30.03.21

[Домашняя]

Всем известны регуляторы яркости осветительных приборов на основе ламп накаливания. В литературе описано множество самодельных тиристорных регуляторов, да и в продаже большой выбор, как отдельных регуляторов, так и встроенных в светильники и настольные лампы. Практически всегда это фазовые регуляторы позволяющие регулировать эффективное напряжение на нагрузке от максимального значе­ния, равного напряжению в сети (или даже немного ниже его) до некоторого минимального значения. Вот и получается, что все эти регуляторы могут только уменьшить яркость лампы относительно яркости при непосредственном её включении в сеть. Возможно, это и хорошо... когда напряжение в сети соответствует номинальным 220V. Но существуют сети, особенно в сельской местности, в которых в определенные часы напряжение может снижаться до 160-180V и даже ниже. Соответственно снижается и яркость лампы. Более того, изменяется цвет её света ближе к красному, что особенно раздражает. И никакие фазовые тиристорные регуляторы не могут поднять напряжение на лампе выше напряжения в электросети. Однако способ увеличения напряжения есть. Достаточно вспомнить импульсный блок питания, например, телевизора, на выходе первичного мостового выпрямителя, при достаточной емкости накопительного конденсатора, постоянное напряжение достигает 300V и более. Таким же образом можно и повысить напряжение на лампе, - запитав её через выпрямитель на мосту с накопительной емкостью на выходе. А для регулировки яркости преобразовать это постоянное напряжение в переменное прямоугольной формы, скважность которого регулировать переменным резистором. Вот такой регулятор сможет поднять яркость горения лампы выше, чем при её непосредственном включении в сеть. Правда, есть опасность перестараться и сжечь лампу, поэто­му нужно быть осторожным и начинать регулировку с минимального значения. Принципиальная схема регулятора яркости настольной лампы, работающего выше описанным способом, показана на рисунке.

Напряжение от электросети поступает через предохранитель FS1 на выпрямительный мост на диодах VD1-VD4. На выходе моста есть накопительная емкость 200 мкФ, составленная из двух оксидных конденсаторов на напряжение 400V (конденсаторы для блоков питания телевизоров). Далее полученное постоянное напряжение (около 300V при входном переменном 220V) поступает в нагрузку (то есть, на лампу), но через полевой мощный транзистор VT1. На логических инверторах микросхемы D1 собран ШИМ-генератор, формирующий импульсы, скважность которых можно регулировать переменным резистором R3 в широких пределах. Практически получается плавная регулировка яркости лампы накаливания от нуля до максимума, на котором при напряжении сети 220V возможно даже перегорание лампы. Элементы D1.1-D1.2 образуют мультивибратор импульсов частотой около 200 Гц. Скважность импульсов регулируется переменным резистором R3, с помощью которого можно изменять в широких пределах соотношения разрядного и зарядного сопротивления частотозадающей RC-цепи C5-R2-R3. Соответственно изменяется соотношение продолжительностей логических нулей и логических единиц на выходе мультивибратора, то есть, продолжительностей полуволн. И вот этот импульсный сигнал поступает на затвор полевого транзистора VT1. Продолжительность открытого состояния ключа равна продолжительности положительной полуволны импульсного сигнала, генерируемого мультивибратором. Нить накала лампы будет работать своего рода интегратором, и эффективное напряжение на ней, вернее мощность, будет зависеть от скважности импульсов, приходящих на затвор VT1. Сопротивление транзистора VT1 в полностью открытом состоянии очень мало, поэтому, находясь в открытом состоянии, он рассеивает минимальную мощность. Можно управлять лампой до 200W без применения радиатора. Но это только когда транзистор полностью открыт. Значит, мощность рассеяния на нем зависит от крутизны фронтов и спадов импульсов, поступающих на его затвор (чем больше крутизна, тем меньше на нем рассеивается мощности). Вот с этим и есть небольшая проблема, так как затвор транзистора IRF840 (или аналогичного) обладает значительной емкостью, а выходы логических элементов КМОП-микросхем К561 или аналогичных весьма ограничены по выходному току. Здесь чтобы ускорить открывание и закрывание транзистора, четыре инвертора включены параллельно, чтобы обеспечить наибольший ток, и как следствие, наискорейший заряд-разряд емкости затвора при переключении. Микросхема К561ЛН2 питается от сети через параметрический стабилизатор R1- VD5. Конденсатор СЗ накопительный, за счет его емкости происходит короткий бросок тока через затвор транзистора VT1 при переключении. При работе с лампой или паяльником большой необходимости в VD6 нет, он здесь установлен на всякий случай, например, если вдруг вздумать записать через этот регулятор индуктивную нагрузку. Схема рассчитана на работу с нагрузкой не более 150W. Для работы с большей нагрузкой (до 1500-2000W) нужно применить более мощные диоды в выпрямителе и обеспечить транзистор VT1 теплоотводом.

Радиоконструктор № 7 2010г стр. 32