Сенсорные регуляторы яркости с фазоимпульсным и шим управлением

Сенсорные регуляторы яркости с фазоимпульсным и ШИМ управлением

Аннотация. В статье рассматриваются два варианта сенсорных регуляторов яркости, предназначенные для работы с лампой накаливания в промышленной сети с напряжением 220 В.

Общие сведения. В настоящее время в промышленном производстве освоены и выпускаются регуляторы яркости на основе специализированной ИМС К145АП2, а также в микроконтроллерном исполнении. К сожалению, подобные конструкции имеют ряд недостатков, которые делают применение их затруднительным или, в некоторых случаях, вообще невозможным по причине их низкой помехоустойчивости или необходимости правильной фазировки, когда фазный вывод конструкции должен подключаться к фазному проводу сети, а нулевой — к нулевому. В то же время большинство опубликованных решений регуляторов яркости в микроконтроллерном исполнении сопровождаются только демо-версиями прошивок, которые ограничивают функциональные возможности регулятора и зачастую работают нестабильно.

От перечисленных выше недостатков свободны две предлагаемые конструкции, выполненные на основе распространённых ИМС стандартной логики. Если первый вариант с фазоимпульсным управлением яркостью можно использовать только с лампами накаливания, то на основе второй конструкции с широтноимпульсной модуляцией можно выполнить регулятор яркости светодиодных ламп. Это не означает, что светодиодную лампу можно подключать к регулятору непосредственно. Схемное решение второго варианта контроллера можно взять за основу регулятора яркости светодиодной лампы и ключевой MOSFET-транзистор использовать в качестве регулирующего звена.

Оба устройства при включении питания устанавливают максимальную яркость лампы. Регулировка яркости производится путём касания рукой (пальцем) сенсорной пластины продолжительное время (в течение нескольких секунд) или кратковременными касаниями для ступенчатого изменения яркости. Число градаций яркости равно 16. При касании сенсора яркость медленно убывает до минимума, а затем возрастает до максимума и так далее «по кругу». Если руку убрать от сенсора, то уровень яркости запомнится и останется неизменным до следующего касания сенсора или отключения питания.

Принцип работы. Схема электрическая принципиальная первого варианта устройства с фазоимпульсным управлением показана на рис.1.

Схема содержит: параметрический стабилизатор на элементах VD1, R1, R2, VD2, интегральный стабилизатор DA1 напряжения «5В» и конденсаторы фильтра C1…C4; задающий НЧ-генератор на логический элементах DD1.1, DD1.2; одновибратор-схему выделения моментов перехода сетевого напряжения через ноль на элементах DD2.1, DD2.2; RS-триггер управления симистором на элементах DD2.3, DD2.4; два усилительных каскада на транзисторах VT1 и VT2; пороговый компаратор DD1.3; генератор прямоугольных импульсов на основе триггера Шмитта DD1.4; схему формирования кодовых комбинаций уровня яркости, в состав которой входят счётчики DD3.1, DD3.2 и цепочка элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ DD4.1…DD4.4, а также реверсивный счётчик-формирователь угла сдвига DD5.

Сущность фазоимпульсного метода управления яркостью заключается в изменении времени задержки открывания симистора, считая с момента перехода сетевым напряжение нулевого значения. Чем больше время задержки, тем больше времени симистор находится в закрытом состоянии, тем меньше яркость, и, наоборот, чем раньше открывается симистор, тем больше яркость лампы накаливания.

Рассмотрим работу регулятора яркости, считая с момента перехода напряжением сети нулевого значения. При этом ток через стабилитрон VD2 уменьшается до нуля и на его катоде формируется отрицательный импульс пилообразной формы амплитудой 10В. Этот импульс через делитель R7-R8 поступает на вход одновибратора на элементах DD2.1, DD2.2, который формирует из него стабильный по длительности, но уже прямоугольный отрицательный импульс. Этот импульс устанавливает RS-триггер в исходное состояние и одновременно обеспечивает загрузку двоичной комбинации с выходов элементов DD4.1…DD4.4 в собственные двоичные разряды счётчика DD5. По входам «D0…D3» счётчика DD5 будет записана комбинация «0000» так как счётчики DD3.1 и DD3.2 были установлены при включении питания в нулевое состояние благодаря цепочке C10-R15.

Благодаря выходным импульсам генератора (DD1.1, DD1.2), поступающим на вход вычитания (вывод 4) счётчика DD5 происходит уменьшение состояний счётчика и как только он достигнет нулевого состояния, а именно в таком состоянии он сейчас и находится, то следующий отрицательный импульс на его вычитающем входе вызовет появление на его выходе переноса «-CR» (вывод 13) короткого отрицательного импульса и переброс RS-триггера в противоположное состояние. Теперь на нижнем по схеме выходе RS-триггера (выводе 6 элемента DD2.4) появится положительный перепад, который после ограничения по длительности дифференцирующей цепочкой C7-R10 вызовет кратковременное открывание транзистора VT2 и включение симистора VS1. Лампа окажется подключенной к сети и будет светиться с максимальной яркостью. Симистор будет находиться во включенном состоянии до следующего момента перехода сетевым напряжением нулевого значения. Этот процесс будет повторяться с удвоенной частотой сети, т.е. с частотой 100 Гц.

В таком режиме регулятор яркости будет работать до момента касания сенсора. При этом наведенное напряжение с частотой сети 50 Гц поступит через резисторы R11 и R12 на базу транзистора VT1 и откроет его. Начнётся разряд конденсатора C8 и, когда напряжение на входах компаратора DD1.3 станет меньше порогового значения, компаратор переключится и на его выходе появится уровень лог.«1». Работа генератора на основе триггера Шмитта DD1.4 будет разрешена, и на его выходе появятся прямоугольные импульсы с частотой несколько Герц. Эти импульсы будут увеличивать состояние счётчика DD3.1, а вслед за ним и DD3.2. Пока счётчик DD3.2 находится в нулевом состоянии, выходные комбинации счётчика DD3.2 проходят на выходы соответствующих элементов DD4.1…DD4.4 без инвертирования. Будет происходить постепенное уменьшение яркости до минимума. Когда счётчик DD3.2 установится в единичное состояние, то уровень лог.«1» с выхода его младшего разряда (вывод 11) переключит элементы DD4.1…DD4.4 в режим инвертирования и яркость будет возрастать до максимума.

После установки желаемого уровня яркости и отпускания сенсора, время задержки открывания симистора будет определяться двоичной кодовой комбинацией, записываемой по входам «D0…D3» счётчика DD5. Состояние счётчиков DD3.1 и DD3.2 будет оставаться неизменным до следующего касания сенсора или выключения и повторного включения питания. Рисунок печатной платы первого варианта устройства показана на рис.2.

Схема электрическая второго более совершенного варианта устройства с широтноимпульсным управлением показана на рис.3. В данном устройстве яркость лампы зависит от среднего времени нахождения мощных ключевых MOSFET- транзисторов в открытом состоянии, которое зависит от скважности импульсов. Напомним, что скважностью импульса называется отношение периода следования импульсов к длительности импульса.

Нижняя часть схемы по своему функциональному назначению аналогична рис.1, поэтому подробно её работу рассматривать не будем. Здесь выходные кодовые комбинации элементов DD5.1…DD5.4 представляют собой коэффициенты деления для счётчика DD6, работающего в составе схемы управления яркостью. В состав схемы (рис.3) также входят: генератор опорных импульсов на элементах DD1.1, DD1.2, работающий с частотой около 32 кГц, счётчик-делитель импульсов на 16 – DD2.1, одновибратор-формирователь коротких импульсов на элементах DD3.1, DD3.2, собственно счётчик с переменным коэффициентом деления DD6 и RS-триггер на элементах DD3.3, DD3.4.

В начальный момент времени при подключении автомата к сети, интегрирующая цепочка C10-R15 формирует короткий положительный импульс, обнуляющий счётчики DD3.1, DD3.2. Такая же нулевая двоичная комбинация формируется на выходах элементов DD5.1…DD5.4, которая, поступая на входные двоичные разряды счётчика DD6, определяет режим его работы, как режим с максимальным коэффициентом пересчёта, что соответствует максимальной яркости лампы накаливания.

В начальный момент времени одновибратор на элементах DD3.1, DD3.2, каждый раз по отрицательному перепаду импульса на выходе счётчика DD2.1, формирует на выходе (вывод 8 элемента DD3.2) короткий отрицательный импульс, который производит запись управляющей двоичной комбинации с выходов элементов DD5.1…DD5.4 во внутренние разряды счётчика DD6. Одновременно этот отрицательный импульс устанавливает RS-триггер DD3.3-DD3.4 в исходное единичное состояние. При этом транзисторы VT2, VT3 открыты, а VT4 — закрыт. Оба одновременно открытые мощные ключевые MOSFET транзисторы VT5, VT6 обеспечивают подключение лампы накаливания EL1 к сети как при положительной, так и при отрицательной полуволнах сетевого напряжения. Импульсы задающего генератора, поступающие на суммирующий счётный вход DD6 (вывод 5), обеспечивают увеличение состояний счётчика на единицу с приходом каждого нового импульса. Когда счётчик достигнет переполнения, на его выходе переноса «+CR» (вывод 12) сформируется короткий отрицательный импульс, который перебросит RS-триггер DD3.3-DD3.4 в противоположное нулевое состояние, что приведёт к открыванию транзистора VT4, закрыванию VT2 и VT3 и выключению лампы. Данный процесс повторяется с частотой около 2 КГц, что соответствует частоте задающего генератора 32 кГц, делённой на 16. Таким образом, осуществляется ШИМ-модуляция яркости свечения лампы накаливания.

Следует заметить, что питание затворов мощных MOSFET-транзисторов осуществляется напряжением 10 В непосредственно с выхода параметрического стабилизатора VD2, R9, R10, VD1, а для питания цифровой части схемы применён пятивольтный интегральный стабилизатор DA1. Рисунок печатной платы второго варианта устройства показана на рис.4 .

Конструкция и детали. Оба варианта устройств собраны на печатных платах из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм одинакового размера 90×55 мм. В устройствах применены постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, МЛТ-0,5 (R3, R4, рис.1), МЛТ-2 (R1, R2 рис.1, R9, R10 рис.3), конденсаторы неполярные типа К10-17, оксидные — К50-35 или импортные. Интегральный стабилизатор применён типа КР1181ЕН5А (78L05). Стабилитроны — на напряжение стабилизации 9…12 В — могут быть типа Д809, Д814Б, В, Г или импортные BZX55C10 или BZX55C12, диод VD2 (рис.3) — кремниевый средней мощности с минимально допустимым обратным напряжением не менее 400 В. Диодный мост (рис.1) должен быть в вертикальном исполнении типа KBP210 или аналогичный. Симистор в первом варианте устройства может быть из серий BT137, BT138, BT139 с минимально допустимым рабочим напряжением не менее 400 В. Транзисторы MOSFET типа IRF840 заменимы на IRF740 и другие с минимально допустимым рабочим напряжением сток-исток не менее 400 В и минимально возможным сопротивлением канала в открытом состоянии. Максимальная мощность нагрузки при эксплуатации устройств без радиатора не должна превышать в первом варианте 100 Вт, а во втором — 150 Вт. Автором проверены также транзисторы КП7173А отечественного производства. Их параметры: максимальный ток стока Ic=4А, максимально допустимое напряжение сток-исток Uс-и=600В. Сопротивление канала в открытом состоянии не более R 08.06.2015 0 1

Читайте также  Устройство отображения аудио спектра

Диммер (регулятор яркости) с сенсором прикосновений ET0802193E

  • Цена: $1.82
  • Перейти в магазин

Диммер или регулятор мощности — устройство, которое регулирует мощность (обычно осветительных ламп или нагревательных приборов). В нашем случае понижение мощности достигается путем понижения напряжения.

Данный диммер интересен тем, что в нем нет ни одной подвижной детали (нечего тыкать или крутить), а управление ведется при помощи прикосновений к корпусу лампы.

Описание процесса установки этого регулятора мощности в настольную лампу и незначительные сложности при работе с ним под катом.

Внешний вид

Этот регулятор мощности выглядит как спичечный коробок с четырьмя проводками. Точные размеры: 4.5см x 3.5см x 1.4см. Длина проводов около 10 см. Кстати, они были сразу зачищены.

На корпусе с одной стороны выдавлена схема подключения (мне она не нравится из-за того, что на ней три провода идут на лампочку).

А с другой параметры работы устройства.

На одной стороне написано про частоту сети 50Гц, на другой допускается использование с частотой 60Гц. В любом случае, друзей в Японии у меня нет, так что проверить работоспособность при 60Гц не смогу. С входным напряжением ситуация аналогичная (скорее всего, заведется и от 110В).

Внутренности

Корпус защелкивается на пару защелок, разобрать очень просто.

Управляет диммером бескорпусный микропроцессор, который зачем-то торчит из основной платы (экономия места?).

Регулятор мощности устроен так, что весь ток нагрузки течет через выходной транзистор. Именно эта деталь ограничивает максимально допустимую мощность лампочки.

На одном из сайтов нашел картинку, которая уверяет, что если транзистор прямоугольный, то диммер выдержит токи до 3А.

Берем 3А при напряжении 220В и получаем максимальную мощность 660Вт. Теперь думаем, зачем оно нужно. У диммера нет никакой индикации работы. Это значит, что к нему имеет смысл подключать только осветительный приборы, которые сами же и будут индикаторами. Лампы накаливания общей мощностью более полукиловатта разорят владельца при первой же попытке оплатить счет за электроэнергию, а светодиодными прожекторами такой мощности можно легко подсветить целый ангар (а там сенсорное управление мощностью совсем не нужно). Так что больше 100Вт (а именно эта цифра указана в описании товара) подключать даже не пытался и характеристики транзистора по маркировке не искал.
Но вернемся к внутренностям.

На обратной стороне нормальная пайка но с небольшим количеством не смытого флюса.

Провода какие-то странные. На них указано сечение 0,5 мм^2, но провода такого же сечения производства Подольсккабель явно толще. Я эти провода выпаял, а когда ставил в лампу, то припаял родные.

Позже потребовалось на скорую руку подключить динамики к усилителю в «роботе» на ярмарке научных идей. Ничего кроме этих несчастных четырех проводков небыло. На ярмарке один из проводов умудрился оборваться (до сих пор не понимаю, как) и робот говорил в пол силы.

Первое включение

Когда посылка только пришла, то стало интересно, как же работает этот диммер. В кладовке нашелся ненужный плафон (стойка от той лампы уже давно превратилась в стойку для микрофона) и были начаты эксперименты.

Не сразу понял, что колечко на желтом проводе можно надеть на винт крепления патрона.

Установка

Здесь ничего сложного нет, достаточно правильно припаять провода и где-нибудь спрятать этот диммер. Честно сказать, тут то я схалтурил. Надо было заменить патрон Е27 на Е14 и разместить черную коробочку в освободившемся месте. Почему-то я был уверен, что диммер должен сильно греться, но это не так, и ему было бы вполне уютно висеть над светодиодной лампой.

Остается надеяться, что черная изолента так же прочна, как и синяя, а стяжки не лопаются (хотя лучше переделать).

Подбор лампы

По началу стояла обычная лампочка Ильича, но потом она была заменена на диммируемую лампу «Космос» мощностью 8Вт. 479 рублей в оффлайне и 2 недели доставки товара до пункта выдачи нивелируются честныи параметрами, драйвером Samsung и двумя годами гарантии.

Вот тут то меня ждал неприятный сюрприз. Вместо трех режимов работы эта лампочка работает только в двух (средний и максимальный режимы драйвер считает за один). Т.е. не работает —> слабый свет —> яркий свет —> яркий свет —> не работает. Скорее всего, лампа сделана под диммер с плавной регулировкой, отсюда и косяк.

Подводные камни

  • Такой диммер работает только с лампами накаливания или диммируемыми светодиодными лампами;
  • корпус лампы должен быть проводником (даже краска может помешать работе сенсору прикосновений);
  • теперь ваше животное тоже может управлять вашей лампой (если коснется кожей без шерсти, например носом).

Фото постановочное. На самом деле лампа висит на стене и к ней кошка особо не лезет.

Заключение

Дописывая обзор понял, что потерял результаты измерений напряжений, а теперь уже замерить не получится, потому, что конструкция получилась неразборная (патрон в лампе одноразовый, а в корпус диммера пришлось капнуть термоклея для надежной фиксации крышки).
Остается лишь сказать, что этот диммер можно найти по цене от $1. Я покупал в БИКе когда у них трек стал обязательным, а до него чуть-чуть не хватало.

Сенсорные регуляторы яркости с фазоимпульсным и шим управлением

Фазовый диммер с ШИМ управлением.

Автор: 3711
Опубликовано 29.07.2015
Создано при помощи КотоРед.

Всем доброго времени суток!
Расскажу сначала предысторию создания диммера. Многие радиолюбители не раз ломали голову над автоматическим включением/выключением света в санузле. Мною в своё время так же была разработана схема на микроконтроллере, которая успешно справлялась с поставленной задачей. Управляла схема светодиодной лентой, поэтому на выходе контроллера управление яркостью осуществлялось с помощью ШИМ модуляции. В жизни случился переезд. Освещение в туалете на новой квартире было сделано на галогеновой лампе. Так как эстетическое состояние данного помещения меня вполне устраивало, начались раздумья, как прикрутить мой контроллер к лампе накаливания. Вот в процессе этих раздумий и родилась данная схема.

Особенности диммера:
Для коммутации нагрузки используется мощный полевой транзистор, поэтому схема разработана с отсечкой по заднему фронту. Данная особенность позволяет отказаться от дросселя в выходной цепи и не наделать при этом помех.
Итак, для начала рассмотрим схему с управлением от обычного потенциометра (рис.1). На её примере я расскажу, как всё работает.

Выпрямленное диодным мостом (D1-D4) напряжение поступает на гасящий резистор R1 и через диод D6 на стабилизатор (D7, C3) 24V. Компаратор Ic1a является детектором нуля, а резисторы R6, R7 и конденсатор С1 формируют пилообразный сигнал. Детектор нуля работает следующим образом. Резисторы R4, R5 образуют делитель на напряжение 2,4V. Цепочка R2, R3 и D5 образует делитель напряжения выпрямленного напряжения 220V. Резистор R3 необходим для разрядки емкости PN перехода стабилитрона D5. В момент нарастания сетевого напряжения, напряжение на катоде стабилитрона D5 будет увеличиваться пока, не достигнет значения 5V, после чего останется на этом уровне пока сетевое напряжение не снизится ниже 5V. Компаратор Ic1a сравнивает напряжения на выводах 5 и 6. Пока напряжение на выходе 5 ниже чем на выходе 6 (2,4V) выходной каскад компаратора открыт и конденсатор С1 разряжен. Как только напряжение на 5 ножке становится выше, чем на 6й, начинается заряд конденсатора через токоограничивающую цепочку R6, R7. Номиналы этой цепочки подобраны таким образом, что за время полупериода сетевого напряжения конденсатор успеет зарядиться до 12V. Далее цикл повторяется. Диод D6 необходим для того чтобы постоянное напряжение с конденсатора С3 не попадало на стабилитрон D5.
Компаратор Ic1b сравнивает напряжение пилообразного сигнала с конденсатора С1 и напряжение на выходе переменного резистора R9 (от 0-12V). Пока напряжение на втором выводе ниже, чем на третьем выходной каскад компаратора закрыт, и полевой транзистор напряжением через резистор R10 открывается и подает напряжение на нагрузку. Как только напряжение на 2м выводе превысит напряжение на потенциометре R9, открывается транзистор в выходном каскаде Ic1b, напряжение на затворе полевого транзистора падает до нуля и он закрывается, отключая нагрузку.
Варистор Z1 необходим для защиты полевого транзистора от высоковольтных помех в сети.

Читайте также  Устройство контроля излучения высокочастотных колебаний бытовыми приборами

Схема для работы с ШИМ управлением не сильно отличается от предыдущей. Вместо переменного резистора добавим оптопару U1 для развязки от сетевого напряжения и на элементах R8, R9, C2 (рис.2) построим фильтр, преобразующий ШИМ сигнал в постоянное напряжение.

По мере увеличения скважности ШИМ сигнала будет расти постоянное напряжение на выводе 3 Ic1b и соответственно яркость лампы.
Настройка диммера производится следующим образом. 4 и 5 ножки оптопары U1 замыкаются и подстроечным резистором R7 ловится момент, когда лампа перестает увеличивать яркость. Если не работает детектор нуля можно попробовать снизить сопротивление резистора R3.
Все резисторы кроме R1, R2 любые маломощные, в том числе SMD. Резистор R1 лучше сделать составной из нескольких штук. Это уменьшает возможность пробоя высоким напряжением сети. В моем случае это три резистора по 12к и один 18к, мощность 0,5Вт. R2 так же лучше сделать составным по той же причине. При нагрузке 150W радиатор для транзистора не потребовался. Транзистор оставался абсолютно холодным.
Частота ШИМ сигнала должна находиться в пределах 1000-3000 Гц. Если наблюдается мерцание лампы можно увеличить емкость конденсатора С2, но это увеличит инертность срабатывания диммера.
Мною были собраны два диммера. Оба после сборки заработали безо всяких проблем. Наработка чуть менее года. Работают, всё это время не отключаюсь от сети 24 часа в сутки 7 дней в неделю. К диммерам подключены лампы накаливания и галогеновые 12V лампы через электронный блок питания.
Диммер находится под напряжением опасным для жизни. Будьте аккуратны, не наступайте на фазу.

Схема ШИМ-регулятора яркости светодиодов для сборки своими руками

С микросхемой NE555 (аналог КР1006) знаком каждый радиолюбитель. Её универсальность позволяет конструировать самые разнообразные самоделки: от простого одновибратора импульсов с двумя элементами в обвязке до многокомпонентного модулятора. В данной статье будет рассмотрена схема включения таймера в режиме генератора прямоугольных импульсов с широтно-импульсной регулировкой.

Схема и принцип её работы

С развитием мощных светодиодов NE555 снова вышла на арену в роли регулятора яркости (диммера), напомнив о своих неоспоримых преимуществах. Устройства на её основе не требуют глубоких знаний электроники, собираются быстро и работают надёжно.

Известно, что управлять яркостью светодиода можно двумя способами: аналоговым и импульсным. Первый способ предполагает изменение амплитудного значения постоянного тока через светодиод. Такой способ имеет один существенный недостаток – низкий КПД. Второй способ подразумевает изменение ширины импульсов (скважности) тока с частотой от 200 Гц до нескольких килогерц. На таких частотах мерцание светодиодов незаметно для человеческого глаза. Схема ШИМ-регулятора с мощным выходным транзистором показана на рисунке. Она способна работать от 4,5 до 18 В, что свидетельствует о возможности управления яркостью как одного мощного светодиода, так и целой светодиодной лентой. Диапазон регулировки яркости колеблется от 5 до 95%. Устройство представляет собой доработанную версию генератора прямоугольных импульсов. Частота этих импульсов зависит от ёмкости C1 и сопротивлений R1, R2 и определяется по формуле: f=1/(ln2*(R1+2*R2)*C1), Гц

Принцип действия электронного регулятора яркости заключается в следующем. В момент подачи напряжения питания начинает заряжаться конденсатор по цепи: +Uпит – R2 – VD1 –R1 –C1 – -Uпит. Как только напряжение на нём достигнет уровня 2/3Uпит откроется внутренний транзистор таймера и начнется процесс разрядки. Разряд начинается с верхней обкладки C1 и далее по цепи: R1 – VD2 –7 вывод ИМС – -Uпит. Достигнув отметки 1/3Uпит транзистор таймера закроется и C1 вновь начнет набирать ёмкость. В дальнейшем процесс повторяется циклически, формируя на выводе 3 прямоугольные импульсы.

Изменение сопротивления подстроечного резистора приводит к уменьшению (увеличению) времени импульса на выходе таймера (вывод 3), и как следствие, уменьшается (увеличивается) среднее значение выходного сигнала. Сформированная последовательность импульсов через токоограничивающий резистор R3 поступает на затвор VT1, который включен по схеме с общим истоком. Нагрузка в виде светодиодной ленты или последовательно включенных мощных светодиодов включается в разрыв цепи стока VT1.

В данном случае установлен мощный MOSFET транзистор с максимальным током стока 13А. Это позволяет управлять свечением светодиодной ленты длиной в несколько метров. Но при этом транзистору может потребоваться теплоотвод.

Блокирующий конденсатор C2 исключает влияние помех, которые могут возникать по цепи питания в моменты переключения таймера. Величина его ёмкости может быть любой в пределах 0,01-0,1 мкФ.

Плата и детали сборки регулятора яркости

Односторонняя печатная плата имеет размер 22х24 мм. Как видно из рисунка на ней нет ничего лишнего, что могло бы вызвать вопросы.

После сборки схема ШИМ-регулятора яркости не требует наладки, а печатная плата легка в изготовке своими руками. В плате, кроме подстроечного резистора, используются SMD элементы.

  • DA1 – ИМС NE555;
  • VT1 – полевой транзистор IRF7413;
  • VD1,VD2 – 1N4007;
  • R1 – 50 кОм, подстроечный;
  • R2, R3 – 1 кОм;
  • C1 – 0,1 мкФ;
  • C2 – 0,01 мкФ.

Заказать готовую сборку от автора можно здесь.

Практические советы

Транзистор VT1 должен подбираться в зависимости от мощности нагрузки. Например, для изменения яркости одноваттного светодиода достаточно будет биполярного транзистора с максимально допустимым током коллектора 500 мА.

Управление яркостью светодиодной ленты должно осуществляться от источника напряжения +12 В и совпадать с её напряжением питания. В идеале регулятор должен питаться от стабилизированного блока питания, специально предназначенного для ленты.

Нагрузка в виде отдельных мощных светодиодов запитывается иначе. В этом случае источником питания диммера служит стабилизатор тока (его еще называют драйвер для светодиода). Его номинальный выходной ток должен соответствовать току последовательно включенных светодиодов.

Симисторный диммер с фазоимпульсным регулированием

Симисторный диммер с фазоимпульсным регулированием — это тиристорный регулятор мощности, предназначенный, в частности, для регулирования яркости свечения ламп накаливания в бытовых электроосветительных приборах (люстрах, бра, торшерах и т. п.). Его можно встраивать в настенные выключатели в жилых помещениях

Анализ схем промышленно выпускаемых диммеров (в основном китайского производства) показал, что фазосдвигающая цепь в них питается нестабилизированным напряжением. Это приводит к тому, что момент открывания динистора в каждом полупериоде, а значит, и симистора, зависит от напряжения сети, что, в свою очередь, является причиной заметных перепадов мощности нагрузки диммера при колебаниях напряжения сети. Это ограничивает сферу применения подобных устройств.Выручить в этой ситуации мог бы диодный мост, включённый на входе регулятора (диод VD2 придётся изъять), но разместить мощные диодный мост и тринистор в стандартной нише выключателя проблематично, не говоря уже об отсутствии в зоне монтажа активной конвекции воздуха. Наличие в цепи нагрузки пяти элементов надёжности устройству тоже не добавляет.

К тому же лампы в светильниках, перегорая, часто вызывают замыкание цепи, хоть и кратковременное, но вполне достаточное для выведения из строя переключательного элемента. Каждый раз заменять этот элемент и выпрямительный мост весьма накладно как в плане трудозатрат, так и денежных расходов. Фазоимпульсные регуляторы мощности с мощным симистором в качестве переключательного элемента отличают более высокий КПД и малое число элементов в цепи нагрузки. схема показана на рис.

На транзисторах VT1 и VT2 собран аналог динистора, в который введён диод VD1. Это позволило использовать транзистор VT2 в роли замыкателя диагонали теперь уже маломощного выпрямительного моста VD3—VD6, включённого в цепь управляющего электрода симистора VS1. В начале полупериода напряжения сети оба транзистора, диод VD1 и симистор закрыты, а конденсатор С1 разряжен. Увеличивающееся напряжение создаёт ток через резисторы R9, R8, диоды моста, резистор R7 и стабилитрон VD2. Падения напряжения на резисторе R9 пока недостаточно для открывания симистора. Стабилитрон VD2, включённый последовательно с балластным резистором R7, ограничивает напряжение между точками А и Б на уровне 12 В.

Через резисторы R3, R4 начинает заряжаться конденсатор С1. Как только напряжение на нём превысит напряжение на резисторе R6, начнёт открываться транзистор VT1. Падение напряжения на резисторе R2 приоткроет транзистор VT2, из-за чего начнёт уменьшаться напряжение на его коллекторе. В результате этого начинает уменьшаться напряжение на резисторе R6. Возникает положительная ОС, действие которой приводит к лавинообразному открыванию обоих транзисторов аналога динистора. Как только падение напряжения на транзисторе VT2 станет меньше, чем на резисторе R6, откроется диод VD1, ещё более ускоряя открывание аналога динистора и снижая тем самым мощность, рассеиваемую на транзисторе VT2. Оба транзистора в конце процесса входят в насыщение.

Выходная диагональ диодного моста VD3—VD6 оказывается замкнутой, ток через резисторы R8 и R9 увеличивается и открывается симистор VS1, подключая нагрузку к сети на оставшуюся часть полупериода. Скорость зарядки конденсатора С1, а значит, и момент открывания транзистора VT1 зависят от положения движка переменного резистора R4, которым и регулируют мощность, выделяющуюся в нагрузке.

Если сопротивление цепи R3R4 окажется настолько большим, что конденсатор не успеет зарядиться до напряжения, необходимого для открывания аналога динистора, он останется закрытым. Но в конце полупериода конденсатор С1 всё равно разрядится транзистором VT1 вследствие того, что напряжение на резисторе R6 к этому моменту уменьшится до нулевого.

Читайте также  Простые охранные устройства для квартиры и дачи

Такая привязка момента начала зарядки конденсатора С1 к началу полупериода необходима для того, чтобы исключить эффект “гистерезиса”. Который может возникнуть при регулировании мощности резистором R4. Этот эффект проявляется в “затягивании” регулировочной характеристики. При повороте ручки регулятора из положения минимальной мощности на малый угол мощность в нагрузке увеличивается скачком. Резистор R1 ограничивает ток разрядки на безопасном для транзисторов уровне, растягивая разрядный импульс во времени для более уверенного открывания симистора, a R8 ограничивает ток через его управляющий электрод. Резистор R2 предотвращает самопроизвольное срабатывание аналога динистора из-за увеличения тока коллектора транзистора VT2 при его разогревании. Резистор R9 удерживает симистор закрытым (если он ещё не был открыт) на пиках сетевого напряжения.

Максимальная мощность нагрузки регулятора при обеспечении эффективного охлаждения симистора и транзистора VТ2 — 1 кВт

Большая часть деталей устройства смонтирована на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Чертёж платы представлен на рис.

Все резисторы, кроме R4, — МЛТ; R4 — любой малогабаритный, умещающийся в отведённом ему пространстве. Поскольку все детали регулятора находятся под напряжением сети, необходимо при его установке и пользовании учитывать это обстоятельство. В частности, ручка переменного резистора R4 должна быть изготовлена из изоляционного материала.

Резисторы R8, R9 распаивают на выводах симистора, устанавливаемого вне платы. Если мощность нагрузки превышает 600 Вт, симистор следует снабдить теплоотводом в виде пластины размерами 20x20x1 мм из меди. Конденсатор С1 — КМ-6, К73-17 или К73-9

Диоды КД105В можно заменить на КД105Г или другие на обратное напряжение не менее 400 В. Транзистор КТ361В заменим любым из этой серии (с коэффициентом h21E>50), а КТ538А — на КТ6135А или, в крайнем случае, на КТ940А, у которого ограниченный запас по напряжению коллектор—эмиттер (h21E>20). Разъём Х1 — любой малогабаритный, с двумя контактами, рассчитанный на сетевое напряжение; можно использовать два одноконтактных. Подойдут также и винтовые соединительные зажимы.

Налаживания регулятор не требует

, но, возможно, будет целесообразно подобрать точнее резистор R3 по достижению максимальной яркости ламп. В крайнем левом (по схеме) положении движка резистора R4.

Собранную плату устанавливают в нишу предварительно демонтированного стенного выключателя. Снаружи нишу закрывают декоративной лицевой панелью. На которой закрепляют переменный резистор R4 — он будет служить и включателем освещения, и регулятором яркости. Устройство можно смонтировать также в подставке торшера или настольной лампы.

Контроллер ШИМ своими руками

  1. Что такое ШИМ?
  2. Принцип работы ШИМ
  3. Откуда берётся ШИМ
  4. Вариант 1 — аналоговый
  5. Вариант 2 – цифровой
  6. Как подключить к нагрузке
  7. Если нужно управлять плюсовым контактом
  8. Контроллер ШИМ для RGB светодиодной ленты
  9. Ключи на мосфет-транзисторах

Сегодня разберёмся что такое ШИМ и с чем его едят, а также как сделать контроллер в домашних условиях.

Что такое ШИМ?

ШИМ (широтно-импульсная модуляция, англ. pulsewidth modulation (PWM)) — это способ управления мощностью путём импульсной подачи питания. Мощность меняется в зависимости от длительности подаваемых импульсов.

ШИМ в современной электронике применяется повсеместно, для регулировки яркости подсветки вашего смартфона, скорости вращения кулера в компьютере, для управления моторами квадрокоптера или гироскутера. Cписок можно продолжать бесконечно.

В любительской электронике ШИМ контроллеры часто используются для управления яркостью светодиодных лент и для управления мощными двигателями постоянного тока.

Принцип работы ШИМ

В отличии от линейных систем, где мощность регулируется путём снижения электрических параметров (тока или напряжения), при использовании ШИМ мощность, передаваемая потребителю, регулируется временем импульсов, что существенно повышает эффективность работы контроллера. В аналоговых системах остаточная мощность рассеивалась в виде тепла, здесь же при снижении потребления остаточная мощность просто не используется.

Основная характеристика ШИМ – СКВАЖНОСТЬ (процент заполнения) – процентное соотношение длительности импульсов к периоду. На рисунке ниже изображено 5 степеней скважности прямоугольного ШИМ сигнала:

Скважность ШИМ

ПЕРИОД — это время за которое происходит полный цикл колебания сигнала. Измеряется в секундах. Он линейно зависит от частоты сигнала и рассчитывается по формуле:

f(частота) = 1/ T(перод)

Частота ШИМ – это количество периодов (или если хотите, циклов колебаний) в единицу времени. Частота измеряется в Герцах (Гц), 1 Гц это одно колебание в 1 секунду.

Если сигнал делает 100 колебаний в секунду, значит частота равняется 100 Гц. Чем выше частота тем меньше период.

Откуда берётся ШИМ

Вариант 1 — аналоговый

ШИМ сигнал создаётся специально сконструированными устройствами – генераторами ШИМ сигнала или генераторами прямоугольных импульсов. Они могут быть собраны как на аналоговой базе, так и на основе микроконтроллеров, как в виде схемы из нескольких транзисторов, так и в виде интегральной микросхемы.

Самый простой вариант это микросхема NE555, собирается всё по схеме:

Схема ШИМ генератора на NE555

Но если лень разбираться и паять, то китайцы за нас всё уже давно сделали.

ШИМ генератор на NE555

Стоит $0,5, работает стабильно при питании от 5 до 16 вольт. Выдаёт ШИМ сигнал амплитудой в 5 вольт, скважность можно менять подстроечным резистором (вон та синяя штуковина с вырезом под отвертку). При желании можно заменить подстроечный резистор на переменный и получим удобную ручку регулировки.

Вариант 2 – цифровой

Более сложный для новичка – использование микроконтроллера, но вместе с тем более интересный и дающий широкие возможности. Звучит страшно, но самом деле реализуется довольно просто.

В качестве микроконтроллера удобнее всего взять отладочную плату ардуино.

Как с ней работать написано вот здесь. Подключаем ардуинку к компьютеру и заливаем в неё вот такой наисложнейший код:

Далее цепляемся осциллографом к пину D3 и видим:

ШИМ скважность 30%

Сигнал частотой (Freq) -526 Гц, амплитудой (Vmax)- 5 вольт и скважностью (duty) – 30.9 %.

Меняем скважность в коде — меняется и скважность на выходе. Добавляем датчик температуры или освещённости, прописываем зависимость скважности на выходе от показаний датчиков и — готова регулировка с обратной связью.

Как подключить к нагрузке

Напрямую генератор ШИМ сигнала к нагрузке подключать не следует, потому как он слаботочный и скорее все сразу же сгорит. Для того, чтобы управлять нагрузкой необходим ключ на мосфет-транзисторе. Берём N-канальный мосфет-транзистор IRF3205 и собираем всё по схеме:

Ардуино ШИМ на IRF3205

Резистор R1 нужен для защиты пина ардуинки от выгорания, а резистор R2 для того, чтобы транзистор полностью закрывался, когда ардуина не даёт выходного сигнала.

Как видно ничего сложного. Четыре элемента и ШИМ-контроллер готов. Он уже может управлять одноцветной светодиодной лентой или каким-нибудь моторчиком.

Если нужна трехцветная лента или больше лент (делаем многоканальный ШИМ), просто добавляем ключи на пины D3, D5, D6, D9, D10, D11 (только на них работает ШИМ). Итого, Ардуина способна управлять мощностью 6-ти устройств одновременно.

IRF3205 способен выдерживать токи до 70 Ампер при напряжении до 55 Вольт, таких характеристик вполне достаточно для решения большинства бытовых задач.

Если нужно управлять плюсовым контактом

В таком случае нам понадобится другой мосфет- транзистор — P-канальный. Схема аналогична, только подтягивающий резистор подключен к плюсу.

Также нужно будет инвертировать сигнал на выходе ардуино, ведь при подаче 5 вольт транзистор будет закрываться, а при 0 — открываться, значит шим скважностью в 30% выдаст 70% мощность на выходе схемы.

ШИМ на irf4905, питание5 v

Стоит оговориться такая схема будет работать только при питании не выше 5 вольт, так как для полного закрытия P-канального транзистора необходимо подтянуть его затвор к плюсу питания, а ардуина способна выдавать на цифровой пин только 5 вольт. Значит, при питании хотя бы чуть-чуть выше напряжения выдаваемого на цифровой пин транзистор будет не полностью закрываться при верхней части импульса ШИМ и БУДЕТ СИЛЬНО ГРЕТЬСЯ. Полностью отключить нагрузку он тоже не сможет.

Если нужно управлять, к примеру,12 -ти вольтовым устройством, то схема немного усложнится. Добавится так называемое «плечо раскачки» или драйвер полевого транзистора. По классике он собирается на двух, а иногда и на трёх транзисторах, но мы есть вариант немного проще, который работает при невысоких частотах:

Ардуино, управление ШИМ по плюсовому проводу IRF4905

Контроллер ШИМ для RGB светодиодной ленты

В качестве примера приведу схему ШИМ контроллера для RGB светодиодной ленты на ардуино. В ней используется трёхканальный ШИМ для управления тремя цветами ленты. Ниже будет ссылка на готовое устройство, собранное на этой схеме управления.

ШИМ контроллер RGB ленты на ардуино

Соединяется всё вот так:

В схеме я добавил ещё кнопку, она нам поможет в будущем переключать цвета и регулировать яркость.

Вот простой код, позволяющий засветить ленту различными цветами. Чтобы изменить цвет подставьте цифры в значения для R, G и B из комментария ниже.