Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Схемы регуляторов напряжения симисторных

Принцип работы симисторных регуляторов мощности (напряжения) в цепях
переменного тока.

Что такое симистор, принцип его работы, а также справочные характеристики некоторых популярных приборов мы с Вами внимательно рассмотрели на странице &nbspСсылка на страницу.
Там же мы отметили, что симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и практически полностью вытеснил его из электроцепей переменного тока.

Вспомним пройденный материал.
Отличительной чертой симистора является то, что при подаче на его управляющий электрод тока (напряжения), прибор переходит в проводящее состояние, замыкая нагрузку, причём проводит ток, независимо от полярности, приложенного к нагрузке напряжения.
Полярность открывающего напряжения должна быть либо отрицательной для обеих полярностей напряжения на условном аноде, либо совпадать с полярностью "анодного" напряжения (т.е. быть плюсовой в момент прохождения положительной полуволны и минусовой – в момент прохождения отрицательной).

Итак. Важным плюсом симисторных схем в электроцепях переменного тока является отсутствие выпрямительных устройств, и двухполюсность напряжения в нагрузке, что даёт возможность подключать их, помимо всего прочего, как трансформаторам, так и электродвигателям переменного тока.

Познакомимся с расхожими схемами симисторных регуляторов.

Для начала давайте рассмотрим простейшую, но вполне себе работоспособную схему симисторного регулятора мощности с фазово-импульсным управлением, позволяющего работать с нагрузками вплоть до 1200 Вт.

Рис.1

При замене симистора на другой, с большей величиной допустимого тока, мощность нагрузки можно увеличивать практически неограниченно.

А теперь – как это всё работает?
В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через последовательно соединённые резисторы R1 и R2. Причём увеличение напряжения на конденсаторе С1 отстаёт (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов и номинала ёмкости С1.

Чем выше значения резисторов и конденсатора – тем больше сдвиг по фазе.
Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет порога пробоя динистора (около 35 В). Как только динистор откроется (следовательно, откроется и симистор), через нагрузку потечёт ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого симистора и нагрузки.
При этом симистор остаётся открытым до конца полупериода, т.е. момента, когда полуволна сетевого напряжения приблизится к нулевому уровню.
Переменным резистором R2 устанавливают момент открывания динистора и симистора, производя тем самым регулировку мощности, подводимой к нагрузке.

При действии отрицательной полуволны принцип работы устройства аналогичен.

Диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях переменного резистора приведены на Рис.1 справа.

Для предотвращения ложных срабатываний триаков, вызванных переходными процессами в индуктивных нагрузках (например, в электродвигателях и обмотках трансформаторов), симисторы должны иметь дополнительные компоненты защиты.

Это, как правило, демпферная RC-цепочка (снабберная цепь) между силовыми электродами триака, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (на схеме Рис.1 показана синим цветом).
В некоторых случаях, когда нагрузка имеет ярко выраженный ёмкостной характер, между силовыми электродами необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации.

Существуют и различные модификации приведённой выше простейшей схемы диммера.

Рис.2

Дополнительная цепочка R3 C2 (Рис.2 слева) призвана увеличить максимально достижимый фазовый сдвиг между сетевым напряжением и напряжением, поступающим на левый вывод динистора, что в свою очередь позволяет производить более глубокую регулировку мощности, подводимой к нагрузке.

На схеме, приведённой на Рис.2 справа, цепь, образованная диодами D1, D2 и резистором R1, обеспечивает плавность регулировки при минимальной выходной мощности. Без неё характеристика управления регулятором имеет гистерезис, что проявляется в скачкообразном повышении регулируемой мощности от нуля до 3.

5% от максимальной.
Диодно-резисторная цепочка разряжает конденсатор при переходе сетевого напряжения от отрицательной к положительной полуволне и, тем самым, устраняет эффект скачкообразного начального увеличения мощности в нагрузке.

Изредка можно встретить устройства, в которых регулировка мощности производится посредством отдельной схемы, которая формирует импульсы с регулируемой длительностью для управления симистором.
Такие диммеры обладают значительно лучшими характеристиками, чем представленные выше, однако обратной стороной медали является повышенная сложность устройств и необходимость наличия отдельного источника питания схемы. Исключения составляют устройства, выполненные на специализированных ИМС. Примером такой микросхемы является фазовый регулятор КР1182ПМ1.

Рис.3

Применение КР1182ПМ1 в регуляторах мощности (Рис.3) позволяет добиваться как хорошей повторяемости, так и широкого диапазона перестройки и высокой температурной стабильности.

А если уж мы решили заморачиваться созданием отдельной схемы формирования управляющих импульсов, то имеет смысл отказаться от фазово-импульсного метода управления, и обратиться в сторону регуляторов мощности, работающих по принципу пропускания через нагрузку определённого целого числа периодов сетевого напряжения в единицу времени.


При таком способе регулирования появляется возможность включения симистора вблизи точки пересечения сетевым переменным напряжением нулевого потенциала, вследствие чего радикально снижается уровень помех, вносимых в электросеть.
Освещение таким диммером не запитаешь ввиду заметного мерцания, а вот для беспомехового регулирования мощности электронагревательных приборов – самое то.

Данная схема (Рис.4) перекочевала со страницы https://www.radiokot.ru/circuit/power/converter/50/ и представляет собой модификацию регулятора мощности, описанного в журнале Радио, 2009, № 9, с. 40–41 «В.Молчанов Симисторный регулятор мощности». Вот, что пишет автор.

«Устройство предназначено для беспомехового регулирования мощности электронагревательных приборов, работающих от сети переменного тока 220 В.
Кроме снижения уровня коммутационных помех, в регуляторе реализован принцип пропускания в нагрузку целого числа периодов сетевого напряжения. При таком способе регулирования с высокой точностью обеспечивается отсутствие постоянной составляющей напряжения на нагрузке, вследствие чего дополнительно снижается уровень искажений, вносимых в электросеть.

Это особенно важно в случае мощной нагрузки.
Максимальная мощность нагрузки, подключаемой к регулятору, составляет 1 кВт. Потребляемый регулятором ток от сети не превышает 4 мА (действующее значение), типовое потребление – 3,5 мА.

На микросхеме DD1 и элементах R1, C1, VD1, VD2 выполнен синхронизированный с сетью генератор прямоугольных импульсов. Период импульсов, вырабатываемых генератором, составляет около 1,3 с. Резистор R1 регулирует скважность импульсов. Элементы DD1.1, DD1.2 и DD1.3, DD1.4 включены как два RS‑триггера, на входы которых (выводы 1 и 9 микросхемы) через делитель R7R6 поступает часть сетевого напряжения. Транзисторы VT1 и VT2 выполняют функцию мощного инвертора логических сигналов для управления симистором. Питание устройства осуществляется через параметрический стабилизатор, в котором задействованы балластный резистор R7, стабилитрон VD3 и сглаживающий конденсатор C3. Когда напряжение на верхнем по схеме сетевом выводе относительно нижнего отрицательное, стабилитрон VD3 пропускает ток в прямом направлении, когда положительное – ограничивает напряжение на выводах 1 и 9 микросхемы DD1 на уровне 10 В.

Ток, проходящий через эти выводы и внутренние защитные диоды микросхемы, заряжает конденсатор C3 до напряжения около 9,2 В, которое служит для питания низковольтной части устройства. Использование защитных диодов микросхемы не приводит к её защёлкиванию, поскольку амплитудное значение тока через резистор R7 ограничено и составляет около 5 мА.

Во время проверки регулятора мощности удобно в качестве нагрузки подключить лампу накаливания (желательно на 100 Вт или более). Устройство обычно не нуждается в налаживании, но если оказалось, что симистор VS1 открывается ненадёжно (лампа в нагрузке не включается или мерцает), можно попробовать уменьшить сопротивление резистора R4 или подобрать экземпляр симистора с меньшим током открывания. Резистор R4 позволяет выставить мгновенное напряжение сети, при котором происходит открывание симистора. Это напряжение может быть рассчитано по формуле Uпор ≈ Uпит∙R7/(2∙R4), где Uпит ≈ 9,2 В – напряжение на конденсаторе C3, сопротивления резисторов R6 и R7 должны быть равны.

Уменьшение сопротивления резистора R4 обеспечивает более надёжное открывание симистора, но увеличивает уровень создаваемых помех, поэтому делать его сопротивление менее 30 кОм нежелательно».

И конечно, было бы совсем неправильно не упомянуть о таком важном представителе симисторного семейства, как – оптосимистор.
Оптосимистор включается посредством освещения полупроводникового слоя и представляет собой комбинацию оптоизлучателя и симистора в одном корпусе. Преимущество – простая однополярная схема управления и гальваническая изоляция цепей управления от фаз сетевого напряжения.

Оптосимисторы могут коммутировать нагрузку как сами (Рис.5),


Рис.5

так и управлять более мощными симисторами (Рис.6).


Рис.6

За счёт полной гальванической развязки управляющих цепей оптосимистора, основное его предназначение – это управление мощностью нагрузки при помощи логических устройств или микроконтроллеров с собственными цепями питания.


Рис. 7

В качестве примера на Рис.7 приведена схема регулятора мощности паяльника.
Вот, как работу этой схемы описывает уважаемый Falconist на странице сайта http://forum.cxem.net .

«Оптосимистор серии МОС204х/306х/308х содержит внутри себя схему пересечения питающим напряжением нуля, т.е. открывается только в точке нулевого значения синусоидального сетевого напряжения, независимо от момента поступления управляющего напряжения на его светодиод. Тем самым обеспечивается ключевой режим подключения нагрузки, с практически полным отсутствием ВЧ помех, проникающих в сеть 220 В. Поэтому его замена на оптосимисторы МОС302х/305х, не имеющих такой схемы, крайне нежелательна, т.к. порочит сам принцип беспомехового регулирования.
Конденсатор С1 является балластным реактивным сопротивлением. Ток, который он пропускает совместно с подключенным параллельно ему резистором R1,приближенно составляет 16 мА. Данный ток используется для питания таймера DA1 и инфракрасного светодиода оптрона DA2».

Работа таймера, формирующего управляющий сигнал для оптотиристора, аналогична работе DD1 на Рис.4 и сводится к формированию импульсов с изменяемой скважностью.

В электрических схемах для изменения уровня выходного сигнала используется регулятор напряжения. Основное его назначение — изменять подаваемую на нагрузку мощность. C помощью устройства управляют оборотами электродвигателей, уровнем освещённости, громкостью звука, нагревом приборов. В радиомагазинах можно приобрести готовое изделие, но несложно изготовить регулятор напряжения своими руками.

Описание устройства

Регулятором напряжения называется электронный прибор, служащий для повышения или понижения уровня выходного сигнала, в зависимости от величины разности потенциалов на его входе. То есть это устройство, с помощью которого можно управлять значением мощности, подводимой к нагрузке. При этом регулировать подаваемый уровень энергии можно как на реактивной, так и активной нагрузке.

Самым простым устройством, с помощью которого можно изменять уровень сигнала, считается реостат. Он представляет собой резистор, имеющий два вывода, один из которых подвижный. При перемещении ползункового вывода реостата изменяется сопротивление. Для этого он подключается параллельно нагрузке. Фактически это делитель напряжения, позволяющий регулировать величину разности потенциалов на нагрузке в пределах от нуля до значения, выдаваемого источником энергии.

Использование реостата ограничено мощностью, которую можно через него пропустить. Так как при больших значениях тока или напряжения он начинает сильно нагреваться и в итоге перегорает, поэтому на практике применение реостата ограничено. Его используют в параметрических стабилизаторах, элементах электрического фильтра, усилителях звука и регуляторах освещённости небольшой мощности.

Разновидности приборов

По виду выходного сигнала регуляторы разделяют на стабилизированные и нестабилизированные. Также они могут быть аналоговыми и цифровыми (интегральными). Первые строятся на основе тиристоров или операционных усилителей. Их управление осуществляется путём изменения параметров RC цепочки обратной связи. Совместно с ними для повышения мощности применяются биполярные или полевые транзисторы. Работа же интегральных устройств связана с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), поэтому в цифровой схемотехнике используются микроконтроллеры и силовые транзисторы, работающие в ключевом режиме.

При изготовлении самодельного регулятора напряжения могут быть использованы следующие элементы:

  • резисторы;
  • тиристоры или транзисторы;
  • цифровые или аналоговые интегральные микросхемы.

Первые два типа имеют несложные схемы и довольно просты к самостоятельной сборке. Их можно изготавливать без использования печатной платы с помощью навесного монтажа, в то время как импульсные регуляторы на основе микроконтроллеров требуют более обширных знаний в радиоэлектронике и программировании.

Характеристика регулятора

По своему виду приспособления могут изготавливаться в портативном или стационарном исполнении. Устанавливаются они в любом положении: вертикальном, потолочном, горизонтальном.

Устройства могут крепиться с использованием дин-рейки или встраиваться в различные блоки и приборы. Конструктивно регуляторы возможно изготовить как корпусными, так и без помещения в корпус.

К основным характеристикам устройств относят следующие параметры:

  1. Плавность регулировки. Обозначает минимальный шаг, с которым происходит изменение величины разности потенциалов на выходе. Чем он плавнее, тем точнее можно выставить значение напряжения на выходе.
  2. Рабочая мощность. Характеризуется значением силы тока, которое может пропускать через себя прибор продолжительное время без повреждения своих электронных связей.
  3. Максимальная мощность. Пиковая величина, которую кратковременно выдерживает устройство с сохранением своей работоспособности.
  4. Диапазон входного напряжения. Это значения входного сигнала, с которым устройство может работать.
  5. Диапазон изменяемого сигнала на выходе устройства. Обозначает значения разности потенциалов, которое может обеспечить устройство на выходе.
  6. Тип регулируемого сигнала. На вход устройства может подаваться как переменное, так и постоянное напряжение.
  7. Условия эксплуатации. Обозначает условия, при которых характеристики регулятора не изменяются.
  8. Способ управления. Выставление выходного уровня сигнала может осуществляться пользователем вручную или без его вмешательства.

Особенности изготовления

Изготовить регулирующее приспособление можно несколькими способами. Самый лёгкий -приобрести набор, содержащий уже готовую печатную плату и радиоэлементы, необходимые для сборки своими руками. Кроме них, набор содержит электрическую и принципиальную схему с описанием последовательности действий. Такие наборы называются KIT и предназначены для самых неопытных радиолюбителей.

Другой путь подразумевает самостоятельное приобретение радиокомпонентов и изготовление в случае необходимости печатной платы. Используя второй способ, можно будет сэкономить, но он занимает больше времени.

Существует множество схем разного уровня сложности для самостоятельного изготовления. Но чтобы сделать регулятор напряжения, кроме схемы, понадобится подготовить следующие инструменты, приборы и материалы:

  • паяльник;
  • мультиметр;
  • припой;
  • пинцет;
  • кусачки;
  • флюс;
  • технический спирт;
  • соединительные медные провода.

Если планируется собирать устройство, состоящее из 6 и более элементов, то целесообразно будет смастерить печатную плату. Для этого необходимо иметь фольгированный текстолит, хлорное железо и лазерный принтер.

Техника изготовления печатной платы в домашних условиях называется лазерно-утюжной (ЛУТ). Её суть заключается в распечатывании печатной платы на глянцевом листе бумаги, и переносом изображения на текстолит с помощью проглаживания утюгом. Затем плату погружают в раствор хлорного железа. В нём открытые участки меди растворяются, а закрытые с переведённым изображением формируют необходимые соединения.

При самостоятельном изготовлении прибора важно соблюдать осторожность и помнить про электробезопасность, особенно при работе с сетью переменного тока 220 В. Обычно правильно собранный регулятор из исправных радиодеталей не нуждается в настройке и сразу начинает работать.

Простые схемы

Для управления величиной выходного напряжения для слабо мощных устройств можно собрать простой регулятор напряжения на 2 деталях. Понадобится лишь транзистор и переменный резистор. Работа схемы проста: с помощью переменного резистора происходит индуцирование (отпирание транзистора).

Если управляющий вывод резистора находится в нижнем положении, то напряжение на выходе схемы равно нулю. А если вывод перемещается в верхнее положение, то транзистор максимально становится открытым, а уровень выходного сигнала будет равен напряжению источника питания за вычетом падения разности потенциалов на транзисторе.

При изменении сопротивления регулируется величина напряжения на выходе. В зависимости от типа транзистора изменяется и схема включения. Чем номинал переменного резистора будет меньше, тем регулировка будет плавней. Недостатком схемы является чрезмерный нагрев транзистора, поэтому чем больше будет разница между Uвх и Uвых, тем он будет сильнее нагреваться.

Такую схему удобно применять для регулировки вращения компьютерных вентиляторов или других слабых двигателей, а также светодиодов.

Симисторный вид

Для регулировки переменного напряжения используются симисторные регуляторы, с помощью которых можно управлять мощностью паяльника или лампочки. Собрав схему на недорогом и доступном симисторе BT136, можно изменять мощность нагрузки в пределах 100 ватт.

Для сборки схемы понадобится:

Наименование Номинал Аналог
Резистор R1 470 кОм
Резистор R2 10 кОм
Конденсатор С1 0,1 мкФ х. 400 В
Диод D1 1N4007 1SR35–1000A
Светодиод D2 BL-B2134G BL-B4541Q
Динистор DN1 DB3 HT-32
Симистор DN2 BT136 КУ 208

Принцип работы регулятора заключается в следующем: через цепочку, состоящую из динистора DN1, конденсатора C1 и диода D1, ток поступает на симистор DN2, что приводит к его открытию. Момент открытия зависит от ёмкости C1, которая заряжается через резисторы R1 и R2. Соответственно, изменением сопротивления R1 управляется скорость заряда C1.

Несмотря на простоту, такая схема отлично справляется с регулировкой вольтажа нагревательных устройств, использующих вольфрамовую нить. Но так как такая схема не имеет обратной связи, использовать её для управления оборотами коллекторного электродвигателя нельзя.

Реле напряжения

Для автолюбителей важным элементом является устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети в установленных пределах при изменении различных факторов, например, оборотов генератора, включении или выключении фар. Использующиеся для этого приборы работают по одинаковому принципу – стабилизация напряжения путём изменения тока возбуждения. Иными словами, если уровень сигнала на входе изменяется, то устройство уменьшает или увеличивает ток возбуждения.

Собранная схема своими руками реле-регулятора напряжения должна:

  • работать в широком диапазоне температур;
  • выдерживать скачки напряжения;
  • иметь возможность отключения во время запуска мотора;
  • обладать малым падением разности потенциалов.

Упрощённо принцип работы можно описать в следующем виде: при величине напряжения, превышающей установленное значение, ротор отключается, а при её нормализации запускается вновь. Основным элементом схемы является ШИМ стабилизатор LM 2576 ADJ.

Микросхема TC4420EPA предназначена для моментального переключения транзистора. С помощью резистора R3, конденсатора C1 и стабилитронов VD1, VD2 осуществляется защита микросхемы и полевого транзистора. Резисторы R1 и R2 задают опорное напряжение для стабилизатора. DD1 управляет работой полевого транзистора и ротора. Диод D2 используется для ограничения управляющего напряжения. Индуктивность L1 обеспечивает плавность разрядки ротора через диоды D4 и D5 при размыкании цепи.

Управляемый блок питания

Конструируя различные схемы, радиолюбители часто собирают источники напряжений. Спаяв регулятор постоянного напряжения своими руками, его можно будет использовать как управляемый блок питания в диапазоне от 0 до 12В.

Собираемый источник напряжения состоит из 2 частей: блока питания и параметрического регулятора напряжения. Первая часть изготавливается по классической схеме: понижающий трансформатор — выпрямительный блок. Типом используемого трансформатора, выпрямительных диодов и транзистора определяется мощность устройства. Переменное напряжение сети понижается в трансформаторе до 11 вольт, после чего попадает на диодный мост VD1, где становится постоянным. Конденсатор C1 используется как сглаживающий фильтр. Сигнал поступает на параметрический стабилизатор, состоящий из резистора R1 и стабилитрона VD2.

Параллельно стабилитрону подключён резистор R2, которым и изменяется уровень выходного напряжения. Транзисторы включены по упрощённой схеме эмиттерного повторителя, и при появлении на их переходах напряжения начинают работать в режиме усиления тока. То есть сигнал, снятый с R2, поступает на выход прибора через транзисторы, которые снижают его значение на величину своего насыщения. Таким образом, чем больше подаётся на них напряжение, тем сильнее они открываются и больше мощности поступает на выход.

Этот регулируемый блок питания может работать с нагрузкой до трёх ампер, то есть обеспечивать мощность до 30 ватт. Если есть опыт, то схема паяется навесным монтажом с использованием проводов любого сечения.

Практически в любом радиоэлектронном устройстве в большинстве случаев присутствует регулировка по мощности. За примерами далеко ходить не надо: это электроплиты, кипятильники, паяльные станции, различные регуляторы вращения двигателей в устройствах.

Способов, по которым можно собрать регулятор напряжения своими руками 220 В, в Сети полно. В большинстве случаев это схемы на симисторах или тиристорах. Тиристор, в отличие от симистора, более распространённый радиоэлемент, и схемы на его основе встречаются гораздо чаще. Разберём разные варианты исполнения, основанные на обоих полупроводниковых элементах.

Регулятор мощности на симисторе

Симистор, по большому счету, – это частный случай тиристора, пропускающий ток в обе стороны, при условии, что он выше тока удержания. Один из его недостатков – это плохая работа на высоких частотах. Поэтому его часто используют в низкочастотных сетях. Для построения регулятора мощности на основе обычной сети 220 В, 50 Гц он вполне подходит.

Регулятор напряжения на симисторе используется в обычных бытовых приборах, где нужна регулировка. Схема регулятора мощности на симисторе выглядит следующим образом.

  • Пр. 1 – предохранитель (выбирается в зависимости от требуемой мощности).
  • R3 – токоограничительный резистор – служит для того чтобы при нулевом сопротивлении потенциометра остальные элементы не выгорели.
  • R2 – потенциометр, подстроечный резистор, которым и осуществляется регулировка.
  • C1 – основной конденсатор, заряд которого до определённого уровня отпирает динистор, вместе с R2 и R3 образует RC-цепь
  • VD3 – динистор, открытие которого управляет симистором.
  • VD4 – симистор – главный элемент, производящий коммутацию и, соответственно, регулировку.

Основная работа возложена на динистор и симистор. Сетевое напряжение подаётся на RC-цепочку, в которой установлен потенциометр, им в итоге и регулируется мощность. Производя регулировку сопротивления, мы меняем время зарядки конденсатора и тем самым порог включения динистора, который, в свою очередь, включает симистор. Демпферная RC-цепь, подключённая параллельно симистору, служит для сглаживания помех на выходе, а также при реактивной нагрузке (двигатель или индуктивность) предохраняет симистор от скачков высокого обратного напряжения.

Симистор включается, когда ток, проходящий через динистор, превышает ток удержания (справочный параметр). Отключается, соответственно, когда ток становится меньше тока удержания. Проводимость в обе стороны позволяет настроить более плавную регулировку, чем это возможно, например, на одном тиристоре, при этом используется минимум элементов.

Осциллограмма регулировки мощности представлена ниже. Из неё видно, что после включения симистора оставшаяся полуволна поступает на нагрузку и при достижении 0, когда ток удержания уменьшается до такой степени, что симистор отключается. Во втором «отрицательном» полупериоде происходит тот же процесс, т. к. симистор обладает проводимостью в обе стороны.

Напряжение на тиристоре

Для начала разберёмся, чем отличается тиристор от симистора. Тиристор содержит в себе 3 p-n перехода, а симистор – 5 p-n переходов. Не углубляясь в детали, если говорить простым языком, симистор обладает проводимостью в обоих направлениях, а тиристор – только в одном. Графические обозначения элементов показаны на рисунке. Из графики это хорошо видно.

Принцип работы абсолютно такой же. На чём и построена регулировка по мощности в любой схеме. Рассмотрим несколько схем регулятора на тиристорах. Первая простейшая схема, которая в основе повторяет схему на симисторе, описанную выше. Вторая и третья – с применением логики, схемы, которые более качественно гасят помехи, создаваемые в сети переключением тиристоров.

Простая схема

Простая схема фазового регулирования на тиристоре представлена ниже.

Единственное её отличие от схемы на симисторе – это то, что регулировка происходит только положительной полуволны сетевого напряжения. Времязадающая RC-цепь путём регулирования величины сопротивления потенциометра регулирует величину отпирания, тем самым задавая выходную мощность, поступающую на нагрузку. На осциллограмме это выглядит следующим образом.

Из осциллограммы видно, что регулировка мощности идёт путём ограничения напряжения поступающего на нагрузку. Образно говоря, регулировка заключается в ограничении поступления сетевого напряжения на выход. Регулируя время заряда конденсатора путём изменения переменного сопротивления (потенциометра). Чем выше сопротивление, тем дольше происходит заряд конденсатора и тем меньше мощности будет передано на нагрузку. Физика процесса подробно описана в предыдущей схеме. В этом случае она ничем особым не отличается.

С генератором на основе логики

Второй вариант более сложный. В связи с тем, что процессы коммутации на тиристорах вызывают большие помехи в сети, это плохо влияет на элементы, установленные на нагрузке. Особенно если на нагрузке находится сложный прибор с тонкими настройками и большим количеством микросхем.

Такая реализация тиристорного регулятора мощности своими руками подойдёт для активных нагрузок, например, паяльник или любые устройства нагрева. На входе стоит выпрямительный мост, поэтому обе волны сетевого напряжения будут положительными. Обратите внимание, что при такой схеме для питания микросхем понадобиться дополнительный источник постоянного напряжения +9 В. Осциллограмма из-за наличия выпрямительного моста будет выглядеть следующим образом.

Обе полуволны теперь будут положительными из-за влияния выпрямительного моста. Если для реактивных нагрузок (двигатели и другие индуктивные нагрузки) наличие разно полярных сигналов предпочтительно, то для активных – положительное значение мощности крайне важно. Отключение тиристора происходит также при приближении полуволны к нулю ток удержания подаёт до определённого значения и тиристор запирается.

На основе транзистора КТ117

Наличие дополнительного источника постоянного напряжение может вызвать затруднения, если его нет, и вовсе придётся городить дополнительную схему. Если дополнительного источника у вас нет, то можно воспользоваться следующей схемой, в ней генератор сигналов на управляющий вывод тиристора собран на обычном транзисторе. Есть схемы на основе генераторов, построенных на комплементарных парах, но они более сложные, и здесь мы их рассматривать не будем.

В данной схеме генератор построен на двухбазовом транзисторе КТ117, который при таком применении будет генерировать управляющие импульсы с периодичностью, задаваемой подстроечным резистором R6. На схеме ещё реализована система индикации на базе светодиода HL1.

  • VD1-VD4 – диодный мост, выпрямляющий обе полуволны и позволяющий выполнять более плавную регулировку мощности.
  • EL1 – лампа накаливания – представлена вроде нагрузки, но может быть любой другой прибор.
  • FU1 – предохранитель, в этом случае стоит на 10 А.
  • R3, R4 – токоограничительные резисторы – нужны, чтобы не сжечь схему управления.
  • VD5, VD6 – стабилитроны – выполняют роль стабилизации напряжения определённого уровня на эмиттере транзистора.
  • VT1 – транзистор КТ117 – установлен должен быть именно с таким расположение базы №1 и базы №2, иначе схема будет не работоспособна.
  • R6 – подстроечный резистор, определяющий момент, когда поступает импульс на управляющий вывод тиристора.
  • VS1 – тиристор – элемент, обеспечивающий коммутацию.
  • С2 – времязадающий конденсатор, определяющий период появления управляющего сигнала.

Остальные элементы играют незначительную роль и в основном служат для токоограничения и сглаживания импульсов. HL1 обеспечивает индикацию и сигнализирует только о том, что прибор подключён к сети и находится под напряжением.

4 схемы на Регулятор напряжения своими руками 0-220в

8 основных схем регуляторов своими руками. Топ-6 марок регуляторов из Китая. 2 схемы. 4 Самых задаваемых вопроса про регуляторы напряжения.+ ТЕСТ для самоконтроля

Регулятор напряжения – это специализированный электротехнический прибор, предназначенный для плавного изменения или настройки напряжения, питающего электрическое устройство.

Регулятор напряжения

Важно помнить! Приборы этого типа предназначены для изменения и настройки питающего напряжения, а не тока. Ток регулируется полезной нагрузкой!

ТЕСТ:

4 вопроса по теме регуляторов напряжения

  1. Для чего нужен регулятор:

а) Изменение напряжения на выходе из прибора.

б) Разрывание цепи электрического тока

  1. От чего зависит мощность регулятора:

а) От входного источника тока и от исполнительного органа

б) От размеров потребителя

  1. Основные детали прибора, собираемые своими руками:

а) Стабилитрон и диод

б) Симистор и тиристор

  1. Для чего нужны регуляторы 0-5 вольт:

а) Питать стабилизированным напряжением микросхемы

б) Ограничивать токопотребление электрических ламп

Ответы.

а,а,б,а.

2 Самые распространенные схемы РН 0-220 вольт своими руками

Схема №1.

Самый простой и удобный в эксплуатации регулятор напряжения — это регулятор на тиристорах, включенных встречно. Это создаст выходной сигнал синусоидального вида требуемой величины.

СНиП 3.05.06-85

Входное напряжение величиной до 220в, через предохранитель поступает на нагрузку, а по второму проводнику, через кнопку включения синусоидальная полуволна попадает на катод и анод тиристоров VS1 и VS2. А через переменный резистор R2 производится регулировка выходного сигнала. Два диода VD1 и VD2, оставляют после себя только положительную полуволну, поступающую на управляющий электрод одного из тиристоров, что приводит к его открытию.

Важно! Чем выше токовый сигнал на ключе тиристора, тем сильнее он откроется, то есть тем больший ток сможет пропустить через себя.

Для контроля входного питания предусмотрена индикаторная лампочка, а для настройки выходного – вольтметр.

Схема №2.

Отличительная особенность этой схемы — замена двух тиристоров одним симистором. Это упрощает схему, делает ее компактней и проще в изготовлении.

СНиП 3.05.06-85

В схеме, также присутствует предохранитель и кнопка включения, и регулировочный резистор R3, а управляет он базой симистора, это один из немногих полупроводниковых приборов с возможностью работать с переменным током. Ток, проходя через резистор R3, приобретает определенное значение, оно и будет управлять степенью открытия симистора. После этого оно выпрямляется на диодном мосту VD1 и через ограничивающий резистор попадает на ключевой электрод симистора VS2. Остальные элементы схемы, такие как конденсаторы С1,С2,С3 и С4 служат для гашения пульсаций входного сигнала и его фильтрации от посторонних шумов и частот нерегламентированной частоты.

Как избежать 3 частых ошибок при работе с симистором.

  1. Буква, после кодового обозначения симистора говорит о его предельном рабочем напряжении: А – 100В, Б – 200В, В – 300В, Г – 400В. Поэтому не стоит брать прибор с буквой А и Б для регулировки 0-220 вольт — такой симистор выйдет из строя.
  2. Симистор как и любой другой полупроводниковый прибор сильно нагревается при работе, следует рассмотреть вариант установки радиатора или активной системы охлаждения.
  3. При использовании симистора в цепях нагрузок с большим потреблением тока, необходимо четко подбирать прибор под заявленную цель. Например, люстра, в которой установлено 5 лампочек по 100 ватт каждая будет потреблять суммарно ток величиной 2 ампера. Выбирая по каталогу необходимо смотреть на максимальный рабочий ток прибора. Так симистор МАС97А6 рассчитан всего на 0,4 ампера и не выдержит такой нагрузки, а МАС228А8 способен пропустить до 8 А и подойдет для этой нагрузки.

3 Основных момента при изготовлении мощного РН и тока своими руками

Прибор управляет нагрузкой до 3000 ватт. Построен он на использовании мощного симистора, а затвором или ключом его управляет динистор.

Динистор – это тоже, что и симистор, только без управляющего вывода. Если симистор открывается и начинает пропускать через себя ток, когда на его базе возникает управляющее напряжение и остается открытым пока оно не пропадет, то динистор откроется, если между его анодом и катодом появится разность потенциалов выше барьера открытия. Он будет оставаться незапертым, пока между электродами не упадет ток ниже уровня запирания.

СНиП 3.05.06-85

Как только на управляющий электрод попадет положительный потенциал, он откроется и пропустит переменный ток, и чем сильнее будет этот сигнал, тем выше будет напряжение между его выводами, а значит и на нагрузке. Что бы регулировать степень открытия используется цепь развязки, состоящая из динистора VS1 и резисторов R3 и R4. Эта цепь устанавливает предельный ток на ключе симистора, а конденсаторы сглаживают пульсации на входном сигнале.

2 основных принципа при изготовлении РН 0-5 вольт

  1. Для преобразования входного высокого потенциала в низкий постоянный используют специальные микросхемы серии LM.
  2. Питание микросхем производится только постоянным током.

Рассмотрим эти принципы подробнее и разберем типовую схему регулятора.

Микросхемы серии LM предназначены для понижения высокого постоянного напряжения до низких значений. Для этого в корпусе прибора имеется 3 вывода:

  • Первый вывод – входной сигнал.
  • Второй вывод – выходной сигнал.
  • Третий вывод – управляющий электрод.

Принцип работы прибора очень прост – входное высокое напряжение положительной величины, поступает на входной выход и затем преобразуется внутри микросхемы. Степень трансформации будет зависеть от силы и величины сигнала на управляющей «ножке». В соответствии с задающим импульсом на выходе будет создаваться положительное напряжение от 0 вольт до предельного для данной серии.

СНиП 3.05.06-85

Входное напряжение, величиной не выше 28 вольт и обязательно выпрямленное подается на схему. Взять его можно с вторичной обмотки силового трансформатора или с регулятора, работающего с высоким напряжением. После этого положительный потенциал поступает на вывод микросхемы 3. Конденсатор С1 сглаживает пульсацию входного сигнала. Переменный резистор R1 величиной 5000 ом задает выходной сигнал. Чем выше ток, который он пропускает через себя, тем выше больше открывается микросхема. Выходное напряжение 0-5 вольт снимается с выхода 2 и через сглаживающий конденсатор С2 попадает на нагрузку. Чем выше емкость конденсатор, тем ровнее оно на выходе.

Регулятор напряжения 0 — 220в

Топ 4 стабилизирующие микросхемы 0-5 вольт:

  1. КР1157 – отечественная микросхема, с пределом по входному сигналу  до 25 вольт и током нагрузки не выше 0.1 ампер.
  2. 142ЕН5А – микросхема с максимальным выходным током 3 ампера, на вход подается не выше 15 вольт.
  3. TS7805CZ – прибор с допустимыми токами до 1.5 ампер и повышенным входным напряжением до 40 вольт.
  4. L4960 – импульсная микросхема с максимальным током нагрузки до 2.5 А. Входной вольтаж не должен превышать 40 вольт.

РН на 2 транзисторах

Данный вид применяется в схемах особо мощных регуляторов. В этом случае ток на нагрузку также передается через симистор, но управление ключевым выводом происходит через каскад транзисторов. Это реализуется так: переменным резистором регулируется ток, который поступает на базу первого маломощного транзистора, а тот через коллектор-эмиторный переход управляет базой второго мощного транзистора и уже он открывает и закрывает симистор. Это реализует принцип очень плавного управления огромными токами на нагрузке.

СНиП 3.05.06-85

Ответы на 4 самых частых вопроса по регуляторам:

  1. Какое допустимое отклонение выходного напряжения? Для заводских приборов крупных фирм, отклонение не будет превышать +-5%
  2. От чего зависит мощность регулятора? Выходная мощность напрямую зависит от источника питания и от симистора, который коммутирует цепь.
  3. Для чего нужны регуляторы 0-5 вольт? Эти приборы чаще всего используют для питания микросхем и различных монтажных плат.
  4. Зачем нужен бытовой регулятор 0-220 вольт? Они применяются для плавного включения и выключения бытовых электроприборов.

4 Схемы РН своими руками и схема подключения

Коротко рассмотрим каждую из схем, особенности, преимущества.

Схема 1.

Очень простая схема для подключения и плавной регулировки паяльника. Используется, чтобы предотвратить разгорание и перегрев жала паяльника. В схеме используется мощный симистор, которым управляет цепочка тиристор-переменный резистор.

СНиП 3.05.06-85

Схема 2.

Схема основанная на использовании микросхемы фазового регулирования типа 1182ПМ1. Она управляет степенью открытия симистора, который управляет нагрузкой. Применяются для плавного регулирования степени светимости лампочек накаливания.

СНиП 3.05.06-85

Схема 3.

Простейшая схема регулирования накалом жала паяльника. Выполнена по очень компактной схеме с использованием легкодоступных компонентов. Управляет нагрузкой один тиристор, степень включения которого регулирует переменный резистор. Также присутствует диод, для защиты от обратного напряжения.

СНиП 3.05.06-85

Схема 4.

Схема, предназначенная для управления уровнем освещения в комнате. Может регулировать степень накала лампочки. Выполнена на основе одного тиристора, который управляется диммером. Поворотом ручки резистора, изменяется воздействие на ключевой вывод тиристора, что изменяет его пропускную способность по электрическому току.

СНиП 3.05.06-85

В наше время товары из Китая стали довольно популярной темой, от общей тенденции не отстают и китайские регуляторы напряжения. Рассмотрим самые популярные китайские модели и сравним их основные характеристики.

Название Мощность Напряжение стабилизации Цена Вес Стоимость одного ватта
Module ME 4000 Вт 0-220 В 6. 68$ 167 г 0.167$
SCR Регулятор 10 000 Вт 0-220 В 12.42$ 254 г 0.124$
SCR Регулятор II 5 000 Вт 0-220 В 9.76$ 187 г 0.195$
WayGat 4 4 000 Вт 0-220 В 4.68$ 122 г 0.097$
Cnikesin 6 000 Вт 0-220 В 11.07$ 155 г 0.185$
Great Wall 2 000 Вт 0-220 В 1.59$ 87 г 0.080$

Существует возможность выбрать любой регулятор именно под свои требования и необходимости. В среднем один ватт полезной мощности стоит менее 20 центов, и это очень выгодная цена. Но все же, стоит обращать внимание на качество деталей и сборки, для товаров из Китая она по-прежнему остается очень низким.

Подборка тематических выдержек из статей

Регулятор мощности на симисторе — d.lab

Несложный регулятор мощности на симисторе — схема, печатные платы, немного ностальгии.

Свой первый регулятор мощности я собрал 15 лет назад, совершенно не вникая в устройство и принцип действия. Тогда он использовался для регулировки напряжения на первичной обмотке трансформатора мощного зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов. Особенность «того» регулятора была в использовании тиристора типа КУ202Н и хитрого транзистора с двумя базами КТ117Б:

Такой регулятор прекрасно подходил для регулировки тока ЗУ, но не для чего более. Кроме того транзисторы КТ117 на тот момент уже лет 20 не выпускались и все, что было в моем распоряжении — «остатки роскоши» Советского прошлого предприятия, на котором я начинал свою трудовую карьеру. Да и необходимости особой в таких регуляторах не было, потому схема была благополучно забыта лет на 10.

Некоторое время назад (лет 5), по настоятельной просьбе некоторых товарищей, пришлось вернуться к вопросу регулировки мощности устройств подключаемых к сети 220В. Необходимо было регулировать частоту вращения электродвигателя насоса, мощность электроотопителя инкубатора и просто яркость лампы накаливания. Кроме того, нужна была регулировка мощности от 0 до 100%. Поэтому новая «партия» регуляторов была сделана на симисторе и современных компонентах:

Кратко об особенностях схемы:

  • Работоспособность схемы проверена неоднократно, схема отлично повторяется.
  • Номиналы деталей на схеме могут отличаться от указанных в широких пределах.
  • На печатной плате предусмотрены дополнительные контактные площадки под детали разных размеров.
  • Фазировка подключения питания и нагрузки значения не имеет.

Совет:

  • Мощность симистора следует выбирать заведомо больше мощности нагрузки минимум в 2 раза, а лучше в 4. Так, например, симистор BTA16-800 по «букварю» должен выдерживать ток до 16А (х 220В = 3.5кВт), а на практике он «испускает дух» уже при 2кВт-ах, не успев даже нагреться.
  • Следует соблюдать правильную цоколевку симистора при разработке собственной печатной платы. Об этом не идет речи ни в одном учебнике, но для симистора это важно — иначе регулятор просто не будет работать.

Есть три варианта печатной платы. С сдвоенным переменным резистором:

С одинарным переменным резистором:

С подстроечным резистором:

Скачать архив с схемой в формате sPlan 7.0, печатными платами в Sprint-Layout 6.0 и букварем на симисторы серии BT и BTA в PDF на английском.

Симисторный регулятор мощности до трёх киловатт своими руками

Такой простой, но в то же время очень эффективный регулятор, сможет собрать практически каждый, кто может держать в руках паяльник и хоть слегка читает схемы. Ну а этот сайт поможет вам осуществить своё желание. Представленный регулятор регулирует мощность очень плавно без бросков и провалов.

Схема простого симисторного регулятора



Такой регулятор можно применить в регулировании освещения лампами накаливания, но и светодиодными тоже, если купить диммируемые. Температуру паяльника регулировать - легко. Можно бесступенчато регулировать обогрев, менять скорость вращения электродвигателей с фазным ротором и ещё много где найдётся место такой полезной вещице. Если у вас есть старая электродрель, у которой не регулируются обороты, то применив этот регулятор, вы усовершенствуете такую полезную вещь.
В статье, с помощью фотографий, описания и прилагаемого видео, очень подробно описан весь процесс изготовления, от сбора деталей до испытания готового изделия.

Сразу говорю, что если вы не дружите с соседями, то цепочку C3 - R4 можете не собирать. (Шутка) Она служит для защиты от радиопомех.
Все детали можно купить в Китае на Алиэкспресс. Цены от двух до десяти раз меньше, чем в наших магазинах.
Для изготовления этого устройства понадобится:
  • R1 – резистор примерно 20 Ком, мощностью 0,25вт;
  • R2 – потенциометр примерно 500 Ком, можно от 300 Ком до 1 Мом, но лучше 470 Ком;
  • R3 - резистор примерно 3 Ком, 0, 25 Вт;
  • R4- резистор 200-300 Ом, 0, 5 Вт;
  • C1 и C2 – конденсаторы 0, 05 МкФ, 400 В;
  • C3 – 0, 1 МкФ, 400 В;
  • DB3 – динистор, есть в каждой энергосберегающей лампе;
  • BT139-600, регулирует ток 18 А или BT138-800, регулирует ток 12 А – симисторы, но можно взять и любые другие, в зависимости от того, какую нагрузку нужно регулировать. Динистор ещё называют диак, симистор – триак.
  • Радиатор охлаждения выбирается от величины планируемой мощности регулирования, но чем больше, тем лучше. Без радиатора можно регулировать не более 300 ватт.
  • Клеммные колодки можно поставить любые;
  • Макетную плату применять по вашему желанию, лишь бы всё вошло.
  • Ну и без прибора, как без рук. А вот припой применять лучше наш. Он хоть и дороже, но намного лучше. Хорошего припоя Китайского не видел.



Приступаем к сборке регулятора


Сначала нужно продумать расстановку деталей так, чтобы ставить как можно меньше перемычек и меньше паять, затем очень внимательно проверяем соответствие со схемой, а потом все соединения запаиваем.







Убедившись, что ошибок нет и поместив изделие в пластиковый корпус, можно опробовать, подключив к сети.






Будьте очень внимательны при испытании. Все детали схемы находятся под прямым напряжением сети 220 вольт и прикосновение к ним, является очень опасным.
Если сборка вами проведена правильно, то всё должно заработать сразу. Устройство в регулировке и наладке не нуждается.

Испытание регулятора мощности


Симисторный регулятор напряжения своими руками

Устройства, позволяющие управлять работой электрических приборов, подстраивая их под оптимальные характеристики для пользователя, прочно вошли в обиход. Одним из таких приспособлений является регулятор мощности. Применение таких регуляторов востребовано при использовании электронагревательных и осветительных приборов и в устройствах с двигателями. Схемотехника регуляторов разнообразна, поэтому порой бывает затруднительно подобрать себе оптимальный вариант.

Простейший регулятор энергии

Первые разработки устройств, изменяющие подводимую к нагрузке мощность, были основаны на законе Ома: электрическая мощность равняется произведению тока на напряжение или произведению сопротивления на ток в квадрате. На этом принципе и сконструирован прибор, получивший название — реостат. Он располагается как последовательно, так и параллельно подключённой нагрузке. Изменяя его сопротивление, регулируется и мощность.

Ток, поступая на реостат, разделяется между ним и нагрузкой. При последовательном включении контролируются сила тока и напряжение, а при параллельном — только значение разности потенциалов. В зависимости от материала, из которого изготовлено сопротивление, реостаты могут быть:

  • металлическими;
  • жидкостными;
  • угольными;
  • керамическими.

Согласно закону сохранения энергии, забранная электрическая энергия не может просто исчезнуть, поэтому в резисторах мощность преобразуется в теплоту, и при большом её значении должна от них отводиться. Для обеспечения отвода используется охлаждение, которое выполняется с помощью обдува или погружением реостата в масло.

Реостат — довольно универсальное приспособление. Единственный, но существенный его минус — это выделение тепла, что не позволяет выполнить устройство с небольшими размерами при необходимости пропускать через него мощность большой величины. Управляя силой тока и напряжения, реостат часто используется в маломощных линиях бытовых приборов. Например, в аудиоаппаратуре для регулировки громкости. Выполнить такой регулятор тока своими руками совсем несложно, в большей мере это касается проволочного реостата.

Для его изготовления понадобится константовая или нихромовая проволока, которая наматывается на оправку. Регулирование электрической мощности происходит путём изменения длины проволоки.

Виды современных устройств

Развитие полупроводниковой техники позволило осуществить управление мощностью, используя радиоэлементы с коэффициентом полезного действия от восьмидесяти процентов. Это дало возможность их комфортно применить в сети с напряжением 220 вольт, не требуя при этом больших систем охлаждения. А появление интегральных микросхем и вовсе позволило достичь миниатюрных размеров всего регулятора в целом.

На сегодняшний момент производство выпускает следующие типы приборов:

  1. Фазовые. Используются для управления яркости свечения ламп накаливания или галогенных ламп. Другое их название — диммеры.
  2. Тиристорные. В основе работы лежит использование задержки включения тиристорного ключа на полупериоде переменного тока.
  3. Симисторные. Мощность регулируется вследствие изменения количества полупериодов напряжения, которые действуют на нагрузку.
  4. Регулятор хода. Позволяет плавно изменять электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель.

При этом регулировка происходит независимо от формы входного сигнала. По своему виду расположения приборы управления разделяются на портативные и стационарные. Они могут выполняться как в независимом корпусе, так и интегрироваться в аппаратуру. К основным параметрам, характеризующим регуляторы электрической энергии, относят:

  • плавность регулировки;
  • рабочую и пиковую подводимую мощность;
  • диапазон входного рабочего сигнала;
  • КПД.

Таким образом, современный регулятор электрической мощности представляет собой электронную схему, использование которой позволяет контролировать количество энергии, пропускаемой через него.

Тиристорный прибор управления

Принцип действия такого прибора не отличается особой сложностью. В основном тиристорный преобразователь используется для управления устройствами малой мощности. Типовая схема тиристорного регулятора мощности состоит непосредственно из самого тиристора, биполярных транзисторов и резисторов, устанавливающих их рабочую точку, и конденсатора.

Транзисторы, работая в ключевом режиме, формируют импульсный сигнал. Как только значение напряжения на конденсаторе сравнивается с рабочим, транзисторы открываются. Сигнал подаётся на управляющий вывод тиристора, открывая и его. Конденсатор разряжается и ключ запирается. Так повторяется в цикле. Чем больше задержка, тем в нагрузку поступает меньше мощности.

Преимущества такого типа регулятора в том, что он не требует настройки, а недостаток в чрезмерном нагреве. Для борьбы с перегревом тиристора используется активная или пассивная система охлаждения.

Используется такого типа регулятор для преобразования мощности, подающейся как к бытовым приборам (паяльник, электронагреватель, спиральная лампа), так и к промышленным (плавный запуск мощных силовых установок). Схемы включения могут быть однофазными и трёхфазными. Наиболее применяемые: ку202н, ВТ151, 10RIA40M.

Симисторный преобразователь мощности

Симистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в цепи переменного тока. Отличительной чертой прибора является то, что его выводы не имеют разделения на анод и катод. В отличие от тиристора, пропускающего ток только в одну сторону, симистор проводит ток в обоих направлениях. Именно поэтому он используется в сетях переменного тока.

Важное отличие симисторных схем от тиристорных состоит в том, что нет необходимости в выпрямительном устройстве. Принцип действия основан на фазном управлении, то есть на изменении момента открытия симистора относительно перехода переменного напряжения через ноль. Такое устройство позволяет управлять нагревателями, лампами накаливания, оборотами электродвигателя. Сигнал на выходе симистора имеет пилообразную форму с управляемой длительностью импульса.

Самостоятельное изготовление такого вида приборов проще, чем тиристорного. Широкую популярность получили симисторы средней мощности типа: BT137–600E, MAC97A6, MCR 22−6. Схема регулятора мощности на симисторе с использованием таких элементов отличается простотой изготовления и отсутствия необходимости в настройке.

Фазовый способ трансформации

Сам по себе диммер имеет широкую область применения. Одним из вариантов его использования является регулировка интенсивности освещения. Электрическая схема прибора чаще всего реализуется на специализированных микроконтроллерах, использующих в своей работе встроенную электронную схему понижения напряжения. Из-за этого диммеры способны плавно изменять мощность, но чувствительны к помехам.

Фазовые регуляторы мощности не стабилизируются с помощью стабилитронов, а в качестве стабилизатора используют попарно работающие тиристоры. Основа их работы лежит в изменении угла открывания ключевого тиристора, в результате чего на нагрузку поступают сигналы с отрезанной начальной частью полупериода, снижая действующую величину напряжения. К недостаткам диммеров относят высокий коэффициент пульсаций и низкий коэффициент мощности выходного сигнала.

При работе диммеров в широком спектре частот возбуждаются электромагнитные помехи. Такие излучения приводят к снижению КПД из-за появления паразитного тока в проводниках. Для борьбы с такими токами в конструкцию добавляются индуктивно-ёмкостные фильтры.

Практические примеры для повторения

Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.

Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.

Доминирующая схема

Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.

Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.

При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.

В качестве транзисторов используются КТ814 и КТ815. Время разряда регулируется с помощью R5 и мощность тоже. Стабилитрон используется с напряжением стабилизации от 7 до 14 вольт.

Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.

Контроллер нагрева паяльника

Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.

Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.

Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г.

Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.

Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.

Практически в любом радиоэлектронном устройстве в большинстве случаев присутствует регулировка по мощности. За примерами далеко ходить не надо: это электроплиты, кипятильники, паяльные станции, различные регуляторы вращения двигателей в устройствах.

Способов, по которым можно собрать регулятор напряжения своими руками 220 В, в Сети полно. В большинстве случаев это схемы на симисторах или тиристорах. Тиристор, в отличие от симистора, более распространённый радиоэлемент, и схемы на его основе встречаются гораздо чаще. Разберём разные варианты исполнения, основанные на обоих полупроводниковых элементах.

Регулятор мощности на симисторе

Симистор, по большому счету, – это частный случай тиристора, пропускающий ток в обе стороны, при условии, что он выше тока удержания. Один из его недостатков – это плохая работа на высоких частотах. Поэтому его часто используют в низкочастотных сетях. Для построения регулятора мощности на основе обычной сети 220 В, 50 Гц он вполне подходит.

Регулятор напряжения на симисторе используется в обычных бытовых приборах, где нужна регулировка. Схема регулятора мощности на симисторе выглядит следующим образом.

  • Пр. 1 – предохранитель (выбирается в зависимости от требуемой мощности).
  • R3 – токоограничительный резистор – служит для того чтобы при нулевом сопротивлении потенциометра остальные элементы не выгорели.
  • R2 – потенциометр, подстроечный резистор, которым и осуществляется регулировка.
  • C1 – основной конденсатор, заряд которого до определённого уровня отпирает динистор, вместе с R2 и R3 образует RC-цепь
  • VD3 – динистор, открытие которого управляет симистором.
  • VD4 – симистор – главный элемент, производящий коммутацию и, соответственно, регулировку.

Основная работа возложена на динистор и симистор. Сетевое напряжение подаётся на RC-цепочку, в которой установлен потенциометр, им в итоге и регулируется мощность. Производя регулировку сопротивления, мы меняем время зарядки конденсатора и тем самым порог включения динистора, который, в свою очередь, включает симистор. Демпферная RC-цепь, подключённая параллельно симистору, служит для сглаживания помех на выходе, а также при реактивной нагрузке (двигатель или индуктивность) предохраняет симистор от скачков высокого обратного напряжения.

Симистор включается, когда ток, проходящий через динистор, превышает ток удержания (справочный параметр). Отключается, соответственно, когда ток становится меньше тока удержания. Проводимость в обе стороны позволяет настроить более плавную регулировку, чем это возможно, например, на одном тиристоре, при этом используется минимум элементов.

Осциллограмма регулировки мощности представлена ниже. Из неё видно, что после включения симистора оставшаяся полуволна поступает на нагрузку и при достижении 0, когда ток удержания уменьшается до такой степени, что симистор отключается. Во втором «отрицательном» полупериоде происходит тот же процесс, т. к. симистор обладает проводимостью в обе стороны.

Напряжение на тиристоре

Для начала разберёмся, чем отличается тиристор от симистора. Тиристор содержит в себе 3 p-n перехода, а симистор – 5 p-n переходов. Не углубляясь в детали, если говорить простым языком, симистор обладает проводимостью в обоих направлениях, а тиристор – только в одном. Графические обозначения элементов показаны на рисунке. Из графики это хорошо видно.

Принцип работы абсолютно такой же. На чём и построена регулировка по мощности в любой схеме. Рассмотрим несколько схем регулятора на тиристорах. Первая простейшая схема, которая в основе повторяет схему на симисторе, описанную выше. Вторая и третья – с применением логики, схемы, которые более качественно гасят помехи, создаваемые в сети переключением тиристоров.

Простая схема

Простая схема фазового регулирования на тиристоре представлена ниже.

Единственное её отличие от схемы на симисторе – это то, что регулировка происходит только положительной полуволны сетевого напряжения. Времязадающая RC-цепь путём регулирования величины сопротивления потенциометра регулирует величину отпирания, тем самым задавая выходную мощность, поступающую на нагрузку. На осциллограмме это выглядит следующим образом.

Из осциллограммы видно, что регулировка мощности идёт путём ограничения напряжения поступающего на нагрузку. Образно говоря, регулировка заключается в ограничении поступления сетевого напряжения на выход. Регулируя время заряда конденсатора путём изменения переменного сопротивления (потенциометра). Чем выше сопротивление, тем дольше происходит заряд конденсатора и тем меньше мощности будет передано на нагрузку. Физика процесса подробно описана в предыдущей схеме. В этом случае она ничем особым не отличается.

С генератором на основе логики

Второй вариант более сложный. В связи с тем, что процессы коммутации на тиристорах вызывают большие помехи в сети, это плохо влияет на элементы, установленные на нагрузке. Особенно если на нагрузке находится сложный прибор с тонкими настройками и большим количеством микросхем.

Такая реализация тиристорного регулятора мощности своими руками подойдёт для активных нагрузок, например, паяльник или любые устройства нагрева. На входе стоит выпрямительный мост, поэтому обе волны сетевого напряжения будут положительными. Обратите внимание, что при такой схеме для питания микросхем понадобиться дополнительный источник постоянного напряжения +9 В. Осциллограмма из-за наличия выпрямительного моста будет выглядеть следующим образом.

Обе полуволны теперь будут положительными из-за влияния выпрямительного моста. Если для реактивных нагрузок (двигатели и другие индуктивные нагрузки) наличие разно полярных сигналов предпочтительно, то для активных – положительное значение мощности крайне важно. Отключение тиристора происходит также при приближении полуволны к нулю ток удержания подаёт до определённого значения и тиристор запирается.

На основе транзистора КТ117

Наличие дополнительного источника постоянного напряжение может вызвать затруднения, если его нет, и вовсе придётся городить дополнительную схему. Если дополнительного источника у вас нет, то можно воспользоваться следующей схемой, в ней генератор сигналов на управляющий вывод тиристора собран на обычном транзисторе. Есть схемы на основе генераторов, построенных на комплементарных парах, но они более сложные, и здесь мы их рассматривать не будем.

В данной схеме генератор построен на двухбазовом транзисторе КТ117, который при таком применении будет генерировать управляющие импульсы с периодичностью, задаваемой подстроечным резистором R6. На схеме ещё реализована система индикации на базе светодиода HL1.

  • VD1-VD4 – диодный мост, выпрямляющий обе полуволны и позволяющий выполнять более плавную регулировку мощности.
  • EL1 – лампа накаливания – представлена вроде нагрузки, но может быть любой другой прибор.
  • FU1 – предохранитель, в этом случае стоит на 10 А.
  • R3, R4 – токоограничительные резисторы – нужны, чтобы не сжечь схему управления.
  • VD5, VD6 – стабилитроны – выполняют роль стабилизации напряжения определённого уровня на эмиттере транзистора.
  • VT1 – транзистор КТ117 – установлен должен быть именно с таким расположение базы №1 и базы №2, иначе схема будет не работоспособна.
  • R6 – подстроечный резистор, определяющий момент, когда поступает импульс на управляющий вывод тиристора.
  • VS1 – тиристор – элемент, обеспечивающий коммутацию.
  • С2 – времязадающий конденсатор, определяющий период появления управляющего сигнала.

Остальные элементы играют незначительную роль и в основном служат для токоограничения и сглаживания импульсов. HL1 обеспечивает индикацию и сигнализирует только о том, что прибор подключён к сети и находится под напряжением.

Если вы ищите схему простого регулятора мощности то эта схема вам обязательно пригодится. Она достаточно простая, мощность нагрузки составляет 3,5 кВт, с её помощью можно регулировать освещение, нагревательные тэны и тому подобное.

Единственный минус данной схемы, это то что подключить к ней индукционную нагрузку не получится, так как симистор выходит из строя!

Схема регулятора мощности

* Симистор Т1 можно взять BTB16-600BW или подобный (КУ 208 ил ВТА, ВТ).

* Динистор Т — DB3 или DB4

* Конденсатор 0,1мкФ керамический

Резистор R2 510Ом ограничивает максимальное напряжение на конденсатор 0,1 мкФ, если поставить движок регулятора в положение 0Ом, то сопротивление цепи всё равно будет 510Ом

Заряжается он через резисторы R2 510Ом и переменный резистор R1 420кОм, после того, как напряжение на конденсаторе достигнет напряжения открывания динистора DB3, динистор формирует импульс, открывающий симистор, после чего, при проходе синусоиды, симистор закрывается. Частота открывания-закрывания симистора зависит от напряжения на конденсаторе 0.1мкФ, которое, в свою очередь, зависит от сопротивления переменного резистора. Таким образом, прерывая ток (с большой частотой) схема регулирует мощность в нагрузке. Допустим, если подключить электролампу через диод, мы заставим работать её «в пол накала» и продлим ей срок службы, однако не получиться регулировать яркость, да и неприятного мерцания не избежать. В симисторных схемах этого недостатка нет, так как частота переключения симистора слишком высока, и увидеть мерцание лампы человеческому глазу не под силу. При работе на индуктивную нагрузку, например электродвигатель, можно услышать что-то вроде пение, это будет частота с которой симистор подключает нагрузку к цепи.

Регулятор мощности на симисторе для трансформатора

Принцип работы симисторных регуляторов мощности (напряжения) в цепях
переменного тока.

Что такое симистор, принцип его работы, а также справочные характеристики некоторых популярных приборов мы с Вами внимательно рассмотрели на странице &nbspСсылка на страницу.
Там же мы отметили, что симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и практически полностью вытеснил его из электроцепей переменного тока.

Вспомним пройденный материал.
Отличительной чертой симистора является то, что при подаче на его управляющий электрод тока (напряжения), прибор переходит в проводящее состояние, замыкая нагрузку, причём проводит ток, независимо от полярности, приложенного к нагрузке напряжения.
Полярность открывающего напряжения должна быть либо отрицательной для обеих полярностей напряжения на условном аноде, либо совпадать с полярностью "анодного" напряжения (т.е. быть плюсовой в момент прохождения положительной полуволны и минусовой – в момент прохождения отрицательной).

Итак. Важным плюсом симисторных схем в электроцепях переменного тока является отсутствие выпрямительных устройств, и двухполюсность напряжения в нагрузке, что даёт возможность подключать их, помимо всего прочего, как трансформаторам, так и электродвигателям переменного тока.

Познакомимся с расхожими схемами симисторных регуляторов.

Для начала давайте рассмотрим простейшую, но вполне себе работоспособную схему симисторного регулятора мощности с фазово-импульсным управлением, позволяющего работать с нагрузками вплоть до 1200 Вт.

Рис.1

При замене симистора на другой, с большей величиной допустимого тока, мощность нагрузки можно увеличивать практически неограниченно.

А теперь – как это всё работает?
В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через последовательно соединённые резисторы R1 и R2. Причём увеличение напряжения на конденсаторе С1 отстаёт (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов и номинала ёмкости С1. Чем выше значения резисторов и конденсатора – тем больше сдвиг по фазе.
Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет порога пробоя динистора (около 35 В). Как только динистор откроется (следовательно, откроется и симистор), через нагрузку потечёт ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого симистора и нагрузки.
При этом симистор остаётся открытым до конца полупериода, т.е. момента, когда полуволна сетевого напряжения приблизится к нулевому уровню.
Переменным резистором R2 устанавливают момент открывания динистора и симистора, производя тем самым регулировку мощности, подводимой к нагрузке.

При действии отрицательной полуволны принцип работы устройства аналогичен.

Диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях переменного резистора приведены на Рис.1 справа.

Для предотвращения ложных срабатываний триаков, вызванных переходными процессами в индуктивных нагрузках (например, в электродвигателях и обмотках трансформаторов), симисторы должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка (снабберная цепь) между силовыми электродами триака, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (на схеме Рис.1 показана синим цветом).
В некоторых случаях, когда нагрузка имеет ярко выраженный ёмкостной характер, между силовыми электродами необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации.

Существуют и различные модификации приведённой выше простейшей схемы диммера.

Рис.2

Дополнительная цепочка R3 C2 (Рис.2 слева) призвана увеличить максимально достижимый фазовый сдвиг между сетевым напряжением и напряжением, поступающим на левый вывод динистора, что в свою очередь позволяет производить более глубокую регулировку мощности, подводимой к нагрузке.

На схеме, приведённой на Рис.2 справа, цепь, образованная диодами D1, D2 и резистором R1, обеспечивает плавность регулировки при минимальной выходной мощности. Без неё характеристика управления регулятором имеет гистерезис, что проявляется в скачкообразном повышении регулируемой мощности от нуля до 3. 5% от максимальной.
Диодно-резисторная цепочка разряжает конденсатор при переходе сетевого напряжения от отрицательной к положительной полуволне и, тем самым, устраняет эффект скачкообразного начального увеличения мощности в нагрузке.

Изредка можно встретить устройства, в которых регулировка мощности производится посредством отдельной схемы, которая формирует импульсы с регулируемой длительностью для управления симистором.
Такие диммеры обладают значительно лучшими характеристиками, чем представленные выше, однако обратной стороной медали является повышенная сложность устройств и необходимость наличия отдельного источника питания схемы. Исключения составляют устройства, выполненные на специализированных ИМС. Примером такой микросхемы является фазовый регулятор КР1182ПМ1.

Рис.3

Применение КР1182ПМ1 в регуляторах мощности (Рис.3) позволяет добиваться как хорошей повторяемости, так и широкого диапазона перестройки и высокой температурной стабильности.

А если уж мы решили заморачиваться созданием отдельной схемы формирования управляющих импульсов, то имеет смысл отказаться от фазово-импульсного метода управления, и обратиться в сторону регуляторов мощности, работающих по принципу пропускания через нагрузку определённого целого числа периодов сетевого напряжения в единицу времени.
При таком способе регулирования появляется возможность включения симистора вблизи точки пересечения сетевым переменным напряжением нулевого потенциала, вследствие чего радикально снижается уровень помех, вносимых в электросеть.
Освещение таким диммером не запитаешь ввиду заметного мерцания, а вот для беспомехового регулирования мощности электронагревательных приборов – самое то.

Данная схема (Рис.4) перекочевала со страницы https://www.radiokot.ru/circuit/power/converter/50/ и представляет собой модификацию регулятора мощности, описанного в журнале Радио, 2009, № 9, с. 40–41 «В.Молчанов Симисторный регулятор мощности». Вот, что пишет автор.

«Устройство предназначено для беспомехового регулирования мощности электронагревательных приборов, работающих от сети переменного тока 220 В.
Кроме снижения уровня коммутационных помех, в регуляторе реализован принцип пропускания в нагрузку целого ч

Как сделать регулятор напряжения для паяльника

Схем регуляторов напряжения для паяльника на тиристорах очень много. Их преимущество — высокий КПД, малые размеры. Кроме того, такой регулятор греется незначительно. Недостаток — высокий уровень помех, который подобные схемы выдают в сеть. Их можно гасить, поставив на входе конденсаторы. Но в таком случае регулировка напряжения не будет плавной.

Тиристорных схем регулирования напряжения питания паяльников действительно много. Работают они по-разному, да и компоненты применяют различные. Некоторые вполне работоспособные решения не слишком хороши в эксплуатации из-за нестабильно работающих составляющих.

Регулятор напряжения для паяльника на 220 В на тиристоре

Приведённая выше схема позволяет регулировать выходное напряжение от 110 вольт до сетевого. Хороша тем, что построена на широко распространённых и стабильных в работе транзисторах серии КТ361 и 315 и тиристоре КУ202Н. Остальные компоненты — резисторы и всего один конденсатор. Стоит только грамотно подобрать регулятор R2 — чтобы было удобно с ним работать (плавный ход ручки).

А также обратите внимание на пределы регулировки и на мощность, на которую эти компоненты рассчитаны. Устройство рассчитано на ток до 10 А, тиристор VD2 должен быть установлен на теплоотвод.

Содержание статьи

Регулятор без помех

Этот регулятор можно использовать для любой нагрузки. Для устранения пульсаций используется постоянное напряжение. Имеет более широкий интервал изменения напряжений. Мощность ограничивается диодным мостом КЦ405А, в данном случае 100 ватт.

Регулировка паяльника с устранённым эффектом пульсации

При проверке работоспособности схемы случается, что регулировки не происходит. Это бывает связано с чувствительностью тиристора. То есть напряжения на управляющем электроде не хватает для открытия p-n перехода. Можно подобрать деталь с более высокой чувствительностью или найти аналог.

При появлении гула в паяльнике включите в цепь нагрузки индуктивность. Её величина подбирается до исчезновения эффекта.

Простой регулятор напряжения на симисторе

Пожалуй, самая простая схема управления напряжением нагрузки для повторения, с неплохими характеристиками.

Схема простого регулятора напряжения на симисторе

Схема небольшая и уместится даже в маленький в корпус зарядки от телефона. По такой схеме собраны регуляторы оборотов пылесосов, например. Разве что динистор может быть заменён оптопарой.

Аналогичную сборку имеют и диммеры на АлиЭкспресс. В продаже имеются как с радиатором, так и без. Без радиатора допускается нагрузка до 60 Вт.

Диммер для паяльника

Регулятор для паяльника на микросхеме

Вариант непрост, но имеет свои плюсы. Плавное регулирование напряжения на нагрузке от 0 до 2 кВт и отсутствие помех. При эксплуатации на большой мощности обязательна установка радиатора на VS1.

Самодельный регулятор паяльника без помех

К561ЛА7 — К176ЛА7.
КД503А — КД514А, КД522А.
КТ361В — КТ326В, КТ361А.

Простая схема для 36 вольтового паяльника

Эта схема вполне рабочая с минимумом деталей.

Простая схема регулятора паяльника низковольтного переменного напряжения

Есть аналогичные схемы регулирования сетевого напряжения. Здесь только меньше предел регулировки.

Регулятор для паяльника 36 вольт

Современная электроника требует для монтажа деталей иметь в наличии низковольтный паяльник. Реализовать его питание можно по приведённой ниже схеме. Она позволяет регулировать температуру паяльника в широких пределах. А используя в качестве ключа мощный полевой транзистор снижаются потери.

Регулятор для паяльника на микросхеме

На DA 1 собран ждущий мультивибратор, управляющий работой транзистора VT1. Он открывается с появлением на затворе положительного напряжения.

Для снижения помех работа мультивибратора синхронизирована с частотой сети. Достигается это подачей пульсирующего напряжения на вывод 2 DA1 через делитель R2- R3. Порог срабатывания микросхемы устанавливается подстройкой R3. С периодом 10 мс на выводе 3 DA1 идут импульсы с длительностью, зависящей от положения регулятора R4.

К деталям схема не критична. Микросхема КР1006ВИ1 может быть заменена аналогами LM 555 или NE 555. VD 1 — VD 4 с током не менее 3А. Полевик BUZ 11 меняется на IRF 540 или КП540.

Регулятор температуры на микроконтроллере PIC 16F628

Данный цифровой регулятор мощности позволяет отобразить уровень нагрузки, с автоматическим её отключением при долгом не простое. Минус схем с микроконтроллером, это необходимость его предварительной прошивки. Прошивка, печатная плата и схема доступна для скачивания в конце заметки.

Регулятор для паяльника на микроконтроллере PIC 16F628

Регулирование температуры осуществляется за счёт пропуска периодов сетевого напряжения. При уровне мощности «0», нагрузка подключена на один период, с паузой в 15 периодов. На уровне мощности «3», нагрузка подключается на 4 периода с паузой в 12 периодов. На уровне «15», нагрузка включена полностью.

Выставленный уровень показывается на индикаторе в виде цифр от 0 до 9 и букв ABCDEF. Прибавить или убавить температуру можно, удерживая кнопку.

Нажав одновременно и удерживая обе кнопки можно отключить нагрузку. Индикатор уровня будет мигать.

Через 2 часа нагрузка автоматически выключается. Возобновление работы производится нажатием и удержанием обеих кнопок или отключением регулятора от сети.

Перед началом монтажа детали регулятора проверьте мультиметром. Как правило, наладки при исправных деталях и правильно собранной схеме не требуется. Прошивка, печатная плата и схема регулятора на PIC 16F628.

Схема простого регулятора вентилятора с использованием TRIAC и DIAC

В этом проекте мы разработали схему простого регулятора вентилятора, которая может использоваться для регулирования скорости вентилятора. Эта простая схема регулятора вентилятора реализована с использованием очень простых компонентов.

Вы когда-нибудь сталкивались с использованием обычного регулятора напряжения вентилятора для управления скоростью? Такой тип регулятора называется регулятором сопротивления, который работает по принципу реостата или устройства резистивного делителя потенциала.

Поскольку шаги (ручки на коробке регулятора) уменьшаются, это означает, что вы фактически увеличиваете сопротивление цепи и, следовательно, меньшая мощность подается на вентилятор, поэтому он становится медленнее.

Очевидно, что при такой схеме потребление энергии вентилятором будет меньше на более низких скоростях, но это не метод экономии энергии. Падение напряжения на сопротивлении преобразуется в тепловые потери (I 2 R), поэтому энергия рассеивается в виде тепла.

Эта потеря энергии больше при высоком сопротивлении или низкой скорости. Следовательно, обычные регуляторы напряжения вентилятора имеют больше потерь энергии.

Чтобы узнать больше о TRIAC, прочтите этот пост: TRIAC - Основы, работа и приложения

Простой электронный регулятор напряжения

Благодаря развитию технологий силовой электроники, можно легко реализовать альтернативную конструкцию регулятора вентилятора (регулятора напряжения), чтобы уменьшить потери энергии, вызываемые обычными регуляторами напряжения.

Этот тип регулятора напряжения представляет собой энергосберегающее устройство, в котором используются TRIAC, DIAC и потенциометрическое сопротивление. Этот метод обеспечивает бесступенчатое управление скоростью вращения вентилятора за счет получения требуемого количества энергии от основного источника в данный момент.

Следовательно, мощность сохраняется, а не расходуется без надобности. Расскажем вкратце об этой схеме регулятора напряжения и ее работе.

Теперь мы собираемся построить простую схему регулятора вентилятора, которая обычно используется для управления скоростью вентилятора в наших домах или офисах.Как мы знаем, изменяя угол включения TRIAC, можно управлять мощностью, подаваемой через нагрузку, что является не чем иным, как концепцией управления мощностью с использованием TRIAC.

Тот же принцип применяется к схеме регулятора напряжения, которую мы собираемся обсудить.

Необходимые компоненты для цепи регулятора напряжения

  • Резистор R1 - 10 КОм
  • Переменное сопротивление или потенциометр R2 - 100 КОм
  • Полиэфирный конденсатор C1 - 0,1 мкФ (для рабочего диапазона до 400 В)
  • DIAC, D1 - DB3
  • TRIAC, Т1 - BT136
  • Однофазный потолочный вентилятор или двигатель переменного тока - 220 В, 50 Гц (диапазон ниже 200 Вт)

Подключение цепи регулятора напряжения

  • Определите клеммы всех компонентов для положительного и отрицательного клеммных соединений.Выберите потолочный вентилятор или любой электродвигатель переменного тока при условии, что его мощность должна быть ниже 200 Вт (в соответствии со значениями выбранных компонентов)
  • Возьмите нулевую плату или печатную плату (PCB) и подключите схему, как показано на схеме ниже.
  • Цепь включения состоит из резистора R1, потенциометра R2, конденсатора C1 и DIAC. Подключите одну клемму DIAC к комбинации резисторов и конденсатора делителя напряжения, как показано на рисунке.
  • Для распознавания терминалов TRIAC и получения другой подробной информации рассмотрите технический паспорт TRIAC BT 136.Подключите терминал MT1 к нейтрали, а MT2 - к одному концу двигателя переменного тока или нагрузки. И подключите терминал ворот к другому концу DIAC.
  • Подключите нагрузку или потолочный вентилятор между клеммой фазы или линии источника питания переменного тока и клеммой MT2 TRIAC.

ПРИМЕЧАНИЕ : В целях демонстрации мы подключили лампочку к простой цепи регулятора вентилятора вместе с мультиметром, чтобы показать напряжение.

Для получения дополнительной информации о DIAC: DIAC - Введение, работа и приложения

Принципиальная схема регулятора напряжения с использованием TRIAC, DIAC

Работа цепи электронного регулятора напряжения

  • Перед тем, как подавать питание на эту простую схему регулятора вентилятора, удерживайте переменный резистор или потенциометр в положении максимального сопротивления, чтобы триггер не запускался и, следовательно, триак находился в режиме отсечки.
  • Включите питание цепи и посмотрите, находится ли вентилятор в состоянии покоя или нет. Медленно изменяйте положение потенциометра, чтобы конденсатор начал заряжаться с постоянной времени, определяемой значениями R1 и R2.
  • Как только напряжение на конденсаторе превышает напряжение отключения DIAC, DIAC начинает проводить. Таким образом, конденсатор начинает разряжаться к выводу затвора TRIAC через DIAC.
  • Следовательно, TRIAC начинает проводить, и, следовательно, основной ток начинает течь в вентилятор через замкнутый путь, образованный TRIAC.
  • Изменяя потенциометр R2, можно изменять скорость, с которой будет заряжаться конденсатор, это означает, что, если сопротивление меньше, конденсатор будет заряжаться с большей скоростью, так что чем раньше будет проводимость TRIAC.
  • По мере постепенного увеличения сопротивления потенциометра угол проводимости TRIAC будет уменьшаться. Следовательно, средняя мощность нагрузки будет изменяться.
  • Благодаря возможности двунаправленного управления как TRIAC, так и DIAC, можно управлять углом включения TRIAC как на положительных, так и на отрицательных пиках входного сигнала.
Примечание
  • В качестве меры безопасности проверьте исправное рабочее состояние этой цепи, подав низкое напряжение, например 24 В переменного тока или 12 В переменного тока, с небольшой нагрузкой, например, лампочкой малой мощности, перед подключением к сети.
  • Если нагрузка превышает 200 Вт, выберите TRIAC большей мощности вместо BT 136 TRIAC.

Преимущества простой схемы регулятора вентилятора

  • Возможно непрерывное и плавное регулирование скорости вращения вентилятора
  • Энергосбережение достигается на всех скоростях за счет минимизации потерь энергии
  • Простая схема, требующая меньшего количества компонентов
  • Эффективен по сравнению с резистивным типом за счет меньшего энергопотребления
  • Экономичный

Упрощенная электрическая система: регулятор скорости (TRIAC)



ТРИАК - это компонент, который эффективно основан на тиристоре.Обеспечивает переключение переменного тока для электрических систем. Как и тиристоры, симисторы используются во многих электрические коммутационные приложения. Они находят особое применение для схем в диммеры, регуляторы скорости вентилятора и т. д., где они позволяют использовать обе половины цикла переменного тока. Это делает их более эффективными с точки зрения использования доступной мощности. Хотя можно использовать два тиристора вплотную друг к другу, это не всегда рентабельно для недорогих и относительно маломощных приложений. Есть возможность просмотреть работа TRIAC в виде двух тиристоров, расположенных спина к спине. TRIAC эквивалент двух тиристоров Один из недостатков Особенностью TRIAC является то, что он не переключается симметрично. Часто бывает смещение, переключение при разных напряжениях затвора для каждой половины цикла. Этот создает дополнительные гармоники, которые плохо сказываются на характеристиках ЭМС, а также обеспечивает дисбаланс в системе Чтобы улучшить переключение формы волны тока и обеспечение большей симметрии - это используйте устройство, внешнее по отношению к TRIAC, чтобы синхронизировать импульс запуска.DIAC разместил последовательно с воротами - это нормальный метод достижения этого.

DIAC и TRIAC соединены вместе

Базовая схема:

Это схема Схема простейшего диммера лампы или регулятора вентилятора. Схема построена на принцип управления мощностью с помощью симистора. Схема работает, изменяя угол стрельбы симистора. Резисторы R1, R2 и конденсатор C2 связаны с этим. Угол открытия можно изменять, изменяя значение любого из этих составные части.Здесь R1 выбран как переменный элемент. Изменяя значение R1 изменяется угол открытия симистора (т.е. сколько времени должен симистор поведение) изменения. Это напрямую изменяет мощность нагрузки, поскольку нагрузка приводится в движение Симистор. Импульсы запуска подаются на затвор симистора T1 с помощью Diac D1. Самая основная волна (т.е. без учета всех потерь и гармоник) показана ниже.






Форма волны, показанная ниже, демонстрирует выходное напряжение TRIAC до и после исправления.

Альфа - небесный ангел тиристеров.

На двух рисунках, показанных ниже, мы можем увидеть форму выходного сигнала, изменив огненный ангел. На первом рисунке выходная мощность будет половиной мощности входной.

На втором рисунке ангел зажигания равен нулю, поэтому выходная мощность будет такой же, как входная.






Учебное пособие по схемам для проектов

Basic Triac-SCR

by Lewis Loflin

На этой странице обсуждаются базовые симисторы и тиристоры.Симистор - это двунаправленный трехконтактный двойной тиристорный переключатель (SCR). Это устройство может переключать ток в любом направлении, подавая небольшой ток любой полярности между затвором и вторым главным контактом.

Симистор изготовлен путем объединения двух тиристоров в обратном параллельном соединении. Он используется в приложениях переменного тока, таких как регулирование яркости света, управление скоростью двигателя и т. Д. Симисторы также могут использоваться в микроконтроллере управления мощностью со схемой фазовой синхронизации.

Если кто-то не знаком с диодами и выпрямлением переменного тока, см. Следующее:


Включение / выключение диода

На рисунке выше изображен кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) или тиристер. Это диод с «затвором». SCR не только проводит в одном направлении, как любой другой диод, но и затвор позволяет отключать и отключать саму проводимость. Когда переключатель ON нажат, SCR включается, и ток течет с отрицательного на положительный через SCR и нагрузку.После включения SCR будет оставаться включенным до тех пор, пока не будет нажат выключатель, нарушающий текущий путь.

Обратите внимание, что переключатель ON называется «нормально разомкнутым» (Н.О.) и при нажатии замыкает (замыкает) соединение. Выключатель OFF, называемый «нормально закрытым» (N.C.), разрывает (размыкает) соединение при нажатии. Оба они кнопочные.

В цепи над нагрузкой находится лампа постоянного тока. Нажмите переключатель S1, и включатся и будут продолжать оставаться включенными, пока не будет нажат переключатель S2.

В этом примере мы разместили диод последовательно с переключателем включения / выключения затвора. Когда вы нажимаете переключатель ON, двигатель запускается, загорается свет и т. Д. Когда переключатель отпускается, питание прекращается без использования переключателя OFF. Это связано с тем, что входное напряжение переменного тока возвращается к нулевому напряжению на 180 и 360 градусов, отключая SCR. И как диод, SCR проводит только половину цикла.

В этом примере схемы мы разместили переменный резистор (потенциометр) последовательно с диодом затвора.(Это было также известно как ручка регулировки громкости старого стиля.) «Поворачивая ручку», мы можем изменить точку срабатывания при включении SCR только части полупериода или, если сопротивление достаточно, выключить SCR.


Это иллюстрирует процесс с двухполупериодным нефильтрованным постоянным током

В другом примечании мы можем управлять двухполупериодным пульсирующим нефильтрованным постоянным током с помощью тиристора. См. Также «Основы выпрямления и фильтрации переменного тока»

.

Подробнее см. Что такое светоактивированный кремниевый управляемый выпрямитель? (LASCR) и спецификация оптопары h21C6 SCR.(PDF файл)

Выше представлена ​​практическая схема тестирования SCR. Лампа загорится только при нажатии Sw3. Лампа будет иметь половинную яркость, потому что тиристор действует как полуволновой выпрямитель. R4 может находиться в диапазоне от 100 до 470 Ом. Лампа должна быть полностью выключена, если выключатель не нажат или устройство не неисправно. (Полностью или частично закорочено.)

Эта схема также хороша для сравнения различных тиристоров одного и того же номера детали. Например, однажды у меня была неисправная печатная плата с шестью тиристорами, но один тиристор из шести при работе включался при совершенно другом напряжении срабатывания, чем остальные пять.Лампа имела другой уровень яркости, чем остальные пять. Замена этого одного SCR устранила эту очень дорогую печатную плату.


Знакомство с симисторами

Симистор - это твердотельный переключатель переменного тока. Небольшой ток на клемме затвора может переключать очень большие токи переменного тока. Подумайте о симисторе как о двух последовательно соединенных тиристорах, в которых катод одного тиристора соединен с анодом другого и наоборот. Ворота соединены между собой. Поскольку у нас есть конфигурация с двумя тиристорами, можно переключать оба полупериода.

Примечание: я видел бумажные примеры использования двух тиристоров в качестве симистора, но это может не работать так же! Остерегайтесь этого.

В приведенном выше примере замыкание переключателя приведет к включению симистора. Идея состоит в том, чтобы использовать небольшой переключатель малой мощности для управления устройствами большой мощности, такими как двигатели или нагреватели. Опасность здесь заключается в том, что на самом переключателе присутствует высокое напряжение переменного тока. Это также может быть большой проблемой для твердотельных контроллеров, если они не используют маленькое реле, которое некоторые микроволновые печи делают именно так.

Выше представлена ​​практическая испытательная схема TRIAC. Нажмите любой переключатель, и лампа включится с половинной яркостью. Сожмите оба вместе на полную яркость. Это позволяет тестировать обе стороны SCR по отдельности. Яркость должна быть одинаковой для обеих сторон, иначе TRIAC неисправен. Если переключатель не нажат, лампа должна быть полностью выключена. R1 и R2 должны быть в диапазоне от 100 до 470 Ом.


Схема симистора с наилучшим откликом и диак.

Ключ к успешному срабатыванию симистора состоит в том, чтобы убедиться, что затвор получает свое напряжение срабатывания со стороны главной клеммы 2 схемы (основной клеммы на противоположной стороне символа TRIAC от клеммы затвора).Идентификация клемм Mt1 и Mt2 должна выполняться с помощью номера детали TRIAC со ссылкой на технический паспорт или книгу.

DIAC, или «диод переменного тока», представляет собой триггерный диод, который проводит ток только после того, как его напряжение пробоя было кратковременно превышено. Когда это происходит, сопротивление DIAC резко уменьшается, что приводит к резкому уменьшению падения напряжения на самом DIAC, что приводит к резкому увеличению тока, протекающего через затвор симистора.

Это гарантирует быстрое и чистое резание TRIAC.DIAC остается в режиме проводимости до тех пор, пока напряжение не упадет до очень низкого значения, намного ниже напряжения срабатывания. Это называется удерживающим током. Ниже этого значения диак снова переключается в состояние высокого сопротивления (выключено). Это двунаправленное поведение, то есть обычно одинаковое как для положительного, так и для отрицательного полупериода.

Большинство DIAC имеют напряжение пробоя около 30 В. Таким образом, их поведение в некоторой степени похоже на (но гораздо более точно контролируется и происходит при более низких напряжениях, чем) неоновая лампа.

ЦИАП

не имеют электрода затвора, в отличие от некоторых других тиристоров. Некоторые TRIAC содержат встроенный DIAC последовательно (я никогда не видел такого в полевых условиях) с терминалом TRIAC для этой цели. ДИАП также называют симметричными триггерными диодами из-за симметрии их характеристической кривой. Поскольку DIAC являются двунаправленными устройствами, их выводы помечены не как анод и катод, а как A1 и A2 или Mt1 («Главный вывод») и Mt2. Большинство листов спецификации не удосуживаются маркировать A1 / A2 или Mt1 / Mt2.

Также см. Как проверить DIAC


Диммер для коммерческих ламп в странах с напряжением 220 В. Br100 - диак.

Диак обеспечивает более чистое переключение симистора. Диоды - это специализированные диоды Шокли, соединенные спина к спине.


Демпферы

Между МТ1 и МТ2 часто используется демпфирующая цепь (обычно RC-типа). Демпфирующие цепи используются для предотвращения преждевременного срабатывания, вызванного, например, скачками напряжения в сети переменного тока или индуктивными нагрузками, такими как двигатели.Кроме того, между затвором и MT1 можно подключить резистор затвора или конденсатор (или оба параллельно), чтобы дополнительно предотвратить ложное срабатывание. Это может увеличить требуемый пусковой ток и, возможно, задержку выключения при разрядке конденсатора.

В этой схеме выше "горячая" сторона линии переключается, а нагрузка подключается к холодной или заземленной стороне. Резистор на 100 Ом и конденсатор 0,1 мкФ предназначены для демпфера симистора. Эти компоненты должны использоваться с индуктивными нагрузками, такими как двигатели, контакторы и т. Д.

Для получения дополнительной информации о вышеуказанном оптроне см. Оптоизолятор серии moc30xx (файл в формате pdf)

В пререгуляторе источника питания

, управляемом TRIAC, используется оптическая обратная связь

Что вы узнаете:

  • В следующем году количество различных грузовых автомобилей с нулевым уровнем выбросов значительно увеличится.
  • Какие производители инвестируют в полностью электрические грузовики?
  • Какие производители грузовиков работают над автомобилями на топливных элементах?

Около 3.7 миллионов тяжелых грузовиков используются в США, доставляя грузы по всей стране. Обычно они приводятся в действие дизельными двигателями, которые шумят и выделяют загрязнения. По данным IDTechEx, несмотря на то, что на эти большие дизельные двигатели грузовиков приходится всего 9% мирового парка транспортных средств, они составляют 39% выбросов парниковых газов в транспортном секторе и около 5% выбросов CO 2 от ископаемого топлива.

Но это может скоро измениться. Для тех, кто в автомобильном мире пытается убедить босса в том, что изменение климата является важным стратегическим вопросом для бизнеса, происходит нечто важное: компании стремятся к зеленым долларам, деньгам, потраченным на сокращение загрязнения и отходов, и при этом они также демонстрируя хорошее корпоративное гражданство.

В следующем году количество различных грузовых автомобилей с нулевым уровнем выбросов значительно увеличится. Такие производители, как Ford, GM, Peterbilt, Tesla и Volvo, инвестируют в полностью электрические грузовики, а Daimler, Hyundai и Toyota работают над автомобилями на топливных элементах.

Tesla

Например, производитель электромобилей Tesla планирует производить полуфабрикат и имеет предварительные заказы от таких гигантов, как Anheuser-Busch, DHL, FedEx, JB Hunt Transport Services, PepsiCo, UPS и Walmart ( Инжир.1) . Электрический полуприцеп Tesla класса 8 будет выпускаться с пробегом на 300 и 500 миль. По заявлению компании, Semi будет разгоняться от 0 до 60 миль в час за 20 секунд при полной нагрузке в 40 тонн. Он сможет поддерживать эту скорость при подъеме на 5% уклон.

1. Ожидается, что к концу августа Tesla произведет около 350 автомобилей Semi. Затем, согласно отчетам автомобильной промышленности, его производительность увеличится до 100 в неделю к концу 2021 года и до 500 в неделю к концу 2022 года.

В последнем отчете о прибылях и убытках Tesla генеральный директор Tesla Илон Маск сказал, что Semi готов к производству - все инженерные работы уже завершены, - но автопроизводитель не сможет достичь массового производства, пока компания не нарастит производство аккумуляторных элементов на 4680 единиц. Компания рассчитывает начать поставки Tesla Semi где-то в этом году.

Kenworth

Новый Kenworth T680E с нулевым уровнем выбросов является первой аккумуляторно-электрической моделью класса 8 производителя грузовиков за его 97-летнюю историю.Расчетная дальность действия T680E составляет 150 миль, в зависимости от приложения. В нем используется быстрое зарядное устройство постоянного тока CCS1 с максимальной мощностью 120 кВтч, а время зарядки составляет 3,3 часа. Kenworth T680E обеспечивает непрерывную мощность в 536 л.с. и максимальную мощность до 670 л.с. плюс крутящий момент в 1623 фунт-фут.

Peterbilt

Модель 579EV компании Peterbilt теперь доступна для заказов клиентов, производство ожидается во втором квартале 2021 года (рис. 2) . Полностью интегрированная, полностью электрическая трансмиссия в модели 579EV использует литий-железо-фосфатные аккумуляторные батареи с терморегулятором, чтобы обеспечить запас хода до 150 миль.При использовании в сочетании с рекомендованным быстрым зарядным устройством постоянного тока аккумуляторные батареи заряжаются за 3-4 часа, что делает 579EV хорошо подходящим для региональных перевозок и операций на последней миле.

2. Peterbilt Model 579EV доступен в конфигурации с тандемным приводом, с двигателями Meritor 14Xe, обеспечивающими питание через приводные инверторы. Рекуперативное торможение улавливает энергию от остановок и остановок, чтобы помочь зарядить аккумуляторы и увеличить запас хода автомобиля. (Источник: Peterbilt)

Volvo

Volvo Trucks вывела на рынок свой грузовик с нулевым уровнем выбросов VNR Electric в конце 2020 года.VNR Electric имеет запас хода 150 миль со скоростью до 65 миль в час по шоссе. Он разработан для клиентских приложений и ездовых циклов с местным и региональным распределением, включая продукты питания и напитки, а также маршруты получения и доставки. Грузовик выпускается в трех моделях: прямая тележка; трактор 4х2; и трактор 6х2. По данным компании, в нем используются литий-ионные батареи емкостью 264 кВтч, которые могут заряжаться до 80% за 70 минут.

Daimler

Компания Daimler, крупнейший производитель грузовиков в мире, теперь поставляет грузовик Freightliner eCascadia Class 8.В eCascadia, когда водитель нажимает на педаль акселератора примерно наполовину (50%), контроллер трансмиссии сначала проверяет другие компоненты, чтобы определить, является ли передача 50% крутящего момента на электродвигатель безопасным и эффективным для системы.

Если все требования соблюдены, контроллер трансмиссии позволяет инвертору извлекать энергию из батареи и передавать ее электронным двигателям, чтобы удовлетворить потребность водителя в крутящем моменте 50%. Если контроллер трансмиссии определяет, что передача 50% крутящего момента не рекомендуется (если грузовик неподвижен или движется медленно), он снизит крутящий момент до идеального уровня, например, 30%.

Разработанный для eCascadia, полностью электрический Detroit ePowertrain использует электрическую трансмиссию eAxle. Благодаря интеграции электродвигателя, трансмиссии и специализированной электроники в компактный блок, eAxle может напрямую приводить в действие колеса грузовика.

Detroit ePowertrain предлагает две модели Detroit eAxle. Установка с двумя двигателями имеет максимальный крутящий момент 23000 фунт-футов и максимальную мощность 360 л.с. Конструкция с одним двигателем обеспечивает максимальный крутящий момент 11500 фунт-футов и максимальную мощность 180 л.с.

GM

GM входит в игру по доставке электричества через новое бизнес-подразделение под названием BrightDrop, чей электрический грузовой фургон EV600 появится на дорогах в конце 2021 года для своего первого клиента, FedEx.

BrightDrop EV600 - это легкий электрический грузовой автомобиль, специально созданный для доставки товаров и услуг на большие расстояния. Характеристики EV600 включают в себя:

  • Работающий от системы аккумуляторов GM Ultium, EV600 рассчитан на пробег до 250 миль при полной зарядке.
  • Пиковая скорость зарядки до 170 миль пробега электромобиля в час за счет быстрой зарядки постоянного тока мощностью 120 кВт.
  • Грузовое пространство более 600 кубических футов.
  • Предлагается для полной массы автомобиля (GVWR) менее 10 000 фунтов.

Стандартные функции безопасности включают в себя: систему помощи при парковке спереди и сзади, автоматическое экстренное торможение, предупреждение о лобовом столкновении, индикатор расстояния следования, торможение передним пешеходом, систему удержания полосы движения с предупреждением о выезде с полосы движения, автоматический дальний свет IntelliBeam и камеру заднего обзора HD.Дополнительные доступные функции безопасности и помощи водителю включают в себя: торможение при перекрестном движении сзади, помощь при рулевом управлении в слепой зоне, автоматическое торможение задним ходом, HD Surround Vision, предупреждение пешеходов сзади и улучшенное автоматическое экстренное торможение, среди прочего.

BrightDrop рассчитывает сделать EV600 доступными большему количеству клиентов, начиная с начала 2022 года.

Ford

Автогигант Ford вышел в новый сектор рынка электромобилей с планами разработать полностью электрическую версию своего автомобиля. Транзитный грузовой фургон будет доступен с конца 2021 года.Ожидается, что автомобиль будет иметь запас хода в 126 миль. Исследования, основанные на внутренних данных компании, показывают, что средний пользователь общественного транспорта проезжает 74 мили в день, что находится в пределах прогнозируемой дальности действия электрической версии транспортного средства.

Rivian

Rivian в прошлом году получила огромный заказ на 100 000 полностью электрических автофургонов от гиганта электронной коммерции Amazon. Пока вы читаете это, Amazon начала тестирование первой партии своих электрических автофургонов Rivian Automotive в Лос-Анджелесе.Rivian ожидает, что первые фургоны будут доставлены для Amazon во второй половине 2021 года, в общей сложности 10 000 фургонов будут введены в эксплуатацию к концу 2022 года, а полные 100 000 - к 2030 году. время и пробег являются важными факторами при эксплуатации большегрузных автомобилей. В этом отношении водород является подходящим топливом для грузовиков большой грузоподъемности, так как обеспечивает короткое время дозаправки и поездки на большие расстояния, одновременно предлагая решение с нулевым уровнем выбросов.

Компания Daimler представила концептуальный автомобиль на водородных топливных элементах под названием грузовик Mercedes-Benz Genh3, заявив, что он сможет проехать до 621 мили на одном баке. Серийная версия Genh3 Truck имеет полную массу 40 тонн и полезную нагрузку 25 тонн. Два бака с жидким водородом и система топливных элементов сделают эту полезную нагрузку возможной и увеличивают дальность полета и, следовательно, составляют основу концепции Genh3 Truck.

Daimler Trucks предпочитает использовать жидкий водород (Lh3), потому что в этом состоянии энергоноситель имеет более высокую плотность энергии по отношению к объему, чем газообразный водород.В результате баки грузовика на топливных элементах, в котором используется жидкий водород, намного меньше и из-за более низкого давления значительно легче. Это дает грузовикам больше грузового пространства и большую массу полезной нагрузки. В то же время можно перевезти больше водорода, что значительно увеличивает дальность полета грузовиков.

Грузовики

Genh3 начнут испытывать заказчики в 2023 году, а серийное производство - во второй половине этого десятилетия.

General Motors присоединяется к другим автопроизводителям, таким как Toyota, в разработке технологии водородных топливных элементов для грузовых перевозок на дальние расстояния.GM сотрудничает с производителем грузовых автомобилей Navistar и поставщиком водорода Oneh3 для разработки полной системы дальних перевозок с нулевым уровнем выбросов в США.

Грузовики будут работать на водороде, а не на аккумуляторах, что устранит необходимость в зарядных станциях на длинных маршрутах грузовиков.

Navistar International Corp будет использовать два блока питания на топливных элементах GM Hydrotec для питания своего грузового электромобиля на топливных элементах серии International RH. Каждый силовой куб Hydrotec содержит более 300 водородных топливных элементов, а также системы управления тепловым режимом и мощностью (рис.3) .

3. Блоки питания на топливных элементах Hydrotec компании General Motors обеспечивают мощность более 80 кВт и могут быть размещены по 2-3 единицы на автомобиль для достижения более высоких номинальных мощностей. (Источник: General Motors)

Водородные грузовики будут запущены в производство в конце 2023 года как модель 2024 года. Целевая дальность полета составляет более 500 миль, при этом время заправки водородом менее 15 минут.

В конце прошлого года Toyota объявила о сделке с производителем грузовиков Hino о совместной разработке грузовиков на водородных топливных элементах для Северной Америки.Ожидается, что первый демонстрационный автомобиль появится в первой половине 2021 года. Компании будут использовать недавно разработанное шасси серии Hino XL с технологией топливных элементов Toyota.

Корейская компания Hyundai работает над своим водородным топливным элементом Xcient, который можно заряжать в течение 8-20 минут за одну зарядку при давлении в баке 350 бар. По данным компании, грузовики Xcient имеют аккумуляторную батарею емкостью 73,2 кВтч (24,4 кВтч × 3) и запас хода около 400 км на одной зарядке (в конфигурации 4 x 2 при буксировке 18-тонного прицепа).Электродвигатель (максимальная мощность 350 кВт) генерирует движущую силу за счет электроэнергии, подаваемой от батареи и батареи.

Государственная поддержка

Совет по воздушным ресурсам Калифорнии (CARB) в прошлом году принял постановление о передовых чистых грузовиках, обязывающее производителей грузовиков переходить с дизельных грузовиков и фургонов на электрические грузовики с нулевым уровнем выбросов, начиная с 2024 года. К 2045 году каждый проданный грузовик в Калифорнии будет с нулевым уровнем выбросов. Начиная с 2024 года производители коммерческих грузовиков должны продавать грузовики с нулевым уровнем выбросов в качестве растущего процента от своих годовых продаж в масштабах штата.

Президент Байден объявил, что его администрация планирует заменить парк автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, принадлежащий федеральному правительству, электромобилями, произведенными в США. По данным Управления общего обслуживания США (GSA), федеральный парк насчитывает около 650 000 автомобилей, в том числе около 100 000 средних. -грузовых и 40 000 большегрузных автомобилей на складе.

Предварительные регуляторы

Предварительные регуляторы
Elliott Sound Products Методы предварительного регулятора

Страница опубликована и © Февраль 2020, Род Эллиотт


Указатель статей
Основной индекс Вершина
Содержание
Введение

Цепи предварительного регулирования (или предварительного регулирования) были обычным требованием в источниках питания в течение многих лет.На это есть две причины: либо для уменьшения пульсаций на выходе, либо для минимизации рассеиваемой мощности регулятора. Это снижает тепловыделение (в регуляторе) и может немного улучшить регулирование, поскольку на входе меньше изменение напряжения. Существует бесчисленное множество различных схем, но они следуют одним и тем же общим принципам - линейная, с переключением ответвлений, с отсечкой фазы и режимом переключения. Последние три могут быть реализованы разными способами. Линейные предрегуляторы обычно довольно похожи, потому что есть ограниченное количество вариантов.

Первой альтернативой является использование линейного предварительного регулятора с выходным напряжением, достаточно высоким для того, чтобы регулятор продолжал контролировать выход. Это имеет то преимущество, что в саму схему регулятора уже подается сигнал, практически лишенный пульсаций, что обеспечивает очень низкий выходной шум. Однако рассеяние в предварительном регуляторе может быть очень высоким - даже для схемы с относительно низкой мощностью.

Простейшая форма «высокоэффективного» предварительного регулирования с использованием двух или более ответвлений напряжения на трансформаторе, при этом соответствующее выходное напряжение снимается с трансформатора в зависимости от установленного выходного напряжения.Переключение ответвлений (как это называется) довольно просто реализовать, но обычно требует специального трансформатора. Это делает его подходящим для производителей, но он гораздо менее привлекателен для DIY, если конструктор не желает использовать два многоотводных трансформатора, при условии локальной доступности и двойного источника питания с положительным и отрицательным выходным напряжением. Возможно, у вас даже есть подходящий трансформатор в «ящике для мусора».

Во многих ранних источниках питания с высоким КПД часто использовалась схема с отсечкой фазы переменного тока.Путем включения переменного тока в той части сигнала, где пиковое напряжение переменного тока было немного выше напряжения, необходимого на выходе, напряжение на регуляторе поддерживалось на минимальном уровне, что улучшало эффективность. В этих системах обычно используются тиристоры (также известные как SCR или кремниевые выпрямители), которые легко доступны в сильноточных версиях. Очень острая форма волны может создавать как акустический, так и электрический шум. TRIAC также были распространены, и существовала коммерческая конструкция усилителя мощности звука, в которой использовалась эта техника.

В современных источниках питания высокой мощности используется импульсный источник питания на входе, либо с прямым преобразованием из сети переменного тока, либо низковольтный импульсный стабилизатор, следующий за силовым трансформатором. Они могут иметь высокий КПД, и там, где ожидается очень высокая мощность, на стороне переменного тока может использоваться активная коррекция коэффициента мощности (PFC), чтобы гарантировать, что форма сигнала сети будет как можно ближе к синусоиде. В целом это создает сложный дизайн, но дает очень хорошие результаты.

В рамках этого обсуждения мы рассмотрим источник питания, который может обеспечить до 50 В постоянного тока при токе до 5 А.Хотя диаграммы описывают только одиночный (положительный) источник питания, те же принципы применимы к двойному источнику питания с положительными и отрицательными выходами. Основное отличие состоит в том, что при двойном питании напряжение, ток и общая рассеиваемая мощность удваиваются. Конечно, это применимо только тогда, когда обе полярности подают одинаковое напряжение и ток (источник питания с двойным отслеживанием). Здесь рассматривается только предварительный регулятор - регулятор представляет собой отдельный объект и показан как «блок», аналогичный 3-контактному регулятору IC.

Чертежи ниже являются примерами и в каждом случае показывают один из способов настройки конкретного предварительного регулятора. Возможностей столько же, сколько дизайнеров, и невозможно включить образец каждой из них. Веб-поиск по конкретному проекту предварительного регулятора часто обнаруживает несколько хороших примеров, наряду с обычными нерелевантными ссылками и некоторыми примерами, в которых следует указать, что показанный метод следует избегать, но кто-то все равно будет думать, что это хорошая идея.


1 Общие требования

Независимо от используемой техники, схема регулятора (дискретная, интегральная или гибридная) всегда должна иметь достаточное напряжение для обеспечения надлежащего регулирования.Это включает в себя наиболее отрицательную часть формы волны пульсации. Если для регулятора требуется дифференциал 5 В (от входа к выходу), нерегулируемое (или предварительно регулируемое) напряжение всегда должно быть на как минимум на 5 В больше, чем выходное напряжение. Если пульсация 3 В, то самая отрицательная часть этого напряжения все равно должна быть на 5 В больше, чем входная. Таким образом, наиболее положительная часть пульсации будет на 8 В выше выходного сигнала.

Если разность напряжений недостаточно велика, произойдет «прорыв» пульсаций, и некоторые из них будут видны на выходных клеммах.Это означает, что среднее напряжение (и, следовательно, средняя мощность, рассеиваемая в регуляторе) должно быть немного выше ожидаемого. При пиковой пульсации 3 В необходимое среднее напряжение постоянного тока увеличивается на 1,5 В. Звучит не так уж и много, но увеличивает требования к мощности регулятора. При выходном токе 5 А рассеиваемая мощность увеличивается на 7,5 Вт, поэтому общая рассеиваемая мощность (включая требуемый абсолютный минимум 5 В) составляет 32,5 Вт. Это значительное увеличение по сравнению с рассеиваемыми 25 Вт, если предварительно регулируемое напряжение не имеет пульсаций.

В зависимости от типа используемого выпрямления (нормальные диоды, тиристоры) и других факторов, трансформатору также может потребоваться более высокая полная мощность (ВА или вольт-амперы). Стандартный мостовой выпрямитель требует номинальной мощности, примерно в 1,8 раза превышающей фактическую выдаваемую мощность. Это означает, что если вы ожидаете, что выходная мощность (включая потери) составит 250 Вт, вам понадобится трансформатор на 450 ВА, если полная выходная нагрузка сохраняется в течение любого времени (более нескольких минут). Трансформатор меньшего размера можно использовать только в том случае, если вы включите термодатчик на трансформаторе, а также на радиаторах, поэтому питание отключится, если оно начнет перегреваться.Несоблюдение этой меры предосторожности может привести к отказу трансформатора.

При работе с любым настольным источником питания большой мощности одна из проблем, с которой вы всегда будете сталкиваться, - это ограничения транзисторной SOA (безопасной рабочей области). Таблицы данных обычно предоставляют это в графической форме, и работа за пределами второй границы отказа (даже кратковременная) может привести к мгновенному отказу. Это должно быть учтено в окончательном проекте, и детали включены ниже (эта схема будет в регуляторе, а не в предварительном регуляторе).Помните, что в случае выхода из строя транзистора регулятора происходит короткое замыкание, поэтому на тестируемое устройство будет подаваться полное напряжение питания. Это может привести к разрушению ИУ (тестируемого устройства).

В рассмотренных случаях предполагается, что силовые транзисторы будут монтироваться непосредственно, , на радиаторе без электрического изолятора. Это минимизирует тепловое сопротивление от корпуса к радиатору, но оно всегда будет иметь ненулевое значение. Лучшее, на что вы можете надеяться, вероятно, около 0.1 ° C / Вт, но на практике этого добиться не так просто. Использование силиконовых «термопрокладок» настолько неразумно, что я не осмеливаюсь даже упоминать о них, но они существуют, и некоторые люди до сих пор считают их хорошей идеей. Хотя они подходят для приложений с низким энергопотреблением (до 10 Вт непрерывно), они хороши, но для серьезной мощности их явно недостаточно.

К сожалению, прямой монтаж почти всегда означает, что радиаторы `` горячие '' (как в электрическом `` под напряжением ''), и они должны быть изолированы от шасси, и требуется большая осторожность, чтобы замыкание на шасси было практически невозможным. как вы можете это сделать.Это не обязательно так сложно, как кажется, но требует дизайна, отличного от того, как обычно используются радиаторы. В качестве примера я включил фото ниже двойного радиатора под напряжением, который скреплен кусками акрила. Все винты утоплены глубоко под поверхностью, и перед установкой будет наклеена лента для обеспечения надлежащего электрического барьера. Монтаж на шасси прост - в акриле просверлены три отверстия и нарезаны резьбы для винтов с металлической резьбой 4 мм.


Рисунок 1. Двойной радиатор под напряжением, с вентилятором и акриловыми сепараторами

Показанная компоновка очень хорошо подходит для этого применения: один радиатор предназначен для положительного источника питания, а другой - для отрицательного источника питания. Это готовится к предстоящему проекту, который предназначен для обеспечения доступного двойного источника питания с напряжением до ± 25 В и током нагрузки до 2 А (один или оба источника). К радиатору будет присоединена почти вся электрическая схема, кроме потенциометров напряжения, ограничения тока и первичного источника питания (трансформатор, мостовой выпрямитель и конденсаторы фильтра).

Хотя вентилятор довольно маленький, а радиаторы не слишком большие (квадратный туннель 80 мм и длина 160 мм), этот радиатор должен достаточно легко рассеивать до 50 Вт с каждой стороны (всего 100 Вт). Это намного больше, чем мне нужно, но нет слишком большого радиатора. Обратите внимание: абсолютно необходимо, чтобы вентилятор нагнетал воздух в туннель, потому что вентиляторы, которые сосут, на самом деле сосут! Существует огромная разница в производительности, и это подробно описано в статье о радиаторах ESP.


2 Линейный предварительный регулятор

Это самый простой способ реализации, не считая важных положений по управлению температурным режимом. Для нашего гипотетического источника питания потребуется нерегулируемое напряжение не менее 62 В постоянного тока. Если бы вы использовали его с полным выходом 5 А при (скажем) выходе 5 В постоянного тока, предварительный регулятор рассеивает не менее 260 Вт, а регулятор рассеивает еще 25 Вт (при условии, что перепад напряжения регулятора составляет 5 В). Это очень много тепла, и попытаться это сделать без принудительного воздушного охлаждения (вентилятора) нереально.Это можно сделать, но радиатор должен быть массивным, и стоимость только этого почти наверняка превысит стоимость самого источника питания. Это просто глупо, если нет абсолютных требований к полной акустической тишине, что редко бывает в случае лабораторных / стендовых поставок.

По мере увеличения выходного напряжения рассеиваемая мощность предварительного регулятора уменьшается, пока на самом верхнем пределе он не должен передавать почти полное нерегулируемое напряжение на регулятор. Это может означать, что выходной шум (гул или гудение 100–120 Гц) также увеличивается, потому что нет предварительной регулировки для уменьшения пульсации.Конечно, этому можно противопоставить более высокое нерегулируемое напряжение, но это еще больше увеличивает потери. Как уже отмечалось, самым большим преимуществом является простота, но большая часть этого имеет тенденцию исчезать, когда вам нужно добавить схему управления температурой.

Обычно вентилятор не работает, и это будет иметь место (вероятно) для большинства обычно выполняемых тестов. Однако по мере увеличения температуры радиатора транзисторы или полевые МОП-транзисторы, используемые в предварительном регуляторе, становятся склонными к выходу из строя из-за чрезмерной температуры кристалла.Как только температура радиатора превысит 30 ° C или около того, должен включиться вентилятор (скорость вращения может быть регулируемой), а если температура радиатора будет продолжать расти, подача должна автоматически выключиться. Если эти меры предосторожности не будут приняты, ваша тестовая нагрузка и источник питания могут быть серьезно повреждены.

Хотя это потенциально самый тихий (электрический шум), линейный предварительный регулятор - наименее эффективный метод. Однако это не означает, что его не следует рассматривать, особенно для низших степеней.Для источников питания, обеспечивающих ± 25 В или около того при токе до 2 А, ограничения сведены к минимуму, и потеря эффективности не такая уж большая проблема. В худшем случае рассеиваемая мощность может достигать 70 Вт (140 Вт для двойного источника питания), но это только при полной нагрузке и очень низких выходных напряжениях. При «нормальном» использовании (что бы это ни было) рассеиваемая мощность будет несколько меньше, и во многих случаях она составит всего несколько ватт при тестировании предусилителей или даже усилителей мощности на малой мощности. Это техника, которая еще не умерла и, вероятно, будет существовать еще много лет.

Возможно, одно из его самых больших преимуществ состоит в том, что, если он построен хорошо с хорошим радиатором, он переживет большинство людей, решивших его построить. Детали не исчезнут в ближайшее время, и обслуживание (если оно когда-либо потребуется), как правило, не вызывает затруднений, если во всем используются детали со сквозными отверстиями. Нет необходимости в SMD-деталях, потому что схема очень проста. Этого нельзя сказать о некоторых альтернативах, особенно о схемах переключения. Однако этот применяется только в том случае, если применяется более прагматичный подход, снижая напряжение до ± 25 В при максимальном токе около 2 А.

Линейный регулятор слежения практически бесшумен как в акустическом, так и в электрическом отношении. Однако они также очень неэффективны, поэтому им требуются большие радиаторы для рассеивания значительного тепла, которое может генерироваться в источнике большой мощности. Это не только очень расточительно (вы платите за тепло, производимое из-за тока, потребляемого из сети), но также увеличивает размер и стоимость источника питания.


Рисунок 2 - Предварительный регулятор линейного слежения

В приведенном выше примере C1 составляет 10 000 мкФ (10 мФ) и является основным сглаживающим конденсатором.Питается с выхода выпрямителя. Q1 и Q2 образуют источник тока. Это обеспечивает базовый ток последовательной паре Дарлингтона (Q3 и Q4). Q4 может состоять из двух или более параллельно включенных устройств, если рассеивание велико. Стабилитрон (ZD1) гарантирует, что входное напряжение регулятора (которое может быть IC или дискретным) будет как минимум на 4,5 В выше выходного напряжения. Если для регулятора требуется более высокое дифференциальное напряжение, вы просто используете стабилитрон с более высоким напряжением. По умолчанию выходной сигнал предварительного регулятора довольно хорошо сглажен и содержит небольшую пульсацию, потому что его эталоном является регулируемый выход (через ZD1).D1 гарантирует, что предварительный регулятор и регулятор не будут подвергаться действию обратных напряжений, если на выход подается источник постоянного тока (что может и происходит). Значения для потенциометра (VR1) или R3 не указаны, поскольку они зависят от топологии регулятора.

Одним из наиболее сложных аспектов любой линейной конструкции является транзисторная SOA (безопасная рабочая зона). Например, устройства TIP35 / 36 дешевы и идеально подходят для этой роли, но есть несколько вещей, которые необходимо учитывать.Первый - это номинальная мощность (125 Вт), но это смягчается, если смотреть на кривую снижения номинальных значений температуры (мощность в зависимости от температуры корпуса), максимальное значение T J (температура перехода), R th j-case (тепловое сопротивление, переход к корпусу) и кривые SOA. Должно быть очевидно, что с R th j-case при 1 ° C / Вт, если устройство рассеивает 70 Вт, соединение должно быть при температуре окружающей среды (25 ° C) плюс T J - всего 95 ° C. . Это предполагает, что идеально совпадает с между корпусом и радиатором, и что температура радиатора не превышает 25 ° C.

Это явно невозможно. Максимально допустимая температура перехода составляет 150 ° C при температуре корпуса 25 ° C, поэтому при рассеивании 70 Вт температура корпуса не может превышать 80 ° C (это легко вычислить или можно сделать с помощью миллиметровой бумаги). При 150 ° C. кристалл не может рассеивать дополнительную мощность, а при температуре корпуса 25 ° C он может выдерживать 125 Вт (что повышает температуру кристалла до 150 ° C). Обратите внимание, что этот только обращается к температуре, а не к SOA! Кривая SOA показывает, что при напряжении на устройстве 35 В максимальный ток составляет 2 А - это максимум 70 Вт при 25 ° C.Если напряжение или ток увеличиваются сверх этого, существует вероятность повторной поломки, механизма почти мгновенного отказа устройства. Эти пределы снижаются при более высоких температурах!

Несмотря на кажущуюся простоту линейного предварительного регулятора, требуется много проектных работ, чтобы гарантировать, что надежность не будет снижена. Вот почему так важно изучить таблицы данных, минимизировать все возможные термические сопротивления и, как правило, быть готовым использовать больше деталей, чем вы изначально думали, что вам нужно.Однако это действительно самый простой способ - как только используются более «продвинутые» методы, проблемы проектирования только возрастают.

Если бы идея линейного предварительного регулятора использовалась для гипотетического источника питания (50 В при 5 А, рассеиваемая мощность в худшем случае около 300 Вт), требования SOA означали бы, что вам потребуется минимум десять транзисторов TIP35 / 36 для каждой полярности (максимум 600 мА при 60 В на транзисторе). Очевидно, что это не самый разумный способ создания блока питания очень высокой мощности.Мощность 250 Вт (двойная мощность 500 Вт) не такая уж и большая мощность, поэтому альтернативы необходимы.


Переключение на 3 ступени

Без переключения ответвлений для источника питания 50 В, 5 А требуется минимальное входное напряжение около 55 В, поэтому, если вы ожидаете 5 А на выходе 1 В постоянного тока, рассеиваемая мощность составит 270 Вт. Это предполагает, что сетевое напряжение остается на номинальном уровне, 230 В или 120 В. На самом деле, нам нужно учитывать как высокое напряжение сети , так и низкое напряжение сети , поэтому нерегулируемое напряжение должно быть как минимум на 10% выше номинального, чтобы обеспечить более низкое, чем нормальное напряжение сети.55 В становится достаточно близким к 61 В. Рассеивание увеличено до 300 Вт.

При переключении ответвлений трансформатор имеет несколько обмоток (или одну обмотку с несколькими ответвлениями), и доступен более высокий КПД, чем у регулятора, на который всегда подается самое высокое напряжение, обеспечиваемое трансформатором, выпрямителем и конденсатором фильтра. Например, для напряжений до 12 В нерегулируемое напряжение постоянного тока обычно будет не менее 18 В (среднее значение, требующее напряжения переменного тока 15 В RMS), и оно всегда должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечить минимальное напряжение (на основе количество пульсаций) остается выше напряжения падения регулятора (где он больше не может регулировать).Оно варьируется от примерно 3 В до 5 В или более, в зависимости от топологии самого регулятора.

При выходном напряжении (скажем) 1 В при 5 А регулятор рассеивает около 90 Вт. По мере увеличения выходного напряжения отвод трансформатора автоматически выбирается для обеспечения требуемого диапазона напряжений. По-прежнему необходимо рассеять много тепла, но оно намного ниже, чем у простого регулятора, который постоянно получает полное вторичное напряжение.

Когда пользователь выбирает выходное напряжение 12 В постоянного тока или выше, точка переключения трансформатора увеличивается, поэтому на входе регулятора появляется большее напряжение.В нашем примере оно может возрасти до 39 В постоянного тока (выход переменного тока с трансформатора 30 В RMS), а при полном токе (5 А) с выходным напряжением 16 В регулятор рассеивает 115 Вт. В системе с тремя отводами последний отвод будет выбран, когда выходное напряжение установлено на 34 В или выше. При напряжении 34 В и выходе 5 А регулятор имеет входное напряжение примерно 60 В и рассеивает 130 Вт.

Обратите внимание, что рассеяние всегда выше на нижнем конце любого напряжения питания с ответвлениями. Если регулятор работает с выходным напряжением 50 В при 5 А, рассеиваемая мощность составляет около 50 Вт.Обычно оно будет немного ниже при напряжении чуть ниже коммутируемого напряжения для более низких напряжений, но вы всегда должны рассчитывать на худший случай. Вы также должны учитывать короткое замыкание на выходе, а это действительно может быть очень сложно. Мгновенное рассеяние мощности может превышать 300 Вт, а радиатор с высокой тепловой массой необходим для поглощения таких «переходных» явлений без локального повышения температуры. Защита транзисторов SOA должна быть включена для защиты транзисторов регулятора, и это может быть сложной задачей (мягко говоря).


Рисунок 3 - Простое трехступенчатое переключение ответвлений

Простая схема переключения ответвлений показана выше. Упомянутые напряжения нагружены до 5 А и предполагают силовой трансформатор не менее 500 ВА. Стабилизатор получает входное напряжение около 19 В, пока выходное напряжение меньше 12 В. Выше этого стабилитрон (ZD1) пропускает достаточно тока, чтобы включить Q1, который, в свою очередь, управляет реле (RL1). Контакты реле отключают обмотку низкого напряжения и подключаются к следующему ответвлению (30 В переменного тока), поэтому входное напряжение регулятора увеличивается до 44 В (нагрузка ~ 40 В).Тогда регулятор может обеспечить регулируемый выход до 28 В постоянного тока. При дальнейшем увеличении выходного напряжения RL2 срабатывает, подключая отвод 45 В переменного тока, давая нерегулируемое напряжение около 63 В (~ 60 В при нагрузке). Без переключения ответвлений рассеяние в регуляторе будет намного выше, чем желательно при низких выходных напряжениях, особенно при высоком токе.

Контакты реле помечены как «NO» и «NC», что означает нормально открытый и нормально закрытый соответственно. «Нормальное» состояние - это когда реле не находится под напряжением, поэтому контакты «NO» будут разомкнуты (нет соединения).Контакты реле должны выдерживать полное напряжение и ток, как это определено конструкцией источника питания. Обычно этого легко добиться, а реле имеют очень низкое сопротивление, когда контакты замкнуты. Вы должны убедиться, что контакты реле для отдельных напряжений не могут закоротить обмотку (это невозможно в схеме на Рисунке 3).

ZD2 и ZD4 защищают релейные переключающие транзисторы от чрезмерного базового тока с высокими выходными напряжениями. Если вместо стабилитронов и транзисторов используется пара компараторов, рассеиваемая мощность уменьшается, а напряжения переключения ответвлений будут более точными.Конечно, это добавляет сложности, но разница в стоимости незначительна. Показанная простая схема, безусловно, будет работать, но пороги переключения не очень точны.

BR2 вместе с отдельной обмоткой обеспечивает выход низкого напряжения (~ 12 В постоянного тока с нагрузкой) для постоянного управления реле, независимо от выбранного переменного напряжения от трансформатора. Лучше всего для этого использовать отдельную обмотку, а выход в идеале должен регулироваться для компараторов и катушек реле. Компараторы обеспечивают лучшее (более предсказуемое) определение напряжения, что обеспечивает большую точность и меньшее энергопотребление.

Если вы совершаете короткое замыкание и пытаетесь увеличить выходное напряжение, оно не может возрасти из-за ограничения тока, поэтому нельзя выбрать ответвления с более высоким напряжением. Хотя я показал переключение реле, это также можно сделать с помощью SCR (кремниевые выпрямители, также известные как тиристоры), TRIAC или даже MOSFET-реле. Независимо от техники переключения, результаты практически одинаковы. «Твердотельное» переключение может считаться предпочтительным, но оно более сложное, имеет более высокие потери, чем реле, и требует более сложной схемы.

Конечно, нет причин не включать предварительный регулятор линейного слежения с переключением ответвлений, но он все равно будет подвергаться тем же ограничениям, что и линейный предварительный регулятор, если вы случайно установили самое высокое выходное напряжение и внезапно короткое замыкание в нагрузке (или только в измерительных проводах). Отвод почти мгновенно опустится до минимального значения, но все еще есть большой конденсатор фильтра, заряженный до максимального нерегулируемого напряжения! Независимо от того, включены ли предварительные регуляторы линейного слежения или нет, это вызовет печаль, и это должно быть учтено, потому что это будет случиться.

Общая эффективность систем переключения ответвлений повышается за счет большего количества ответвлений трансформатора. Также можно использовать обмотки с различным напряжением, которые переключаются в последовательности, которая позволяет (скажем) трем обмоткам обеспечивать пять различных выходных напряжений от трансформатора. У вас может быть пара обмоток 18 В и одна обмотка 9 В, переключенные таким образом, что вы можете иметь переменное напряжение 9, 18, 27, 36 и 45 В переменного тока. Хотя это, очевидно, повышает эффективность, это также означает сложную логическую матрицу для управления переключателями.Использование микроконтроллера, конечно, упростит эту задачу, но расположение контактов реле будет довольно запутанным. Трансформатор будет иметь индивидуальную конструкцию, если вы не используете несколько трансформаторов меньшего размера.

Конструкция регулятора должна быть достаточно прочной, чтобы гарантировать, что он не выйдет из строя в случае короткого замыкания при подаче максимального выходного напряжения, и это произойдет либо случайно, либо из-за отказа в испытательной цепи. Эта конкретная проблема не решается, независимо от техники, используемой для предварительного регулирования, и отсутствие соответствующей схемы защиты приведет к взрыву источника питания.


4 Фаза переменного тока

Распространенным подходом к предварительному регулированию в ранних источниках питания была схема с отсечкой фазы, чем-то похожая на диммер лампы накаливания. Они были популярны, потому что позволяли нерегулируемому напряжению оставаться достаточно высоким, чтобы следующий линейный регулятор мог обеспечить хорошее регулирование без каких-либо прорывов пульсаций.

Однако в большинстве этих источников питания использовались тиристоры (кремниевые выпрямители, также известные как тиристоры).Самой большой проблемой была / является скорость включения SCR - они очень быстро переходят в проводимость, а это означает, что они неизменно вызывают некоторый высокочастотный шум. Поскольку их можно только включить, они были (на языке регуляторов яркости ламп) «регуляторами яркости» переднего фронта, поэтому большая часть полупериода переменного тока должна пройти до включения тиристоров. Тиристоры GTO (выключение затвора) стали доступны позже, но они никогда не использовались в какой-либо схеме предварительного регулятора с отсечкой фазы, которую я видел.

Быстрое включение также вызывает рычание большинства трансформаторов, поэтому они издают как акустический, так и электронный шум.Альтернативой «традиционному» предварительному стабилизатору фазы SCR является использование переключателя MOSFET. Это означает, что он может отключаться, когда напряжение достаточно высокое, поэтому он работает как диммер с задним фронтом . Это несколько тише, чем версия SCR, и с MOSFET, которые можно получить сегодня, это также более эффективно. Однако это не означает, что устранен высокочастотный шум.

Вы можете рассматривать эту схему как «бесступенчатый» переключатель ответвлений, потому что выходное напряжение трансформатора является бесступенчатым.Нерегулируемое выходное напряжение может составлять всего 6 В, если управление находится на вторичной стороне трансформатора. Во многих источниках питания используются цепи с отсечкой фазы на первичной стороне , потому что это снижает задействованный ток, что, в свою очередь, снижает потери в тиристорах или триАХах (тиристоры - это двунаправленные переключатели переменного тока). Конечно, это вносит дополнительную сложность, потому что тиристоры или симисторы требуют изолированной схемы управления. Существуют специализированные ИС, разработанные специально для питания симисторов (например.грамм. MOC3020 ... MOC3023), но схема управления по-прежнему требуется. Детектор перехода через ноль необходим, чтобы схема могла определить точку, где форма волны переменного тока проходит через ноль (и тиристоры или тиристоры отключаются).

В следующей схеме детектор перехода через ноль не требуется как отдельная подсхема. Система переключения фактически не определяет переход через нуль, но включает полевой МОП-транзистор всякий раз, когда напряжение переменного тока ниже целевого. В ограничителе тока используется резистор 50 мОм (R2), который ограничивает пиковый ток полевого МОП-транзистора значением чуть более 13 А.Если пиковый ток уменьшается, полевой МОП-транзистор будет работать дольше и общая рассеиваемая мощность увеличится. Ток должен быть достаточно высоким, чтобы крышка фильтра (C2) могла заряжаться до требуемого напряжения при полной нагрузке. В конечном итоге пиковый ток также ограничивается сопротивлением обмотки трансформатора.


Рисунок 4 - Предварительный регулятор фазы

На чертеже показан вариант предварительного регулятора с отсечкой фазы, который вы почти наверняка не найдете больше нигде. Несмотря на упрощение, он работает хорошо, как показано на рисунке, и требует лишь нескольких изменений для практической схемы.P-канальный MOSFET включается, когда нефильтрованный сигнал постоянного тока падает ниже целевого напряжения, и снова выключается, когда достигается целевое нерегулируемое напряжение. С стабилитроном 5,1 В, как показано, дифференциальное напряжение регулятора составляет около 5 В при любой настройке выходного напряжения. Компаратору операционного усилителя требуется постоянный источник питания, иначе он не может работать. Как и во всех схемах с отсечкой фазы, ток пульсации фильтрующего конденсатора может быть намного выше обычного. Это смягчается (до некоторой степени) за счет использования ограничителя тока для полевого МОП-транзистора, как показано, но это увеличивает его рассеивание.Для лучшей общей производительности Q3 является текущим стоком. Это делает управляющий сигнал MOSFET менее зависимым от мгновенного напряжения. R7 и R10 требуются для запуска схемы, так как без них на неинвертирующем входе компаратора нет напряжения, и он не включится. Для начала работы требуется всего несколько милливольт, и после этого процесс становится самоподдерживающимся. R7 также обеспечивает сигнал пересечения нуля, хотя иногда схема включается в других точках формы сигнала (как показано на формах волны ниже).

Использование схемы с отсечкой фазы на вторичной (низковольтной, сильноточной) стороне трансформатора когда-то было непрактичным, но MOSFET изменили это. Они доступны с почти устрашающим номинальным током и таким низким сопротивлением, что рассеиваемая мощность минимальна. Необходимая схема не пугающе сложна, но обычно разумным шагом является введение некоторой формы ограничения тока (кроме сопротивления обмотки трансформатора), чтобы гарантировать, что ток пульсаций конденсатора фильтра управляем.Без ограничения тока конденсатор фильтра может иметь очень тяжелый (и соизмеримо короткий) срок службы. К счастью, этого не так уж сложно добиться, и для этого потребуется всего несколько недорогих деталей. Один из методов, который обычно использовался в старых системах, - это дроссель фильтра (индуктор), но это большое, тяжелое и дорогое дополнение. Однако при правильном применении он дает хорошие результаты.

Весьма сомнительно, что кто-то из производителей будет использовать эту схему в новом дизайне, но не потому, что она неэффективна.Самые большие проблемы с и всеми системами с отсечкой фазы - это плохое использование трансформатора и высокий ток пульсации конденсатора. Для сборки «сделай сам» и при условии, что домашний мастер готов поэкспериментировать, это может дать хорошие результаты, но производители теперь будут использовать импульсный источник питания (и большинство из них используют только , источник переключаемого режима, без какой-либо линейной регулировки для минимизации шума). Обратите внимание, что системы переднего фронта (SCR или TRIAC) необходимы, если они используются на первичной обмотке трансформатора, но если отсечка фазы выполняется на вторичной стороне, предпочтительнее использовать переключатель заднего фронта.Обратите внимание, что напряжение питания компаратора должно быть не меньше выходного напряжения регулятора, чтобы предотвратить повреждение входных цепей интегральной схемы компаратора (или операционного усилителя). Компаратор имеет встроенный гистерезис (обеспечивается R5), который помогает предотвратить паразитные колебания.

Из представленных вариантов схема с фазовой отсечкой MOSFET, вероятно, является самой простой в реализации, если вам нужен высокий КПД, но за это приходится платить. Хотя схема является концептуальной (а не законченным решением), она очень хорошо моделируется, и нет никаких оснований ожидать, что она также не будет работать очень хорошо.Не требуется никаких дополнительных услуг, кроме подходящего напряжения питания для компаратора (обычно около 30 В постоянного тока). Помимо схемы переключения, он может иметь самый высокий общий КПД при любом напряжении или токе из всех методов.

Итак, каковы затраты? При низком и среднем напряжении следует ожидать, что ток пульсаций конденсатора фильтра будет вдвое больше, чем у обычного выпрямителя, обеспечивающего такой же выходной ток. Он также страдает от довольно плохого использования трансформатора (как и , все цепи с отсечкой фазы ).Коэффициент мощности при указанном ниже напряжении и токе составляет всего 0,327, что означает, что номинальная мощность трансформатора может достигать 800 ВА при выходной мощности 250 Вт (50 В при 5 А). Вам понадобится трансформатор гораздо большего размера, чем ожидалось, чтобы получить требуемый ток и напряжение. «Обычный» выпрямитель и крышка фильтра требуют трансформатора 450 ВА для той же выходной мощности. Те же эффекты наблюдаются с любой системой среза фазы - это не то, что ограничивается показанной.


Рисунок 4.1 - Формы сигналов предварительного регулятора с отсечкой фазы

Из всех представленных здесь конструкций, версия MOSFET с переключением фазы с отсечкой фазы - единственная, которая требует формы волны, чтобы показать, как она работает.Показаны нерегулируемые напряжение и ток для нерегулируемого выхода чуть более 23 В при выходном токе 0,8 А. Ток MOSFET ограничивается схемой, показанной выше, и составляет около 13 А. Как видите, когда нерегулируемое напряжение падает ниже порогового значения, MOSFET включается и остается включенным, пока напряжение не превысит порогового значения. Если полевой МОП-транзистор включается непосредственно перед пересечением нуля, вы можете увидеть небольшой «выпуклость» на форме сигнала постоянного тока. Основная передача мощности происходит после перехода через ноль.Выход компаратора показан синим цветом, и вы можете видеть, что он включается непосредственно перед переходом через ноль и выключается в момент, когда напряжение достигает желаемого пикового значения. По мере увеличения выходного тока полевой МОП-транзистор включается на более длительное время, позволяя крышке фильтра полностью зарядиться до необходимого напряжения.

Как отмечалось ранее, эту схему вы вряд ли встретите где-либо еще. Конечно, опубликованы системы коммутации MOSFET, но большинство из них пытаются работать точно так же, как «традиционные» версии SCR или TRIAC, и не используют более простую схему, показанную здесь.Ничто не указывает на то, что более традиционный метод «лучше», и я предполагаю, что верно обратное, поскольку показанная выше схема работает в основном как система управления задним фронтом, которая помогает уменьшить ток пульсаций конденсатора.

Требуется осторожность при выборе полевых МОП-транзисторов, поскольку они имеют определенную безопасную рабочую зону. Это критично, когда они частично работают в линейной области (для которой оптимизировано несколько полевых МОП-транзисторов), и необходимо сверяться с таблицей данных, чтобы убедиться, что используемый полевой МОП-транзистор может обрабатывать комбинацию напряжения и тока.Ограничитель тока облегчает жизнь конденсатору фильтра, но усложняет работу полевого МОП-транзистора. И наоборот, снятие ограничителя тока облегчает жизнь полевому МОП-транзистору, но увеличивает нагрузку на конденсатор фильтра.


5 Регулятор переключения

При использовании предварительного регулятора импульсного режима вы сохраняете обычный сетевой трансформатор, мостовой выпрямитель и конденсатор фильтра. Однако, вместо использования линейного (или фазового) предварительного регулятора, это будет (чаще всего) понижающий (понижающий) импульсный регулятор.Для этого доступно бесчисленное количество микросхем, и с моей стороны было бы довольно глупо пытаться описать полную схему (так что я не буду). Вместо этого понижающий преобразователь показан в виде «блока» схемы с отдельным полевым МОП-транзистором с P-каналом, действующим как переключатель. Обратная связь должна гарантировать, что выходное напряжение выше, чем регулируемое выходное напряжение, и, как и раньше, разность напряжений зависит от топологии регулятора.

Эта конструкция обладает высокой эффективностью, поэтому потери мощности будут минимальными.Самая большая проблема всегда будет заключаться в том, чтобы шум переключения не попадал на выход. Для некоторых приложений небольшой высокочастотный шум не является проблемой, но если вы пытаетесь измерить отношение сигнал / шум (SNR) цепи звуковой частоты, любой высокочастотный шум может испортить ваши измерения.


Рисунок 5 - Предварительный регулятор понижающего преобразователя переключаемого режима

Напряжение постоянного тока от трансформатора, моста и крышки фильтра должно быть больше, чем максимальное требуемое регулируемое напряжение, потому что понижающий преобразователь всегда будет нуждаться в некотором перепаде напряжения (как и линейный регулятор).Одним из основных преимуществ является то, что если вам нужен большой ток при низком напряжении, преобразователь переключаемого режима применяет «преобразование». При отсутствии потерь, если понижающий преобразователь имеет входное напряжение 60 В, выходное напряжение 10 В и ток 5 А (50 Вт), его входной ток будет только 833 мА (также 50 Вт). На самом деле будет больше, потому что ни одна схема не может достичь 100% КПД. Разумно ожидать, что входной ток будет около 1 А (60 Вт), что соответствует лишь 10 Вт «потраченной впустую» мощности. Даже небольшой радиатор может легко избавиться от этого, хотя не вся мощность рассеивается в переключающем МОП-транзисторе - некоторая часть также рассеивается в катушке индуктивности и выпрямительном диоде.

Q2 - очень простой дифференциальный усилитель, который обеспечивает напряжение на стабилизаторе около 6 В. Если входное напряжение уменьшается из-за внешней нагрузки, Q2 частично отключается, что обеспечивает более низкое напряжение обратной связи для преобразователя режима переключения, заставляя его выходное напряжение увеличиваться. Обратное также (очевидно) верно. Поскольку полевой МОП-транзистор является высокоскоростным переключателем, рассеивание будет низким и представляет собой комбинацию скорости включения / выключения и сопротивления включения (R DS на ).Рассеивание индуктора зависит от потерь в сердечнике и сопротивления переменному току (которое подвержено скин-эффекту и превышает его сопротивление постоянному току). Для понижающего преобразователя необходимы средства защиты от короткого замыкания или ограничения тока.


6 Импульсный источник питания

Сегодня существует тенденция к использованию импульсных источников питания для обеспечения нерегулируемого напряжения. На самом деле он регулируется, но настроен так, чтобы выходное напряжение SMPS было достаточно высоким, чтобы линейный регулятор мог правильно регулировать.Надеюсь, любой остаточный высокочастотный шум также будет устранен, но это может быть намного сложнее, чем кажется. Импульсный источник питания может быть либо со стороны сети (исключая трансформатор 50/60 Гц), либо со стороны вторичной обмотки с использованием простого понижающего стабилизатора, как показано на рисунке 4. Использование сетевого импульсного источника питания более эффективно, но тогда у вас будет много схемы, которая все находится под напряжением сети. Обычно это не самый разумный выбор для большинства домашних мастеров, хотя это можно сделать, если вы разбираетесь в тонкостях работы с импульсными источниками питания в автономном режиме (питание непосредственно от сетевого напряжения).Я показал SMPS с активным PFC (коррекция коэффициента мощности), но это не важно. Они намного сложнее, чем «простые» импульсные источники питания.

Наиболее распространенный SMPS использует выпрямитель непосредственно от сети с конденсатором фильтра высокого напряжения. За ним следует ИС управления режимом переключения и один или несколько полевых МОП-транзисторов для переключения постоянного высокого напряжения на трансформатор. В системах с низким энергопотреблением (менее 50 Вт или около того) будет использоваться обратный преобразователь, в то время как более мощные источники используют полный или полумостовой привод к трансформатору.Выходное напряжение на вторичной стороне регулируется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Система управления с обратной связью должна контролировать выходное напряжение регулятора, а также его входное напряжение (от SMPS) и обеспечивать наличие достаточного перепада напряжения для поддержания регулирования. SMPS требует защиты от короткого замыкания, которая не показана на схеме. Для получения дополнительной информации о топологиях коммутационного режима см. Статью ESP о коммутационных источниках питания.


Рисунок 6 - Предварительный регулятор режима переключения «Off-Line»

Поскольку существует так много возможностей и так много переменных, приведенное выше представлено только в виде блок-схемы.Вторичный выпрямитель должен использовать либо диоды Шоттки, либо сверхбыстрые диоды, поскольку они обычно работают на частоте 50 кГц или более. В системе обратной связи используется такая же дифференциальная схема, как на рисунке 5, но с резистором (R1) для ограничения максимального тока светодиода в оптопаре. Есть много вещей, которые могут (и делают) пойти не так с SMPS, и нужно учитывать все обстоятельства. SMPS показан как схемный блок для этого подхода просто из-за его общей сложности. Цель этой статьи - предоставить идеи, а не полных принципиальных схем.

Обратите внимание, что кроме конденсатора X2 (C1), здесь не показаны фильтрация, переключение или предохранитель входной сети. Все это необходимо в рабочем контуре. Импульсные источники питания могут обеспечивать как кондуктивные (через сетевую проводку), так и излучаемые (по воздуху) радиочастотные помехи (также известные как EMI - электромагнитные помехи), а фильтрация всегда необходима, чтобы гарантировать, что другое оборудование не скомпрометировано. Коммерческое оборудование требует тестирования на соответствие, а для получения сертификата необходима фильтрация.Продажа несовместимого оборудования со стороны любого производителя, как правило, является незаконной.

Нет никаких сомнений в том, что хорошо спроектированный SMPS может дать очень хорошие результаты. Как показано, вы также можете использовать конденсатор основного фильтра меньшего размера (C2), потому что частота намного выше, чем у нормальной сети. Это сводит к минимуму напряжения, если (когда) источник питания закорочен, потому что он разряжается намного быстрее, чем крышка большего размера. К сожалению, сложность заключается в реализации, поскольку эти поставки очень сложны. Большинство используемых микросхем SMD, и если через 10 лет после сборки они выйдут из строя, шансы получить запасные части невелики (особенно контроллеры PFC и SMPS).

Несмотря на кажущуюся простоту показанной блок-схемы, на самом деле в этой технике нет ничего даже отдаленно тривиального. Вы можете упростить окончательный дизайн, не используя активную коррекцию коэффициента мощности, но еще предстоит преодолеть множество серьезных проблем. Конструкция импульсного трансформатора - это почти «черное искусство», и достижение полной изоляции, отвечающей соответствующим стандартам безопасности, само по себе является подвигом. В конечном счете, хотя он, безусловно, обеспечивает наивысшую эффективность из всех обсуждаемых методов, сложность схемы (и опасность работы с цепями, питающимися от сети) означает, что его очень трудно рекомендовать как проект DIY.


7 Защита SOA транзистора регулятора

Когда стабилизатор обеспечивает максимально возможное выходное напряжение, случайное короткое замыкание (или отказ DUT) может вызвать нагрузку на последовательно проходные транзисторы регулятора, выходящие за пределы их SOA-ограничений. Это может привести к мгновенному отказу, особенно если ограничение тока установлено на максимальное значение. Рассмотрим транзистор с напряжением 60 В, пытающийся передать 5 А. Мгновенная мощность составляет 300 Вт, и для разряда конденсатора основного фильтра требуется время.Чем большую емкость вы используете, тем хуже для транзистора (ов). В то время как большинство транзисторов могут выдерживать до трех раз их номинальную мощность в течение очень коротких периодов времени , время, необходимое для разряда конденсатора емкостью 10 000 мкФ, будет превышать возможности простых последовательных каскадов. При этом трансформатор и выпрямитель стараются держать крышку заряженной! Предварительный регулятор снизит выходное напряжение, но это никогда не происходит мгновенно - ожидайте как минимум 10 мс, а часто и больше.

Это особенно верно при использовании предварительного регулятора, поскольку он обычно используется для ограничения рассеивания в регуляторе.Следовательно, регулятору, как правило, нужно рассеивать только около 100 Вт (худший случай), а обычно меньше. Если не используется какая-либо форма специального ограничения (обычно известная как ограничение V-I в усилителях мощности звука), результатом будет дорогостоящий ремонт, а источник питания не будет работать до тех пор, пока не будет исправлен. Это нетривиальная задача, и необходимы довольно серьезные проектные работы, чтобы получить ограничитель V-I, обеспечивающий полную защиту от коротких замыканий. Ни на секунду не воображайте, что этого не произойдет, потому что это произойдет - это почти гарантировано!


Рисунок 7 - Кривые SOA TIP35C / 36C

Приведенные выше данные адаптированы из таблицы данных Motorola для TIP35C / 36C (25 А, 100 В, 125 Вт), и показана только версия «C», так как детали с более низким напряжением сейчас трудно получить.Ниже 30 В пределы основаны только на рассеиваемой мощности, поэтому при 10 В предел составляет 12,5 А (125 Вт), а при 30 В предел составляет 4,16 А (125 Вт). При любом напряжении между коллектором и эмиттером выше 30 В второй пробой становится ограничивающим фактором, и горе проектировщику, который не принимает это во внимание. Более высокий ток допустим, если продолжительность перегрузки достаточно мала, поэтому вы можете получить до 1,75 А при продолжительности 300 мкс (87,5 Вт), но это не имеет смысла для источника питания.

Как видите, если на транзисторе 50 В, максимальный ток коллектора составляет всего 1 А (50 Вт против125 Вт). Это вторичный предел пробоя - при температуре корпуса 25 ° C! При повышении температуры пределы SOA снижаются, поэтому поддержание минимально возможной температуры радиатора, очевидно, имеет решающее значение. Устройства TIP35 / 36 рассчитаны на 125 Вт, но этого можно достичь только при напряжении V C-E не более 30 В и температуре корпуса 25 ° C. Это нормально, и вы увидите ту же тенденцию с любым BJT, который хотите изучить. Некоторые лучше других, но все ограничены физикой.

Использование переключаемых полевых МОП-транзисторов в линейном режиме обычно считается плохой идеей (производителями), и, хотя они не страдают от второго выхода из строя как такового, у них очень похожий режим отказа, вызванный локальным перегревом внутри кремниевого кристалла. . Пытаться осветить это выходит далеко за рамки данной статьи, но это вполне реальное явление, которое привело к гибели многих полевых МОП-транзисторов. Если вы посмотрите на подавляющее большинство таблиц данных MOSFET, вы увидите кривые для различных периодов, таких как 10 мс, 1 мс и 100 мкс.Они не показывают операции в DC, потому что они плохо с этим справляются. Коммутационные МОП-транзисторы предназначены для коммутации!

Конечно, нет веских причин, по которым вы не можете использовать боковые полевые МОП-транзисторы - такие же, которые используются для аудиоусилителей, таких как усилитель мощности MOSFET Project 101. Боковые полевые МОП-транзисторы, такие как ECX10N16 (125 Вт, 160 В, 8 А), имеют гораздо больший SOA, чем биполярные транзисторы, и основным ограничением является просто рассеиваемая мощность. Например, если устройство имеет напряжение сток-исток 100 В, максимальный ток ограничен до 1.25А, потому что они рассчитаны на 125Вт. Если напряжение 50 В, ток 2,5 А (также 125 Вт). Как правило, все номинальные мощности указаны для температуры корпуса 25 ° C. Боковые полевые МОП-транзисторы намного дороже, чем BJT или переключающие полевые МОП-транзисторы, и редко используются в регуляторах или предварительных регуляторах. Есть несколько полевых МОП-транзисторов (кроме боковых), которые предназначены для линейной работы, но их трудно найти, и обычно очень дороги.


Выводы

Все в электронике оказывается компромиссом.Мы жертвуем шумом ради эффективности и (во многих случаях) можем ставить под угрозу эффективность ради простоты конструкции. Единого «идеального» решения не существует, поэтому всегда где-то нужен компромисс. Простые методы, как правило, легко реализовать, но они неэффективны, а по мере совершенствования схемы она будет становиться все более сложной. При современной конструкции SMD (устройство для поверхностного монтажа) затраты на печатную плату незначительны или вообще отсутствуют, но конечный продукт может не подлежать ремонту, если он задушен крошечными частями SMD.

Лучшая конструкция для любой конкретной цели не обязательно является самой эффективной или самой дорогой, и она может даже не требовать особо хорошего регулирования. Лучший дизайн - это тот, который подходит для этой цели, а для DIY легко построить и отремонтировать, если это когда-либо понадобится. Наивысший КПД почти всегда означает наибольшую сложность, и это особенно верно для схем переключения. Если вы собираетесь использовать ресурс регулярно, он должен обеспечивать функции, которые, по вашему мнению, являются необходимыми, и в идеале может быть изменен позже для внесения улучшений, если они будут сочтены необходимыми.

Стендовый источник питания не требует регулировки 0,01%, потому что он неизменно используется с измерительными проводами, которые в любом случае ухудшают регулирование, даже если они имеют достаточный калибр, чтобы минимизировать падение напряжения. Использование измерительных проводов, не влияющих на регулирование, означает, что вам необходимо использовать дистанционное измерение напряжения, поэтому вам понадобится пять проводов для двойного источника питания. За все годы, что я использую источники питания, я буквально никогда, , не хотел, чтобы у меня были возможности дистанционного зондирования, потому что в большинстве случаев небольшое изменение напряжения не имеет значения.Другое дело, если вы выполняете особенно точные измерения, но в этом случае вам понадобится источник питания, предназначенный для этой цели. DIY обычно не обеспечивает необходимую производительность без значительных усилий и затрат.

Крупные производители могут потратить сотни (возможно, тысячи) часов на разработку материала, который можно классифицировать как настоящий «лабораторный», и у немногих есть время, ресурсы или деньги, которые можно потратить на несколько прототипов, чтобы прийти к окончательному дизайну.Например, небольшой просчет при проектировании силового трансформатора по индивидуальному заказу будет означать, что необходимо построить новый. Это может добавить значительного финансового бремени, если вы создаете единый источник питания для собственных нужд.

Как и статья, посвященная настольным источникам питания - покупка или сборка ?, она не предназначена для демонстрации полных и / или протестированных и проверенных схем. Это набор идей, выбранных для демонстрации распространенных способов минимизировать рассеивание энергии регулятора. Каждый из них был смоделирован (кроме версий switchmode) и имеет свои преимущества и недостатки.Немаловажный вопрос защиты регулятора при максимальном напряжении и закороченных измерительных проводах не решался с помощью каких-либо дополнительных схем. Если регулятор является трехконтактным (маловероятно, учитывая напряжение и ток, предложенные во введении), он должен быть «автоматическим», но для дискретного регулятора необходимо рассмотреть некоторую форму ограничения мгновенного рассеивания.

Настольные источники питания

- это нетривиально, и требования к защите становятся весьма обременительными для источника, который может обеспечивать высокое напряжение и ток.Поскольку большинство (или, по крайней мере, очень много) приложений сегодня требуют двойного источника питания, все дублируется. Я считаю, что источник питания, который может выдавать до ± 25 В при токе 2 А или около того, является разумным пределом для домашнего источника питания. Строительство чего-либо большего становится очень дорогим, и его намного сложнее защитить от несчастных случаев или неправильного использования (преднамеренного или иного).

Многие схемы предварительного регулятора полагаются на отдельный «всегда включенный» источник питания для питания схемы управления (всегда включен, когда источник питания включен, а не круглосуточно).Хотя требуемый ток обычно довольно низкий, это усложняет общую схему и еще хуже для двойного источника питания. Кроме того, для цифровых счетчиков могут потребоваться отдельные плавающие источники питания, и, хотя они и недорогие, они также усложняют сборку и увеличивают конечную стоимость. Некоторых людей это не волнует, и они просто хотят создать лучшее, что может удовлетворить их потребности. Если это ваша цель, то выбирайте с умом и будьте готовы построить несколько прототипов, прежде чем у вас все получится.


Список литературы

Наиболее полезная ссылка приведена ниже вместе со статьей ESP. Схема высокого давления представляет собой усовершенствованную (для своего времени) конструкцию, в которой используется переключение ответвлений для получения 0-50 В на выходе 0-10 А. В сети существует бесчисленное количество схем, некоторые из которых являются прекрасными примерами того, что делать , а не , в то время как другие интересны (для некоторых должны быть в кавычках). В противном случае есть несколько других ссылок, потому что доступная информация была слишком сложной для рассмотрения или имела проблемы, которые сделали бы ссылку менее чем полезной.Ссылки на использование полевых МОП-транзисторов в линейном режиме полезны только для интереса, поскольку многие люди не знают о вероятных проблемах.

  1. Блок питания широкого диапазона компактных размеров - Hewlett Packard Journal, июнь 1977 г.
  2. Настольные блоки питания - купить или построить? (ESP)
  3. Праймер импульсного источника питания (ESP)
  4. Как и когда взрываются полевые МОП-транзисторы / - Силовая электроника
  5. МОП-транзисторы выдерживают нагрузку при работе в линейном режиме - Силовая электроника (не очень полезна, так как все диаграммы отсутствуют)

Указатель статей
Основной указатель
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2019. Воспроизведение или повторная публикация любыми способами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки во время создания проекта.Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница опубликована и защищена авторским правом © Род Эллиотт, февраль 2020 г.


Высокомощный тиристор, симистор, регулятор напряжения, 4000 Вт

4000 Вт, тиристор, симистор, регулятор напряжения высокой мощности

7,10 долл. США

  • Описание
  • Дополнительная информация
  • Отзывы (0)
  • Запрос продукта

Описание

Особенности:
  • Новый сердечник SCR BTA41-600B.Найдите документацию на этой странице.
  • Наиболее часто используется для регулировки освещенности, скорости, температуры для текущего приложения.
  • Подходит для низковольтных нагревательных проводов: таких как резка пенополистирола, EPE, производство дождевиков и т. Д.
  • Рабочее напряжение: 110 В или 220 В переменного тока
  • Регулируемое напряжение: 10-220 В переменного тока
  • Максимальная мощность: 4000 Вт (резистивная нагрузка)
  • КПД: 90%
  • Размеры: 85 x 55 (без ручки) x 35 мм
  • Вес модуля: около 150 г
Конструкция безопасности:
  • Дизайн двойной боковой панели , лучшее качество.Большинство современных продуктов на рынке имеют односторонний дизайн.
  • С корпусом с предохранителем-регулятором более безопасный , более удобный в установке, более подходящий для семьи и удобный монтаж заводов и предприятий.
  • Используйте импортный новый SCR BTA-41600A.
  • Используйте температуру печатной платы FR4 толщиной 1,6, конструкция схемы разумна и используется для увеличения толщины конструкции пути сварки, даже достаточно большой, чтобы справиться с током за счет использования более безопасного и надежного.
  • 35A - это стандартные четыре клеммы, клеммы имеют закрытый дизайн.
  • Схема проектирования после нескольких технических улучшений, тщательно выбирайте каждую деталь, теперь полностью зрелая технология. Конструкция с двумя конденсаторами (предохранительный конденсатор + металлопленочные конденсаторы) эффективно поглощает скачки напряжения и скачки напряжения, более эффективная защита тиристора, более эффективная и безопасная.
  • Актуальные формы для штамповки из алюминия и нержавеющей стали толщиной 1,5, красивый, более подходящий для семейного регулятора термостата и промышленных предприятий!
Примечание:
  • Сначала подключите нагрузку, затем выполните настройку
  • SCR в основном используется для резистивных нагрузок (электрический провод накаливания и т. Д.), большинство однофазных двигателей переменного тока могут, но не могут гарантировать, другие типы нагрузок покупатель может подтвердить самостоятельно. Предохранитель не панацея, есть время реакции, при слишком большом токе помимо сгорания предохранителя может сгореть и модуль.
  • Обратите внимание, установка пластиковой крышки из-за установки корпуса, не может быть полностью открыта, отвертка, чтобы затянуть сторону с острием, другой, чтобы быть осторожным при открытии, чрезмерное усилие легко защелкивает крышку, экспресс-транспортировка также может быть раздавлена ​​для ношения части, но не влияет на использование модуля, любые проблемы с пластиковым покрытием, связанные с рестораном, не несут ответственности за возврат.
Вы только что добавили этот товар в корзину: Просмотр корзины Продолжать

Отгрузка приостановлена ​​с 10 по 18 в связи с местным праздником. Всю отгрузку начинают медленно отправлять 18 числа! Отклоните

Простая цепь регулятора вентилятора

В этом проекте мы разработали простую схему регулятора вентилятора, которую можно использовать для регулирования скорости вентилятора.Эта простая схема регулятора вентилятора реализована с использованием очень простых компонентов. Вы когда-нибудь сталкивались с использованием обычного регулятора напряжения вентилятора для управления скоростью? Такой тип регулятора называется регулятором сопротивления, который работает по принципу реостата или устройства резистивного делителя потенциала.
Поскольку шаги (ручки на коробке регулятора) уменьшаются, это означает, что вы фактически увеличиваете сопротивление цепи, и, следовательно, на вентилятор подается меньшая мощность, поэтому он становится медленнее.

Очевидно, что при такой схеме потребление энергии вентилятором будет меньше на более низких скоростях, но это не метод экономии энергии. Падение напряжения на сопротивлении преобразуется в тепловые потери (I2R), поэтому энергия рассеивается в виде тепла.

Эта потеря энергии больше при высоком сопротивлении или более низкой скорости. Следовательно, обычные регуляторы напряжения вентилятора имеют больше потерь энергии.


Простой электронный регулятор напряжения

Благодаря прогрессу в области силовой электроники, можно легко реализовать альтернативную конструкцию регулятора вентилятора (регулятора напряжения) для снижения потерь энергии, вызываемых обычными регуляторами напряжения.

Этот тип регулятора напряжения представляет собой энергосберегающее устройство, в котором используются TRIAC, DIAC и потенциометрическое сопротивление. Этот метод обеспечивает бесступенчатое управление скоростью вращения вентилятора за счет получения требуемого количества энергии от основного источника в данный момент.

Следовательно, энергия сохраняется, а не тратится без надобности. Расскажем вкратце об этой схеме регулятора напряжения и ее работе.

Теперь мы собираемся построить простую схему регулятора вентилятора, которая обычно используется для управления скоростью вентилятора в наших домах или офисах.Как мы знаем, изменяя угол включения TRIAC, можно управлять мощностью, подаваемой через нагрузку, что является не чем иным, как концепцией управления мощностью с использованием TRIAC.

Тот же принцип применим к схеме регулятора напряжения, которую мы собираемся обсудить.

Необходимые компоненты для цепи регулятора напряжения

  • Резистор R1 - 10 КОм
  • Переменное сопротивление или потенциометр R2 - 100 КОм
  • Полиэфирный конденсатор C1 - 0,1 мкФ (для рабочего диапазона до 400 В)
  • DIAC, D1 - DB3
  • TRIAC, Т1 - BT136
  • Однофазный потолочный вентилятор или двигатель переменного тока - 220 В, 50 Гц (диапазон ниже 200 Вт)

Подключение цепи регулятора напряжения

  • Определите клеммы всех компонентов для положительного и отрицательного клеммных соединений.Выберите потолочный вентилятор или любой двигатель переменного тока при условии, что он должен быть мощностью менее 200 Вт (в соответствии со значениями выбранных компонентов)
  • Возьмите нулевую плату или печатную плату (PCB) и подключите схему, как показано на схеме ниже.
  • Цепь включения состоит из резистора R1, потенциометра R2, конденсатора C1 и DIAC. Подключите одну клемму DIAC к комбинации резисторов и конденсатора делителя напряжения, как показано на рисунке.
  • Для распознавания терминалов TRIAC и получения другой подробной информации рассмотрите технический паспорт TRIAC BT 136.Подключите терминал MT1 к нейтрали, а MT2 - к одному концу двигателя переменного тока или нагрузки. И подключите терминал ворот к другому концу DIAC.
  • Подключите нагрузку или потолочный вентилятор между клеммой фазы или линии источника питания переменного тока и клеммой MT2 TRIAC.

ПРИМЕЧАНИЕ: В демонстрационных целях мы подключили лампочку к простой цепи регулятора вентилятора вместе с мультиметром, чтобы показать напряжение.

Принципиальная схема регулятора напряжения с использованием симистора, DIAC

Работа цепи электронного регулятора напряжения

  • Перед тем, как подавать питание на эту простую схему регулятора вентилятора, удерживайте переменный резистор или потенциометр в положении максимального сопротивления, чтобы триггер не запускался и, следовательно, триак находился в режиме отсечки.
  • Включите питание цепи и посмотрите, находится ли вентилятор в состоянии покоя или нет. Медленно изменяйте положение потенциометра, чтобы конденсатор начал заряжаться с постоянной времени, определяемой значениями R1 и R2.
  • Как только напряжение на конденсаторе превышает напряжение отключения DIAC, DIAC начинает проводить. Таким образом, конденсатор начинает разряжаться к выводу затвора TRIAC через DIAC.
  • Следовательно, TRIAC начинает проводить, и, следовательно, основной ток начинает течь в вентилятор через замкнутый путь, образованный TRIAC.
  • Изменяя потенциометр R2, можно изменять скорость, с которой будет заряжаться конденсатор, это означает, что, если сопротивление меньше, конденсатор будет заряжаться с большей скоростью, так что чем раньше будет проводимость TRIAC.
  • По мере постепенного увеличения сопротивления потенциометра угол проводимости TRIAC будет уменьшаться. Следовательно, средняя мощность нагрузки будет изменяться.
  • Благодаря возможности двунаправленного управления как TRIAC, так и DIAC, можно управлять углом включения TRIAC как на положительных, так и на отрицательных пиках входного сигнала.
Примечание
  • В качестве меры безопасности проверьте исправное рабочее состояние этой цепи, подав низкое напряжение, например 24 В переменного тока или 12 В переменного тока, с небольшой нагрузкой, например, лампочкой малой мощности, перед подключением к сети.
  • Если нагрузка превышает 200 Вт, выберите TRIAC большей мощности вместо BT 136 TRIAC.

Преимущества простой схемы регулятора вентилятора

  • Возможно непрерывное и плавное регулирование скорости вращения вентилятора
  • Энергосбережение достигается на всех скоростях за счет минимизации потерь энергии
  • Простая схема, требующая меньшего количества компонентов
  • Эффективен по сравнению с резистивным типом за счет меньшего энергопотребления
  • Экономичный
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *