Moment des Einschaltens der Gate-Strom recht groß ausfallen kann (Strom pro Ladung der Gate-Kapazität). Dem wird entgegengewirkt, indem ein strombegrenzender Widerstand in Reihe mit dem Gate geschaltet wird, der die Geschwindigkeit des Schalters verringert, da aus diesem Widerstand und der Gate-Kapazität ein RC-Target gebildet wird, oder der Ausgang der Steuerschaltung leistungsstärker gemacht wird. Die Leistungsreglerschaltung ist in der Abbildung dargestellt.
Die Last wird von einer pulsierenden Spannung gespeist, da sie über eine Diodenbrücke VD5-VD8 angeschlossen ist. Dies ist für den Betrieb eines elektrischen Heizgeräts (Lötkolben, Glühlampe) geeignet. Da die negative Halbwelle des pulsierenden Stroms nach oben „gedreht“ wird, erhält man Pulsationen mit einer Frequenz von 100 Hz. Aber sie sind positiv, das heißt, ein Diagramm der Änderungen von Null zu einem Spannungswert mit positiver Amplitude. Daher ist eine Anpassung von 0 % bis 100 % möglich. Die maximale Lastleistung in diesem Stromkreis wird nicht so sehr durch den maximalen Strom des offenen Kanals VT1 (dieser beträgt 30 A) begrenzt. Wie hoch ist der maximale Durchlassstrom der Gleichrichterbrückendioden VD5-VD8? Bei Verwendung von KD209-Dioden kann die Schaltung mit einer Last von bis zu 100 W betrieben werden. Wenn Sie mit einer stärkeren Last (bis zu 400 W) arbeiten müssen, müssen Sie leistungsstärkere Dioden verwenden, zum Beispiel KD226G, D. Die Wechselrichter der D1-Mikroschaltung enthalten einen Steuerimpulsgenerator, der den Transistor VT1 in einer bestimmten Halbwellenphase öffnet. Die Elemente D1.1 und D1.2 bilden einen Schmitt-Trigger und die übrigen Elemente D1.3–D1.6 bilden einen leistungsstarken Ausgangsinverter. Der Ausgang musste verstärkt werden, um die Probleme zu kompensieren, die durch den Stromsprung beim Laden der Gate-Kapazität VT1 im Moment des Einschaltens verursacht wurden. Das Niederspannungs-Stromversorgungssystem der Mikroschaltung ist durch die Diode VD2 in zwei Teile geteilt – den Versorgungsteil selbst, der eine konstante Spannung zwischen den Pins 7 und 14 der Mikroschaltung erzeugt, und den Teil, der ein Netzspannungs-Phasensensor ist . Es funktioniert wie folgt. Die Netzspannung wird durch die Brücke VD5-VD8 gleichgerichtet und dann über den Widerstand R6 und die Zenerdiode VD9 einem parametrischen Stabilisator zugeführt. Da in dieser Schaltung kein Glättungskondensator vorhanden ist, pulsiert die Spannung an der Zenerdiode. Die Schaltung R1-R2-C1 legt zusammen mit der Diode VD1 die Welligkeitsspannungsphase fest, bei der die Spannung am Kondensator C1 die Schaltschwelle des Schmitt-Triggers erreicht. Durch Ändern des Widerstands dieser RC-Schaltung ändern wir die Verzögerungszeit für das Öffnen des Schlüsseltransistors ab dem Moment, in dem die Spannung im Netzwerk 8–10 V (den Spannungswert der Schmitt-Trigger-Schaltschwelle) erreicht. Da die Netzfrequenz recht stabil ist, bleibt das Öffnungsmoment des Schlüsseltransistors relativ zur Phase der Netzspannung relativ stabil gegenüber dem durch den Widerstand R1 eingestellten Moment. Die Diode VD1 bildet zusammen mit dem Widerstand R5 einen Stromkreis zur beschleunigten Entladung des Kondensators C1, der erforderlich ist, damit sich dieser Kondensator entlädt, wenn die Netzspannungsphase gegen Null geht. In diesem Fall schaltet der Schmitt-Trigger in den Nullzustand und der Schlüsseltransistor schließt. Durch Anpassen des Widerstands R1 ändern wir also die Phase des Öffnungszeitpunkts des Schlüsseltransistors und die Spannung wird der Last nur in der Zeitspanne von diesem Punkt bis zum Amplitudenwert zugeführt. Auf diese Weise erfolgt eine Phasenleistungsregelung. Im Allgemeinen ist das Prinzip fast das gleiche wie bei einem Thyristorregler. Nun zur Stromversorgung der Mikroschaltung. In der Praxis wird die Mikroschaltung durch die im Kondensator C2 gespeicherte Spannung gespeist. Bei jeder Halbwelle wird dieser Kondensator über die Diode VD2 aufgeladen. Wenn dann die Phase auf Null übergeht, schließt diese Diode und die Stromversorgung der Mikroschaltung wird durch die Ladung des Kondensators C2 aufrechterhalten. Daher ist die Versorgungsspannung der Mikroschaltung konstant, stabil und unterliegt keiner Welligkeit. Alle Teile bis auf den Widerstand R1 befinden sich auf einer Leiterplatte mit einseitiger Metallisierung. Da die ursprüngliche Version für den Betrieb mit einer Last mit einer Leistung von nicht mehr als 100 W ausgelegt ist, sind keine Strahler vorgesehen und der Brückengleichrichter verwendet KD209-Dioden. Der Feldeffekttransistor benötigt jedoch auch bei einer Nennlastleistung keinen Strahler von bis zu 400 Watt. Sie müssen jedoch leistungsstärkere Dioden wählen. Der K561LN2-Chip kann durch K1561LN2 ersetzt werden. Zenerdiode. D814G kann durch eine andere Zenerdiode für eine Spannung von ca. 10 V ersetzt werden. Während des Einrichtungsvorgangs kann es erforderlich sein, die Widerstände von Widerstand R2 (um die erforderliche Breite des Einstellbereichs sicherzustellen) und Widerstand R5 (um die Entladung von C1 sicherzustellen) auszuwählen. Der Widerstand R5 muss möglichst groß gewählt werden, aber so, dass bei der durch R1 eingestellten Mindestleistung der Transistor überhaupt nicht öffnet. Autor: Kapachev D.E.
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