Kostengünstiges Triac-Steuergerät. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile

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Das Gerät ist für kompakte und wirtschaftliche Produkte der Hausautomation gedacht. Abhängig von einem externen Logiksignal verbindet und trennt es selbstständig einen oder mehrere Verbraucher mit einer 220-V-AC-Stromversorgung. In diesem Fall wird der Impuls, der den Triac steuert, mit einer Mindestdauer erzeugt, die ausreicht, um ihn zu öffnen [1].

Darüber hinaus ist der Zeitpunkt des Einschaltens der Last mit den Zeitpunkten verknüpft, zu denen die Netzspannung den Nulldurchgang durchläuft, und die Last erhält immer eine ganzzahlige Anzahl von Netzspannungsperioden. Dadurch wird das Schaltgeräusch reduziert, was besonders bei Hochleistungslasten wichtig ist, und es wird außerdem sichergestellt, dass kein Gleichstromanteil im Laststrom vorhanden ist.

Reis. 1 (zum Vergrößern anklicken)

In Abb. Abbildung 1 zeigt ein Diagramm eines Geräts zur unabhängigen Steuerung von zwei Lasten. Last 1 wird vom Triac VS2 geschaltet. Die Steuerung erfolgt durch die Elemente DD1.1, DA1, VD2, VD3, R7, R9, R11, R12. Ebenso wird Last 2 durch den Triac VS3 geschaltet, der von den Elementen DD1.2, DA2, VD4, VD5, R8, R10, R13, R14 gesteuert wird. Auf diese Weise können Sie beliebig viele Lasten steuern, wobei C1, R1-R3 allen gemeinsam sind. Die Elemente R4-R6, C2-C4, VD1, VD6, VD7, VS1, DA3 bilden ein Netzteil, dessen Spannung auch dem externen Steuergerät zugeführt wird. Er liefert eine Ausgangsspannung von 12 V bei einem Laststrom von bis zu 100 mA. Das Gerät arbeitet nach dem in Artikel [2] beschriebenen Prinzip einer Stromversorgung mit einem Ballastkondensator und einer Ausgangsspannungsbegrenzungseinheit unter Verwendung einer Zenerdiode und eines Transistors analog zu einem Thyristor. Anstelle eines analogen SCR wird jedoch ein reales Gerät VS1 verwendet, wie in Abb. 1.

Mein vorheriger Artikel [3] beschreibt eine Triac-Steuereinheit für den Timer KR1441VI1 mit einer festen Dauer von Steuerimpulsen, weshalb ihre Verwendung bei der Steuerung einer Last mit einer induktiven Komponente schwierig ist. In diesem Artikel wird diese Einschränkung aufgehoben. Lasten können Kompaktleuchtstofflampen („Energiesparlampen“) mit elektronischem Vorschaltgerät sein. Wenn sich herausstellt, dass eine an das Gerät angeschlossene Energiesparlampe im ausgeschalteten Zustand regelmäßig blinkt, sollten Sie versuchen, einen Triac mit einem geringeren Leckstrom auszuwählen. Wenn dies fehlschlägt, überbrücken Sie die Lampe z. B. mit einem Widerstand oder Kondensator empfohlen in Artikel [4].

Die Auslöser der DD1-Mikroschaltung werden verwendet, um die Zeitpunkte des Einschaltens der Triacs mit den Übergängen der Netzwerkspannung durch Null zu synchronisieren. Eingang D jedes Triggers dient der Steuerung – ihm wird ein Signal zugeführt, das bestimmt, ob die entsprechende Last ein- oder ausgeschaltet ist.

Der Teiler R2R3 sorgt für die Versorgung der Eingänge C der Flip-Flops mit Taktimpulsen in den Momenten, in denen die Momentanspannung im Netzwerk den Nullwert durchläuft und ansteigt (auf dem oberen Netzwerkdraht im Diagramm relativ zum unteren). Somit folgen die Taktimpulse mit einer Frequenz von 50 Hz synchron zum Netzwerk. Sobald das Gerät mit dem Netzwerk verbunden ist, wird das Gerät durch einen Impuls durch den R1C1-Schaltkreis so eingestellt, dass alle Lasten ausgeschaltet werden.

Betrachten wir die Funktionsweise des Geräts am Beispiel des Schaltens von Last 1. Nach dem Einschalten der Stromversorgung wird der Trigger DD1.1 am inversen Ausgang auf einen hohen Pegel und am direkten Ausgang auf einen niedrigen Pegel gesetzt. Hier und unten werden die logischen Pegel relativ zur -12-V-Stromleitung angezeigt. Dieser Trigger wird auf den gleichen Zustand gesetzt, wenn sein Eingang D (Pin 5) mit der negativen Stromleitung verbunden wird, nachdem ein Taktimpuls am Eingang C eintrifft ( Pin 3). Dioden VD2 und VD3 öffnen. Über die Diode VD2 wird ein hoher Pegel an den Eingang E (Startfreigabesignal – Pin 4) des Timers DA1 angelegt, und sein Eingang S wird auf einen niedrigen Pegel gesetzt. Dadurch wird der Ausgang des Timers DA1 (verbundene Pins 3 und 7) auf einen hohen Pegel gesetzt. Durch die Steuerelektrode des Triac VS2 fließt kein Strom, der Triac ist geschlossen, Last 1 ist abgeklemmt.

Wenn Eingang D des DD1.1-Triggers mit der positiven Stromleitung verbunden ist, wird der Trigger nach dem Eintreffen eines Taktimpulses am Eingang C am direkten Ausgang auf einen hohen Pegel und am inversen Ausgang auf einen niedrigen Pegel gesetzt. Dioden VD2 und VD3 schließen. Der Zustand des Timers DA1 wird durch die Spannungswerte an den Ausgängen des Teilers R11R7R9 bestimmt, die mit den Eingängen E und S des Timers verbunden sind. Die Widerstandswerte der Widerstände dieses Teilers sind so gewählt, dass Strom durch die Steuerelektrode des Triac VS2 fließt, wenn der Absolutwert der Spannung U2-i zwischen seinen Elektroden 2 und 1 9,8 V überschreitet.

Der Timer-Eingang E hat eine höhere Priorität als S, und S hat eine höhere Priorität als R. Der Timer-Eingang R ist mit dem Plus seiner Stromversorgung verbunden. Daher befindet sich der Timer am Ausgang in einem Low-Zustand, es sei denn, die Signale an den Eingängen E und S verhindern dies. Solange der Absolutwert der Spannung U2-1 kleiner als 9,8 V ist, liegt am E-Eingang ein High-Pegel an ermöglicht die Einstellung am S-Eingang. Eine niedrige Spannung am Eingang S versetzt den Timer in einen hohen Ausgangszustand. Durch den Steuerelektroden-Triac VS2 fließt kein Strom, Last 1 ist abgeklemmt.

Ist die Spannung U2-i größer als +9,8 V, dann überschreitet die Spannung am S-Eingang die Schaltschwelle, daher geht der Timer bei einem Signal vom R-Eingang in einen Low-Ausgangszustand. Strom fließt von der Steuerelektrode des Triac VS2 über den Strombegrenzungswiderstand R12 zum Ausgang des Timers. Triac VS2 öffnet und verbindet Last 1 mit dem Netzwerk.

Wenn U2-1 weniger als -9,8 V beträgt, werden beide Eingänge E und S auf Low gesetzt. Ein Low-Eingang E löst den Low-Zustand des Timer-Ausgangs aus. Strom fließt von der Steuerelektrode des Triac VS2 über den Strombegrenzungswiderstand R12 zum Ausgang des Timers. Triac VS2 öffnet und verbindet Last 1 mit dem Netzwerk.

Nach dem Öffnen des Triac VS2 sinkt die Spannung an ihm fast auf Null, wodurch der Timer DA1, wie oben beschrieben, am Ausgang in einen High-Pegel-Zustand geht, der Strom durch die Steuerelektrode des Triac VS2 stoppt, was zu einem wirtschaftlichen Ergebnis führt Steuerung des Triacs.

Wenn es erforderlich ist, dass Last 1 eingeschaltet wird, nachdem Eingang D des Triggers DD1.1 mit dem negativen Stromkabel verbunden und mit dem positiven Kabel ausgeschaltet wird, tauschen Sie die Anschlüsse der Eingänge S und R sowie der Ausgänge aus dieses Auslösers.

Die Widerstände R12 und R14 stellen den Strom der Steuerelektroden der Triacs ein, der bei dem im Diagramm angegebenen 100-Ohm-Widerstand 100 mA erreicht. Dieser Strom reicht aus, um die meisten Triacs KU208G und alle TS106-10-4 zu öffnen. Werden die verwendeten Triacs so ausgewählt, dass sie mit einem Strom von 50 mA öffnen oder werden fremde Triacs MAC16D oder VTA216-500V verbaut, die garantiert mit einem Strom von 50 mA öffnen, dann kann der Widerstandswert der Widerstände R12 und R14 erhöht werden bis 200 Ohm.

Da der Triac durch eine Spannung negativer Polarität an der Steuerelektrode relativ zu seiner mit dem gemeinsamen Draht verbundenen Elektrode 1 gesteuert wird, ist eine Spannung negativer Polarität erforderlich, um das Gerät mit Strom zu versorgen.

Das vorgeschlagene Gerät kann auch über die Stromversorgung des Steuergeräts gespeist werden, dessen Ausgang unter Beachtung der Polarität mit dem Kondensator C4 verbunden ist. In diesem Fall werden die Elemente R4-R6, C2, C3, VD1, VD6, VD7, VS1, DA3 nicht installiert. Wenn in der Last kein spürbarer induktiver Anteil vorhanden ist, verbraucht das Gerät einen Strom von ca. 200...300 μA pro Last. Für einen zuverlässigen Start muss das Netzteil jedoch mindestens 6 mA Ausgangsstrom an die Last liefern.

Sie sollten die galvanische Verbindung zum Netzwerk beachten und Vorkehrungen treffen. Das Gerät muss in einem isolierten Gehäuse untergebracht werden und darf nicht direkt an andere Geräte als die angeschlossenen Geräte angeschlossen werden. Um die elektrische Sicherheit zu erhöhen, wird empfohlen, das gemeinsame Netzwerkkabel an „Null“ und das andere Netzwerkkabel an „Phase“ anzuschließen, wie in der Abbildung gezeigt.

Fig. 2

Wenn das Steuergerät logische Signale mit positiver Polarität relativ zum gemeinsamen Draht erzeugt, werden diese über ein Anpassungsgerät zugeführt, dessen Diagramm in Abb. dargestellt ist. 2. Der Widerstandswert des Widerstands R1 (in Kiloohm) wird nach der Formel R1 = (Uвx1-0,7 V) / 0,1 mA berechnet, wobei UBX1 die Spannung des Hochpegelsignals positiver Polarität (in Volt) ist. Der Nenner der Formel ist der maximal berechnete Strom durch diesen Widerstand 0,1 mA. Angezeigt in Abb. 2 entspricht sein Widerstand einem hohen TTL-Signalpegel.

Fig. 3

Verfügt das Steuergerät über keine eigene Stromversorgung, kann es über ein bipolares Netzteil mit Ballastkondensator gespeist werden, dessen Schaltung in Abb. dargestellt ist. 3. Es ist für einen Ausgangsstrom von bis zu 100 mA bei jeder Spannung ausgelegt. Das Steuergerät wird mit positiver Spannung betrieben, das vorgeschlagene Gerät mit negativer Spannung.

Es ist nicht ratsam, den HEF4013BP-Chip durch Analoga zu ersetzen, da seine Zähleingänge mit Schmitt-Triggern ausgestattet sind. Es ist jedoch möglich, andere ausländische Mikroschaltungen der 4013B-Serie zu verwenden. Als letzten Ausweg können Sie K561TM2 verwenden, aber dann sollten Sie zwischen den Pins 3, 11 und Pin 7 eine Schottky-Diode KD923A, KD922A, KD922B oder 1N17-1N19 (Anode an Pin 7) anschließen, die den Stromfluss durch den internen Schutz verhindert Dioden. Obwohl dieser Strom den zulässigen Wert von 561 mA für die K10-Serie nicht überschreitet, führt er zu einer Fehlfunktion der Mikroschaltung.

Die Timer KR1441VI1 können durch ähnliche importierte Timer ICM7555IPA, ILC555N, GLC555 ersetzt werden. Es ist auch möglich, Dual-Timer wie GLC556, ICM7556IPD zu verwenden.

Ein integrierter Stabilisator mit einer Ausgangsspannung von -12 V (DA3 in Abb. 1 und DA2 in Abb. 3) kann aus der Serie KR1168EN12, KR1199EN12 oder dem importierten Typ 79L12 stammen. Die Mikroschaltung KR1170EN5 (DA1 in Abb. 3) kann durch eine analoge 2931AZ-5 ersetzt werden.

Transistor VT1 (siehe Abb. 2) – einer der KT3107-Serien. Der Triac MAS97A4 (VS1 in Abb. 3) kann durch MAS97A6, MAS97A8 sowie jede beliebige VT131-Serie ersetzt werden. SCR VS1 (siehe Abb. 1) – alle Serien KU251, MCR100, VT149.

Die Dioden VD1, VD7 in Abb. 1 und VD3, VD4 in Abb. 3 stammen aus den Serien KD105, 2D212, KD212 (außer KD212B und KD212G), D237 (außer D237V, D237G und D237L), KD243, 1N4001 – 1 N4007. KD521A-Dioden können durch andere Siliziumdioden mit geringem Stromverbrauch ersetzt werden. Zenerdiode

KS216Zh (VD6 in Abb. 1) kann durch 2S216ZH, KS508V, 1 N4703, BZX55-C16 ersetzt werden. Die Stabilisierungsspannung der verwendeten Zenerdiode sollte im Bereich von 15,5...16,5 V bei einem Strom von 2 mA liegen.

Es werden Kondensatoren mit einer Kapazität von 3,3 μF und einer Nennspannung von 400 V (C2 in Abb. 1 und C1 in Abb. 3) importiert, die mit „AC“ gekennzeichnet sind und für den Einbau in einen Wechselstromkreis bestimmt sind.

Literatur

1. Volodin V. Wirtschaftliche Steuerung eines Triacs. – Radio, 2003, Nr. 6, S. 27, 28.
2. Tsesaruk N. Schaltstabilisator einer Kondensatorstromversorgung. – Radio, 1999, Nr. 11, S. 39.
3. Gavrilov K. Anwendung der Mikroschaltung KR1441VI1. - Radio, 2011, Nr. 6, p. 34-36.
4. Moroz K. Eliminierung des Blinkens einer fluoreszierenden Energiesparlampe. – Radio, 2012, Nr. 4, S. 41.

Autor: K. Gawrilow

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