K 181a

Precyzyjny regulator PWM

Nowy Elektronik 181-K

Prezentowany regulator PWM idealnie nadaje się do regulacji wszystkich urządzeń elektrycznych, w których zachodzi potrzeba regulacji mocy np. lutownica, grzałka akwarium, żarówka itp. odbiornikach, w których moc

pobierana nie przekracza 100W.

Wraz z pojawieniem się pod koniec lat bO-tych cztcro-warstwowych wyłączników sterowanych tyrystorów-tnaków zaczęły się pojawiać mniej lub bardziej skomplikowane układy regulatorów mocy budowane w oparciu o wspomniał elementy. Również na lamach „NE' pojawiło się kilka takich układów. Były to proste regjlaiory tzw. fazowe, które działają na zasadzie regułami kąta zapłonu tnaka-tyrystora. Inną grupę regulatorów mocy stanowią tzw. regulatory grupowe. Tu można by wysnuć tezę. że temat regulatorów mocy można by uznać za wyczerpany i zamknięty. Tego typu stwierdzeniu przecz¹/ prezentowany układ regulatcra. który wnosi nawą jakość w dziedzinie regulatorów mocy. Układ działa jako regulator PWM czyli na zasadzie .starej jak świat”, a nowm tego rozwiązania polega na zastosowaniu jako ełementu wykonawczego nowoczesnego tranzystora MOSFET. Jak każde rozwiązanie techniczne pro-żenowany układ posiada pewne zalety. ale nie brak nv i kttu wad. Zakety to na poivno większa precyzja i zakres legulacp. który praklyczne może wynosić 1 -99%. Układ wprowadza mnciszy pozom emitowanych zakłóceń. n:e wymaga stosowania filtru przeciwzakłóceniowego. Do zalet można także zaliczyć, co może wydawać się dziwne podnesksim mocy wyjściowej powy-

ji    W

żej mocy nominalnej regulowanego odbiornika. Wadą regiriatora jest możliwość sterowania tylko odbiornikami mocy czynnej, a węc takimi które nie zawierają indukcyjności. Dla niektórych z was wadą może być także stosunkowo mała dopuszczalna moc cbciążcni3. W lozwiąza-nu modelowym przyjęto założenia, w myśl których regulator będzie wykorzystany da sterowana odbiorników o mocy do 100W np. lutownica. grzałka w akwarium, czy żarówki głównego szeregu - oświetlone.

Budowa i działanie

Regulator mocy PWM (Pulsc Width Modulator sf dzola ra zasadzie przedstawionej na rys. l. Układ łakiego regulatora składa srę w zasarJzie tylko z dwu elementów generatora o regulowanym współczynniku wypełnerua i klucza w postaci wyłącznika W. Istota regulacji polega na chwilowym włączanu i wyłączaniu wyłącznika W. Średnia moc |aka wydzieli się w obciążeni) l zależna jest od współczynnika wypełnienia generatora, czyi od stosunku czasu włączenie do przerwy wyłącznika W. Dużą żaletą regulaicrów PWM są mimmalno straty mocy w porównane do regulatorów liniowych, faktyczny przykład prosi ego regulatora PWN przedstawiony został na schemacie rys. 2. Rynek kurnjionemów elektronicznych oferuje całą gamę scalonych repjfatorów PWM. MoZna hy zastosować jeden z nćh np. UC3842 lub podobny. Rozwiązanie to aczkołwe* nowoczesne, me zostało lu wykorzystane. Można mnożyć wee powodów takiej decyzji, jednak najważniejszą była clryba chęć zbudowania taniego regulatora PWM w oparciu o elementy, które każdy eteklton* powinen mieć na składzie. Układ elektro-nczny regulatora jest bardzo prosty, zawiera tylko ieden tani i powszechnie dostępny wzmóc-necz operacyjny. Sercem układu jest generator astabłny zbudowany w oparciu o układ IC1. Częstotliwość oscyłacjr wyznacza kondensator Cl. oraz rezystancja wypadkowa potencjometru PI i rezystora R5. ftody D5.06 znpewnoją separację prądów ładowana r rozładowywania kondensatora Cl. Włączenie w ołwód sprzężenia z-.vn)inogo potencjometru pracującego jako cfziełnk prądowy powoduje. że poszczególne prądy mogą się zmieniać w stosunku, jaki wynika z zastosowanych wartości PI i Rb. W rozwiązaniu modelowym współczynnik ten wynosi 1/ 100. przy stałej często!twości oscylacji ok. 250Hz. Sygnał z wyjścia generatora koócówła 6 IC1. posiada odpowiednią amplitud? do bezpośredniego ster odwania bramką lianzystoraMDS-FH. Rozwiązanie to. aczkolwiek bardzo prosto posiada jednak pewną wadę. dlatego zastosowano prosty wzmacniacz prądowy w postaci pary tranzystorów komplementarnych Tl.72. Tranzystor T3 pełni rołę klucza prądoivego. podobnie |ak styk W rw schemacie blokowym. Straty mocy w tranzystorze T3 w czasie, gdy stanowi przerwę dla prądu, oraz gdy jest całkowicie 'włączony są minimalne i zależne głównie od wartości ROS ON. która w przypadku tranzystora IRFB40 wynosi <0.80W. Oecydijący wpływ na pozwm strat w tranzystorze T3 rna moc. jaka wydziela się w stanach przejściowych czy* w czasie iego włączane - wyłączona. Jedną z wad tranzystorów mocy MOSFET jest stosunkowo duża pojemność pomiędzy bramką, a źródłem, która w przypadku tranzystora IRF8340 wynosi 1000-l200pf. Szybkie przeładowano tak dużej pojemności leży poza zakresem możliwości wzmacniacza operacyjnego, stąd też konieczność stosowane wspomnanego wzmacniacza prądowego. W regulatorze jako ICl zasioso-wano lidad IM301. Może to być każdy mny łiojedynczy wzmacniacz opetacyyty. na--.vet nie mniej zabytkowy mA7-1l. Generator ICl jak i pozostała część układu zasiana jest bezpośrednio z sieci energetycznej poprzez pełnomosiknwy układ prostowniczy diody Dl-DI. Rezystor R1 polni iti? ogran-cznka prąrJu uderzeniowego w momencie włączana układu do sieci energetycznej. Regulacja współczynnika wypełniona generatora, a tym samym mocy dostarczanej do obciążenia odbywa się za pomocą potencjoinstru PI. .lak wspomniano na