Регулятор мощности на полевых транзисторах с ШИ-управлением + устройство для питания 110-вольтовой аппаратуры от 220 Вольт

Привет всем датагорцам и гостям Датагории!
Предлагаю схемку простого в изготовлении и наладке устройства. Это — регулятор мощности, мало чем отличающийся по функционалу от прочих аналогичных устройств, самые разнообразные схемы которых можно отыскать в Интернете.
Лично меня на изготовление этого регулятора сподвигло несколько обстоятельств:
1) необходимость плавного регулирования светового потока полукиловаттной группы галогенных ламп;
2) регулировка температуры секции ТЭНов;
3) димминг светодиодных групп при работе от различных напряжений;
4) балласт для музыкального центра, купленного знакомыми на EBAY, рассчитанного на работу от 110-вольтной сети переменного тока.

↑ Недостатки тиристорных и симисторных схем

От схем тиристорных регуляторов, изготавливаемых ранее мною неоднократно, решил отказаться по многим причинам, не устраивающим меня:
а) трудноустраняемые помехи; б) большой ток управления;
в) полное открывание тиристоров (симисторов) без принятия специальных мер с усложнением схемы;
г) значительное падение напряжения, увеличивающее значение, рассеиваемой прибором мощности;
д) невозможность нормальной работы мощного триака на малых токах.

На самом деле проблему, указанную в пункте «а» можно решить глухой экранировкой и фильтрацией цепей питания, синхронизировать схему управления триаком с нулевым значением сетевой синусоиды, но эти меры неизбежно приведут к ухудшению массогабаритных показателей устройства, к его удорожанию.

Так же невозможно использование симисторной схемы в качестве балласта из-за полного открывания симистора в момент коммутации (без усложнения схемы), что может привести к выходу из строя питаемого через такой балласт устройства.

И, конечно, универсальный регулятор должен нормально работать в широком диапазоне токов нагрузки.

↑ Схема регулятора мощности на полевых транзисторах

Впрочем, как бы там ни было, я решил собрать регулятор на полевых транзисторах (далее ПТ) с ШИ-управлением. В отличие от схем на ПТ с фазоимпульсным управлением, где существует привязка схемы к частоте сетевого напряжения, при ШИ-управлении схемой управления генерируются собственная последовательность импульсов, модулируя сетевую частоту.
Изменением ширины этих импульсов достигается изменение значения выходного напряжения.

Схема регулятора получается достаточно простой, малошумящей и работоспособной при любых значениях тока в нагрузке.
Начну, пожалуй, с эксплуатационных характеристик. До 200 Вт полевые транзисторы практически не греются (для этого обеспечено их полное открывание импульсами схемы управления).
При эксплуатации регулятора с нагрузкой, имеющей большую, чем 200 Вт мощность, на ПТ следует установить радиаторы.
Так, например, при мощности нагрузки 1 кВт, на открытом канале ПТ, имеющем, предположим, сопротивление 0,1 Ом, падение напряжения составит около 0,45 В, а рассеиваемая мощность превысит 2 Вт, что неизбежно вызовет разогрев кристалла транзистора. При длительной работе на мощную нагрузку (от 500 Вт и выше) может потребоваться обдув радиатора. При работе с мощным трансформатором (от UPS — в понижающем включении), вторичная обмотка трансформатора была нагружена 12-вольтовой автомобильной галогенной лампой мощностью 190 Вт.

↑ Особенности схемы, применённые детали

Схема управления выполнена на 

В схеме использованы самые доступные детали. Так, например, полевые транзисторы — от компьютерных БП (напряжения и токи указаны на схеме), но могут быть использованы любые другие с учётом работы на конкретную нагрузку.
При мощности нагрузки до 200 Вт регулятор может иметь очень малые (со спичечный коробок) габариты.

↑ Результаты испытаний

Регулятор был собран на самопальной макетной плате моим другом и был опробован в работе с различными нагрузками:
1) галогенный прожектор (200 Вт);
2) тепловентилятор;
3) светодиодная группа от ТВ матрицы (150 В);
3) электродрель (360 Вт);
4) различные трансформаторы (от адаптеров питания старых модемов до трансформаторов от старых телевизионных приёмников).

Результаты оказались ожидаемыми. А это значит, что связку «регулятор-трансформатор» можно использовать в качестве автотрансформатора и получить на выходе регулируемое от 0 до максимального значения переменное напряжение.

Получилась также очень плавная регулировка светового потока, как галогенных ламп, так и светодиодной группы.

Регулировка оборотов/мощности двигателей (тепловентилятора и электродрели) так же — удалась, несмотря на то, что эта функция не имела для меня особого значения и была исследована ради интереса.

Регулировка мощности 2-киловаттной секции ТЭНов — успешно. Регулятор стабильно работает в широком диапазоне токов (от десятых долей миллиампер) и не имеет выбросов напряжения при коммутации.

↑ Рекомендации

При работе на мощную нагрузку с частотой выше 5-7 кГц для некоторых экземпляров таймеров и ПТ с большой ёмкостью затвора, может потребоваться включение При этом убирается VD1, R1, и один из ПТ, а нагрузка включается между стоком ПТ и плюсом питающего напряжения, который подаётся и на вывод 8 микросхемы таймера.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации