Блок, описанный в статье Л. Шичкова “Блок управления тиристорами” (“Радио”, 1982 г., № 10, с. 22—24), запомнился простотой схемы и лёгкостью налаживания.
Поэтому он и был принят за основу при разработке стабилизированного управляемого выпрямителя, схема которого изображена на рис. 1.
Транзистор VT2 открывает пульсирующее с удвоенной частотой сети напряжение, но он остаётся закрытым в моменты перехода сетевого напряжения через ноль. В эти моменты на коллекторе транзистора VT2 формируются импульсы длительностью 0,8мс и амплитудой около 12 В. Они открывают транзистор VT3, разряжающий конденсатор С6 формирователя пилообразного напряжения. В результате спады пилообразного напряжения совпадают с моментами перехода сетевой синусоиды через ноль, а длительность его нарастания равна полупериоду сетевого напряжения за вычетом длительности запускающего разряжающего конденсатор импульса.
Компаратор на ОУ DA2.2 сравнивает пилообразное напряжение с поступающим из узла стабилизации (о нём будет рассказано позже) сигналом рассогласования и изменяет своё состояние в моменты равенства этих напряжений. К выходу компаратора подключена дифференцирующая цепь C9R17, формируемые импульсы которой инвертирует транзистор VT5 и усиливает транзистор VT1. Длительность этих импульсов при указанной на схеме ёмкости конденсатора С9 — 0,6 мс.
На рис. 2 приведены осциллограммы пилообразного напряжения на коллекторе транзистора VT3 (верхняя кривая) и управляющих импульсов на коллекторе транзистора VT1 (нижняя кривая). Скорость горизонтальной развёртки — 2,5 мс/дел., коэффициент отклонения луча по вертикали — 2 В/дел. Они соответствуют углу открывания тиристоров 117 градусов.
Имевшиеся на выходе формирователя импульсов из упомянутой выше статьи импульсные трансформаторы БТС исключены, поскольку приобрести их сегодня невозможно. Гальваническая развязка между цепями управления и силовыми цепями обеспечена оптотиристорами.
Более существенное нововведение — узел стабилизации выходного напряжения. В него входят ОУ DA2.1 и транзистор VT4. ОУ непрерывно сравнивает поступающую с движка переменного резистора R20 часть выходного напряжения выпрямителя с образцовым напряжением, поступающим со стабилитрона VD4. Сигнал рассогласования, проинвертированный транзистором VT4, подан на инвертирующий вход ОУ DA2.2 и изменяет соответствующим образом угол открывания оптотиристоров.
Диод VD2 — защита интегрального стабилизатора DA1 от пробоя обратным напряжением при выключении устройства. Стабилитрон VD3 защищает вход ОУ DA2.1 от повышенного напряжения. Цепь R7C5 устраняет низкочастотные колебания выходного напряжения. Конденсатор С7 обеспечивает “мягкий” пуск выпрямителя при включении питания, а также предотвращает низкочастотные колебания. От ёмкости конденсатора С9 зависит длительность импульсов, открывающих оптотиристоры. Сопротивления резисторов R4 и R5 подбирают в зависимости от необходимого тока управления применённых оптотиристоров. Эта длительность и ток управления указаны в их техническом описании. Резистор R19 ограничивает максимальное устанавливаемое значение выходного напряжения, а резистор R21 — его минимальное значение, которое зависит и от напряжения стабилизации стабилитрона VD4. Переменный резистор R20 — регулятор выходного напряжения.
Детали блока управления размещены на печатной плате из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита. Её чертёж — на рис. 3. Его соединяют с обмоткой III трансформатора Т1 и силовыми узлами выпрямителя в точках, обозначенных буквами А—Ж на схеме рис. 1 и на схеме размещения элементов на печатной плате.
В выпрямителе применены импортные алюминиевые оксидные конденсаторы, причём фактическая ёмкость извлечённых из немало поработавшего компьютерного блока питания конденсаторов С8 и СЮ оказалась всего 330 мкФ. Остальные конденсаторы — К73-17 и К10-17.
Блок управления и силовая часть питаются от трансформатора Т1. Напряжение его обмотки II — 40 В при токе нагрузки 1 А, её активное сопротивление — 2 Ом. Напряжение обмотки III — 15 В при токе нагрузки 0,5 А. Магнитопровод сглаживающего дросселя L1 — УШ 16×24, собранный встык с немагнитным зазором 0,12 мм (прокладкой из электротехнического картона). Обмотка дросселя состоит из 400 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,51 мм. Её сопротивление постоянному току — 5 Ом.
Силовая часть выпрямителя собрана из деталей, имевшихся в наличии. Важно было убедиться, что регулируемый выпрямитель с разработанным блоком управления функционирует как задумано. Напряжение на выходе изготовленного выпрямителя регулируется от 5 до 45 В. Размах его пульсаций не превышает 500 мВ. В интервале 5…35 В стабилизация выходного напряжения с точностью ±0,2 В обеспечивается при изменении сетевого напряжения в пределах 195…230 В и токе нагрузки до 0,9 А. Стабильность напряжения при повышенном сетевом напряжении не проверялась.
Осциллограммы на рис. 4 показывают пульсации напряжения на конденсаторе С8 (нижняя кривая, 5 В/дел.), на конденсаторе СЮ (верхняя кривая, 1 В/дел.) при выходном напряжении 30 В и токе нагрузки 0,5 А. Скорость горизонтальной развёртки — 5 мс/дел. Эффективность П-образного сглаживающего фильтра несомненна.
Если исключить из фильтра дроссель, суммарную ёмкость конденсаторов С8 и СЮ необходимо изменить для обеспечения заданного уровня пульсаций. Оценить размах пульсаций в вольтах можно по формуле Д1) = lMAt /С, где 1н — ток нагрузки, A; At — длительность разрядки конденсатора (At=0,01 с при частоте сетевого напряжения 50 Гц); С — ёмкость сглаживающего конденсатора, Ф. Например, при ёмкости сглаживающего конденсатора 10000 мкФ размах пульсаций будет 0,5 В при токе нагрузки 0,5 А или 1 В при токе нагрузки 1 А. Минимальная ёмкость конденсаторов на выходе выпрямителя без дросселя L1 — 220 мкФ. При меньшей ёмкости и работе на активную нагрузку напряжение не регулируется и не стабилизируется.
Управляемый выпрямитель с фазовым регулированием выходного напряжения создаёт радиопомехи, которые хорошо слышны на средневолновом диапазоне обычным бытовым радиоприёмником. Для их подавления я установил между сетью и первичной обмоткой трансформатора фильтр аналогичного назначения от телевизора. Он состоит из двухобмоточного дросселя и двух конденсаторов ёмкостью по 0,1 мкФ. При необходимости такой фильтр можно изготовить и самостоятельно.
В заключение отмечу, что предлагаемый блок управления довольно универсален. При необходимости с ним можно применить сетевой трансформатор большей мощности с нужным напряжением на обмотке II и элементы силовой части на нужное напряжение и ток. Питание управляемого выпрямителя непосредственно от сети я не рассматриваю, так как никогда не применяю источники питания, выходы которых не изолированы от сети.
