Варианты включения безрелейных оконечных узлов

Включение электронных устройств активной нагрузки с помощью слаботочных и даже мощных электромагнитных реле сегодня можно назвать несовременным.

Конечно, это не относится к тем случаям, когда обойтись без применения реле в качестве узла коммутации невозможно: например, токовых реле (с обмоткой поверх геркона), поляризованных реле и реле, коммутирующих очень большие токи в цепях с напряжением более 380 В.

Слаботочные электромагнитные реле еще можно встретить в розничной продаже.

Иногда такие реле скупают целыми партиями из-за наличия на контактах платины и серебра, но они уже устарели морально. Гораздо удобнее пользоваться другими коммутационными возможностями, которые представляют нам современные зарубежные и отечественные электронные компоненты, о типовых схемах включения которых в электрические цепи постоянного и переменного тока с напряжением 220 В пойдет речь ниже. Разнообразие этих схем позволит выбрать оптимальный вариант для изготовления домашней конструкции своими руками или для замены (ремонта) соответствующего оконечного коммутационного узла.

Актуальную конкуренцию слаботочным электромагнитным реле составляют оптоэлектронные реле и незначительную - тринисторно-симисторные схемы включения.

Рассмотрим их по порядку - от простых к наиболее современным.

Некоторым ретро-вариантом выглядит схема, представленная на рис. 3.2а.

Здесь показано включение транзисторной оптопары АОТ128А, выполненной с фотопрнемником на основе фототранзистора. Как правило, в таких оптопарах используются фототранзисторы со структурой n-p-п на основе кремния, чувствительные к излучению с длиной волны около 1 мкм. Излучателями, как и в большинстве онтоэлектронных пар, в МОП-реле служат арсенидогаллиевые диоды или диоды на тройном соединении, максимум спектрального излучения которых лежит в области наибольшей чувствительности фототиристора или фотодинистора.

Управляющий ток тринистор получает от открытого перехода фототранзистора оптопары, когда сигнал управления I на выводе 1 VU1 (относительно общего провода) примет значение 5-7 мА и напряжение 1,8-2,5 В. Резистор R1, включенный между базой и эмиттером фототранзистора оптопары, необходим для уменьшения инерционного тока при отсутствии излучения светодиода оптопары.

Получив управляющий ток (через ограничительный резистор R2 и открытый переход фототранзистора оптопары), тринистор открывается и замыкает диагональ выпрямительного моста VD1, который в данном случае заменяет однопериодный выпрямитель и функционирует как обычный выпрямительный диод.

Поэтому, когда выпрямленный мостом ток протекает через спираль лампы EL1, она загорается. Потери напряжения на диодах выпрямительного моста невелики, порядка 20 В, поэтому свечение лампы EL1 чуть менее интенсивно в отличие от ее прямого включения в сеть 220 В. Кроме того, диодный мост (как эквивалент одного диода в данной схеме) срезает только один полупериод синусоиды переменного напряжения.

Такой ток еще нельзя назвать постоянным. Лампа EL1 в данном включении будет заметно мерцать с частотой 50 Гц - частотой сетевого напряжения.

Схемы источники питания

Варианты включения безрелейных оконечных узлов

Такое включение тринистора, замыкающее диагональ выпрямительного моста, очень часто используется в радиолюбительских конструкциях. Электрические параметры выпрямительного диодного моста и тринистора для подобных схем (в том числе рассматриваемых ниже) таковы, что обратное напряжение, на которое должны быть рассчитаны диоды моста, не должно быть менее 400 В, а рабочее (прямое и обратное) напряжение тринистора не менее 300 В. Мощность рассеяния ограничивающего резистора R2 в схеме на рис. 3.2а (2 Вт) выбрана с запасом. Можно применять и менее мощный постоянный резистор, например МЛТ-0,5. Ток, протекающий через него при открытом переходе фототранзистора оптопары, не превышает 15 мА.

Мощность нагрузки (при использовании выпрямительного моста, указанного на схеме типа) не должна превышать 60 Вт. Она может быть увеличена, если применить более мощные выпрямительные диоды, например из модельного ряда Д231, Д243 (выдерживающие ток до 5 А и более) с обязательной установкой на радиаторы, гальванически изолированные друг от друга. Тринистор, в случае с нагрузкой большой мощности (более 600 Вт), также следует установить на теплоохлаждающий радиатор, например площадью 80 см2. Нагрузка на выпрямительный мост в данном случае оказывается больше, чем на тринистор. Радиаторы, в зависимости от мощности нагрузки EL1, выбирают такими, чтобы температура нагрева диодов моста и тринистора не превышала рабочую 45-60 "С. Характер нагрузки во всех схемах с выпрямительным мостом должен быть активным - нельзя использовать в качестве нагрузки трансформаторы (и устройства, имеющие их на входе), автотрансформаторы, импульсные источники питания и т.д.

Несколько другой вариант включения оконечного узла управления устройствами нагрузки, где активная нагрузка (электрическая лампа накаливания EL1) включена после диодного моста, представлен на рис. 3.2 б.

Здесь на лампу накаливания воздействует уже постоянный ток, выпрямленный диодным мостом VD1.

Свечение лампы EL1 в этой схеме практически не отличается от ее свечения при прямом включении в сеть 220 В переменного напряжения.

Тринистор замыкает отрицательный полюс выпрямленного диодным мостом напряжения через нагрузку - лампу накаливания EL1. Управляется узел постоянным или импульсным напряжением, поступающим от схемы управления через ограничивающий ток резистор R1.

Особенность этой схемы в том, что здесь нет оптоэлектронных приборов -работой тринистора управляет мощный транзистор VT1. Его электрические параметры рассчитаны так, чтобы максимальное напряжение перехода коллектор-эмиттер ию мах не превышало 300 В. Мощностные параметры нагрузки (лампы накаливания EL1) выбираются аналогично описанным пояснениям к предыдущей схеме. Ток через управляющий транзистор VT1 и ограничительный резистор R2 невелик, в пределах 20-30 мА, поэтому устанавливать его на теплоохлаждающую поверхность нет необходимости при любом варианте нагрузки.

Еще одна особенность такой схемы в том, что оконечный узел управления нагрузкой, показанный на рис. 3.26, работает в составе с общей схемой. То есть в данном случае отрицательный полюс выпрямленного напряжения (точка «катод» тринистора) одновременно является и общим проводом для всей схемы. Соответственно, положительный полюс питания берут от вывода положительного напряжения диодного моста (до лампы накаливания EL1), с последующей схемой ограничения тока, фильтрацией и стабилизацией напряжения. Схемы, подобные представленной , также широко распространены среди радиолюбителей, особенно в устройствах с небольшим потреблением тока (до 100 мА) -тогда оправдывает себя бестрансформаторный источник питания с управлением активной нагрузкой в цепи 220 В. Остальные особенности узла аналогичны описанию предыдущей схемы.

Наиболее популярные положительные черты замены электромагнитных реле на оптоэлектронные коммутационные узлы часто упоминаются в радиотехнической литературе: малый ток и напряжение управления, беззвучность и долговечность работы, возможность работы в средах постоянного и переменного тока, коммутации напряжений (некоторых приборов) до 400-600 В и токов до 0,5 А. На рис. 3.2в представлена одна из таких схем.

Здесь управление нагрузкой, мощность которой может достигать 600 Вт, осуществляется симистором КУ208Г. Благодаря развязке по питанию — применению оптоэлектронного прибора АОУ103В, цепи управления нагрузкой в сети 220 В и управляющей схемы полностью развязаны. Управляющее постоянное напряжение (или импульсы) амплитудой 1,5-2 В поступает от схемы управления через ограничительный резистор R1 на вход оптопары VU1. Управляющий ток очень мал и не превышает 5 мА При наличии управляющего сигнала тринистор внутри оптопары открывается (его сопротивление в прямом направление уменьшается до нескольких десятков ом) и замыкает диагональ выпрямительного моста VD1. От выпрямительного моста напряжение поступает на ,< управляющий электрод симистора VS1, благодаря чему он открывается в соответствующие полупериоды напряжения и на нагрузку подается ток. Применение оптопар АОУ103 зависит от напряжения в цепи. Так, для данной схемы и других с напряжением более 200 В подходит только оптопара АОУ103, а при меньших коммутационных напряжениях с буквами: А - до 50 В, Б - до 100 В.

При необходимости управления более мощной нагрузкой, например до 1000 Вт, симистор, как основной прибор в данной схеме, коммутирующий нагрузку, следует установить на теплоохлаждающий радиатор.

Похожая по принципу работы схема представлена на рис. 3.2г. Здесь диагональ выпрямительного моста замыкает оптосимистор ТО 132-40 (или аналогичный Т0125-12,5, ТО106-10 и т.д.) - их основное отличие друг от друга в токе и коммутируемой мощности. При мощной нагрузке (более 60 Вт) диоды следует установить на радиаторы, а при нагрузке более 200 Вт их следует заменить на более мощные. Ток управления оптосимистором VU1 - 10 мА, напряжение 2-3 В.

Симисторы ТС106-10 (и некоторые другие) выпуска периода до середины 90-х гг. имеют последовательное расположение выводов со стороны надписи на корпусе: УЭ (управляющий электрод), 2 (А - анод), 1 (К - катод). Расположение выводов в симисторах более поздних выпусков другое: 1-й вывод - К, 2-й -А, а оставшийся - УЭ. Для правильного определения выводов (цоколевки) при использовании оптосимисторов необходимо свериться со справочником.

Оптосимисторы достаточно дороги. Так, например, симистор КУ208Г в магазинах радиотоваров стоит сегодня 20-30 руб., а ТО106-10 - 95-120 руб.

На рис. 3.2д показана схема управления симистором КУ208Г посредством подачи на управляющий электрод VS1 переменного напряжения через ограничительный резистор R1. Пока замкн)ты контакты включателя S1, лампа накаливания (нагрузка EL1) будет гореть. Такой включатель может быть полезен при дистанционном управлении какой-либо нагрузкой или в качестве составного узла к более сложным схемам, ведь вместо включателя S1 можно использовать практически любую описанную здесь электронную схему. Симисторы КУ208Г зависимы от правильности подачи напряжения на УЭ, поэтому, если узел не будет работать сразу, необходимо поменять местами проводники подключения в сети 220 В (изменить фазировку).

На рис. 3.2е представлена схема гибридного управления нагрузкой. Здесь задействованы и тринисторная оптопара АОУ103В, и оптосимистор ТС106-10. В результате такого схемного решения узел обладает преимуществами обеих схем (если их рассматривать по отдельности, как было сделано выше).

На рис. 3.2ж представлена схема для управления мощной нагрузкой. Управляющим силовым элементом служит симистор ТС171-250, а промежуточным -оптосимистор МОС3009 (МОС3052, МОС3010, МОС3012 и аналогичные). Отличительная особенность этой конструкции в том, что напряжение нагрузки может составлять 380-400 В, а мощность более 1000 Вт при токе управления до 10 мА и напряжении 2 В. Такой узел без каких-либо дополнений может управлять, например, мощным двигателем. Оптосимисторы серии МОС - зарубежные приборы, в некоторых случаях они могут быть заменены на АОУ103В или оптоэлектронные МОП-реле отечественного производства, например КР293КП5В, К449КП1ВР, К449КП2ВР, К293КП13П и аналогичные.

Варианты включения безрелейных оконечных узлов рис. 3.2 (а-г )

Варианты включения безрелейных оконечных узлов рис. 3.2 (а-г )

Варианты включения безрелейных оконечных узлов рис. 3.2 (д-з )

Источник: Сборка книг Кадино, Кашкаров, Крибель

Кашкаров А.П. - Новаторские решения в электронике

Варианты включения безрелейных оконечных узлов

Новаторские решения в электронике

На рис. 3.2з показан еще один вариант - сочетание оптоэлектронной развязки с применением оптопары АОУ103В (старое название 5П50) и симистора КУ208Г. Управление устройствами нагрузки эффективно осуществляется, если их мощность не превышает 600 Вт. Оптопара АОУ103В позволяет самостоятельно коммутировать высоковольтную нагрузку (с напряжением до 350 В), однако ток коммутации не должен превышать 100 мА. Поэтому для управления мощной нагрузкой в схему введен симистор КУ208Г.

Варианты включения безрелейных оконечных узлов рис. 3.2 (д-з )

Рейтинг@Mail.ru
Яндекс.Метрика