Κύκλωμα ρυθμιστή ανεμιστήρα ελεγχόμενου PWM

Σε αυτό το άρθρο εξετάζουμε ένα απλό κύκλωμα 220W με ελεγχόμενο ανεμιστήρα PWM ή κύκλωμα ρυθμιστή φωτός που δεν απαιτεί μικροελεγκτή ή δαπανηρά προγράμματα οδήγησης triac για τις προβλεπόμενες λειτουργίες.

Χωρητική φάση τεμαχισμού

Όλοι οι κανονικοί τύποι ρυθμιστή ανεμιστήρα και dimmers που βασίζονται στην τεχνολογία χωρητικής κοπής φάσης έχουν ένα κοινό μειονέκτημα, αυτά δημιουργούν πολύ θόρυβο RF και απαιτούν ογκώδεις επαγωγείς για τον μερικό έλεγχο τους.

Επιπλέον, η αλλαγή ή η κοπή φάσης που γίνεται με τη συνηθισμένη τεχνολογία πυκνωτή Diac στερούνται ακρίβειας και ευκρίνειας.

Το προτεινόμενο κύκλωμα ρυθμιστή ανεμιστήρα PWM χωρίς μετασχηματιστή που έχει σχεδιαστεί από εμένα είναι απαλλαγμένο από όλα αυτά τα πιθανά προβλήματα που συνήθως συνοδεύονται από παραδοσιακούς ανεμιστήρες ή ρυθμιστές φωτισμού, καθώς χρησιμοποιεί ένα προηγμένο κύκλωμα βασισμένο σε CMOS IC και ένα ακριβές στάδιο ανίχνευσης μηδενικής διέλευσης.

Δεν χρησιμοποιούνται MCU

Το καλύτερο πράγμα για αυτό το κύκλωμα είναι ότι δεν απαιτεί μικροελεγκτές και προγραμματισμό, και επίσης ένα πρόγραμμα οδήγησης triac έχει εξαλειφθεί καθιστώντας το κύκλωμα εξαιρετικά εύκολο στην κατασκευή ακόμη και για τους νέους χομπίστες.

Ας μάθουμε λεπτομερώς τη διαμόρφωση, η οποία είναι μάλλον πολύ απλή:

Αναφερόμενοι στο κύκλωμα, το IC1 που είναι ένα χρονοδιακόπτη 4060 είναι διαμορφωμένο ώστε να παράγει έναν καθυστερημένο θετικό παλμό για το triac κάθε φορά που η φάση διασχίζει τη μηδενική γραμμή της γωνίας φάσης.

Ολόκληρο το κύκλωμα τροφοδοτείται από μια συνηθισμένη χωρητική τροφοδοσία χρησιμοποιώντας C1, D5, Z1 και C3.

Το IC1 είναι διαμορφωμένο στην τυπική του μορφή για τη δημιουργία καθυστερημένου διακόπτη ON ή υψηλό κάθε φορά που ο pin12 περνάει από μια ενέργεια επαναφοράς.

Εναλλαγή μηδενικής διέλευσης για το Triac

Η δράση εξασθένισης ή η δράση ελέγχου φάσης επιτυγχάνεται κάνοντας το triac να διεξαχθεί μετά από μια προκαθορισμένη καθυστέρηση κάθε φορά που ανιχνεύεται μηδενική διέλευση.

Εάν αυτή η καθυστέρηση είναι μικρή, σημαίνει ότι το triac έχει την ευκαιρία να κάνει για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα για τις γωνίες φάσης, με αποτέλεσμα ο συνδεδεμένος ανεμιστήρας να περιστρέφεται πιο γρήγορα ή το φως να λάμπει πιο φωτεινό.

Καθώς αυξάνεται αυτή η καθυστέρηση, το triac αναγκάζεται να διεξαχθεί για αναλογικά μικρότερες χρονικές διαστάσεις σε όλες τις γωνίες φάσης, παράγοντας μια αναλογική μείωση της ταχύτητας ή της φωτεινότητας του συνδεδεμένου ανεμιστήρα ή του φωτός αντίστοιχα.

Η λειτουργία μηδενικής διέλευσης επιβάλλεται απλά χρησιμοποιώντας έναν συνηθισμένο οπτικό ζεύκτη, όπως φαίνεται στο δεδομένο διάγραμμα.

Η γέφυρα D1 --- D4 μετατρέπει την εναλλασσόμενη γωνία φάσης σε ισοδύναμους 100 Hz θετικούς παλμούς.

Το LEd και το τρανζίστορ μέσα στον οπτικό ζεύκτη αποκρίνονται σε αυτούς τους θετικούς παλμούς των 100Hz και παραμένουν ενεργοποιημένοι μόνο για όσο διάστημα οι παλμοί είναι 0,8V πάνω από το μηδέν και απενεργοποιούνται αμέσως καθώς οι παλμοί φτάνουν στο μηδέν σημείο διέλευσης.

Ενώ το οπτο-τρανζίστορ βρίσκεται στη φάση διεξαγωγής, ο ακροδέκτης IC12 διατηρείται στο επίπεδο του εδάφους επιτρέποντας καθυστέρηση ή προκαθορισμένο παλμό αρνητικής εκκίνησης για την πύλη triac.

Ωστόσο, στα επίπεδα μηδενικής διέλευσης ο οπτικός διακόπτης OFF, επαναρυθμίζοντας τον ακροδέκτη 12 του IC έτσι ώστε ο ακροδέκτης IC3 να επανεκκινήσει μια νέα ή μια νέα καθυστέρηση για την απόκριση του triac για τη συγκεκριμένη γωνία φάσης.

Έλεγχος φάσης PWM

Το μήκος ή το πλάτος παλμού αυτού του παλμού καθυστέρησης μπορεί να ποικίλει προσαρμόζοντας κατάλληλα το VR1 το οποίο επίσης γίνεται το κουμπί ελέγχου ταχύτητας για το συζητούμενο κύκλωμα ρυθμιστή ανεμιστήρα ελεγχόμενου PWM.

Τα VR1 και C2 πρέπει να επιλέγονται έτσι ώστε η μέγιστη καθυστέρηση που παράγεται από αυτά να μην υπερβαίνει το χρονικό διάστημα 1/100 = 0,01 δευτερόλεπτο προκειμένου να διασφαλιστεί γραμμική αύξηση 0 έως πλήρης βαθμονόμηση πάνω από το δεδομένο κουμπί ελέγχου.

Τα παραπάνω θα μπορούσαν να εφαρμοστούν με κάποιο δοκιμαστικό σφάλμα ή χρησιμοποιώντας τον τυπικό τύπο για IC 4060.

Για τα παραπάνω μπορείτε επίσης να πειραματιστείτε τις άλλες εξόδους του IC.

Διάγραμμα κυκλώματος

Λίστα ανταλλακτικών

R1, R5 = 1Μ
R2, R3, R4 R6 = 10Κ
VR1, C2 = ΔΕΙΤΕ ΚΕΙΜΕΝΟ
OPTO = 4N35 Ή ΟΠΟΙΑΔΗΠΟΤΕ ΠΡΟΤΥΠΟ
C1 = 0,22uF / 400v
C3 = 100uF / 25V
D1 --- D5 = 1N4007
Z1 = 12V
IC1 = 4060
TRIAC = BT136

Προσομοίωση κυματομορφής

Η παρακάτω εικόνα κυματομορφής καθυστέρησης δείχνει πώς μπορεί να καθυστερήσει η φάση για τον ανεμιστήρα σε κάθε μηδενική διέλευση, για τις διάφορες ρυθμίσεις των VR1 και C2.

Smart PWM Fan Regulator χρησιμοποιώντας IC 555

Σχεδόν όλα τα κυκλώματα ρυθμιστή φωτός / ανεμιστήρα χρησιμοποιούν έναν ανορθωτή ελεγχόμενο από πυρίτιο (triac ή SCR).

Αυτές οι συσκευές αλλάζουν με μια προκαθορισμένη γωνία φάσης που στη συνέχεια παραμένει στη λειτουργία αγωγιμότητας μέχρι την ακόλουθη μηδενική διέλευση του κύκλου εναλλασσόμενου ρεύματος.

Αυτή η διαδικασία φαίνεται εύκολη, ωστόσο ταυτόχρονα παρουσιάζει δυσκολίες κατά τον έλεγχο μικρότερων φορτίων ή ποια είναι επαγωγικό στη φύση προκαλεί υστέρηση και τρεμοπαίζει.

Ο λόγος αυτών των ζητημάτων εξαρτάται από την αλήθεια ότι λόγω μικρότερης ισχύος, το ρεύμα που παρέχεται στις συσκευές είναι ανεπαρκές για να διατηρήσει την αγωγιμότητά τους.

Επομένως, μια περιοχή του χαρακτηριστικού ελέγχου δεν εφαρμόζεται πλήρως. Το αποτέλεσμα επιδεινώνεται περαιτέρω για τα επαγωγικά φορτία.

Πώς λειτουργεί το κύκλωμα

Το προτεινόμενο κύκλωμα ρυθμιστή AC 220V PWM που χρησιμοποιεί IC 555 σάς δίνει μια απλή λύση παρέχοντας στο triac ένα συνεχές ρεύμα πύλης, για να διασφαλίσετε ότι τα φορτία τόσο ονομαστικά όσο 1 watt ελέγχονται επίσης ομαλά.

Για να έχουμε το κύκλωμα όσο πιο συμπαγές και απλό μπορεί, χρησιμοποιούμε το δημοφιλές χρονόμετρο IC 555.

Η έξοδος του IC 555, η οποία μπορεί συνήθως να ενεργοποιηθεί υψηλά, ενεργοποιείται χαμηλά μέσω αρνητικής δυνητικής εισόδου.

Αυτή η αρνητική παροχή διατίθεται από το στάδιο που περιλαμβάνει C1-R3, ανορθωτή D1-D2, μαζί με το τμήμα σταθεροποιητή D3-C2. Τα BJTs T1 έως T3 παρέχουν έναν παλμό αρχικοποίησης στον ακροδέκτη εισόδου σκανδάλης # 2 του 555 για καθεμία από τις μηδενικές διασταυρώσεις της εισόδου εναλλασσόμενου ρεύματος.

Κατά τη διάρκεια μιας περιόδου PWM, όπως αποφασίστηκε από τη ρύθμιση των P1 και P2, η έξοδος του IC 555 είναι συνήθως υψηλή και, ως εκ τούτου, έχουμε σχεδόν μηδενική διαφορά τάσης μεταξύ των ακίδων 3 και του ακροδέκτη 8, δηλαδή το triac παραμένει απενεργοποιημένο.

Μόλις παρέλθει το καθορισμένο διάστημα, ο πείρος 3 γίνεται χαμηλός και ενεργοποιείται το triac.

Για τον υπόλοιπο κύκλο μισού εναλλασσόμενου ρεύματος, ένα ρεύμα πύλης συνεχίζει να λειτουργεί, το οποίο επιτρέπει στο triac να συνεχίσει να λειτουργεί.

Το χαμηλότερο σημείο όπου, για παράδειγμα, ένας λαμπτήρας δεν χρειάζεται να φωτίζεται μόνο, καθορίζεται με προσεκτική ρύθμιση του δοχείου P1. Το φίλτρο R7 C5 L1 παρέχει την απαραίτητη αποσύνδεση για το triac.

Ως τελικό σημείο, να θυμάστε ότι η απόλυτη μέγιστη ισχύς που θα μπορούσε να διέπεται από αυτόν τον διακόπτη έξυπνης ρύθμισης που βασίζεται στο IC 555 δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 600 watt.