Назначение
Большинство схем регуляторов мощности, опубликованных в сети или печатных изданиях, рассчитаны на работу в сети переменного тока 230VAC, а вот для нагрузки, работающей с постоянным напряжением, конструкций не так много.
А между тем иногда необходимо регулировать мощность и на низковольтной нагрузке постоянного тока, скажем 12 В.
На основе мощного переключательного полевого транзистора, например, IRLR2905, можно собрать малогабаритный регулятор мощности нагревательных (паяльник, подогреватель) или осветительных приборов (лампы накаливания носимых или стационарных фонарей с питанием от автомобильного аккумулятора).
Схема электрическая
Принцип работы схемы основан на изменении времени включения полевого транзистора.
На элементах DD1.4, DD1.3 собран генератор прямоугольных импульсов. Частота их следования – около 15 кГц, скважность можно регулировать в пределах от 1,01 до 100 переменным резистором R2.
Элементы DD1.1, DD1.2 использованы в качестве буферного усилителя, с выхода которого управляющие импульсы поступают на затвор полевого транзистора VT1.
При высоком (более 1,5...2 В) логическом уровне на выходах этих элементов сопротивление канала транзистора уменьшается до 0,027 Ом. В этот момент через нагрузку течёт ток, значение которого зависит от её сопротивления и напряжения питания.
Когда же на выходах элементов устанавливается низкий логический уровень, транзистор закрывается и ток через нагрузку не течёт.
Изменяя соотношение между временем нахождения транзистора в закрытом состоянии и временем, когда он открыт, можно регулировать средний ток через нагрузку.
Регулятор включают последовательно с нагрузкой соблюдая полярность. При указанных на схеме номиналах и типах элементов напряжение питания может быть в пределах от 4 до 14 В. Включают его подачей напряжения питания на микросхему DD1 через выключатель SA1, совмещённый с регулятором – переменным резистором R2.
При этом в течение времени, когда полевой транзистор закрыт, через диод VD4 и контакты выключателя заряжается конденсатор С1. Когда же транзистор открыт, микросхема питается энергией, запасённой конденсатором С1. Поскольку ток, потребляемый микросхемой, невелик напряжение на конденсаторе примерно равно напряжению питания.
Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение питания микросхемы. Дело в том, что по техническим условиям оно не должно превышать 15 В, но, когда транзистор закрывается, в проводах, соединяющих устройство с нагрузкой, возникает ЭДС самоиндукции и напряжение на конденсаторе С1 может превысить это значение.
При длинных соединительных проводах эта ЭДС может быть существенной, поэтому последовательно с выключателем SA1 придётся включить резистор R3 сопротивлением несколько килоом. Кстати, этот резистор необходим и в случае, если напряжение питания более 15В.
Конструкция, детали и наладка
Печатная плата для схемы регулятора показана на рисунке выше. Плата рассчитана на установку элементов для поверхностного монтажа. На ней размещаются все элементы схемы кроме переменного резистора R1, который совмещён (или нет) с выключателем SA1.
Провода, соединяющие регулятор с нагрузкой и источником питания, должны быть возможно короче, при длине более нескольких сантиметров их для уменьшения индуктивности необходимо свить.
Окончательно необходимость включения резистора R3 определяют, измерив ток, потребляемый регулятором во всем интервале питающих напряжений. Если он не превышает нескольких миллиампер, резистор R3 можно не устанавливать. В противном случае его необходимо подобрать таким образом, чтобы этот ток не превышал 10 мА.
Ток нагрузки, которым способен управлять регулятор зависит от способности корпуса D2PAK транзистора VT1 рассеять тепловую энергию. Без радиатора его значение не должно превышать 8 А. Если же необходимо управлять более мощной нагрузкой, то следует использовать другой тип корпуса с установкой на небольшой теплоотвод.
Налаживание регулятора сводится к подбору резисторов R1 и R3. Для этого его включают последовательно с нагрузкой и параллельно контактам выключателя (они должны быть разомкнуты) подключают миллиамперметр.
Регулируя мощность нагрузки переменным резистором R2 контролируют напряжение на конденсаторе С1, которое должно быть примерно на 0,5 В меньше питающего напряжения. Если при максимальной мощности нагрузки оно будет уменьшаться, R1 необходимо заменить резистором большего сопротивления, а если, наоборот, окажется больше питающего напряжения и достигнет напряжения стабилизации стабилитрона VD1, то, возможно, придётся установить резистор R3.