Всем здравствуйте. В этой статье описывается простой контроллер, который можно использовать по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для управления в диапазоне от 0 до 100% скорости вращения двигателя постоянного тока при напряжении питания 12В и потреблении тока до 5А или яркости галогенных, или обычных ламп с напряжением питания 12В и потребляемой мощностью до 50 Вт и т. д. Принципиальная схема регулятора мощности приведена на рисунке.
Регулятор состоит из генератора импульсов собранный на таймере CMOS 7555 (IO1), каскада на транзисторах T1 и T2 и ключевого транзистора N-MOSFET T3. Таймер IO1 включен как стабильный одновибратор, в котором конденсатор таймера C1 периодически заряжается и разряжается через резистор (или потенциометр) R1 и диоды D3 и D4 двоичным сигналом с выхода 3 IO1. Напряжение на C1 находится в диапазоне от одной трети до двух третей напряжения питания IO1.
Когда бегунок потенциометра R1 находится в левом положении (у катода D3), C1 быстро заряжается через диод D3 при высоком логическом уровне сигнала на выходе 3 таймера IO1, а затем медленно разряжается через диод D4. Таким образом, высокий уровень присутствует на выходе 3 I01 очень короткое время, а низкий уровень почти весь период генерации. Таким образом, импульсный цикл на выходе 3 IO1 почти равен нулю (0%).
И наоборот, когда бегунок триммера R1 находится в правом положении (на аноде D4), C1 медленно заряжается через D3 и R1 при высоком уровне сигнала на выходе 3 IO1, а затем быстро разряжается через D4 при низком уровне на выходе 3 IO1. Таким образом, высокий уровень находится на выходе 3 I01 почти всю длительность периода колебаний, а низкий уровень очень короткое время. И получаем, импульсный цикл на выходе 3 IO1 почти равен единице (100%).
В среднем положении бегунка потенциометра R1 зарядка и разрядка конденсатора C1 занимают одинаковое время, так что чередование импульсов равно половине (50%). Частота импульсов составляет около 53 Гц и практически не меняется при изменении положения потенциометра R1.
Импульсы с выхода 3 IO1 могут сразу поданы на переключающий транзистор T3. Однако таймер IO1 имеет значительное выходное сопротивление (порядка сотен Ом), поэтому фронты сигнала на управляющем электроде G T3 с большой входной емкостью (порядка единиц нф) не будут крутыми, изменения состояния транзистора и он сильно разогреется. Для уменьшения выходного сопротивления источника импульсного сигнала, которым управляется транзистор T3, между выходами 3 IO1 и G T3 установлен эмиттерный повторитель на транзисторах T1 и T2.
Повторитель имеет выходное сопротивление порядка единиц ом и способен выдать достаточный ток для управления (до сотен мА) транзистора T3. R2 предотвращает спонтанные радиочастотные помехи инвертора и транзистора T3, стабилитрон D6 защищает транзистор T3 от возможного перенапряжения. T3 защищен от перегрузки по току быстродействующим предохранителем F. При резистивной нагрузке его можно рассчитать на ток до 10А в среднем стоит установить на 5А.
Чтобы предотвратить скачки напряжения на коллекторе во время индукционной нагрузки транзистора T3, между коллектором и положительным полюсом источника питания (т.е. параллельно нагрузке) подключен диод D2, через который ток течет от нагрузки обратно к источнику питания после закрытия T3. Подстроечный резистор R1 может непрерывно регулировать импульсный цикл и мощность, подаваемую на нагрузку, от 0 до 100%. Регулятор собран на односторонней печатной плате, представленной на рисунке.
На контроллер подается напряжение 12 В, предназначенное для питания регулируемого прибора. Напряжение + 12 В подается на регулятор через защитный диод D1, он защищает контроллер при изменении полярности источника питания напряжение питания с балластным резистором R3 и стабилитроном D5, который поддерживает уровень + 12В на шине питания даже при повышенном внешнем питающем напряжении. Ток питания самого контроллера составляет всего несколько мА.