Фазоимпульсными регуляторами (ФИР) называются устройства, позволяющие регулировать яркость ламп (диммеры), мощность электрических нагревателей, скорость вращения электроинструмента и т.п. ФИР содержит в своём составе электронный ключ, который включен между питающей сетью и нагрузкой. В течении некоторой части периода сетевого напряжения этот ключ замкнут, а затем он размыкается. Увеличивая или уменьшая время, в течении которого ключ находится в замкнутом состоянии, можно увеличивать или уменьшать мощность, выделяющуюся в нагрузке. Обычно в качестве ключа используется тиристор. Рассмотрим структурную схему тиристорного ФИР, представленную на рис. 1. Соответствующие временные диаграммы представлены на рис. 2.

Селектор нуля срабатывает, когда сетевое напряжение проходит через ноль. Цепь задержки через интервал времени Тз, регулируемый в пределах от нуля до 10 мс, запускает формирователь импульсов, открывающих тиристор. Далее тиристор остаётся открытым до тех пор, пока ток через него не станет меньше тока удержания, т.е. почти до конца полупериода.

На временной диаграмме Uc - выпрямленное сетевое напряжение. Uн - напряжение на нагрузке. Зелёным цветом выделены моменты времени, когда тиристорный ключ замкнут.

При малых и средних Тз тиристорный ФИР работает вполне удовлетворительно, но при больших Тз, близких к длительности полупериода сетевого напряжения, что соответствует питанию нагрузки короткими импульсами малой амплитуды, возникают проблемы, связанные с тем, что не все виды нагрузки могут нормально работать при таком питании. Например лампы накаливания начинают заметно мерцать. Кроме того при больших Тз нестабильность работы цепи регулируемой задержки вызывает существенные изменения длительности выходных импульсов. В самом деле - если Тз, например в результате нагрева элементов схемы, возрастёт с 9 до 9.5 мс, т.е. примерно на 5%, то длительность импульсов на нагрузке сократится от 1 мс до 0.5 мс, т.е. вдвое. Если Тз превысит 10 мс, то тиристор будет открываться в самом начале полупериода, что соответствует максимальной мощности. Это может привести к повреждению нагрузки, если она не рассчитана на полное сетевое напряжение.

Ещё одним недостатком тиристорных ФИР являются помехи, которые возникают при замыкании ключа и, в меньшей степени, при размыкании (имеется в виду работа ФИР на активную нагрузку).

Реальные тиристорные ФИР обычно делаются на симметричном тиристоре (симисторе), по этому выпрямитель не требуется, но рассмотренные недостатки им также присущи.

Если в качестве ключа использовать не тиристор, а мощный высоковольтный MOSFET транзистор, то можно существенно уменьшить проблемы, возникающие при необходимости питать нагрузку низким напряжением.

Структурная схема ФИР с ключом на полевом транзисторе представлена на рис. 3. Временные диаграммы представлены на рис. 4.

Компаратор сравнивает регулируемое напряжение Uоп, формируемое источником опорного напряжения, с выпрямленным сетевым напряжением. Если сетевое напряжение меньше опорного, то полевой транзистор открыт, нагрузка подключена к сети. В противном случае компаратор размыкает ключ - ток через нагрузку отсутствует. Очевидно, что как на восходящей так и на нисходящей ветвях синусоиды будут участки, когда транзисторный ключ замкнут, что и отражено на временной диаграмме. Это позволяет передать в нагрузку требуемую мощность за большее время, чем в случае тиристорного ФИР, и, соответственно, уменьшить пиковые напряжения и токи нагрузки.

Схема электрическая принципиальная транзисторного ФИР представлена на рис. 5.

Источник регулируемого опорного напряжения собран на элементах R1, C1, VD2 и R4. Напряжение +12В со стабилитрона VD2 также используется для питания микросхемы DA1.1. Конденсатор С2 уменьшает шумы, возникающие при вращении оси переменного резистора R4. Операционный усилитель DA1.1, используемый в качестве компаратора, сравнивает опорное напряжение с сетевым, поступающим на инверсный вход с делителя на резисторах R2, R3. Полевой транзистор VT1 представляет собой силовой ключ, управляемый сигналом с выхода компаратора. Резистор R8 разгружает выход усилителя DA1.1 от ёмкости затвор-исток полевого транзистора, кроме того благодаря этому резистору переключение VT1 несколько замедляется, что способствует снижению помех.

Первый вариант транзисторного ФИР содержал только эти элементы. Он был собран на макетной плате и оказался вполне работоспособен, но форма напряжения на нагрузке существенно отличалась от желаемой. Соответствующая осциллограмма приведена на рис. 6.

Левый пик на осциллограмме, соответствующий нисходящей ветви синусоиды, существенно ниже правого пика, соответствующего восходящей ветви. Так получается из-за задержки, вносимой компаратором и ключом. Применение более быстрого операционного усилителя и уменьшение резистора R8 позволяет улучшить ситуацию, но до конца проблему не устраняет, кроме того автору очень хотелось остаться в рамках недорогих и доступных комплектующих.

Устранить указанный недостаток позволяет введение в схему второго компаратора DA1.2. Благодаря цепи задержки на элементах VD3, R9, R10 и С3 DA1.2 срабатывает вслед за DA1.1 с задержкой около 100 микросекунд. Этой задержки вполне достаточно, чтобы к моменту срабатывания DA1.2 переходные процессы, связанные с переключением DA1.1 успевали закончиться. Напряжение с выхода DA1.2 через резистор R7 суммируется с сигналом, снимаемым с делителя R2,R3. Благодаря этому как на нисходящей, так и на восходящей ветвях синусоиды компаратор DA1.1 срабатывает чуть раньше - задержка компенсируется, длительности и амплитуды обеих пиков выравниваются. Осциллограмма для этого случая представлена на рис. 7.

Если ФИР настроен так, что срабатывание DA1.1 происходит вблизи вершины синусоиды (большая мощность на нагрузке), то вышеописанная задержка не сказывается на работе устройства. Это связано с тем, что вблизи вершины синусоиды скорость изменения сетевого напряжения замедляется и за время задержки значимого изменения напряжения не происходит. С другой стороны выяснилось, что эта же причина - медленное изменение сетевого напряжения вблизи вершины синусоиды - приводит к возникновению автоколебаний в цепочке из двух компараторов DA1.1 и DA1.2, охваченных обратной связью. Устранить автоколебания позволяет цепочка VD3, R9. Благодаря ей конденсатор С3 заряжается существенно быстрее, чем разряжается. Если импульсы на выходе DA1.1 достаточно широкие, что соответствует большой амплитуде импульсов на нагрузке ФИР, то C3 не успевает разряжаться - на нём появляется постоянное напряжение, превышающее напряжение на инверсном входе DA1.2. Компаратор DA1.2 перестаёт переключаться и автоколебания не возникают. Номиналы резисторов R5, R6, R9 и R10 подобраны так, что блокировка DA1.2 наступает при амплитуде импульсов на нагрузке ФИР около 150 В.

Монтаж устройства был выполнен на макетной плате, фотография которой не приводится, т.к. кроме описанного ФИР на ней было собрано ещё одно устройство, не имеющее отношения к данной разработке. Нагрузкой ФИР служит нагреватель мощностью около 100 ВА с рабочим напряжением 70В. Полевой транзистор размещён на радиаторе в виде пластины площадью 10 квадратных сантиметров. В процессе работы он почти не нагревается - видимо радиатор можно уменьшить или вовсе отказаться от него.

При отладке и последующей эксплуатации устройства следует соблюдать осторожность т.к. его элементы имеют контакт с электрической сетью.

Наладка устройства сводится к подбору резистора R7. ФИР следует подключить к сети 220В (через разделительный трансформатор!). В качестве нагрузки можно использовать лампу накаливания на 220В мощностью около 100 ВА, паяльник и т.п. Параллельно нагрузке следует включить вход осциллографа. С помощью резистора R4 нужно выставить амплитуду импульсов на нагрузке около 50 В. Резистор R7 следует подобрать таким образом, чтобы амплитуда импульсов на восходящей и нисходящей ветвях синусоиды были равны. При отклонении выходного напряжения от 50В равенство амплитуд импульсов не должно существенно нарушаться. У автора при выходном напряжении 20В амплитуды импульсов отличались на 2В, при 30В - на 1В, при 100В - на 1В.

В заключении укажем на особенности данного ФИР, определяющие возможную область применения. Его рекомендуется использовать для питания низковольтных устройств, которые по той или иной причине необходимо запитать от сети 220В. Стабилизация амплитуды импульсов на выходе транзисторного ФИР очень этому способствует.

Автор успешно использовал в качестве нагрузки паяльник мощностью 30ВА, рассчитанный на напряжение 27В, а также лампочку 6В 0.6ВА. Лампочка горела без мерцания, её яркость плавно регулировалась от нуля до видимого перекала. Средневолновый радиоприёмник, находящийся рядом с данным устройством, не реагировал на его включение. Из этого можно сделать вывод о небольшом уровне высокочастотных помех.

При питании от ФИР лампы накаливания на напряжение 220В выяснилось, что при небольших уровнях диммирования (почти максимальная яркость) имеют место самопроизвольные и весьма заметные изменения яркости. Анализ этого явления показал, что причиной является существенное отличие формы сетевого напряжения от синусоиды. Если порог срабатывания компаратора попадает на достаточно протяжённую плоскую вершину, которая имеется у реального сетевого напряжения, то даже небольшие изменения величины напряжения в сети будут вызывать значительные колебания длительности импульсов, вырабатываемых компаратором. Это и вызывает изменение яркости лампы.

При разработке и испытаниях данного устройства предполагалось, что нагрузка может быть только активной (резистор, нагреватель, лампа накаливания). Возможность использования транзисторного ФИР с реактивной нагрузкой, а также для зарядки каких-либо аккумуляторов, регулирования оборотов электродвигателей и т.п. не рассматривалась и не проверялась.

Устройство представляет собой бесконтактный прерыватель тока в нагрузке, питающейся напряжением 12-18V, при токе не более 10А. Частоту прерывания можно плавно регулировать в двух пределах «х1» от 0,2Гц до 2 Гц и «х2» от 0,4 Гц до 4 Гц.

Регулятор мощности 12в

Схема отличается точным равенством интервалов выключенного и включенного состояния нагрузки. Представлена схема (рис.1) на сайте состоит из мощного ключа на р-канальных полевых транзисторах VT1 и VT2, включенных параллельно, и источника управляющих импульсов на микросхеме D1. Конечно, можно было источник управляющих импульсов сделать на основе мультивибратора на логических элементах, например, микросхемы К561ЛА7, но в таком случае, чтобы обеспечить симметричность выходных импульсов потребуется еще одна микросхема D триггер или счетчик.

В данном же случае, в одной микросхеме есть как мультивибратор, так и счетчик. К тому же, счетчик 14-разрядный, поэтому мультивибратор может работать на значительно более высокой частоте, чем частота прерывания нагрузки, что благоприятно сказывается на стабильности частоты заданной RC-цепью. Частота мультивибратора задается RC цепью C1R2R3. Плавная регулировка частоты осуществляется переменным резистором R2. Частота импульсов делится счетчиком. В положении переключателя S1 «х1» коэффициент деления составляет 16384, а в положении «х1» 8192.

Далее импульсы с выхода счетчика через переключатель S1 поступают на ключ на мощных полевых транзисторах VT1 и VT2. Транзисторы р-канальные, поэтому открываются они отрицательным относительно истока напряжением. Резистор R4 несет две функции, во первых, он снижает ток заряда емкости затвора полевых транзисторов, снижая этим пиковую нагрузку на выход микросхемы, а во-вторых, он совместно со стабилитроном VD2 ограничивает напряжение на затворах VT1 и VT2 чтобы оно не превышало 12V.

Максимальное напряжение питания микросхемы D1 составляет 15V, а напряжение питания данного устройства может достигать 18V и даже больше. Чтобы ИМС D1 не вышла из строя в этом случае, напряжение на ней ограничивается стабилитроном VD1 и резистором R5. А диод VD3 защищает конденсатор С2 от разрядки в том случае, если при включении нагрузки ключом на VT1 и VT2 будет наблюдаться провал в напряжении питания.

Регулятор на полевых транзисторах

Очень заманчиво в полевых условиях в качестве источника света использовать прожектор или светильник сделанный на базе автомобильной фары. Еще лучше, если яркость этого осветительного прибора можно будет регулировать плавно в очень широких пределах. Ток потребления стандартной лампы автомобильной фары мощностью 65 W составляет 5,5А. А ток 100W лампы уже более 8А. Конечно, можно сделать линейный регулятор на очень мощном транзисторе с огромным радиатором, но куда более эффективным будет регулятор с широтно-импульсным способом регулировки мощности.

В отличие от линейного его выходные транзисторы всегда будут либо закрыты полностью либо открыты полностью, а это значит что сопротивление их каналов в открытом состоянии будет минимальное и, следовательно, мощность на них падать тоже будет минимальная. Отсюда и большой КПД, и более легкий температурный режим. Схема (рис.2) в части выходного каскада и питания аналогична схеме прерывателя тока (рис.1). Различие в схеме управления. Здесь на микросхеме типа К561ЛА7 сделан мультивибратор, скважность выходных импульсов которого можно в очень широких пределах регулировать с помощью переменного резистора R1.

Частота импульсов неизменная и составляет около 400 Гц. Регулируя переменный резистор R1 изменяем соотношение длительностей положительных и отрицательных полуволн за счет различия сопротивлений R составляющих частото-задающей RCцепи, коммутируемых диодами VD4 и VD5. Практически регулировать мощность можно от 90% до 10% от максимального значения. Собственно мультивибратор выполнен на элементах D1.1 и D1.2. С выхода элемента D1.2 импульсы поступают на усилитель мощности, сделанный на оставшихся двух элементах микросхемы D1 D1.3 и D1.4.

Эти элементы соединены параллельно. С их выходов импульсы через резистор R4 поступают на затворы полевых транзисторов. В данной схеме сопротивление R4 уменьшено, чтобы обеспечить больше скорость открывания транзисторов и этим самым снизить их нагрев в момент переходного процесса между закрытым и открытым состоянием. В связи с этим увеличивать напряжение питания схемы выше 15V не рекомендуется, так как это приведет к повышенной нагрузке на выходы элементов D1.3 и D1.4 микросхемы D1.

Регулятор мощности с прерывателем

Если объединить эти два устройства получится схема (рис.З), с помощью которой можно будет не только прерывать ток в нагрузке постоянного тока, но и регулировать мощность этой нагрузки. Например, регулировать яркость и частоту мигания сигнального прожектора. В этом случае две управляющие схемы из схемы прерывателя (рис.1) и схемы регулятора мощности (рис.2) объединяются. Причем первая схема управляет второй. Происходит это следующим образом. Усилитель мощности на элементах D1.3 и D1.4 выполнен на двух соединенных параллельно элементах микросхемы К561ЛА7, то есть, это элементы «2И-НЕ».

Если на один из входов такого элемента подать логический ноль, то на выходе элемента устанавливается логическая единица независимо от того какой логический уровень будет на его втором входе. Схема же выходного ключа выполнена на полевых транзисторах VT1 и VT2. Транзисторы р-канальные, поэтому открываются они отрицательным относительно истока напряжением, то есть, логическим нулем. А при подаче на их затворы логической единицы они закрываются.

Таким образом, выделяем по одному из входов элементов D1.3 и D1.4, соединяем их вместе и через переключатель S1 подаем на них управляющие импульсы от генератора прерывания, выполненного на микросхеме D2. Теперь при единице на выходе S1 нагрузка включается, а при нуле выключается. Чтобы можно устройством пользоваться как в режиме прерывания, так и без прерывания, переключатель S1 сделан на три положения. В положении «0» прерывания не будет, и нагрузка будет работать постоянно.

В этом положении выводы 9 и 13 элементов D1.3 и D1.4 соединяются через переключатель S1 с плюсовым полюсом питания микросхемы, то есть, на них подается логическая единица. В этом режиме прерыватель отключен, и работает только регулятор мощности. Мощность регулируется резистором R1, частота прерывания резистором R6, режим работы переключателем S1. Включенные параллельно транзисторы VT2, VT3 типа IRF9540 можно заменить на IR9Z34, КП785А, КП784А. Микросхему CD4060B заменить можно любым аналогом «хх4060». Микросхему К561ЛА7 можно заменить на К176ЛА7 или CD4011, либо любым аналогом «хх4011».

Стабилитрон КС515А можно заменить на КС215Ж, КС508Б, 1N4744A, TZMC15. Стабилитрон КС213Ж можно заменить на КС213Б, 1N4743A, BZX/BZV55C13. В качестве светодиода HL1 можно использовать любой из серий АП307, КИПМ15, КИПД21, КИПД35, L1503, L383 или другой индикаторный. Принципе, можно вообще отказаться от него, просто тогда не будет индикации включенного состояния нагрузки. При работе с током нагрузки до 10 А полевые транзисторы нужно установить на общий теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности не менее 70 см².

И. НЕЧАЕВ, г. Курск

Этот регулятор позволяет управлять количеством тепла, выделяемого электронагревательным прибором. Принцип его работы основан на изменении числа периодов сетевого напряжения, поступающих на нагреватель, причем включение и отключение происходят в моменты, близкие к переходу мгновенного значения сетевого напряжения через ноль. Поэтому регулятор практически не создает коммутационных помех. К сожалению, он не годится для регулировки яркости ламп накаливания, которые будут заметно мигать.

Схема прибора показана на рис. 1.

В качестве коммутирующих элементов в нем применены полевые транзисторы IRF840 с допустимым напряжением сток-исток 500 В, током стока 8 А при температуре корпуса 25 °С и 5 А при температуре 100 °С, импульсным током 32 А, сопротивлением открытого канала 0,85 Ом и рассеиваемой мощностью 125 Вт. Каждый транзистор содержит внутренний защитный диод, включенный параллельно каналу в обратной полярности (катодом к стоку). Это позволяет, соединив два транзистора встречно-последовательно, коммутировать переменное напряжение.

На элементах DD1.1, DD1.2 собран генератор импульсов регулируемой скважности, следующих с частотой приблизительно 1 Гц. На DD1.3, DD1.4 - компаратор напряжения. DD2.1 - D-триггер, a DD1.5, DD1.6 - буферные каскады. Гасящий резистор R2, диоды VD3 и VD4, стабилитрон VD6, конденсатор С2 образуют параметрический стабилизатор напряжения. Диоды VD5, VD7 гасят выбросы напряжения на затворах транзисторов VT1, VT2.

Временные диаграммы сигналов в различных точках регулятора показаны на рис. 2.

Положительная полуволна сетевого напряжения, пройдя через диоды VD3, VD4 и резистор R2, заряжает конденсатор С2 до напряжения стабилизации стабилитрона VD6. Напряжение на аноде диода VD4 представляет собой синусоиду, ограниченную снизу нулевым значением, а сверху - напряжением стабилизации стабилитрона VD6 плюс прямое падение напряжения на самом диоде. Компаратор на элементах DD1.3, DD1.4 делает перепады напряжения более крутыми. Сформированные им импульсы поступают на вход синхронизации (выв. 11) триггера DD2.1, а на его вход D (выв. 9) - импульсы частотой приблизительно 1 Гц с выхода генератора на элементах DD1.1, DD1.2.

Выходные импульсы триггера поданы через соединенные параллельно (для уменьшения выходного сопротивления) элементы DD1.5 и DD1.6 на затворы транзисторов VT1 и VT2. Они отличаются от импульсов генератора "привязкой" перепадов по времени к пересечениям сетевым напряжением уровня, близкого к нулевому, в направлении от плюса к минусу. Поэтому открывание и закрывание транзисторов происходят только в моменты таких пересечений (что и гарантирует низкий уровень помех) и всегда на целое число периодов сетевого напряжения. С изменением переменным резистором R1 скважности импульсов генератора изменяется и отношение длительности включенного и выключенного состояния нагревателя, а следовательно, и среднее количество выделяемого им тепла.

Полевые транзисторы можно заменить другими, подходящими по допустимым напряжению и току, но обязательно с защитными диодами. Микросхемы серии К561 при необходимости заменяют функциональными аналогами серии 564 или импортными. Стабилитрон Д814Д - любым средней мощности с напряжением стабилизации 10...15 В.

Большинство деталей прибора размещено на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, показанной на рис. 3.

При мощности нагревателя более 500 Вт транзисторы VT1 и VT2 необходимо снабдить теплоотводами.

Плату устанавливают в корпус из изоляционного материала, на стенке которого монтируют розетку XS1 и переменный резистор R1. На ось резистора обязательно насаживают ручку из изоляционного материала.

При налаживании регулятора проверяют напряжение на конденсаторе С2 во всем интервале регулировки мощности. Если оно заметно меняется, номинал резистора R2 придется уменьшить.
Радио №4 2005 год.

Симисторный регулятор мощности.

А.СТАСЬ

Дроссель L1 - любой помехоподавляющий, применяемый в подобного рода устройствах, соответствующий нагрузке. Можно, в принципе, обойтись и без него, особенно если нагрузка носит индуктивный характер. Конденсаторы CI, С2 - на напряжение не ниже 250 В. Диоды VD1...VD4 - любые кремниевые на обратное напряжение не менее 300 В.

Транзисторы VT1, VT2 - тоже, в принципе, любые кремниевые с соответствующим типом проводимости.

Данная схема работает с любыми типами симисторов на соответствующее напряжение. Самый мощный, что удалось испытать, был ТС142-80-10.

Радиолюбитель 8/97

Ступенчатый регулятор мощности.

К. МОВСУМ-ЗАДЕ, г. Тюмень

Предлагаемое устройство отличается доступными деталями при небольшом их числе и некритичности номиналов. Регулирование ступенчатое: 2/2, 2/3, 2/4, 3/7, 3/8, 3/9 и 3/10 полной мощности нагрузки.

Схема регулятора изображена на рис. 1.

Он состоит из узла питания (диоды VD2, VD6, стабилитрон VD1, резистор R3, конденсатор С1), узла управления (резисторы R1, R2, R4, R5, переключатель SA1, десятичный счетчик DD1, диоды VD3-VD5) и силового узла на полевом транзисторе VT1 и диодном мосте VD7-VD10, в него же входит резистор R6.

Предположим, переключатель SA1 установлен в положение 2/3. Во время первого положительного полупериода сетевого напряжения диоды VD2 и VD6 открыты. Ток, протекающий через стабилитрон VD1, формирует на нем импульс амплитудой 15 В с крутыми фронтом и спадом. Этот импульс через диод VD2 заряжает конденсатор С1, а через резистор R1 поступает на вход CN счетчика DD1. По фронту этого импульса на выходе 1 счетчика будет установлен высокий уровень, который через диод VD4 и резистор R4 поступит на затвор полевого транзистора VT1 и откроет его. В результате через нагрузку протекает положительная полуволна тока.

Во время отрицательного полупериода диоды VD2 и VD6 закрыты, но напряжение заряженного конденсатора С1 (далее его подзаряжает каждый положительный полупериод) продолжает питать счетчик DD1, состояние которого не изменяется. Транзистор VT1 остается открытым, и ток через нагрузку продолжает течь.

С началом следующего положительного полупериода уровень на выходе 1 счетчика станет низким, а на выходе 2 - высоким. Транзистор VT2, напряжение затвор-исток которого стало нулевым, будет закрыт, а нагрузка отключена от сети на весь период.

В третьем положительном полупериоде высокий уровень, установленный на выходе 3, поступит через переключатель SA1 на вход R счетчика, который немедленно перейдет в исходное состояние с высоким уровнем на выходе 0 и низким на всех остальных выходах. Напряжение, поступившее через диод VD3 и резистор R4 на затвор транзистора VT1, откроет его. По окончании этого периода цикл повторится. В других положениях переключателя SA1 прибор работает аналогично, изменяется лишь число периодов, в течение которых нагрузка подключена к сети и отключена от нее.

Регулятор почти не создает радиопомех, так как переключение счетчика, а с ним открывание и закрывание транзистора VT1 происходят в моменты, когда мгновенное значение сетевого напряжения очень близко к нулевому - оно не превышает напряжения стабилизации стабилитрона VD1. Резистор R6 подавляет выбросы напряжения, возникающие при коммутации индуктивной нагрузки, что уменьшает вероятность пробоя транзистора VT1.

Регулятор собран на печатной плате из односторонне фольгированного текстолита (рис. 2).

Она рассчитана на резисторы МЛТ и им подобные указанной на схеме мощности, причем номиналы резисторов могут в несколько раз отличаться от указанных. Конденсатор С1 - К50-35 или другой оксидный. Стабилитрон КС515Г можно заменить КС515Ж или КС508Б, диоды КД257Б - импортными 1N5404, а транзистор КП740 - IRF740.

Переключатель SA1 - галетный П2Г-3 11П1Н, из одиннадцати положений которого использовано только семь. Выводы переключателя соединяют гибкими проводами с не имеющими обозначений контактными площадками, расположенными на печатной плате вокруг микросхемы DD1.

Собранный прибор желательно проверить, подключив к сети через разделительный трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 20...30 В и заменив реальную нагрузку резистором 1,5...3 кОм. Только убедившись в правильной работе, подключайте его к сети напрямую. После этого прикасаться к каким-либо элементам устройства (кроме изолированной ручки переключателя) опасно - они находятся под сетевым напряжением.

Регулятор проверен с нагрузкой мощностью до 600 Вт. Полевой транзистор VT1 благодаря малому сопротивлению открытого канала нагревается очень незначительно, тем не менее желательно снабдить его небольшим теплоотводом.

На сегодняшний день многие приборы производятся с возможностью регулировки тока. Таким образом пользователь имеет возможность контролировать мощность устройства. Работать указанные приборы способны в сети с переменным, а также постоянным током. По своей конструкции регуляторы довольно сильно отличаются. Основной деталью устройства можно назвать тиристоры.

Также неотъемлемыми элементами регуляторов являются резисторы и конденсаторы. Магнитные усилители используются только в высоковольтных приборах. Плавность регулировки в устройстве обеспечивается за счет модулятора. Чаще всего можно встретить именно поворотные их модификации. Дополнительно в системе имеются фильтры, которые помогают сглаживать помехи в цепи. За счет этого ток на выходе получается более стабильным, чем на входе.

Схема простого регулятора

Схема регулятора тока обычного типа тиристоры предполагает использовать диодные. На сегодняшний день они отличаются повышенной стабильностью и прослужить способны много лет. В свою очередь, триодные аналоги могут похвастаться своей экономичностью, однако, потенциал у них небольшой. Для хорошей проводимости тока транзисторы применяются полевого типа. Платы в системе могут использоваться самые разнообразные.

Для того чтобы сделать регулятор тока на 15 В, можно смело выбирать модель с маркировкой КУ202. Подача запирающего напряжения происходит за счет конденсаторов, которые устанавливаются в начале цепи. Модуляторы в регуляторах, как правило, применяются поворотного типа. По своей конструкции они довольно просты и позволяют очень плавно изменять уровень тока. Для того чтобы стабилизировать напряжение в конце цепи, применяются специальные фильтры. Высокочастотные их аналоги могут устанавливаться только в регуляторах свыше 50 В. С электромагнитными помехами они справляются довольно хорошо и большой нагрузки на тиристоры не дают.

Устройства постоянного тока

Схема регулятора характеризуется высокой проводимостью. При этом тепловые потери в устройстве являются минимальными. Чтобы сделать регулятор постоянного тока, тиристор требуется диодного типа. Подача импульса в данном случае будет высокой за счет быстрого процесса преобразования напряжения. Резисторы в цепи должны быть способны выдерживать максимальное сопротивление 8 Ом. В данном случае это позволит привести к минимуму тепловые потери. В конечном счете модулятор не будет быстро перегреваться.

Современные аналоги рассчитаны примерно на предельную температуру в 40 градусов, и это следует учитывать. Полевые транзисторы ток способны пропускать в цепи только в одном направлении. Учитывая это, располагаться в устройстве они обязаны за тиристором. В результате уровень отрицательного сопротивления не будет превышать 8 Ом. Высокочастотные фильтры на регулятор постоянного тока устанавливаются довольно редко.

Модели переменного тока

Регулятор переменного тока отличается тем, что тиристоры в нем применяются только триодного типа. В свою очередь, транзисторы стандартно используются полевого вида. Конденсаторы в цепи применяются только для стабилизации. Встретить высокочастотные фильтры в устройствах данного типа можно, но редко. Проблемы с высокой температурой в моделях решаются за счет импульсного преобразователя. Устанавливается он в системе за модулятором. Низкочастотные фильтры используются в регуляторах с мощностью до 5 В. Управление по катоду в устройстве осуществляется за счет подавления входного напряжения.

Стабилизация тока в сети происходит плавно. Для того чтобы справляться с высокими нагрузками, в некоторых случаях применяются стабилитроны обратного направления. Соединяются они транзисторами при помощи дросселя. В данном случае регулятор тока должен быть способным выдерживать максимум нагрузкуи в 7 А. При этом уровень предельного сопротивления в системе обязан не превышать 9 Ом. В этом случае можно надеяться на быстрый процесс преобразования.

Как сделать регулятор для паяльника?

Сделать регулятор тока своими руками для паяльника можно, используя тиристор триодного типа. Дополнительно потребуются биполярные транзисторы и низкочастотный фильтр. Конденсаторы в устройстве применяются в количестве не более двух единиц. Снижение тока анода в данном случае должно происходить быстро. Чтобы решить проблему с отрицательной полярностью, устанавливаются импульсные преобразователи.

Для синусоидального напряжения они подходят идеально. Непосредственно контролировать ток можно за счет регулятора поворотного типа. Однако кнопочные аналоги также встречаются в наше время. Чтобы обезопасить устройство, корпус используется термостойкий. Резонансные преобразователи в моделях также можно встретить. Отличаются они, по сравнению с обычными аналогами, своей дешевизной. На рынке их часто можно встретить с маркировкой РР200. Проводимость тока в данном случае будет невысокой, однако управляющий электрод со своими обязанностями справляться должен.

Приборы для зарядного устройства

Чтобы сделать регулятор тока для зарядного устройства, тиристоры необходимы только триодного типа. Запирающий механизм в данном случае будет контролировать управляющий электрод в цепи. Полевые транзисторы в устройствах используются довольно часто. Максимальной нагрузкой для них является 9 А. Низкочастотные фильтры для таких регуляторов не подходят однозначно. Связано это с тем, что амплитуда электромагнитных помех довольно высокая. Решить эту проблему можно просто, используя резонансные фильтры. В данном случае проводимости сигнала они препятствовать не будут. Тепловые потери в регуляторах также должны быть незначительными.

Применение симисторных регуляторов

Симисторные регуляторы, как правило, применятся в устройствах, мощность которых не превышает 15 В. В данном случае они предельное напряжение способны выдерживать на уровне 14 А. Если говорить про приборы освещения, то они использоваться могут не все. Для высоковольтных трансформаторов они также не подходят. Однако различная радиотехника с ними способна работать стабильно и без каких-либо проблем.

Регуляторы для активной нагрузки

Схема регулятора тока для активной нагрузки тиристоры предполагает использовать триодного типа. Сигнал они способны пропускать в обоих направлениях. Снижение тока анода в цепи происходит за счет понижения предельной частоты устройства. В среднем данный параметр колеблется в районе 5 Гц. Напряжение максимум на выходе должно составлять 5 В. С этой целью резисторы применяются только полевого типа. Дополнительно используются обычные конденсаторы, которые в среднем способны выдерживать сопротивление 9 Ом.

Импульсные стабилитроны в таких регуляторах не редкость. Связано это с тем, что амплитуда довольно большая и бороться с ней нужно. В противном случае температура транзисторов быстро возрастает, и они приходят в негодность. Чтобы решить проблему с понижающимся импульсом, преобразователи используются самые разнообразные. В данном случае специалистами также могут применяться коммутаторы. Устанавливаются они в регуляторах за полевыми транзисторами. При этом с конденсаторами они соприкасаться не должны.

Как сделать фазовую модель регулятора?

Сделать фазовый регулятор тока своими руками можно при помощи тиристора с маркировкой КУ202. В этом случае подача запирающего напряжения будет проходить беспрепятственно. Дополнительно следует позаботиться о наличии конденсаторов с предельным сопротивлением свыше 8 Ом. Плата для этого дела может быть взята РР12. Управляющий электрод в этом случае обеспечит хорошую проводимость. в регуляторах данного типа встречаются довольно редко. Связано это с тем, что средний уровень частоты в системе превышает 4 Гц.

В результате на тиристор оказывается сильное напряжение, которое провоцирует возрастание отрицательного сопротивления. Чтобы решить эту задачу, некоторые предлагают использовать двухтактные преобразователи. Принцип их работы построен на инвертировании напряжения. Изготовить самостоятельно регулятор тока данного типа в домашних условиях довольно сложно. Как правило, все упирается в поиски необходимого преобразователя.

Устройство импульсного регулятора

Чтобы сделать , тиристор потребуется триодного типа. Подача управляющего напряжения осуществляется им с большой скоростью. Проблемы с обратной проводимостью в устройстве решаются за счет транзисторов биполярного типа. Конденсаторы в системе устанавливаются только в парном порядке. Снижение тока анода в цепи происходит за счет смены положения тиристора.

Запирающий механизм в регуляторах данного типа устанавливается за резисторами. Для стабилизации предельной частоты фильтры могут применяться самые разнообразные. Впоследствии отрицательное сопротивление в регуляторе не должно превышать 9 Ом. В данном случае это позволит выдерживать большую токовую нагрузку.

Модели с плавным пуском

Для того чтобы сконструировать тиристорный регулятор тока с плавным пуском, нужно позаботиться о модуляторе. Наиболее популярными на сегодняшний день принято считать поворотные аналоги. Однако они между собой довольно сильно отличаются. В данном случае многое зависит от платы, которая применяется в устройстве.

Если говорить про модификации серии КУ, то они работают на самых простых регуляторах. Особой надежностью они не выделяются и определенные сбои все же дают. Иначе обстоят дела с регуляторами для трансформаторов. Там, как правило, применяются цифровые модификации. В результате уровень искажений сигнала значительно сокращается.

При работе с множеством различных технологий часто стоит вопрос: как управлять мощностью, которая доступна? Что делать, если её необходимо понизить или повысить? Ответом на эти вопросы служит ШИМ-регулятор. Что он собой представляет? Где применяется? И как самому собрать такой прибор?

Что такое широтно-импульсная модуляция?

Без выяснения значения этого термина продолжать не имеет смысла. Итак, широтно-импульсная модуляция — это процесс управления мощностью, которая подводится к нагрузке, осуществляемая путём видоизменения скважности импульсов, которая делается при постоянной частоте. Существует несколько типов широтно-импульсной модуляции:

1. Аналоговый.

2. Цифровой.

3. Двоичный (двухуровневый).

4. Троичный (трехуровневый).

Что такое ШИМ-регулятор?

Теперь, когда мы знаем, что такое широтно-импульсная модуляция, можно поговорить и о главной теме статьи. Используется ШИМ-регулятор для того, чтобы регулировать напряжение питания и для недопущения мощных инерционных нагрузок в авто- и мототехнике. Это может звучать слишком сложно и лучше всего пояснить на примере. Допустим, необходимо сделать, чтобы лампы освещения салона меняли свою яркость не сразу, а постепенно. Это же относится к габаритным огням, автомобильным фарам или вентиляторам. Воплотить такое желание можно путём установки транзисторного регулятора напряжения (параметрический или компенсационный). Но при большом токе на нём будет выделяться чрезвычайно большая мощность и потребуется установка дополнительных больших радиаторов или дополнение в виде системы принудительного охлаждения с использованием маленького вентилятора, снятого с компьютерного устройства. Как видите, данный путь влечёт за собой много последствий, которые необходимо будет преодолеть.

Настоящим спасением из данной ситуации стал ШИМ-регулятор, который работает на мощных полевых силовых транзисторах. Они могут коммутировать большие токи (которые достигают 160 Ампер) при напряжении всего в 12-15В на затворе. Следует отметить, что сопротивление у открытого транзистора довольное мало, и благодаря этому можно заметно снизить уровень рассеиваемой мощности. Чтобы создать свой собственный ШИМ-регулятор, понадобится схема управления, которая сможет обеспечить разность напряжения между истоком и затвором в границах 12-15В. Если этого не получится достичь, то сопротивление канала будет сильно увеличиваться и значительно возрастёт рассеиваемая мощность. А это, в свою очередь, может привести к тому, что транзистор перегреется и выйдет из строя.

Выпускается целый ряд микросхем для ШИМ-регуляторов, которые смогут выдержать повышение входного напряжения до уровня 25-30В, при том, что питание будет всего 7-14В. Это позволит включать выходной транзистор в схеме вместе с общим стоком. Это, в свою очередь, необходимо для подключения нагрузки с общим минусом. В качестве примеров можно привести такие образцы: L9610, L9611, U6080B ... U6084B. Большинство нагрузок не потребляет ток больше 10 ампер, поэтому они не могут вызвать просадку напряжения. И как результат - использовать можно и простые схемы без доработки в виде дополнительного узла, который будет повышать напряжение. И именно такие образцы ШИМ-регуляторов и будут рассмотрены в статье. Они могут быть построены на основе несимметрического или ждущего мультивибратора. Стоит поговорить про ШИМ-регулятор оборотов двигателя. Об этом далее.

Схема №1

Эта схема ШИМ-регулятора собиралась на инверторах КМОП-микросхемы. Она является генератором прямоугольных импульсов, который действует на 2-х логических элементах. Благодаря диодам здесь отдельно изменяется постоянная времени разряда и заряда частотозадающего конденсатора. Это позволяет менять скважность, которую имеют выходные импульсы, и как результат - значение эффективного напряжения, которое есть на нагрузке. В данной схеме возможно использование любых инвертирующих КМОП-элементов, а также ИЛИ-НЕ и И. В качестве примеров подойдут К176ПУ2, К561ЛН1, К561ЛА7, К561ЛЕ5. Можно использовать и другие виды, но перед этим придётся хорошо подумать о том, как правильно сгруппировать их входы, чтобы они могли выполнять возложенный функционал. Преимущества схемы - доступность и простота элементов. Недостатки - сложность (практически невозможность) доработки и несовершенство относительно изменения диапазона выходного напряжения.

Схема №2

Обладает лучшими характеристиками, нежели первый образец, но сложнее в выполнении. Может регулировать эффективное напряжение на нагрузке в диапазоне 0-12В, до которого изменяется с начального значения 8-12В. Максимальный ток зависит от типа полевого транзистора и может достигать значительных значений. Учитывая, что выходное напряжение является пропорциональным входному управляющему, данную схему можно использовать как часть системы регулирования (для поддержки уровня температуры).

Причины распространения

Чем привлекает автолюбителей ШИМ-регулятор? Следует отметить стремление к увеличению КПД, когда проводится построение вторичных для электронной аппаратуры. Благодаря данному свойству можно данную технологию найти также при изготовлении компьютерных мониторов, дисплеев в телефонах, ноутбуках, планшетах и подобной техники, а не только в автомобилях. Также следует отметить значительную дешевизну, которой отличается данная технология при своём использовании. Также, если решите не покупать, а собирать ШИМ-регулятор собственноручно, то можно сэкономить деньги при усовершенствовании своего собственного автомобиля.

Заключение

Что ж, вы теперь знаете, что собой представляет ШИМ-регулятор мощности, как он работает, и даже можете сами собрать подобные устройства. Поэтому, если есть желание поэкспериментировать с возможностями своего автомобиля, можно сказать по этому поводу только одно - делайте. Причем можете не просто воспользоваться представленными здесь схемами, но и существенно доработать их при наличии соответствующих знаний и опыта. Но даже если всё не получится с первого раза, то вы сможете получить очень ценную вещь - опыт. Кто знает, где он может в следующий раз пригодиться и насколько важным будет его наличие.