Пропонований увазі читачів світлорегулятор дозволяє регулювати яскравість освітлення в приміщеннях, потужність побутових нагрівальних елементів, швидкість обертання двигунів змінного струму. Його можна використовувати і для зменшення пускового струму ламп накаливвния, що продовжує термін їх служби. Світлорегулятор управляється кнопками, що дає можливість включати і вимикати навантаження на помітній відстані від керованого об'єкта. А щоб легко можна було кнопку знайти в темряві, поруч з нею встановлюється світлодіод, який світиться тільки при вимкненому освітленні.
Цей регулятор виконаний на базі пристрою, описаного у статті С. Бірюкова "Симісторні регулятори потужності" ("Радіо", 1996, № 1, с. 44 - 46). На відміну від нього, запропонований у цій статті світлорегулятор не відключається повністю від мережі, що вимагає доопрацювати його з метою зниження споживаного струму. В результаті струм знизився до 1,5 мА у всіх режимах роботи. Після доопрацювання розширився діапазон регулювання потужності. При навантаженні він стоваттной становить близько 99%.
Принципова схема світлорегулятора показана на рис. 1. Для управління сімістором VS1 необхідний формувач коротких імпульсів, один з висновків якого з'єднаний з мережевим кабелем. Живиться формувач від джерела, зібраного на елементах С2, R2, VD1 - VD3, С4, С5. Діоди VD1, VD2 виконують функції випрямляча. Випрямлена напруга стабілізується на рівні 10 В стабілітронів VD3. Конденсатори С4, С5 входять до складу згладжуючого фільтру, причому С4 шунтує в основному високочастотні мережеві перешкоди, які не пригнічуються оксидним конденсатором С5 з-за його значною паразитної індуктивності.
(натисніть для збільшення)
При позитивному напрузі на аноді більшість сімісторов можна відкрити імпульсами будь (відносно катода) полярності, що надходять на керуючий електрод, а при негативному - імпульсами тільки негативної полярності. Позитивний висновок джерела живлення описуваного регулятора з'єднаний з катодом симістора. В результаті на його керуючому електроді формуватимуться негативні імпульси при будь-якій полярності на аноді.
При використанні фазо-імпульсного методу потужність в навантаженні регулюється шляхом зміни частини напівперіоду мережевої напруги, протягом якої симистор пропускає струм. Для цього необхідно виділити початок кожного напівперіоду напруги (йому відповідає напруга, яка дорівнює або близька до нуля), а потім протягом 10 мс (тривалість половини періоду мережевої напруги частотою 50 Гц) сформувати сам керуючий імпульс. Таким чином, чим раніше буде відкриватися симистор, тим більша потужність стане виділятися на навантаженні.
Формувач імпульсів частотою 100 Гц зібраний на елементах VT1, VT2, R4, R5, R8. Протягом позитивного напівперіоду мережевої напруги відкритий транзистор VT1, протягом негативного - транзистор VT2. Резистор R5 обмежує базовий струм транзисторів. Резистор R8 виконує функції колекторної навантаження обох транзисторів. Коли мережеве напруга близько до нуля, обидва транзистора закриті і напруга на їх колекторах одно напрузі на мінусовому виведення джерела харчування. При цьому на вході 1 елемента DD1.1 утворюються короткі імпульси негативної полярності, відповідні початку кожного напівперіоду мережевої напруги.
У включеному стані регулятора на вході 2 елемента DD1.1 присутній напруга, відповідне високому логічному рівню, тому негативні імпульси на вході 1 цього елемента інвертуються їм і надходять на базу транзистора VT5, включеного за схемою емітерного повторювача. Протікає через нього струм заряджає конденсатор С8 практично до напруги джерела живлення. Розряджається конденсатор через ланцюг R9, R10, R12, VT4. При розрядці його до напруги, відповідного порогового, перемикаються елементи DD1.2 і DD1.3. Спад напруги, що виникає на виході 11 елемента DD1.3, диференціюється ланцюгом C9R13 і у вигляді імпульсу тривалістю близько 12 мкс через інвертор DD1.4 надходить на підсилювач струму на транзисторі VT6, а потім на керуючий електрод симістора VS1. Змінним резистором R10 регулюють тривалість розряджання конденсатора С8, від якої залежать момент включення симістора, а значить, і ефективна напруга на навантаженні.
Стабілітрон VD5 забезпечує надійний запуск светорегулирующего пристрою. При його відсутність у перший момент включення регулятора після перерви в роботі через керуючий перехід симістора і транзистор VT6 починає текти струм, не дає зарядитися конденсатора фільтра С5 і перешкоджає зростанню напруги джерела живлення до номінального значення. Резистор R15 обмежує струм через керуючий перехід симістора. Необхідність такого обмеження викликана не забезпеченням безпеки експлуатації стабілітрона і симістора (такий короткий імпульс струму не може вивести їх з ладу), а можливим погіршенням економічності світлорегулятора.
На інверторі DD2.1 і тригері DD3.1 зібрано пристрій керування включенням і виключенням світлорегулятора, на транзисторі VT4 - вузол плавного включення навантаження, а на елементах DD2.2, DD2.3, VT7, HL1 - вузол підсвічування кнопки SB1 (SB2 - SBn).
При початковому включенні регулятора або після пропадання напруги ланцюжок C3R3 формує позитивний імпульс на вході R тригера DD3.1, встановлює його в нульовий стан, при якому навантаження енергосистеми. Елемент DD3.1 реагує на позитивний перепад напруги на вході і при кожному його появі змінює свій стан на протилежний. Ланцюжок R1C1 пригнічує брязкіт контактів кнопки SB1. Через резистор R1 визначається також напруга на вході інвертора DD2.1. При натисканні на кнопку SB1 на виході цього елемента виникає позитивний перепад напруги, що перемикає тригер DD3.1 одиничний стан. Високий логічний рівень, що з'являється при цьому на прямому виході тригера, дозволяє роботу логічного елемента DD1.1. Одночасно через резистор R6 конденсатор С6 заряджається практично до 10 Ст. По мірі зростання напруга на цьому конденсаторі збільшується напруга на затворі транзистора VT4 і плавно зменшується опір його каналу, досягаючи мінімуму через 5...7 с після початку зарядки конденсатора С6. А оскільки канал транзистора VT4 послідовно з резистором R10 включений в ланцюг розрядки конденсатора С8, потужність в навантаженні плавно зростає до рівня, встановленого резистором R10.
Резистор R11 створює мінімальне від'ємне зміщення на затворі транзистора VT4, яке забезпечує повне вимкнення при нульовому світлорегулятора опір резистора R10. Це зміщення необхідно ще й для того, щоб при включення світлорегулятора відразу включалася навантаження. Конденсатор С7 шунтує резистор R11 по змінному напрузі, виключаючи його з ланцюга розрядки конденсатора С8.
Низький рівень напруги з інверсного входу тригера DD3.1 закриває транзистор VT3 і забороняє перемикання інверторів DD2.2 і DD2.3. У результаті транзистор VT7 залишається закритим, струм через нього не тече і включений в його емітерний ланцюг світлодіод HL1 не горить.
При наступному натисканні на кнопку SB1 (SB2-SBn) тригер знову перемикається в нульовий стан. Логічний нуль з його виходу 13 забороняє перемикання елемента DD1.1, і на виході останнього встановлюється високий логічний рівень, який підтримує відкритий стан транзистора VT5. В результаті конденсатор С8 буде заряджений до максимальної напруги, а навантаження знеструмлена. Присутній в цей час на виході 12 тригера рівень логічного нуля відкриє транзистор VT3, через який швидко розряджається конденсатор С6, і світлорегулятор буде готовий до нового включенню. Високий логічний рівень напруги з виходу 12 тригера надійде також на входи 13 і 9 логічних елементів DD2.2, DD2.3 і дозволить їм пропустити негативні імпульси з навантаження транзисторів VT1, VT2. Ці імпульси відкриють на короткий час транзистор VT7, і включений у його емітерний ланцюг загориться світлодіод HL1. Резистор R14 обмежує середній струм через світлодіод, щоб не перевантажувати джерело живлення, інакше його напруга почне падати.
Всі деталі світлорегулятора, крім симістора VS1 і світлодіода HL1, змонтовані на друкованій платі з однобічного фольгованого склотекстоліти. Креслення плати показано на рис. 2, а, а розташування на ній деталей - на рис. 2, б.
При монтажі можна використовувати постійні резистори С2 - ЗЗН або МЛТ і будь змінний резистор зазначеного на принциповій схемі опору. Конденсатори С1, С2, С8 - К73-15, К77 - 3 та інші з серії Аж70 - К78, конденсатор С2 повинен бути розрахований на напругу не менше 250 Ст. Конденсатор C3 - будь-оксидний, С4, С9 - керамічні КМ - 5, К10 - 17, С5 - К50 - 24 або К50 - 29, С6, С7 - К53 - 14. На місці діодів можуть працювати КД510, КД509 з будь-яким буквеним індексом. Стабілітрон VD3 - будь-який з напругою стабілізації 10 Ст. Транзистори VT1, VT2 можуть бути будь-якими кремнієвими малопотужними структури p-n-p з коефіцієнтом передачі струму понад 100. Транзистори VT3, VT6, VT7 - малопотужні кремнієві, VT5 - серії КТ201 з будь-яким буквеним індексом. Підійдуть також малопотужні кремнієві транзистори структури n-p-n, але в цьому випадку потрібно включити в пристрій діод VD4, показаний на схемі штриховою лінією. Діод захищає емітерний перехід від пробою зворотним напругою, що з'являється на ньому кожен раз після закривання транзистора VT5. Польовий транзистор з серії КП305 з будь-яким буквеним індексом. Запобіжник FU1 повинен бути розрахований на струм не менше струму навантаження.
Налагодження світлорегулятора зводиться до підбору резистора R11. Насамперед розривають ланцюг, що з'єднує висновок 2 елемента DD1.1 і висновок 13 тригера DD3.1. Потім висновок 2 DD1.1 з'єднують з його висновком 1. Після цього движок резистора R10 встановлюють нижнє за схемою становище. На місце резистора R11 включають змінний резистор опором 100 кОм, і встановлюють його движок в таке положення, щоб включене в ланцюг опір дорівнювало нулю. Далі включають світлорегулятор в мережу і чекають поки на виході джерела живлення не встановиться номінальна напруга 10 Ст. Потім, контролюючи за допомогою осцилографа форму імпульсів струму в навантаженні, збільшують опір змінного резистора (R11) до тих пір, поки симистор VS1 не перестане відкриватися. Після цього кілька раз включають і вимикають навантаження, щоразу перевіряючи надійно транзистор VT4 закриває симистор VS1. Потім змінний резистор замінюють постійним і відновлюють з'єднання виведення 2 елемента DD1.1 з висновком 13 тригера DD3.1. При бажанні установкою і підбором резистора R12 можна добитися, щоб максимального опору резистора R10, що працює як реостат, відповідало нульове напруга на навантаженні.
Щоб при повному включенні навантаження на симисторе падало можливо менше напруга, він повинен відкриватися можливо швидше після початку напівперіоду. Для цього формувач імпульсів переходу мережевої напруги через нуль повинен виробляти достатньо короткі імпульси. Їх мінімізації досягають підбором резисторів R4 і R8. Зменшувати опір резистора R5 небажано, як ТВК при цьому зросте споживана потужність.
Світлорегулятор володіє такою гарною особливістю: якщо навантаження була включена, після короткочасного зникнення напруги в мережі (на час не більше 2 хв) вона знову включиться. Це відбувається тому, що конденсатор С5 у фільтрі джерела живлення розряджається дуже повільно, так що ні один логічний елемент не перемикається.
При налагодженні світлорегулятора і його практичному використанні слід пам'ятати, що всі його елементи, включаючи вісь змінного резистора, знаходяться під напругою мережі.
Для обмеження струму через світлодіод HL1 резистор R14 доцільно перенести базовій ланцюга транзистора VT7 в ланцюг його емітера, зменшивши опір R14 до 0,5...1 кОм.
Автор: А. Руденко, р. Харків, Україна