Повышающий регулятор мощности паяльника

А. АБРАМОВИЧ, Радио №1/2014 ст.26

Предлагаемый вниманию читателей прибор предназначен для регулирования мощности паяльников и других нагревательных приборов мощностью до 100 Вт. Его можно использовать также для питания осветительных приборов с лампами накаливания такой же мощности при пониженном напряжении в сети.

Отличительная особенность прибо­ра его способность регулировать мощность, передаваемую в нагрузку, не только в сторону её уменьшения, но и в сторону увеличения относительно но­минального значения. Интервал регу­лирования очень широк — от 1 до 180 % номинальной мощности подключённой нагрузки. Как известно, амплитудное значе­ние синусоидального сетевого напря­жения в 1,41 раза больше эффективно­го. За счёт этого, подключив к сети выпрямитель со сглаживающим фильт­ром, можно получить постоянное на­пряжение около 310 В. Из него неслож­но сформировать прямоугольные им­пульсы такой амплитуды, а меняя их коэффициент заполнения, можно регу­лировать эффективное значение им­пульсного напряжения от нуля до 1,41 эффективного значения исходного синусоидального напряжения. Тепло­вая мощность питаемого таким напря­жением паяльника или другого нагре­вательного прибора будет меняться от нуля до удвоенной номинальной мощ­ности.

Описание устройства, работающего по описанному выше принципу, было опубликовано ранее в статье С. Лусты «Повышающий регулятор напряжения» («Радио», 2006, № 5, с. 39). Предложен­ный в ней регулятор прост и компактен, однако ему присущи некоторые недо­статки. Отсутствует какая-либо индика­ция установленного уровня мощности, регулируется она вращением ручки пе­ременного резистора. Кроме того, при включении устройства в сеть необходи­мо соблюдать определённые правила, иначе оно может быть повреждено.

Предлагаю вниманию читателей регулятор, собранный на микроконтрол­лере. Он имеет кнопочное управление и цифровую индикацию установленной мощности. Три режима работы, выби­раемые нажатиями на соответствующие кнопки, позволяют быстро разогревать паяльник даже при пониженном напря­жении в сети, а затем поддерживать его рабочую температуру. Установленную для каждого режима работы мощность также можно изменять нажатиями на кнопки. Заданное значение автоматиче­ски сохраняется в энергонезависимой памяти микроконтроллера. К регулято­ру можно подключать паяльники мощ­ностью до 100 Вт, а также осветитель­ные приборы с лампами накаливания.

Схема регулятора мощности изобра­жена на рис. 1 Его основа — микро­контроллер PIC16F628 (DD1), в котором имеется модуль ШИМ, формирующий на выходе RB3 прямоугольные импуль­сы программно изменяемой скважнос­ти. Частота следования этих импульсов при работе микроконтроллера от встро­енного RC-генератора около 360 Гц. Их коэффициент заполнения (величина, обратная скважности) пропорционален установленному значению выходной мощности.

Импульсы поступают на излучающий диод оптрона U1, необходимого для галь­ванической развязки силовой и низко­вольтной частей прибора. С коллектора фототранзистора оптрона управляющие импульсы поступают на затвор полевого транзистора VT3. который коммутирует нагрузку. Стабилитрон VD6, включённый между затвором и истоком транзистора, ограничивает амплитуду управляющих импульсов до безопасного значения.

Формирователь импуль­сов питается от выпрямителя сетевого напряжения на ди­одном мосте VD5 со сглажи­вающим конденсатором С4. Для ограничения тока заряд­ки этого конденсатора в мо­мент включения устройства в сеть применён терморези­стор RK1 Фильтр L1C1C2 предотвращает проникнове­ние помех от прибора в пи­тающую сеть.

К выходам RB4—RB7 мик­роконтроллера через пре­образователь кода DD2 под­ключён четырёхразрядный семиэлементный светодиод­ный индикатор HG1, в кото­ром используются только три разряда. Общие аноды эле­ментов разрядов подключе­ны к эмиттерам транзисто­ров VT1, VT2, VT4.

С выходами RA3, RA6, RA7 микроконтроллера соедине­ны светодиоды, которые по­казывают выбранный режим работы. К входам RBO—RB2 подключены кнопки управле­ния.

Цифровая часть прибора питается от стабилизатора напряжения на микросхеме DA1. Его выходное напряже­ние — 5 В при токе нагрузки до 0,4 А.

В приборе применены ре­зисторы МЛТ и импортные ок­сидные конденсаторы. Транзи­сторы КТ503Д можно заме­нить приборами той же серии с любым буквенным индексом, транзистор 2SK2761 — на IRF830 или КП707В2 Оптрон РС817 — на РС120, Вместо светодиода FYL-3014UGC можно применить любой зелё­ного, а вместо FVL-3014SRC — красного цвета свечения. Кнопки — любые малогаба­ритные.

Индикатор CA56-21SRWA можно заменить на БО­МБ 1DRD или использовать три одноразрядных семиэле­ментных индикатора с общим анодом, например, АЛС324Б или АЛСЗЗЗБ2. Катоды одно­имённых элементов таких индикаторов объединяют и подключают к соответствую­щим выходам преобразова­теля кода через резисторы R9-R15.

В качестве С1, С2 необходимо ис­пользовать импортные конденсаторы, предназначенные для работы в цепях переменного тока. В крайнем случае можно применить конденсаторы К73-17 на постоянное напряжение 630 В. Дрос­сель L1 и терморезистор RK1 — от бло­ка питания IBM PC.

Все детали устройства, за исключе­нием блока питания (состоящего из трансформатора Т1, диодов VD1 VD4, микросхемы DA1, конденсаторов СЗ, С5, С6), смонтированы на печатной пла­те, чертёж которой приведён на рис. 2. Индикатор HG1 устанавливают на краю платы перпендикулярно её поверхнос­ти, его выводы соединяют с соответст­вующими контактными площадками от­резками тонкого монтажного провода.

Блок питания монтируют на отдельной печатной плате, чертёж которой не приводит­ся. В нём можно использо­вать любой малогабаритный понижающий трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 7.. 10 В при токе на­грузки 0,4 А. Пригодны не­которые унифицированные трансформаторы серии ТПП, например ТПП220-127/220-50.

Чтобы получить требуемое напряжение, в этом транс­форматоре необходимо со­единить последовательно все вторичные обмотки, за исклю­чением одной напряжением 2,5В. Кроме того, следует соединить выводы 3 и 7 пер­вичных обмоток, а напряжение 220 В подавать на выводы 2 и 9. Стабилизатор DA1 должен быть снабжён теплоотво­дом площадью 5. .7 см² из алюминие­вого листа.

Для питания регулятора можно ис­пользовать и готовый трансформатор­ный или импульсный блок питания, обеспечивающий стабилизированное напряжение 5 В при токе нагрузки не ме­нее 0,4 А. Например, импульсный блок питания от неисправного DVD-плейера.

Внешний вид регулятора показан на рис. 3 Он собран в корпусе привода CD-ROM персонального компьютера. На передней панели расположены ин­дикатор HG1, кнопки управления и све­тодиоды. На верхней крышке закрепле­ны держатели для паяльника, а на зад­ней стенке установлена розетка XS1 для его подключения. После сборки на регулятор необхо­димо подать напряжение питания и убе­диться в нормальной работе его цифро­вой части. После этого следует прове­рить осциллографом амплитуду и фор­му импульсов на затворе транзистора VT3. Их амплитуда должна быть не менее 10В, а форма близка к прямоугольной. Если это не так, придётся подобрать резистор R8. Обращаю внимание читателей, что во время выполнения описываемых выше операций общий провод осцил­лографа приходится соеди­нять с истоком транзистора VT3, имеющим гальваниче­скую связь с питающей сетью. Работая с подключённым та­ким образом осциллогра­фом, следует соблюдать ос­торожность, чтобы не полу­чить электрический удар. Эксплуатируя прибор, не­обходимо помнить, что через него нельзя питать электро­приборы, содержащие индук­тивные элементы (трансфор­маторы, дроссели, электро­двигатели), а также любые электронные узлы. Подавая на нагрузку мощность, превы­шающую номинальную, пом­ните, что это приводит к рез­кому сокращению её ресурса, а воз­можны и более серьёзные неприятно­сти. Строго соблюдайте правила пожар­ной безопасности и не оставляйте включённые нагревательные приборы без присмотра.

От редакции Программа микроконтроллера имеется по адресу https://ftp.radio.ru/pub/2014/01/power.zip на на тем FTP-сервере.