Регулятор мощности на симисторе 2N5568


 Регулятор мощности на симисторе-01

Регулятор мощности на симисторе, то-есть в этой статье предложена симуляцию с участием симисторов. Основным используемым электронным программным обеспечением является — LTspice. Это высокопроизводительное ПО для симуляции, захвата схем и просмотра сигналов с улучшенными моделями, упрощающими проектирование аналоговых схем.

Регулятор мощности на симисторе — схемы моделирования

Симисторы — это электронные компоненты, используемые в качестве переключателей в цепях переменного тока с низкой частотой. Это трех-контактные устройства: затвор (G), анод 1 (A1) и анод 2 (A2), которые используются в качестве двунаправленных переключателей переменного тока и напряжения.



Работа, которую выполняет, например регулятор мощности на симисторе, чрезвычайно интересна: прохождение тока между выводами A1 и A2 или между A2 и A1 происходит только в том случае, если на затвор подается сигнал тока. Однако, при этом симистор остается в проводящем состоянии, даже если ток на затворе прерывается.

 Регулятор мощности на симисторе-1
Рисунок 1: Электрический символ симистора

Симистор, выбранный для нашего моделирования

В данном случае для симуляции мы взяли модель симистора — 2N5568 от Motorola (рисунок 2). Он разработан в первую очередь для промышленных и военных устройств с функцией двухполупериодного управления нагрузками переменного тока, в таких, например приборах как регуляторы освещения, источники питания, управление нагревом, управление двигателями и системы переключения питания. Его характеристики и максимальные значения, указанные в официальном техническом описании, следующие:





  • Напряжение (VDRM): 400 В
  • Напряжение затвора (VGM): 20 В
  • Действующий ток в открытом состоянии (ITRMS): 10 А
  • Непериодический импульсный ток (ITSM): 100 А
  • Пиковая мощность затвора (PGM): 16 Вт
  • Диапазон рабочих температур перехода (TJ): от –65˚C до 100˚C
  • Тепловое сопротивление перехода к корпусу (RθJC): 1

Следующая подсхема может быть непосредственно вставлена ​​в электрическую схему программного обеспечения LTspice или добавлена из внешнего документа с помощью директивы «.INCLUDE»:

.SUBCKT 2N5568 1 2 3
* ПОДКЛЮЧЕНИЯ: MT2 G MT1
QN1 5 4 3 NOUT
QN2 11 6 7 NOUT
QP1 6 11 3 POUT
QP2 4 5 7 POUT
DF 4 5 DZ ВЫКЛ.
DR 6 11 DZ ВЫКЛ.
РФ 6 4 40МЕГ
RT2 7 1 52,8 млн
П 6 7 75
RGP 8 3 54,5
РГ 8 2 26,4
РС 4 8 52,6
DN 9 2 DIN
РН 9 3 27,8
GNN 6 7 9 3 38,8 млн
ВНП 4 5 9 3 51,2 млн
DP 2 10 DIP
RP 3 10 16,2
GP 7 6 10 3 26,1 млн
.Модель Din D (IS = 53,5F)
.Модель Dip D (IS = 53,5F N = 1,19)
.Модель Dz D (IS = 53,5F N = 1,5 IBV = 10u BV = 400)
.Модель Pout PNP (IS = 53,5F BF = 5 CJE = 235P TF = 25,5u)
.Модель Nout NPN (IS = 53,5F BF = 20 CJE = 235P CJC = 46,9P TF = 1,7u)
.ENDS




 Регулятор мощности на симисторе-2
Рисунок 2: Симистор 2N5568 от Motorola

Электрическая схема: регулятор мощности на симисторе — первый пример

На рисунке 3 показан первый пример устройства. Нагрузка R1 представлена ​​сопротивлением 22 Ом, запитанным в CC с напряжением 230 В. Затвор приводится в действие пульсирующим напряжением 20 В.

 Регулятор мощности на симисторе-3
Рисунок 3: Первый пример в CC

Как только схема получает питание, стабилитрон блокируется и не пропускает ток через нагрузку. При первом положительном импульсе 20 В на затворе, симистор начинает проводить (как замкнутый переключатель), пропуская ток около 10А через нагрузку R1. Резистор R2 ограничивает ток на затворе полупроводника.

Давайте посмотрим на графики, полученные при первом моделировании постоянного тока на рис.4. Зеленый график (внизу) описывает пульсирующий сигнал на затворе симистора с прямоугольным напряжением 20 Vpp. Красный график (вверху) описывает ток, протекающий по нагрузке, резистору R1 сопротивлением 22 Ом.

Даже если напряжение на затворе становится равным нулю, симистор уже является проводящим, и ток проходит все время (более 10А), пока цепь полностью не отключится. Это как если бы у компонента есть память, и он помнит, как был активирован в первый раз импульсом на затворе. Единственный способ остановить ток — отключить цепь от основного источника питания.

Графики первого моделирования
Рисунок 4: Графики первого моделирования

Вот некоторые электрические измерения в цепи во время состояния проводимости симистора:

  • Напряжение на генераторе постоянного тока V4: 230 В
  • Напряжение на генераторе импульсов V3: от 0 В до 20 В, частота 0,5 Гц
  • Ток на нагрузке R1: 10,39 А
  • Ток через затвор симистора: 82,8 мА
  • Мощность, рассеиваемая нагрузкой R1: 2375 Вт
  • Рассеиваемая мощность симистора в состоянии проводимости: всего 14,9 Вт
  • Напряжение между A1 и A2 симистора: 1,4 В

В этой конфигурации КПД схемы составляет 99,375% — очень хороший результат. Температура перехода компонента без радиатора составляет около 42°C.

Регулятор мощности на симисторе — схема второго примера

На рисунке 5 показан второй пример регулятора мощности собранного на симисторе. Нагрузка R1 представлена ​​сопротивлением 22 Ом, запитанным переменным напряжением 325 В. Затвор снова приводится в движение пульсирующим напряжением 20 В с частотой 5 Гц. Также в этом случае, как только схема получает питание, симистор блокируется и не пропускает ток через нагрузку. При первом положительном импульсе 20 В на затворе, симистор начинает проводить (как замкнутый переключатель), пропуская через нагрузку R1 переменный ток величиной около 6,5 ARMS (схема находится в синусоидальном режиме).

Второй пример в AC
Рисунок 5: Второй пример в AC

График, полученный при втором моделировании переменного тока (рис. 6), несколько отличается. В нем зеленый график (внизу) снова описывает пульсирующий сигнал на затворе симистора с прямоугольным напряжения 20 В (размах). Красный график (вверху) описывает переменный ток (AC), проходящий через нагрузку R1.

Графики второго моделирования
Рисунок 6: Графики второго моделирования

На этот раз, если напряжение на затворе становится равным нулю, симистор прекращает проводить ток, когда напряжение на нем проходит через нулевое значение (рисунок 7). Другими словами, если прибор используется в переменном токе, выключение происходит, когда ток проходит от нуля.

В переменном токе симистор
Рисунок 7: В переменном токе симистор отключается при соответствии перехода от нуля тока.

Вот некоторые электрические измерения в цепи во время состояния проводимости симистора:

  • Напряжение на генераторе переменного тока V1: 230 В (325 В пик.)
  • Напряжение на генераторе импульсов V3: от 0 В до 20 В, частота 5 Гц
  • Ток на нагрузке R1: 6.5 ARMS только при токопроводящем TRIAC
  • Ток через затвор TRIAC: 82,8 мА
  • Мощность, рассеиваемая нагрузкой R1: около 2100 Вт в среднем.
  • Рассеиваемая мощность TRIAC в состоянии проводимости: всего 14 Вт в среднем.
  • Напряжение между A1 и A2 симистора: 1,6 В

В этой конфигурации КПД схемы составляет 99,4% — еще один очень хороший результат.

Читайте также:  Комбинированный прибор измерения высокого напряжения
Не нашли что искали? Смотрите еще: