Электронный регулятор мощности Предлагается вариант дискретного регулятора мощности предназначен для нагрузки, имеющей большую тепловую инерцию, например, электропаяльника или другого электронагревателя. Особенность прибора — кнопочное управление с цифровой индикацией установленного режима. Коммутирующими нагрузку элементами служат мощные полевые транзисторы. 1 РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ
1.1 Назначение Устройство представляет собой цифровой регулятор мощности электронагревательных приборов. Регулировка (десять ступеней с шагом 10 %) осуществляется методом подачи на нагрузку определенного числа периодов сетевого напряжения из каждых десяти. Суммарная мощность нагрузки не должна превышать 500 Вт.
Для управления яркостью ламп накаливания это устройство непригодно из-за заметного мигания последних. 1.2 Конструкция
Устройство (за исключением преобразователя кода DD6 с индикатором НG1) собранно на печатной плате из двухсторонне фольгированного текстолита. Чертежи проводников и расположение элементов на ней показаны на рис.1.
 Рис. 1
При исправных деталях и правильном монтаже налаживать его не требуется. Работающим в ключевом режиме транзисторам VT1 и VТ2 при мощности нагрузки до 500 Вт теплоотвод не нужен.
Применяемые в регуляторе мощные полевые транзисторы IRF840 имеют следующие основные характеристики:
• Структура ……………………………………………...................................... N-канал
• Максимальное напряжение сток-исток U си, В …………................ 500
• Максимальный ток сток-исток при 25 С˚ I си макс.А ……............ 8
• Максимальное напряжение затвор-исток U зи макс., В …........... 4
• Сопротивление канала в открытом состоянии R си вкл., мОм …… 850
• Максимальная рассеиваемая мощность P си макс., Вт ….............125
• Крутизна характеристики S, мА/В ………………….......................…… 4900
• Корпус: TO220AB
Цоколевка транзистора IRF840 и его условное графическое обозначение приведено на рис.2  
Рис.2 В регуляторе так же применён транзистор КП303В – полевой с затвором на основе p-n перехода и каналом n-типа. Цоколёвка транзистора КП303 и его условное графическое обозначение приведены на рис.3
Рис.3
1.3 Описание принципиальной схемы
Принципиальная схема регулятора представлена на рис.4.
Рис.4 Импульсы сетевого напряжения, поступающие по цепи VD2, R3, VD3 и через внутренний защитный диод полевого транзистора VT1, заряжают конденсатор С1. напряжение на этом конденсаторе, ограниченное до 10...11 В стабилитроном VD1, питает микросхемы. Из пульсирующего напряжения на резисторе R4 триггер Шмитта, выполненный на элементах DD3.1 и DD3.2 формирует импульсы с частотой 50 Гц и крутыми перепадами. Эти импульсы поданы на счетные входы счетчиков DD4 и DD5. Первый (DD4) формирует измерительный интервал длительностью 0,2 с (десять периодов сетевого напряжения), по окончании которого дифференцирующая цепь R9 С3 формирует импульс параллельной загрузки двоичного кода, сформированного счетчиком DD2, в счетчик DD5. Сигнал с выхода переноса (вывода 7) счетчика DD5 управляет коммутирующими нагрузку полевыми транзисторами VT1 иVТ2.
Счетчик DD5 работает на вычитание. После загрузки в него любого, кроме 0000, двоичного кода на выходе переноса будет установлен высокий уровень. В результате транзисторы VT1 и VT2 откроются, на нагрузку поступит сетевое напряжение. Для коммутации переменного напряжения транзисторы включены встречно-последовательно. Их открывание всегда происходит в момент перехода сетевого напряжения через ноль, что обеспечивает низкий уровень помех. Диоды VD5 и VD6 ограничивают выбросы напряжения на затворах транзисторов.
Допустим, в счетчик DD5 загружен двоичный код 0101, соответствующий десятичному числу 5. После воздействия на счетный вход пяти импульсов, следующих с частотой сети, уровень на выходе переноса станет низким и заблокирует дальнейшее прохождение счетных импульсов через элемент DD3.3. Транзисторы VT1 и VТ2 при таком уровне на затворах будут закрыты. Это состояние сохранится до следующего импульса параллельной загрузки. После него описанный цикл, в котором из каждых десяти периодов сетевого напряжения в нагрузку поступают только пять, повторится. Это число можно изменять от 0 до 9 установкой соответствующего кода на входах параллельной загрузки счетчика DD5, регулируя, таким образом, мощность, поступающую в нагрузку, от 0 до 90 % максимальной ступенями по 10 %.
Код для загрузки в счетчик DD5 формирует на своих выходах счетчик DD2. Преобразователь кода DD6 и индикатор НG1 служат для отображения этого кода. Цифра на индикаторе соответствует относительному уровню мощности в десятках процентов. Импульсы, изменяющие состояние счетчика DD2, вырабатывает генератор на элементе (триггере Шмитта) DD1.4. Направление счета определяет RS-триггер из элементов DD1.2 и DD1.3. Если на выводе 10 счетчика DD2 высокий уровень, счет пойдет в сторону увеличения накопленного числа, в противном случае — в сторону его уменьшения.
Когда ни одна из кнопок SВ1, SВ2 не нажата, на выходе элемента DD1.1 установлен низкий уровень. Открытый диодVD4 препятствует зарядке конденсатора С2 до порога переключения элемента DD1.4. Генератор не работает, состояние счетчика DD2 не изменяется.
Нажатие на кнопку SВ2 "+" переводит RS-триггер в состояние с высоким уровнем на выходе элемента DD1.3 и на входе управления направлением счета счетчика DD2. Одновременно низкий уровень на входе (вывод 1) элемента DD1.1 делает уровень на его выходе высоким, что приводит к закрыванию диода VD4 и разрешает работу генератора импульсов. Каждый из них увеличивает число в счетчике на единицу.
Если нажать на кнопку SВ1 " - ", RS-триггер перейдет в противоположное состояние, остальные процессы пойдут аналогично, но число в счетчике будет уменьшаться. При одновременном нажатии на две кнопки счет пойдет на увеличение, так как кнопка SВ2 в этой ситуации имеет приоритет.
Так как выход переноса счетчика DD2 соединен с выводом 6 элемента DD1.4, при коде 0000 во время работы на вычитание или коде 1001 во время работы на сложение низкий уровень, установленный в этой цепи, блокирует генератор, предотвращая переполнение счетчика и дальнейший счет в том же направлении.
В устройство можно ввести кнопку оперативного отключения нагрузки. При нажатии на нее должен быть подан высокий уровень на вход 3 (вывод 1) счетчика DD2. Если соответствующим подключением к общему проводу и цепи питания входов D1—D8 этого счетчика задать определенный код, нажатие на упомянутую кнопку установит его на выходах счетчика, переводя регулятор в режим с заданным уровнем мощности нагрузки. Если вход R (вывод 15) счетчика DD4 соединить не с выводом 12, а с выводом 11 (выходом 9), мощность можно будет регулировать девятью шагами по 11,1% в интервале 0... 100 %.
1.4 Руководство пользователя Перед использованием регулятора мощности необходимо убедиться, что суммарная мощность подключаемых электронагревательных приборов не превышает максимально допустимой (500 Вт). Далее подключить нагрузку в розетку регулятора. Подключить регулятор мощности в электросеть. Далее включить тумблер «СЕТЬ». При этом должен загореться индикатор «СЕТЬ».
Нажимая кнопки « + » и « - » установить требуемый уровень мощности регулятора, ориентируясь на показания цифрового индикатора. Цифра на индикаторе соответствует относительному уровню мощности в десятках процентов.
2 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Перед включением регулятора мощности необходимо убедиться в исправности сетевых вилок и розеток. Необходимо тщательно проверить целостность изоляции сетевых проводов, соответствие мощности нагрузки подключаемых электронагревателей допустимой.
При эксплуатации регулятора необходимо следить, чтобы электропровода не подвергались воздействию тепла, соблюдать правила противопожарной и электробезопасности.
В случае появления дыма или характерного запаха из регулятора или подключённого к нему электронагревателя необходимо сразу же его обесточить путём извлечения вилки из электророзетки. Только после этого можно приступить к выяснению причин дефекта.
Источник: Озолин М. Электронный регулятор мощности. – Радио, 2006, №4, с. 39-40 |
