Схема:


В данной статье предлагается описание мощного электронного ключа, с помощью которого можно коммутировать напряжение переменного тока 220 В. Узел позволяет управлять питанием нагрузки, потребляющей ток от 50 мА (мощность 11 Вт) до 50 А (мощность 11 КВт). Теоретически и практически, возможно управление нагрузкой с током потребления от единиц миллиампер до 250 А. За счет применения оптопары с открытым оптическим каналом достигается практически идеальная развязка управляющих устройств от напряжения сети.

Устройство:
Примененное схемотехническое решение и типы выбранных радиоэлементов для его реализации позволили управлять нагрузкой при токе через излучающий светодиод не более 300 мкА. Эта особенность допускает подключать управляющий светодиод HL1 к выходам практически любых аналоговых или цифровых микросхем баз дополнительных усилительных каскадов. Т.е, затрачивая на управление мощность менее 1 мВт, можно коммутировать питание нагрузки, потребляющей мощность более 10 КВт. Оптопара с открытым оптическим каналом представляет собой направленные линзами друг на друга светодиод НL1 красного цвета свечения и фототранзистор VT1, выполненные в одинаковых корпусах из прозрачной пластмассы диаметром 5 мм. Когда ультраяркий светодиод НL1 не светится, ток через очень чувствительный фототранзистор VT1 на превышает 100 нА, напряжение затвор-исток маломощного полевого МОП-транзистора VT2 менее 0,2 В, этот транзистор закрыт. Следовательно, будет закрыт и биполярный транзистор VT3. В это время, напряжение затвор-исток мощного высоковольтного МОП-транзистора VT4 будет равно нулю, транзистор закрыт, ток через управляющие электроды сверхмощных тринисторов VS1, VS2 не протекает, тринисторы закрыты, нагрузка обесточена. Как только на светодиод HL1 в соответствии с указанной полярностью будет подано постоянное напряжение, ток через фототранзистор VT1 резко увеличится, напряжение затвор-исток VT2 превысит его пороговое напряжение открывания (1. 2,5 В), VT21 откроется, откроются и транзисторы VT3, VT4. Включенные встречно-последовательно тринисторы VS1, VS2, будут открываться импульсами тока через их управляющие электроды, на нагрузку поступит напряжение питания 220В переменного тока. Диод VD3 предотвращает разрядку накопительного конденсатора С1 в те моменты, когда тринисторы открыты. Конденсаторы С2, С3 и резисторы R9, R10 повышают помехоустойчивость узла. Варистор R7 предотвращает пробой VT4 при всплесках напряжения сети. Сопротивление R1 следует подобрать таким образом, чтобы максимальный ток через светодиод не превышал 20 мА. О деталях узла.

Детали:
Резисторы можно использовать типов МЛТ, С1-4, С2-23, С2-33 соответствующей мощности. Конденсатор С1 -оксидный типа K50-35, К50-24, К53-30 или аналогичный импортный. С2 - любой керамический, например, К10-7. С3 - полиетилентерефталатный К73-17, К73-24, К73-39 на напряжение не менее 400 В или импортный GRF2S0V-X2. Стабилитрон VD1 - любой маломощный на 12...13 В, например, КС212Ж, КС508А, Д814Д1, 1N4743A, BZX/BZV55C-13, TZMC-13. Диоды VD2, VD3 можно использовать любые из серий КД503, КД510, КД521, КД522, Д223. Диоды VD4, VD6 - любые из КД226, КД247, КД257, 1N4001...1N4007, 1N5391...1N5399. Диодный мост VD5 можно заменить на КВР04...КВР10, BR34...BR310, КЦ402 А...В. Светодиод HL1 - красного цвета свечения, предпочтительнее использовать какой-либо из суперярких в прозрачном корпусе - L1503SRC/E, L1513SURC/E, L1543SURC/E, L934SRC/J, КИПД21П-К. Фототранзистор VT1 производства фирмы "Klngbrioht" можно заменить на LS1P3, L32P3C или отечественными, но с заметно худшими параметрами КТФ102А, КТФ102А1, КТФ104 А...В. На его месте можно использовать и фоторезистор или фотодиод, например, ФД320, при этом, потребуется подбор сопротивления резистора R2. Транзистор VT2 - КП501А, КТ501В, К1014КТ1 А...Г, ZVN2120, ZN2120. Биполярный р-п-р транзистор VT3 можно заменить любым из серий КТ361, КТ3107, SS9012, 2SA542, 2SA733. Мощный высоковольтный транзистор BUZ94, выполненный в металлостеклянном корпусе ТО-3, можно заменить любым из серий КП707, КП728Г1. КП728Е1. КП777 А...В, IRF840... IRF842, BUZ213. При работе с мощной нагрузкой транзистору в пластмассовом корпусе может потребоваться небольшой теплоотвод. Тиристоры можно использовать Т123-200 или еще более мощные Т123-320. При необходимости, они устанавливаются на теплоотводы. Следует отметить, что при работе с нагрузкой, потребляющей ток более 50A, на каждом тринисторе будет рассеиваться мощность более 70 Вт, что потребует для них соответствующего охлаждения. Светодиод и фототранзистор необходимо защитить от внешней засветки. Благодаря использованию в этом узле тринисторе, предназначенных для промышленного применения, конструкция обладает очень высокой надежностью и устойчивостью к перегрузкам, но затраты на комплектующие могут оказаться чувствительными. Поэтому, перед сборкой этого узла следует принять решение, что именно это вам и нужно. В других случаях, следует остановиться на более дешевых вариантах. Хотя, с помощью этого узла и возможно фазовое управление поступающей на нагрузку мощностью, все же его предпочтительнее использовать как силовой бесконтактный ключ - «вкл. / выкл».



Радиоконструктор №11 2003г стр. 24