Устройство плавного включения ламп накаливания на полевом тр

Устройство плавного включения ламп накаливания на полевом транзисторе

Устройство предназначено для плавного включения ламп накаливания, что значительно продлевает их срок службы. Устройство подключается последовательно с нагрузкой (аналогично выключателю), имеет световую индикацию при выключенной нагрузке, управляется маломощной кнопкой, имеет защиту от перегрузки и, в отличие от аналогичных устройств на симисторах, не создает электромагнитных помех. Оно практически не уменьшает яркости включенных ламп и имеет эффективную защиту по току перегрузки. Кроме ламп накаливания, описываемое устройство может управлять индуктивной нагрузкой, оно одинаково хорошо работает как от сети переменного, так и постоянного тока. Умощненный вариант этого устройства может быть использован для плавного включения электродвигателей мощностью до 1 кВт. Схема устройсва приведена на рисунке.

В исходном состоянии кнопка с фиксацией SB1 находится в отжатом состоянии и ее контакты нормально замкнуты. Напряжение сети 220 В через нагрузку EL1 выпрямляется диодным мостом VD3—VD6 и заряжает конденсаторы С4, Сб. Поскольку напряжение затвор-исток полевого транзистора VT4 близко к нулю, он находится в закрытом состоянии и напряжение сток-исток этого транзистора представляет выпрямленное и частично сглаженное напряжение сети. Светодиодный индикатор HL1 светится, так как через него течет ток по цепи — катоды диодов VD3VD5, R5, HL1, коллекторный переход VT1, R1, нормально замкнутые контакты кнопки включения, R10, аноды диодов VD4VD6. При нажатии на кнопку SB1 ее контакты размыкаются, конденсатор С1 заряжается этим током до напряжения немного меньшего, чем напряжение стабилизации стабилитрона VD1 (15 В). Конденсатор С5 начинает медленно заряжаться через резистор R3 и напряжение затвор-исток транзистора VT4 начинает увеличиваться. Совместно с цепью отрицательной обратной связи C4R8 обеспечивается плавное открывание транзистора VT4. Лампа накаливания EL1 увеличивает свою яркость до максимального значения. Время плавного включения для номиналов, указанных на схеме, составляет 1,5 с и может быть изменено подборкой резистора R3 или конденсатора С4. После открывания транзистора VT4 диагональ моста VD3—VD6 становится замкнутой, поскольку падение напряжения на транзисторе VT4 составляет доли вольта. Светодиод HL1 гаснет, коллекторный переход транзистора VT1 закрывается положительным напряжением на конденсаторе С1. Изменение напряжения заряженных конденсаторов Cl, C5, включенных в цепь затвора транзистора VT4, определяется обратными токами транзисторов VT1—VT3, током затвора транзистора VT4 и собственными токами утечки конденсаторов С1, С4, С5. Эти токи составляют единицы пикоампер, и время, в течение которого напряжение на затворе транзистора VT4 уменьшится до порогового значения, очень велико (более суток).

Резистор R10 предназначен для контроля тока нагрузки. Напряжение, снимаемое с него, подается на переход эмиттер-база транзистора VT3. Транзисторы VT2, VT3 включены по схеме тиристора, и при достижении напряжения минус 0,6 В на эмиттере VT3 оба транзистора открываются и разряжают конденсаторы Cl, C5 через токоограничивающий резистор R2, в результате чего транзистор VT4 закрывается. Конденсаторы С2, СЗ необходимы для улучшения помехозащищенности цепи защиты. Время срабатывания защиты от тока перегрузки составляет около 1 мс. Сопротивление резистора R10 выбирается исходя из величины тока нагрузки 1Н согласно формуле R10 = 0,6/3Iн. Данное устройство рассчитано на работу с лампой мощностью до 200 Вт. Во включенном состоянии падение напряжения, измеренное на выводах устройства, для лампы мощностью 100 Вт и при напряжении в сети 230 В составило 2,2 В, из них 0,1 В падает на резисторе R10 и 0,4 В на транзисторе VT4. Таким образом, КПД устройства для нагрузки 100 Вт составляет более 99 %.

Устройство собрано на печатной плате размером 45x26 мм (рис. 1), оно легко умещается в коробке сетевого выключателя для внутренней проводки. В качестве кнопки включения применена миниатюрная кнопка с фиксацией PSW, но может быть использован и сам сетевой выключатель, только его придется перевернуть на 180°, чтобы не изменились положения включено-выключено. Резисторы R1—R4, R6, R7 и конденсаторы С2, СЗ — в бескорпусном исполнении 1206, резисторы R5, R8, R9 — МЛТ-0,5, R10 — проволочный KNP-0,5, конденсаторы С1, С4—С6 — пленочные К73-17, два последних — на рабочее напряжение не менее 400 В. Диоды VD3—VD6 могут быть заменены диодным мостом на напряжение не менее 600 В и ток не менее 1 А. Стабилитрон VD1 на напряжение 15 В может быть заменен на КС515А1, диод VD2 — на КД521, КД522 с любым буквенным индексом. Светодиод HL1 красного свечения с малым рабочим током. Транзисторы VT1, VT2 можно заменить на КТ3107В, Г, транзистор VT3 — на КТ3102В, Г. Полевой транзистор VT4 — IRF840 с максимальным напряжением сток-исток 500 В, максимальным током 8 А и максимальной мощностью 125 Вт можно заменить отечественными транзисторами КП707Б1, В1. Максимальная мощность, рассеиваемая этим транзистором, должна составлять не менее четверти мощности коммутируемой нагрузки [1]. На транзистор устанавливают теплоотвод в виде алюминиевой пластины толщиной 2 мм и размерами 25x25 мм.

Собранное устройство не требует настройки. Необходимо убедиться в работоспособности узла защиты от тока перегрузки, для этого нажатием кнопки включают лампу мощностью 100 Вт и, после того, как она загорится на полную яркость, параллельно ей подключают вторую лампу мощностью 150...200 Вт — обе лампы должны погаснуть (сопротивление холодной лампы мощностью 150 Вт около 30 Ом). Необходимо также убедиться, что токи утечки малы, для чего необходимо измерить напряжение на выводах устройства. При включенной лампе мощностью 100 Вт это напряжение должно не более 2,5 В и с течением времени не должно увеличиваться. Для имитации больших токов утечки параллельно конденсатору С1 подключался резистор 150 МОм, при этом напряжение на устройстве постепенно повышается до 4...5 В и полевой транзистор VT4 работает при напряжении затвор-исток, близком к пороговому, что увеличивает рассеиваемую им мощность и уменьшает КПД устройства.

Для увеличения мощности коммутируемой нагрузки до 1 кВт был изготовлен второй вариант устройства, собранный по этой же схеме со следующими изменениями:

резистор R10 — 0,05 Ом, проволочный на ток 5... 10 А; в качестве диодов VD3—VD6 применен диодный мост типа КВРС1008 с током 10 А и напряжением 800 В; в качестве транзистора VT4 применен мощный полевой транзистор 2SK1466 с током стока 16 А, напряжением сток-исток 900 В и максимальной мощностью 250 Вт. На транзистор крепился игольчатый радиатор размерами 15x30x35 мм; конденсатор С4 — К73-17-630 В — 0,022 мкФ, конденсатор С6 — К73-17-630 В — 0,1 мкФ, резистор R3 — 5,1 МОм, 0,25 Вт, резистор R9 — 100 Ом, 0,5 Вт, остальные без изменений.

Устройство было смонтировано на плате размерами 50x36 мм (рис. 2) и испытано с коллекторным электродвигателем мощностью 900 Вт (шлифовальная машина SPARKY М902). Время плавного пуска составило 3 с, пусковой ток не превышал 4 А, падение напряжения — 3,9 В при напряжении сети 230 В и токе 2,2 А. Радиатор транзистора продувался потоком воздуха от вентилятора шлифовальной машины. Основное преимущество этого устройства по сравнению с устройствами плавного пуска на симисторах — это быстродействующий узел защиты по току перегрузки. Как известно, симисторы и тиристоры являются приборами, способными коммутировать нагрузки мощностью в несколько МВт при больших напряжениях, однако имеют один серьезный недостаток — большое время выключения [2], полевой транзистор лишен этого недостатка.

Александр Бегиев, г. Волжский Волгоградской обл.
Литература:
1. А. Бегиев. Таймер-выключатель
на полевом транзисторе. — Схемотехника, 2004, № 11, с. 53—55.
2. Э. С. Окснер. Мощные полевые транзисторы
и их применение. Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1985.
Схемотехника 05-2006






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.