Представляем всем читателям сайта 2 Схемы довольно интересный проект цифрового электронного автотрансформатора. Проект был создан, потому что такой автотрансформатор намного легче и в будущем непременно заменит традиционный, сделанный на железном сердечнике. К тому же он имеет дополнительные функции – контроль частоты и защита от перегрузки по току.
Схема электронного автотрансформатора
Силовая схема делится на четыре части.
- Входная цепь состоит из фильтра, термистора ограничивающего пусковой ток, мостового диодного выпрямителя и конденсатора, фильтрующего выпрямленное сетевое напряжение.
- Вторая часть – H-мост, состоящий из 4-х транзисторов, управляемых изолированными драйверами MOSFET / IGBT, два из которых работают в схеме так называемой начальной загрузки, а резистор R10 используется для измерения тока нагрузки.
- Третья часть – фильтр нижних частот LC, построенный из элементов L1, L2, C6, C7, C9. Задача фильтра – сгладить модулированный прямоугольный сигнал, генерируемый транзисторами, и получить синусоидальный сигнал на его выходе.
- Четвертая часть представляет собой источник питания с популярной микросхемой LNK304 в типичной конфигурации из каталога.
Схема управления выполнена таким образом, чтобы в ней было минимальное количество элементов. Она питается от гальванически неизолированного напряжения 5 В от силовой цепи. По этой причине следует проявлять особую осторожность при запуске и настройке такого автотрансформатора.
Для управления силовыми транзисторами выбран микроконтроллер Microchip dsPIC33FJ32MC102, потому что это был самый дешевый микроконтроллер в своей серии. В архиве прилагается проект, созданный в MPLABX 5.35 и скомпилированный в XC16 v1.5, вместе с исходным кодом и схемами.
При написании программы для микроконтроллера использовались следующие блоки: генератор ШИМ, преобразователь A / C, компаратор. Контакт RB6 генератора ШИМ работает в режиме «цикл за циклом» и подключается к выходу компаратора (вывод RB7) через перемычку, которая должна быть установлена на контакты 5 и 6 J3. В отсутствие этой перемычки микроконтроллер не генерирует сигнал ШИМ. Использовался программатор SNAP для программирования микроконтроллера.
Регулирование напряжения работает от 80 до 230 В, в этом диапазоне пульсации не очень заметны. Это напряжение может быть снижено еще ниже, но на осциллографе выходит все более и более толстая синусоида.
Управление частотой работает в диапазоне от 42 до 65 Гц с разрешением 0,1 Гц. Защита от перегрузки по току также отлично работает.
Два потенциометра используются для регулировки напряжения и частоты. Выше приведены формы сигнала, полученные после выхода автотрансформатора для различных значений напряжения и частоты.
В принципе способ управления драйверами тут оптимальный. Это решение встречается в некоторых ИБП. Благодаря такому соединению невозможно одновременное включение двух транзисторов в плечах моста H.
А это фотографии готовой платы автотрансформатора.
Тут использовались драйверы MCP1415 в качестве подстраховки. Производитель микроконтроллера (микроконтроллер питается от 3,3 В) утверждает, что при выходном токе 10 мА от микроконтроллера выходное напряжение будет 2,4 В. При входном токе 10 мА в низком состоянии 0,4 В. Подключены диоды драйвера между выводами и это дает разницу в 2 В.
Производитель оптронов заявляет, что при токе 10 мА падение напряжения на диоде может составлять от 1,2 В до 1,8 В, обычно 1,37 В. Предполагая 1,8 В, значение последовательного резистора с диодом должно составлять 20 Ом для 10 мА, а для 1,37 В – до 63 Ом. В случае драйверов нет такой проблемы при более высоком напряжении, влияние распределения падения напряжения на диоде LTV3120 не вызывает большой разницы в токе в диоде LTV3120.
Для сборки выбраны транзисторы IRF840, потому что они легко доступны в любом магазине радиодеталей. Предполагая, что форма сигнала тока представляет собой треугольник 2.7 A от пика до пика, эффективное значение тока составляет около 0,78 A, а потери мощности на сопротивлении транзистора P = I2R, что дает около 0,5 Вт.
Справедливости ради отметим, что ЭА проигрывает традиционному автотрансформатору, изготовленному на железном сердечнике. Основным недостатком является высокий пусковой ток, что снижает выходное напряжение, в результате чего триггер не всегда хочет работать. Конечно вы можете справиться со всем этим увеличив дроссель в фильтре, но это и вес, и стоимость. Кроме того, чтобы уменьшить пульсации при низком выходном напряжении, можете добавить понижающий преобразователь на входе, который снизит напряжение на конденсаторе фильтра в цепи питания. Это включает добавление еще одного дросселя, диода, транзистора и его драйвера.
