Triakový regulátor
Napísané: 24 Aug 2014, 10:34
Triakový regulátor pre fázové riadenie, troška zložitejší ako obvykle, hádam aj troška lepší. Dám to aj sem, mohlo by sa to niekomu hodiť.
Pre návrh obvodu som mal daný potenciometer 100 kΩ, s neznámym max výkonovým zaťažením (v katalógoch bol pri podobne vyzerajúcich potenciometroch písaný Pmax 50 mW), takže potenciometer nemohol byť namáhaný vysokým napätím (jednalo so o náhradu pôvodného regulátora v zariadení). Z toho vyplynulo, že bude nutné navrhnúť obvod tak, aby bol uhol otvorenia triaku riadený napätím na potenciometri, nie jeho odporom. Vyrábali sa aj integrované budiče triakov (napr. MAA436, U2008B), dnes sa ešte dá zohnať TCA785, ale aj ten je dosť veľký (DIP16) a drahý. Takže som si nakoniec navrhol vlastné zapojenie.
Princíp činnosti
Regulátor funguje takto: je vytvárané pílovité napätie, ktoré je synchronizované so sieťovým napätím, komparátor ho porovnáva s napätím z potenciometra, ktoré stanovuje okamih kedy sa má triak otvoriť (teda uhol otvorenia triaku). Takto vznikne obdĺžnikový signál. Z neho sú následne pomocou derivačného článku vytvorené krátke impulzy spínajúce triak.
Schéma zapojenia regulátora je takáto:
Ukážka priebehov pri postupnom zvyšovaní výkonu spotrebiča (píla, budiace impulzy, napätie na A2 triaku, prúd spotrebičom):
A ešte fotky osadeného plošáku:
Regulátor pracuje stabilne, nevznikajú chybné budiace impulzy. Je navrhnutý tak, aby nebolo potrebné nič dolaďovať trimrom a fungoval spoľahlivo aj pri nastavení na max výkon a tiež aby sa spotrebič dal vypnúť.
Nedostatkom je nelineárne riadenie príkonu spotrebiča vzhľadom na polohu potenciometra, keďže je lineárne riadený uhol otvorenia triaku. To je bežná vlastnosť regulátorov pre fázovú reguláciu.
Vzhľadom na to, že regulátor je ovládaný napätím, je možné ovládať ho aj iným zdrojom napätia ako potenciometrom, napr. z ďalšieho obvodu (v regulačnom obvode so spätnou väzbou).
Poznámky k úpravám zapojenia
Tento regulátor je navrhnutý pre riadenie výhrevného telesa s príkonom 2 kW a sieťové napätie 230 V. Budiace impulzy sú široké asi 75 µs, prúd do triaku je nastavený na 16 mA. Dobre pracoval so záťažami odoberajúcimi aspoň 1 A (efektívny, teda spotrebič s menovitým príkonom 230 W), pre použitie so záťažou s menším príkonom treba predĺžiť budiace impulzy pre triak výmenou C3 za 4,7 nF. Prispôsobenie pre iné napätie ako 230 V~ je len otázkou zmeny R1 a R11 (pozor na max dovolené pracovné napätie týchto rezistorov).
Použil som triak z radu E, čiže s malým IGT aby som minimalizoval spotrebu, ale je možné použiť aj triak zo základného radu (bez doplnkového písmena), vtedy bude vhodné zvýšiť budiaci prúd pre triak zmenou R10.
Komparátor LM293 je použitý kvôli potrebe väčšieho rozsahu pracovných teplôt, pre izbové teploty bude použiteľný aj LM393, s LM2903 bude obvod fungovať tiež.
Keby sme chceli tento regulátor použiť na ovládanie motora, bude vhodné použiť 800 voltový triak, doplnenie o komutačnú ochranu tiež neuškodí. Avšak kvôli fázovému posunu prúdu voči napätiu sa dá čakať, že to nebude fungovať úplne hladko, ale to by sa dalo vyriešiť doladením krajných napätí potenciometra (R6 a R7).
Pre návrh obvodu som mal daný potenciometer 100 kΩ, s neznámym max výkonovým zaťažením (v katalógoch bol pri podobne vyzerajúcich potenciometroch písaný Pmax 50 mW), takže potenciometer nemohol byť namáhaný vysokým napätím (jednalo so o náhradu pôvodného regulátora v zariadení). Z toho vyplynulo, že bude nutné navrhnúť obvod tak, aby bol uhol otvorenia triaku riadený napätím na potenciometri, nie jeho odporom. Vyrábali sa aj integrované budiče triakov (napr. MAA436, U2008B), dnes sa ešte dá zohnať TCA785, ale aj ten je dosť veľký (DIP16) a drahý. Takže som si nakoniec navrhol vlastné zapojenie.
Princíp činnosti
Regulátor funguje takto: je vytvárané pílovité napätie, ktoré je synchronizované so sieťovým napätím, komparátor ho porovnáva s napätím z potenciometra, ktoré stanovuje okamih kedy sa má triak otvoriť (teda uhol otvorenia triaku). Takto vznikne obdĺžnikový signál. Z neho sú následne pomocou derivačného článku vytvorené krátke impulzy spínajúce triak.
Schéma zapojenia regulátora je takáto:
Nedostatkom je nelineárne riadenie príkonu spotrebiča vzhľadom na polohu potenciometra, keďže je lineárne riadený uhol otvorenia triaku. To je bežná vlastnosť regulátorov pre fázovú reguláciu.
Vzhľadom na to, že regulátor je ovládaný napätím, je možné ovládať ho aj iným zdrojom napätia ako potenciometrom, napr. z ďalšieho obvodu (v regulačnom obvode so spätnou väzbou).
Poznámky k úpravám zapojenia
Tento regulátor je navrhnutý pre riadenie výhrevného telesa s príkonom 2 kW a sieťové napätie 230 V. Budiace impulzy sú široké asi 75 µs, prúd do triaku je nastavený na 16 mA. Dobre pracoval so záťažami odoberajúcimi aspoň 1 A (efektívny, teda spotrebič s menovitým príkonom 230 W), pre použitie so záťažou s menším príkonom treba predĺžiť budiace impulzy pre triak výmenou C3 za 4,7 nF. Prispôsobenie pre iné napätie ako 230 V~ je len otázkou zmeny R1 a R11 (pozor na max dovolené pracovné napätie týchto rezistorov).
Použil som triak z radu E, čiže s malým IGT aby som minimalizoval spotrebu, ale je možné použiť aj triak zo základného radu (bez doplnkového písmena), vtedy bude vhodné zvýšiť budiaci prúd pre triak zmenou R10.
Komparátor LM293 je použitý kvôli potrebe väčšieho rozsahu pracovných teplôt, pre izbové teploty bude použiteľný aj LM393, s LM2903 bude obvod fungovať tiež.
Keby sme chceli tento regulátor použiť na ovládanie motora, bude vhodné použiť 800 voltový triak, doplnenie o komutačnú ochranu tiež neuškodí. Avšak kvôli fázovému posunu prúdu voči napätiu sa dá čakať, že to nebude fungovať úplne hladko, ale to by sa dalo vyriešiť doladením krajných napätí potenciometra (R6 a R7).
