Obwód regulatora wentylatora sterowany PWM

W tym artykule przyjrzymy się prostemu obwodowi wentylatora lub regulatora światła z zasilaniem sieciowym 220 V sterowanym PWM, który nie wymaga mikrokontrolera ani kosztownych sterowników triaków do zamierzonych operacji.

Pojemnościowe cięcie fazowe

Wszystkie zwykłe regulatory wentylatorów i ściemniacze, które opierają się na technologii pojemnościowego przerywania fazy, mają jedną wspólną wadę, generują dużo szumów RF i wymagają nieporęcznych cewek do ich częściowego sterowania.

Co więcej, przełączanie lub odcinanie fazy wykonywane przy użyciu zwykłej technologii kondensatorów diakowych powoduje brak dokładności i ostrości.

Zaprojektowany przeze mnie beztransformatorowy obwód regulatora wentylatora sterowany PWM bez transformatora sieciowego jest wolny od wszelkich możliwych problemów, które zwykle towarzyszą tradycyjnym wentylatorom lub ściemniaczom światła, ponieważ wykorzystuje zaawansowany obwód oparty na układzie scalonym CMOS i dokładny stopień detektora przejścia przez zero.

Brak MCU

Najlepsze w tym obwodzie jest to, że nie wymaga mikrokontrolerów i programowania, a także wyeliminowano sterownik triaka, dzięki czemu układ jest niezwykle łatwy w budowie nawet dla nowych hobbystów.

Poznajmy szczegółowo konfigurację, która jest raczej zbyt prosta:

Odnosząc się do obwodu, układ IC1, który jest chipem czasowym 4060, jest skonfigurowany do wytwarzania opóźnionego dodatniego impulsu dla triaka za każdym razem, gdy faza przekracza linię zerową kąta fazowego.

Cały obwód jest zasilany ze zwykłego zasilacza pojemnościowego za pomocą C1, D5, Z1 i C3.

IC1 jest skonfigurowany w swojej standardowej formie do generowania opóźnionego przełączania w stan ON lub wysokiego za każdym razem, gdy jego pin 12 przechodzi przez operację resetowania.

Przełączanie przejścia przez zero dla triaka

Działanie ściemniania lub działanie kontrolne fazy uzyskuje się przez zmuszenie triaka do przewodzenia po z góry określonym opóźnieniu za każdym razem, gdy wykryte zostanie przejście przez zero.

Jeśli to opóźnienie jest krótkie, oznacza to, że triak ma możliwość przewodzenia przez dłuższy czas dla kątów fazowych, powodując szybsze obracanie się podłączonego wentylatora lub jaśniejsze światło.

Gdy to opóźnienie jest zwiększane, triak jest zmuszony do przewodzenia przez proporcjonalnie krótsze okresy w poprzek kątów fazowych, powodując proporcjonalne zmniejszenie prędkości lub jasności odpowiednio podłączonego wentylatora lub światła.

Operacja przejścia przez zero jest po prostu wymuszona za pomocą zwykłego łącznika optycznego, co można zobaczyć na podanym schemacie.

Mostek D1 --- D4 przekształca przemienny kąt fazowy na równoważne dodatnie impulsy 100 Hz.

Dioda LED i tranzystor wewnątrz sprzęgacza optycznego reagują na te dodatnie impulsy 100 Hz i pozostają włączone tylko tak długo, jak impulsy są 0,8 V powyżej znaku zerowego i wyłączają się natychmiast, gdy impulsy osiągają punkt przejścia przez zero.

Podczas gdy tranzystor opto jest w fazie przewodzącej, pin IC 12 jest utrzymywany na poziomie masy, umożliwiając opóźnienie lub z góry określony ujemny impuls początkowy bramki triaka.

Jednak na poziomach przejścia przez zero opto wyłącza się, resetując pin 12 układu scalonego tak, że pin 3 układu scalonego ponownie uruchamia nowe lub nowe opóźnienie, aby triak odpowiedział dla tego konkretnego kąta fazowego.

Kontrola fazy PWM

Długość lub szerokość impulsu tego impulsu opóźniającego można zmieniać przez odpowiednią regulację VR1, która staje się również pokrętłem sterowania prędkością dla omawianego obwodu regulatora wentylatora sterowanego PWM.

VR1 i C2 muszą być tak dobrane, aby maksymalne opóźnienie wywołane przez nie nie przekraczało taktowania 1/100 = 0,01 sekundy, aby zapewnić liniowe zwiększanie od 0 do pełnej kalibracji na danym pokrętle sterującym.

Powyższe może być zrealizowane przez próbę błędu lub przy użyciu standardowego wzoru dla IC 4060.

W przypadku powyższego możesz również eksperymentować z innymi wyjściami układu scalonego.

Schemat obwodu

Lista części

R1, R5 = 1 M.
R2, R3, R4 R6 = 10K
VR1, C2 = ZOBACZ TEKST
OPTO = 4N35 LUB JAKIEKOLWIEK STANDARD
C1 = 0,22 uF / 400 V.
C3 = 100 uF / 25 V.
D1 --- D5 = 1N4007
Z1 = 12V
IC1 = 4060
TRIAC = BT136

Symulacja przebiegu

Poniższy obraz przebiegu opóźnienia pokazuje, w jaki sposób faza wentylatora może być opóźniona przy każdym przejściu przez zero dla różnych ustawień VR1 i C2.

Inteligentny regulator wentylatora PWM za pomocą IC 555

Prawie wszystkie obwody regulatora światła / wentylatora wykorzystują prostownik sterowany silikonem (triak lub SCR).

Urządzenia te są przełączane z określonym z góry kątem fazowym, który następnie pozostaje w trybie przewodzenia, aż do następnego przejścia przez zero w cyklu sieciowym AC.

Ten proces wygląda na łatwy, ale jednocześnie stwarza trudności przy kontrolowaniu mniejszych obciążeń lub które są charakter indukcyjny powodując histerezę i migotanie.

Przyczyna tych problemów polega na tym, że ze względu na mniejszą moc obciążenia prąd dostarczany do urządzeń jest niewystarczający do podtrzymania ich przewodzenia.

Dlatego obszar charakterystyki kontrolnej nie jest dokładnie zaimplementowany. Wynik dalej się pogarsza w przypadku obciążeń indukcyjnych.

Jak działa obwód

Proponowany obwód regulatora AC 220 V PWM wykorzystujący IC 555 zapewnia proste rozwiązanie, dostarczając triak stałym prądem bramki, aby zapewnić płynną kontrolę obciążeń o wartości nominalnej 1 wata.

Aby obwód był tak zwarty i prosty, jak to tylko możliwe, używamy popularnego timera IC 555.

Wyjście układu IC 555, które zazwyczaj może być wyzwalane w stanie wysokim, jest aktywowane w stanie niskim przez ujemne napięcie wejściowe.

To ujemne zasilanie jest udostępniane ze stopnia zawierającego C1-R3, prostownik D1 -D2 wraz z sekcją stabilizatora D3-C2. BJT od T1 do T3 dostarczają impuls inicjalizujący na styk wejściowy wyzwalania nr 2 w 555 dla każdego przejścia przez zero na wejściu zasilania sieciowego.

Podczas okresu PWM, zgodnie z decyzją regulacji P1 i P2, sygnał wyjściowy IC 555 jest zwykle wysoki, a zatem mamy praktycznie zerową różnicę napięcia między pinami 3 i pin 8, tj. Triak pozostaje wyłączony.

Jak tylko upłynie ustawiony czas, pin 3 staje się niski i triak jest aktywowany.

Przez resztę połowy cyklu prądu przemiennego prąd bramki nadal działa, co pozwala triakowi kontynuować przewodzenie.

Najniższy punkt, w którym, powiedzmy, żarówka nie musi tylko świecić, określa się przez ostrożne ustawienie naczynia P1. Filtr R7 C5 L1 zapewnia niezbędne odsprzęganie triaka.

Na koniec pamiętaj, że absolutna maksymalna moc, która może być regulowana przez ten inteligentny przełącznik regulatora oparty na IC 555, nie powinna przekraczać 600 watów.