Генератор реле напряжения своими руками

Как сделать простой регулятор напряжения своими руками

28 сентября 2018

Время на чтение:

В электрических схемах для изменения уровня выходного сигнала используется регулятор напряжения. Основное его назначение — изменять подаваемую на нагрузку мощность. C помощью устройства управляют оборотами электродвигателей, уровнем освещённости, громкостью звука, нагревом приборов. В радиомагазинах можно приобрести готовое изделие, но несложно изготовить регулятор напряжения своими руками.

Описание устройства

Регулятором напряжения называется электронный прибор, служащий для повышения или понижения уровня выходного сигнала, в зависимости от величины разности потенциалов на его входе. То есть это устройство, с помощью которого можно управлять значением мощности, подводимой к нагрузке. При этом регулировать подаваемый уровень энергии можно как на реактивной, так и активной нагрузке.

Самым простым устройством, с помощью которого можно изменять уровень сигнала, считается реостат. Он представляет собой резистор, имеющий два вывода, один из которых подвижный. При перемещении ползункового вывода реостата изменяется сопротивление. Для этого он подключается параллельно нагрузке. Фактически это делитель напряжения, позволяющий регулировать величину разности потенциалов на нагрузке в пределах от нуля до значения, выдаваемого источником энергии.

Использование реостата ограничено мощностью, которую можно через него пропустить. Так как при больших значениях тока или напряжения он начинает сильно нагреваться и в итоге перегорает, поэтому на практике применение реостата ограничено. Его используют в параметрических стабилизаторах, элементах электрического фильтра, усилителях звука и регуляторах освещённости небольшой мощности.

Разновидности приборов

По виду выходного сигнала регуляторы разделяют на стабилизированные и нестабилизированные. Также они могут быть аналоговыми и цифровыми (интегральными). Первые строятся на основе тиристоров или операционных усилителей. Их управление осуществляется путём изменения параметров RC цепочки обратной связи. Совместно с ними для повышения мощности применяются биполярные или полевые транзисторы. Работа же интегральных устройств связана с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), поэтому в цифровой схемотехнике используются микроконтроллеры и силовые транзисторы, работающие в ключевом режиме.

При изготовлении самодельного регулятора напряжения могут быть использованы следующие элементы:

• резисторы;
• тиристоры или транзисторы;
• цифровые или аналоговые интегральные микросхемы.

Первые два типа имеют несложные схемы и довольно просты к самостоятельной сборке. Их можно изготавливать без использования печатной платы с помощью навесного монтажа, в то время как импульсные регуляторы на основе микроконтроллеров требуют более обширных знаний в радиоэлектронике и программировании.

Характеристика регулятора

По своему виду приспособления могут изготавливаться в портативном или стационарном исполнении. Устанавливаются они в любом положении: вертикальном, потолочном, горизонтальном.

Устройства могут крепиться с использованием дин-рейки или встраиваться в различные блоки и приборы. Конструктивно регуляторы возможно изготовить как корпусными, так и без помещения в корпус.

К основным характеристикам устройств относят следующие параметры:

1. Плавность регулировки. Обозначает минимальный шаг, с которым происходит изменение величины разности потенциалов на выходе. Чем он плавнее, тем точнее можно выставить значение напряжения на выходе.
2. Рабочая мощность. Характеризуется значением силы тока, которое может пропускать через себя прибор продолжительное время без повреждения своих электронных связей.
3. Максимальная мощность. Пиковая величина, которую кратковременно выдерживает устройство с сохранением своей работоспособности.
4. Диапазон входного напряжения. Это значения входного сигнала, с которым устройство может работать.
5. Диапазон изменяемого сигнала на выходе устройства. Обозначает значения разности потенциалов, которое может обеспечить устройство на выходе.
6. Тип регулируемого сигнала. На вход устройства может подаваться как переменное, так и постоянное напряжение.
7. Условия эксплуатации. Обозначает условия, при которых характеристики регулятора не изменяются.
8. Способ управления. Выставление выходного уровня сигнала может осуществляться пользователем вручную или без его вмешательства.

Особенности изготовления

Изготовить регулирующее приспособление можно несколькими способами. Самый лёгкий -приобрести набор, содержащий уже готовую печатную плату и радиоэлементы, необходимые для сборки своими руками. Кроме них, набор содержит электрическую и принципиальную схему с описанием последовательности действий. Такие наборы называются KIT и предназначены для самых неопытных радиолюбителей.

Другой путь подразумевает самостоятельное приобретение радиокомпонентов и изготовление в случае необходимости печатной платы. Используя второй способ, можно будет сэкономить, но он занимает больше времени.

Существует множество схем разного уровня сложности для самостоятельного изготовления. Но чтобы сделать регулятор напряжения, кроме схемы, понадобится подготовить следующие инструменты, приборы и материалы:

• паяльник;
• мультиметр;
• припой;
• пинцет;
• кусачки;
• флюс;
• технический спирт;
• соединительные медные провода.

Если планируется собирать устройство, состоящее из 6 и более элементов, то целесообразно будет смастерить печатную плату. Для этого необходимо иметь фольгированный текстолит, хлорное железо и лазерный принтер.

Техника изготовления печатной платы в домашних условиях называется лазерно-утюжной (ЛУТ). Её суть заключается в распечатывании печатной платы на глянцевом листе бумаги, и переносом изображения на текстолит с помощью проглаживания утюгом. Затем плату погружают в раствор хлорного железа. В нём открытые участки меди растворяются, а закрытые с переведённым изображением формируют необходимые соединения.

При самостоятельном изготовлении прибора важно соблюдать осторожность и помнить про электробезопасность, особенно при работе с сетью переменного тока 220 В. Обычно правильно собранный регулятор из исправных радиодеталей не нуждается в настройке и сразу начинает работать.

Простые схемы

Для управления величиной выходного напряжения для слабо мощных устройств можно собрать простой регулятор напряжения на 2 деталях. Понадобится лишь транзистор и переменный резистор. Работа схемы проста: с помощью переменного резистора происходит индуцирование (отпирание транзистора).

Если управляющий вывод резистора находится в нижнем положении, то напряжение на выходе схемы равно нулю. А если вывод перемещается в верхнее положение, то транзистор максимально становится открытым, а уровень выходного сигнала будет равен напряжению источника питания за вычетом падения разности потенциалов на транзисторе.

При изменении сопротивления регулируется величина напряжения на выходе. В зависимости от типа транзистора изменяется и схема включения. Чем номинал переменного резистора будет меньше, тем регулировка будет плавней. Недостатком схемы является чрезмерный нагрев транзистора, поэтому чем больше будет разница между Uвх и Uвых, тем он будет сильнее нагреваться.

Такую схему удобно применять для регулировки вращения компьютерных вентиляторов или других слабых двигателей, а также светодиодов.

Симисторный вид

Для регулировки переменного напряжения используются симисторные регуляторы, с помощью которых можно управлять мощностью паяльника или лампочки. Собрав схему на недорогом и доступном симисторе BT136, можно изменять мощность нагрузки в пределах 100 ватт.

Для сборки схемы понадобится:

Наименование	Номинал	Аналог
Резистор R1	470 кОм
Резистор R2	10 кОм
Конденсатор С1	0,1 мкФ х. 400 В
Диод D1	1N4007	1SR35–1000A
Светодиод D2	BL-B2134G	BL-B4541Q
Динистор DN1	DB3	HT-32
Симистор DN2	BT136	КУ 208

Принцип работы регулятора заключается в следующем: через цепочку, состоящую из динистора DN1, конденсатора C1 и диода D1, ток поступает на симистор DN2, что приводит к его открытию. Момент открытия зависит от ёмкости C1, которая заряжается через резисторы R1 и R2. Соответственно, изменением сопротивления R1 управляется скорость заряда C1.

Несмотря на простоту, такая схема отлично справляется с регулировкой вольтажа нагревательных устройств, использующих вольфрамовую нить. Но так как такая схема не имеет обратной связи, использовать её для управления оборотами коллекторного электродвигателя нельзя.

Реле напряжения

Для автолюбителей важным элементом является устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети в установленных пределах при изменении различных факторов, например, оборотов генератора, включении или выключении фар. Использующиеся для этого приборы работают по одинаковому принципу – стабилизация напряжения путём изменения тока возбуждения. Иными словами, если уровень сигнала на входе изменяется, то устройство уменьшает или увеличивает ток возбуждения.

Собранная схема своими руками реле-регулятора напряжения должна:

• работать в широком диапазоне температур;
• выдерживать скачки напряжения;
• иметь возможность отключения во время запуска мотора;
• обладать малым падением разности потенциалов.

Упрощённо принцип работы можно описать в следующем виде: при величине напряжения, превышающей установленное значение, ротор отключается, а при её нормализации запускается вновь. Основным элементом схемы является ШИМ стабилизатор LM 2576 ADJ.

Микросхема TC4420EPA предназначена для моментального переключения транзистора. С помощью резистора R3, конденсатора C1 и стабилитронов VD1, VD2 осуществляется защита микросхемы и полевого транзистора. Резисторы R1 и R2 задают опорное напряжение для стабилизатора. DD1 управляет работой полевого транзистора и ротора. Диод D2 используется для ограничения управляющего напряжения. Индуктивность L1 обеспечивает плавность разрядки ротора через диоды D4 и D5 при размыкании цепи.

Управляемый блок питания

Конструируя различные схемы, радиолюбители часто собирают источники напряжений. Спаяв регулятор постоянного напряжения своими руками, его можно будет использовать как управляемый блок питания в диапазоне от 0 до 12В.

Собираемый источник напряжения состоит из 2 частей: блока питания и параметрического регулятора напряжения. Первая часть изготавливается по классической схеме: понижающий трансформатор — выпрямительный блок. Типом используемого трансформатора, выпрямительных диодов и транзистора определяется мощность устройства. Переменное напряжение сети понижается в трансформаторе до 11 вольт, после чего попадает на диодный мост VD1, где становится постоянным. Конденсатор C1 используется как сглаживающий фильтр. Сигнал поступает на параметрический стабилизатор, состоящий из резистора R1 и стабилитрона VD2.

Параллельно стабилитрону подключён резистор R2, которым и изменяется уровень выходного напряжения. Транзисторы включены по упрощённой схеме эмиттерного повторителя, и при появлении на их переходах напряжения начинают работать в режиме усиления тока. То есть сигнал, снятый с R2, поступает на выход прибора через транзисторы, которые снижают его значение на величину своего насыщения. Таким образом, чем больше подаётся на них напряжение, тем сильнее они открываются и больше мощности поступает на выход.

Этот регулируемый блок питания может работать с нагрузкой до трёх ампер, то есть обеспечивать мощность до 30 ватт. Если есть опыт, то схема паяется навесным монтажом с использованием проводов любого сечения.

Источник

Генератор реле напряжения своими руками

Микроконтролерный реле регулятор.

Автор: Митько Виталий Сергеевич
Опубликовано 11.02.2016
Создано при помощи КотоРед.

Предлагаемое устройство предназначено для замены штатного реле-регулятора напряжения в бортсети автомобиля и отличается тем, что поддерживаемое им напряжение зависит от температуры аккумуляторной батареи. Оно не требует налаживания и с помощью сигнальной лампы на приборной панели сигнализирует о некоторых неисправностях системы электропитания автомобиля. Недостатком можно считать необходимость вмешательства в электропроводку автомобиля, так как схема подключения нового реле-регулятора отличается от стандартной. Устройство не предназначено для использования в автомобилях с генераторами, управляемыми по K-Line (Mercedes, BMW и некоторые автомобили концерна VAG).Схема реле-регулятора изображена на рис. 1. Его основа — микроконтроллер ATtiny85-20SU (DD1), который без изменения схемы прибора, его печатной платы и программы микроконтроллера можно заменить на ATtiny25-20SU или ATtiny45-20SU. С микроконтроллерами других типов приложенные к статье программы работать не будут.

Рис. 1. Схема реле-регулятора

Линия PB0 (вывод 5) микроконтроллера настроена как выход. На ней программа формирует сигнал управления лампой, имеющейся на приборной панели автомобиля. Через эту же лампу на линию PB1 (вывод 6) микроконтроллера поступает сигнал о том, что зажигание включено. Этот вход защищён от выбросов напряжения стабилитроном VD2. Кроме указанного на схеме, здесь пригоден любой стабилитрон на 3,3. 4,9 В в подходящем корпусе. Конденсатор C6 подавляет шум стабилитрона. Упомянутая выше сигнальная лампа 12 В, 1,2. 1,4 Вт включена в коллекторную цепь транзистора VT1, усиливающего сигнал микроконтроллера.

Номинал резистора R11, указанный не схеме, можно уменьшить до 1 кОм, но нельзя увеличивать. Это связано с тем, что вместе с конденсатором C6 он образует интегрирующую цепь, задерживающую на некоторое время после закрывания транзистора VT1 достижение напряжением на входе PB1 микроконтроллера высокого логического уровня. Для безошибочного определения включённого и выключенного состояния замка зажигания автомобиля это время не должно быть больше имеющейся в программе задержки. Максимально допустимое сопротивление резистора R11 2,2 кОм определено экспериментально.

Линия PB2 (вывод 7) микроконтроллера через усилитель на транзисторах VT2-VT4 управляет обмоткой возбуждения генератора автомобиля. Обратите внимание, что транзисторы VT2 и VT3 питаются напряжением не 5 В, а 9 В от стабилизатора напряжения на стабилитроне VD3. Это необходимо, чтобы подать на затвор транзистора VT4 напряжение, достаточное для его полного открывания, при котором сопротивление открытого канала этого транзистора и рассеиваемая на нём мощность минимальны. Стабилитрон 1N5239B можно заменить любым другим с напряжением стабилизации 9. 10 В.

К линии PB3 (выводу 2) микроконтроллера подключают датчик температуры аккумуляторной батареи автомобиля. Если в качестве этого датчика применён терморезистор RK1 (я использовал приобретённый на сайте https:// www.ebay.com герметизированный, с длинными выводами «NTC Thermistor temperature sensor 10K 1 % 3950»), то вместе с резистором R10 он образует измерительный делитель напряжения. Если датчик — LM335 (BK1), который подключают вместо терморезистора, то через тот же резистор на него поступает напряжение питания. Конденсатор С4 — сглаживающий.

Обратите внимание, зависимости выходного напряжения от температуры у терморезистора и интегрального датчика температуры неодинаковы, поэтому программы микроконтроллера при использовании этих датчиков должны быть разными. В первом случае — это ATTINY85_HTC_10K, во втором — ATTI-NY85_LM335. Конфигурация микроконтроллера в обоих случаях должна соответствовать табл. 1. Она совпадает с первоначально установленной заводом-изготовителем.

Линия PB4 (вывод 3) микроконтроллера использована как аналоговый вход для контроля напряжения в бортсети. Резисторы R1, R6, R7, R9 образуют делитель этого напряжения для подачи на АЦП микроконтроллера. C1R8C3 — фильтр, сглаживающий пульсации измеряемого напряжения.

Резисторы R2-R5 образуют с конденсатором С2 фильтр питания, а с резистором R17 — балластное сопротивление для стабилизатора напряжения на стабилитроне VD3. Интегральный стабилизатор LM1117-5.0 (DA1) обеспечивает напряжением 5 В микроконтроллер.

Устройство собрано на печатной плате, изображённой на рис. 2. Она рассчитана на установку резисторов типоразмера 1206 для поверхностного монтажа и таких же конденсаторов (за исключением оксидных C2, C7 и C8). К транзисторам VT2 и VT3 особых требований не предъявляется. Те, типы которых указаны на схеме, можно заменить другими маломощными соответствующей структуры с напряжением коллектор-эмиттер не менее 30 В и в корпусе SOT95. Вместо BCX56 подойдёт любой n-p-n транзистор средней мощности в корпусе SOT-89 с допустимыми током коллектора не менее 1 А, напряжением коллектор-эмиттер 30 В и более. При соответствующей доработке платы можно применить подходящие транзисторы и в других корпусах. Например, VT1 — серии КТ815, VT2 — серии КТ315, VT3 — серии КТ361.

Полевой транзистор IRLR2905 имеет сопротивление открытого канала 0,027 Ом, максимальный ток стока — 30 А и корпус TO-252AA. На его месте сможет работать, например, транзистор IRLR2705 (0,04 Ом, 20 А), но он будет выделять заметно больше тепла и потребует более эффективного теплоотвода. Другая возможная замена — полевой транзистор RFP50N06 (0,022 Ом, 50 А). Он довольно популярен в автомобильных УМЗЧ, но имеет корпус TO-220AB.

В качестве замены микросхемы LM1117-5.0 подходят по параметрам многие интегральные стабилизаторы напряжения +5 В. Но все они несовместимы с ней по назначению выводов. Поэтому при замене потребуется вносить коррективы в печатную плату.

Диод 10A7 (VD1, устанавливаемый вне печатной платы) можно заменить любым другим диодом с допустимыми прямым током 10 А и обратным напряжением не менее 100 В.

Печатная плата изготовлена из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита, но печатные проводники вытравлены только на одной её стороне. Фольга на противоположной стороне платы сохранена и соединена с общим проводом устройства. После травления в плате сверлят отверстия. Затем вырезают из алюминиевого, медного или латунного листа толщиной 1,5. 2 мм пластину-теплоотвод размерами 72×42 мм — немного больше, чем сама плата. Используя плату в качестве шаблона, сверлят в пластине четыре крепёжных отверстия (на рис. 2 эти отверстия большего, чем другие, диаметра).

Предназначенные для не соединяемых с общим проводом выводов деталей отверстия в плате зенкуют со стороны сплошной фольги сверлом большого диаметра, чтобы удалить фольгу вокруг них. Два нижних (по рис. 2) крепёжных отверстия необходимо раззен-ковать со стороны печатных проводников. Выводы деталей, соединяемые с общим проводом, при монтаже следует пропаивать с обеих сторон платы.

Закончив монтаж всех деталей и проверив его, положите на плату со стороны печатных проводников пластину-теплоотвод. Она должна опереться на корпус транзистора VT4 и на две шайбы толщиной 2,3 мм, наложенные на верхние (по рис. 2) крепёжные отверстия. Место соприкосновения теплоотвода с корпусом транзистора желательно смазать теплопроводной пастой. Плату и теплоотвод скрепляют четырьмя винтами с гайками.

После проверки готового изделия в работе его разбирают, покрывают плату несколькими слоями влагозащитного лака (обязательно!), при этом защитив от лака соприкасающуюся с теплоотводом поверхность транзистора VT4 и контакты XT1-XT6, и вновь собирают. Зазор между платой и теплоотводом можно залить термоклеем.

В автомобилях, оборудованных электрогенератором, обмотки статора которого соединены по схеме «звезда» с трёхфазным выпрямительным мостом на шести диодах, новый реле-регулятор подключают по схеме, изображённой на рис. 3. Но предварительно нужно удалить штатные реле-регулятор и реле контроля зарядки аккумуляторной батареи. Места разрыва цепей обозначены на схеме крестами. Отключив от корпуса автомобиля правый (по схеме) вывод сигнальной лампы, соединяют его, как показано на схеме утолщённой линией, с выводом замка зажигания. Диод VD1 (см. рис. 1) в рассматриваемом случае не требуется.

Рис. 3. Схема подключения нового реле-регулятора

Если обмотки статора генератора соединены «треугольником», а выпрямитель состоит из девяти диодов, то новый реле-регулятор подключают к нему по схеме, изображённой на рис. 4. Здесь, кроме проводов, шедших к старому реле-регулятору, нужно разрезать ещё один, присоединённый к левому (по схеме) выводу сигнальной лампы.

Рис. 4. Схема подключения нового реле-регулятора

Через диод VD1 (см. рис. 1) обмотка возбуждения генератора питается при включённом зажигании, но остановленном или работающем на малых оборотах двигателе автомобиля. В отсутствие диода VD1 генератор при запуске двигателя работать не начнёт.

Непосредственно от замка зажигания (без диода) напряжение на обмотку возбуждения подавать нельзя, так как в этом случае запущенный двигатель продолжит работать и после выключения зажигания.

Датчик температуры крепят к аккумуляторной батарее липкой с двух сторон лентой, не забыв предварительно обезжирить место крепления. На противоположную датчику и батарее сторону ленты наклеивают небольшую поролоновую пластину. Она предохранит датчик от нагревания горячим воздухом подкапотного пространства.

Пока зажигание выключено, программа микроконтроллера «спит». «Проснувшись» при его включении, она подаёт сигнал «напряжение ниже заданного» — сигнальная лампа часто мигает. Как только после запуска двигателя напряжение генератора достигнет нижнего порогового значения, лампа погаснет, а программа перейдёт в режим стабилизации напряжения. При превышении его верхнего порогового значения программа установит низкий уровень на линии PB2 микроконтроллера, чем закроет транзистор VT4 и отключит обмотку возбуждения генератора. При снижении напряжения ниже нижнего порога программа установит на линии PB2 высокий уровень, открывая транзистор, замыкающий цепь питания обмотки возбуждения. Значения напряжения верхнего и нижнего порогов (включения и выключения обмотки возбуждения) зависят от температуры аккумуляторной батареи жёстко заданы в программе. Они указаны в табл. 2.

По поводу значения напряжения, которое нужно поддерживать, идёт много споров. Теоретически при температуре аккумуляторной батареи -30 оС напряжение должно быть равным 15,9 В. Но как показывает практика, это слишком много для бортовой электроники. А напряжение 12,5 В при прогретой до +50 оС батарее, конечно же, слишком мало. Особенно летом при работающих кондиционере, вентиляторах радиатора и других потребителях тока. Такое напряжение приводит к временному отказу системы ABS. По указанным причинам решено было остановиться на интервале изменения напряжения 12,8. 15 В.

Если напряжение остаётся меньшим нижнего порога более 10 с, сигнальная лампа начинает мигать с частотой около 2 Гц. Предусмотрена также индикация неисправности (замыкания или обрыва) в цепи датчика температуры — мигание сигнальной лампы с частотой 0,5 Гц. В этом случае программа удерживает напряжение в пределах 13,8. 14 В. Устройство выключается при полном отключении питания либо при снятии питания с сигнальной лампы (выключении зажигания).

Файлы программ(AtmelStudio) и печатной платы (Sprint-Layout 6). В архиве.

Источник