Три простые схемы регулятора тока для зарядных устройств. Сетевой регулятор мощности на транзисторе Низковольтный ступенчатый регулятор мощности на полевом транзисторе

Представленный регулятор предназначен для регулирования температуры жала паяльника на номинальное напряжение от 100 до 220 В, но может работать и с другими нагрузками. В качестве регулирующего элемента использован мощный переключательный полевой транзистор IRF840.

Данный транзистор имеет высокое рабочее напряжение сток-исток до 500 В и ток стока до 8 А при температуре корпуса 25 °С (5 А при 100 °С). Импульсный же ток может достигать 32 А, а допустимое напряжение затвор-исток ±20 В, рассеиваемая мощность составляет 125 Вт, сопротивление открытого канала 0,85 Ом, а ток закрытого канала всего 25 мкА. Для управления транзистора, требуется очень малая статическая мощность, благодаря чему регулятор получается весьма экономичным.

Нагрузка подключена последовательно с регулирующим элементом. Поскольку транзистор содержит встроенный защитный диод, включенный параллельно каналу (катодом к стоку), регулирование мощности потребляемой нагрузкой, возможно изменять от 50 до 100% от номинальной, чего вполне достаточно для паяльника.

На логических элементах DD1.1-DD1.4, резисторах R1-R4, конденсаторе C1 и диоде VD2 собран формирователь управляющих транзистором импульсов. При этом элементы DD1.1, DD1.2 и резистор R4 включены по схеме триггера Шмитта, а включенные параллельно элементы DD1.3, DD1.4 представляют собой буфер-инвертор. Питается формирователь от параметрического стабилизатора напряжения R5VD1.

Диод VD3 — развязывающий, он не дает возможности разряжаться конденсатору C2 в минусовые полупериоды сетевого напряжения, тем самым поддерживая стабильным напряжение питания микросхемы. Диоды VD4, VD5 защищают выход логических элементов буфера от импульсных сетевых наводок со стороны полевого транзистора VT1.

При положительной полуволне сетевого напряжения (плюс — на правом по схеме выводе резистора R5) на стабилитроне VD1 будет около 10В и конденсатор С2 через диод VD3 зарядится примерно до 9 В. Это напряжение используется для питания микросхемы DD1. Одновременно через резисторы R1,R2 сравнительно медленно заряжается конденсатор С1. Когда напряжение на нем достигнет уровня 30…40% от напряжения питания микросхемы, триггер Шмитта переключится, на выходе элемента DD1.1 высокий уровень сменится низким, на выходе буфера появится высокий уровень (около 9 В), поэтому полевой транзистор VT1 откроется и с этого момента напряжение поступит на нагрузку.

Отрицательная полуволна сетевого напряжения через защитный диод полевого транзистора беспрепятственно проходит к нагрузке, хотя транзистор и закрыт. Поскольку стабилитрон оказывается включенным в прямом направлении, на нем будет напряжение около 0,7 В и конденсатор С1 быстро разрядится через диод VD2. На входе триггера Шмитта появляется низкий уровень, триггер переключается в прежнее состояние, низкий уровень на выходе буфера закрывает транзистор.

Чем больше сопротивление резистора R1, тем медленнее заряжается конденсатор C1 и тем позднее от момента появления положительной полуволны открывается транзистор. Таким образом, изменяя сопротивление резистора R1, можно регулировать эффективное напряжение на нагрузке.

Кроме указанной на схеме, можно применить микросхемы К561ЛА7, . Стабилитрон Д814В можно заменить на Д814Г, КС510А; диоды КД522Б на КД102Б, КД103А, КД503А, КД510А, КД521А. Переменный резистор — СПО-0,15, СП4-1а.

Не забывайте, что детали устройства находятся под сетевым напряжением! Это требует продуманности конструкции и осторожности при эксплуатации.

При налаживании регулятора может потребоваться подборка переменного резистора R1 или конденсатора C1 с тем, чтобы регулирование мощности было плавным, без «мертвых зон». На это время удобно в качестве нагрузки использовать маломощную лампу накаливания.

Регулятор может работать и при меньшем питающем напряжении вплоть до 30 В. В этом случае надо подобрать резистор R5 таким, чтобы напряжение питания микросхемы было стабильным. Если оно будет меньше напряжения стабилизации стабилитрона, то постепенно, шагами не более 10%, уменьшают сопротивление резистора R5 до тех пор, пока напряжение не восстановится до нормального уровня.

Если ток нагрузки регулятора будет превышать 2 Ампера, транзистор придется снять с платы и установить на теплоотвод. Необходимо отметить, что описанный регулятор нагружает сеть несимметрично, т. е. для плюсовой и минусовой полуволн сетевого напряжения потребляемая мощность различна. Эксплуатировать такую сетевую нагрузку, если ее мощность превышает 50 Вт, запрещено государственными нормативами.

Чтобы обеспечить симметричность нагрузки регулятора, достаточно включать его в сеть через мостовой выпрямитель, собранный из диодов соответствующей мощности (плюсовой вывод моста должен быть подключен к правому по схеме выводу резистора R5). При этом через нагрузку будет протекать пульсирующий однополярный ток, но для нагревательных приборов и ламп накаливания это значения не имеет.

Кроме этого, потребуется обеспечить разрядку конденсатора C1 в конце каждого полупериода. Для этого нужно стабилитрон VD1 шунтировать резистором сопротивлением 10 кОм (уточнить при налаживании). Оно должно быть как можно большим, но таким, чтобы в положении движка резистора R1, соответствующем минимальной мощности в нагрузке, транзистор не открывался.

Обычно фазовые регуляторы мощности переменного тока строятся на основе тиристора или симистора. Эти схемы уже давно стали типовыми и повторены многократно как радиолюбителями, так и в масштабе производства. Но тиристорным и симисторным регуляторам, равно как и ключам, всегда был свойственен один важный недостаток, ограничение минимальной мощности нагрузки.

То есть, типовой тиристорный регулятор на максимальную мощность нагрузки более 100W не может хорошо регулировать мощность маломощной нагрузки, потребляющей единицы и доли ватт. Ключевые полевые транзисторы отличаются тем, что физически работа их канала очень напоминает работу обычного механического выключателя, - в полностью открытом состоянии их сопротивление очень мало и составляет доли Ом, а в закрытом состоянии ток утечки составляет микроамперы.

И это практически не зависит от величины напряжения на канале. То есть, именно как механический выключатель. Именно поэтому ключевой каскад на ключевом полевом транзисторе может коммутировать нагрузку мощностью от единиц и долей ватт, до максимально допустимого по току значения.

Например, популярный полевой транзистор 1RF840 без радиатора работая в ключевом режиме может коммутировать мощность практически от нуля до 400W. Кроме того ключевой полевой транзистор обладает очень низким током затвора, поэтому для управления требуется очень низкая статическая мощность. Правда это омрачается относительно большой емкостью затвора, поэтому в первый момент включения ток затвора может оказаться и довольно большим (ток на заряд емкости затвора). С этим борются включением последовательно затвору токоограничителя.

Нагрузка питается пульсирующим напряжением, так как подключена через диодный мост VD5-VD8. Для питания электронагревательного прибора (паяльника, лампы накаливания) это подходит. Так как у пульсирующего тока отрицательная полуволна «вывернута» вверх, получаются пульсации с частотой 100 Гц Но они положительные, то есть, график изменения от нуля до положительного амплитудного значения напряжения. Поэтому регулировка возможна от 0% до 100%

Величина максимальной мощности нагрузки в этой схеме ограничена не столько максимальным током открытого канала VT1 (это 30А), сколько максимальным прямым током диодов выпрямительного моста VD5-VD8. При использовании диодов КД209 схема может работать с нагрузкой мощностью до 100W. Если нужно работать с более мощной нагрузкой (до 400W) нужно использовать более мощные диоды, например, КД226Г, Д.

На инверторах микросхемы D1 выполнен формирователь управляющих импульсов, которые открывают транзистор VT1 в определенной фазе полуволны. Элементы D1.1 и D1.2 образуют триггер Шмитта, а остальные элементы D1.3-D1.6 образуют умощненный выходной инвертор. Умощнить выход пришлось чтобы компенсировать неприятности вызванные скачком тока на заряд емкости затвора VT1 в момент его включения.

Система низковольтного питания микросхемы посредством диода VD2 разделена на две части, - собственно питающую часть, создающую постоянное напряжение между выводами 7 и 14 микросхемы, и часть представляющую собой датчик фазы сетевого напряжения. Работает это следующим образом. Сетевое напряжение выпрямляется мостом VD5-VD8, затем поступает на параметрический стабилизатор на резисторе R6 и стабилитроне VD9.

Несложная схема для регулирования, а также стабилизации напряжения представлена на картинке выше, её сможет собрать даже новичок в электронике. К примеру, на вход подано 50 вольт, а на выходе получаем 15,7 вольт или другое значение до 27V.

Основной радиодеталью данного устройства является полевой (MOSFET) транзистор, в качестве которого можно использовать IRLZ24/32/44 и другие подобные. Наиболее часто они производятся компаниями IRF и Vishay в корпусах TO-220 и D2Pak. Стоит около 0.58$ грн в розницу, на ebay 10psc можно приобрести за 3$ (0,3 доллара за штуку). Такой мощный транзистор имеет три вывода: сток (drain), исток (source) и затвор (gate), он имеет такую структуру: металл-диэлектрик(диоксид кремния SiO2)-полупроводник. Микросхема-стабилизатор TL431 в корпусе TO-92 обеспечивает возможность настраивать значение выходного электрического напряжения. Сам транзистор я оставил на радиаторе и припаял его к плате с помощью проводков.

Входное напряжение для этой схемы может быть от 6 и до 50 вольт. На выходе же получаем 3-27V с возможностью регулирования подстрочным резистором 33k. Выходной ток довольно большой, до 10 Ампер, в зависимости от радиатора.

Сглаживающие конденсаторы C1,C2 могут иметь ёмкость 10-22 мкФ, C3 4,7 мкФ. Без них схема и так будет работать, но не так хорошо, как нужно. Не забываем про вольтаж электролитических конденсаторов на входе и выходе, мною были взяты все рассчитаны на 50 Вольт.

Мощность, которую сможет рассеять такой не может быть более 50 Ватт. Полевой транзистор обязательно устанавливается на радиатор, рекомендуемая площадь поверхности которого не менее 200 квадратных сантиметров (0,02 м2). Не забываем про термопасту или подложку-резинку, чтобы тепло лучше отдавалось.

Возможно использование подстрочного резистора 33k типа WH06-1, WH06-2 они имеют достаточно точную регулировку сопротивления, вот так они выглядят, импортный и советский.

Для удобства на плату лучше припаять две колодки, а не провода, которые легко отрываются.

Обсудить статью СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Несколько дней назад приобрёл маленькую дрель для сверления печатных плат, только вот вращается она, к сожалению, с постоянной частотой, а мне хотелось бы регулировать обороты этой дрели.

Покопался в интернете, нашел схему транзисторного регулятора напряжения для «весёлого блока питания» (Автор телеканал «Юность»)

И так, поехали, нам понадобится:
1 резистор 560 Ом
2 резистора на 1 КОм
1 подстроечный резистор на 10 Ком
1 транзистор МП42, можно и МП41 (я такой использовал)
1 транзистор П213
2 стабилитрона «Д814Б»
Паяльные принадлежности
Кусок текстолита (в моём случае обычный кусок пластмассы)
Провода
Плоскогубцы
Кусачки

Для начала изменим нашу схему, чтобы Вам было понятно, и чтобы самому не путаться

Когда у нас есть схема и все нужные нам детали – можно смело приступать к сборке