Фазовый диммер с ШИМ управлением.

Автор: 3711
Опубликовано 29.07.2015
Создано при помощи КотоРед.

Всем доброго времени суток!
Расскажу сначала предысторию создания диммера. Многие радиолюбители не раз ломали голову над автоматическим включением/выключением света в санузле. Мною в своё время так же была разработана схема на микроконтроллере, которая успешно справлялась с поставленной задачей. Управляла схема светодиодной лентой, поэтому на выходе контроллера управление яркостью осуществлялось с помощью ШИМ модуляции. В жизни случился переезд. Освещение в туалете на новой квартире было сделано на галогеновой лампе. Так как эстетическое состояние данного помещения меня вполне устраивало, начались раздумья, как прикрутить мой контроллер к лампе накаливания. Вот в процессе этих раздумий и родилась данная схема.

Особенности диммера:
Для коммутации нагрузки используется мощный полевой транзистор, поэтому схема разработана с отсечкой по заднему фронту. Данная особенность позволяет отказаться от дросселя в выходной цепи и не наделать при этом помех.
Итак, для начала рассмотрим схему с управлением от обычного потенциометра (рис.1). На её примере я расскажу, как всё работает.

Выпрямленное диодным мостом (D1-D4) напряжение поступает на гасящий резистор R1 и через диод D6 на стабилизатор (D7, C3) 24V. Компаратор Ic1a является детектором нуля, а резисторы R6, R7 и конденсатор С1 формируют пилообразный сигнал. Детектор нуля работает следующим образом. Резисторы R4, R5 образуют делитель на напряжение 2,4V. Цепочка R2, R3 и D5 образует делитель напряжения выпрямленного напряжения 220V. Резистор R3 необходим для разрядки емкости PN перехода стабилитрона D5. В момент нарастания сетевого напряжения, напряжение на катоде стабилитрона D5 будет увеличиваться пока, не достигнет значения 5V, после чего останется на этом уровне пока сетевое напряжение не снизится ниже 5V. Компаратор Ic1a сравнивает напряжения на выводах 5 и 6. Пока напряжение на выходе 5 ниже чем на выходе 6 (2,4V) выходной каскад компаратора открыт и конденсатор С1 разряжен. Как только напряжение на 5 ножке становится выше, чем на 6й, начинается заряд конденсатора через токоограничивающую цепочку R6, R7. Номиналы этой цепочки подобраны таким образом, что за время полупериода сетевого напряжения конденсатор успеет зарядиться до 12V. Далее цикл повторяется. Диод D6 необходим для того чтобы постоянное напряжение с конденсатора С3 не попадало на стабилитрон D5.
Компаратор Ic1b сравнивает напряжение пилообразного сигнала с конденсатора С1 и напряжение на выходе переменного резистора R9 (от 0-12V). Пока напряжение на втором выводе ниже, чем на третьем выходной каскад компаратора закрыт, и полевой транзистор напряжением через резистор R10 открывается и подает напряжение на нагрузку. Как только напряжение на 2м выводе превысит напряжение на потенциометре R9, открывается транзистор в выходном каскаде Ic1b, напряжение на затворе полевого транзистора падает до нуля и он закрывается, отключая нагрузку.
Варистор Z1 необходим для защиты полевого транзистора от высоковольтных помех в сети.

Схема для работы с ШИМ управлением не сильно отличается от предыдущей. Вместо переменного резистора добавим оптопару U1 для развязки от сетевого напряжения и на элементах R8, R9, C2 (рис.2) построим фильтр, преобразующий ШИМ сигнал в постоянное напряжение.

По мере увеличения скважности ШИМ сигнала будет расти постоянное напряжение на выводе 3 Ic1b и соответственно яркость лампы.
Настройка диммера производится следующим образом. 4 и 5 ножки оптопары U1 замыкаются и подстроечным резистором R7 ловится момент, когда лампа перестает увеличивать яркость. Если не работает детектор нуля можно попробовать снизить сопротивление резистора R3.
Все резисторы кроме R1, R2 любые маломощные, в том числе SMD. Резистор R1 лучше сделать составной из нескольких штук. Это уменьшает возможность пробоя высоким напряжением сети. В моем случае это три резистора по 12к и один 18к, мощность 0,5Вт. R2 так же лучше сделать составным по той же причине. При нагрузке 150W радиатор для транзистора не потребовался. Транзистор оставался абсолютно холодным.
Частота ШИМ сигнала должна находиться в пределах 1000-3000 Гц. Если наблюдается мерцание лампы можно увеличить емкость конденсатора С2, но это увеличит инертность срабатывания диммера.
Мною были собраны два диммера. Оба после сборки заработали безо всяких проблем. Наработка чуть менее года. Работают, всё это время не отключаюсь от сети 24 часа в сутки 7 дней в неделю. К диммерам подключены лампы накаливания и галогеновые 12V лампы через электронный блок питания.
Диммер находится под напряжением опасным для жизни. Будьте аккуратны, не наступайте на фазу.

Все вопросы в Форум.