Nedávno mě požádal kolega z požadavkem na regulaci intenzity světla u halogenových 12V žárovek napájených z toroidního transformátoru. Vzhledem k tomu, že šlo o čtyři halogenové žárovky 12V/35W (50W), bylo potřeba regulovat proud tekoucí do žárovek o hodnotě 11,5A (16,1A). Klasické lineární řízení s regulovatelným stabilizátorem nepřipadá v úvahu, neboť při regulaci by vznikaly enormní tepelné ztráty desítek až stovek wattů. Proto jsem se pustil do návrhu stmívače na principu PWM (pulsně-šířkové modulace), kdy v extremním případě (maximální povolený proud dvojice tranzistorů) dosahují tepelné ztráty maximálně dvou až tři wattů.

Jako nejjednodušší konstrukční řešení mi připadlo obvodové řešení MKO se známým obvodem NE555, kdy stačí použít minimum externích součástek pro nastavení časování a posílení výstupu dvojicí výkonových tranzistorů.

Schéma zapojení

Zapojení IO je nápadně podobné monostabilnímu klopnému obvodu, ale chybí vstup spuštění. Spouštění je odvozeno od napětí časovacího kondenzátoru C2. To znamená, že v první fázi je na vstupu TRIG (2) napětí menší jak 1/3 Ucc, proto je výstup překlopen do úrovně H a kondenzátor C2 se začne přes R1, P1 a R2 nabíjet. Když napětí na kondenzátoru dosáhne 2/3 Ucc, překlopí se výstup do úrovně L a C2 se bude vybíjet přes R2, P1 a IO1 (DC-7). Tento cyklus se neustále opakuje. Frekvence opakovacího cyklu je určena R1, R2, P1 a C2. S hodnotami součástek ve schématu obdržíme na výstupu impulsy o délce 0,5ms a mezery mezi těmito impulsy jsou dlouhé 10µs až 0,1ms.

Mezi odpory R1 (1kΩ) a R2 (1kΩ) je zapojen lineární potenciometr P1 (50kΩ). Spodní část potenciometru P1 je přemostěna diodou D1 (1N4007). Je-li běžec potenciometru P1 u horního konce dráhy, je kondenzátor C2 (100nF/MKS2) nabíjen rychle přes odpory R1, R2 a diodu D1. Výstupním signálem IO1 (NE555) je pouze krátký signál úrovně H a dlouhý signál úrovně L, tím je dvojice tranzistorů T1, T2 (TIP132) většinu času v nevodivém stavu a napětí na zátěži je minimální. Při otočení potenciometru P1 do dolní polohy je kondenzátor C2 nabíjen pomalu přes rezistory R1, R2 a potenciometr P1 a vybíjen rychle přes rezistor R2. Výstupní signál IO1 (NE555) je většinu času na úrovni H, tranzistory T1 a T2 jsou většinu času v sepnutém stavu a na zátěži je téměř plné napájecí napětí.

Plošný spoj - strana součástek - TOP

Z výstupu Q (pin3 IO1) je odebírán přes oddělovací rezistor R3 (1kΩ) řídící signál pro dvojici paralelně řazených výkonových Darlington tranzistoru T1, T2 (TIP132 – U_CE=100V; I_C=8A; P_tot=70W; h_FE=1000; f_T=4MHz; TO220). Dvojice tranzistoru byla zvolena z důvodu proudového posílení výstupu, neboť povolený kolektorový proud tranzistoru TIP132 je 8A. Aby se proudová zátěž rovnoměrně rozdělila na oba dva Darlington tranzistory, jsou v emitorovém obvodu tranzistorů zapojeny rezistory R4, R5 (0,047Ω/TR276). Pokud by se někdo rozhodl pro regulaci větších výkonů (proudů) žárovek, bude muset nahradit tranzistory za výkonnější typy, především s větším povoleným proudovým kolektorovým proudem I_C, zde se nabízí možnost experimentovat v zapojení stmívače, řídící obvod při zvýšení výkonu není potřeba měnit. Pokud uvažujeme o zvýšení napětí, je potřeba zachovat napájecí napětí řídícího obvodu s IO1 (NE555).

Plošný spoj - strana spojů - BOTTOM

Dále je v zapojení ochranná dioda D2 (1N4007), která slouží k ochraně výkonových Darlington tranzistorů T1,T2. Na vstupu napájecího napětí je zařazena rychlá tavná pojistka 15A v pouzdru PP6, která omezí maximální povolený proud dvojice tranzistorů. Na svorkovnici CONN1 (CKK5/2) přivádíme napájecí napětí (+12V), ze svorkovnice CONN2 (CKK5/2) odebíráme regulovatelné napětí pro halogenové žárovky. Přítomnost napětí v obvodu signalizuje LED Q1 zelené barvy zapojená přes omezovací rezistor R6 (680Ω). Napájení integrovaného obvodu je odebíráno přímo ze vstupu +12V, pro spolehlivou funkci IO1 (NE555) je v napájecím obvodu zařazen elektrolytický filtrační kondenzátor C1 (1000µF/16V).

Osazení plošného spoje

Nesmíme zapomenout, že stmívač a samotná regulace intenzity světla halogenových žárovek pracuje pouze ze stejnosměrným napětím!!, proto musíme nejprve za toroidním transformátorem zařadit diodový můstek (pro proudové zatížení, dle odběru žárovek) a až po té teprve připojit obvod stmívače (viz. obrázek konstrukční řešení).

Konstrukční řešení

Obvod stmívače není potřeba nijak nastavovat, při správném osazení a vyvarování se chyb při pájení, pracuje obvod na první zapojení, funkci obvodu ověříme připojením žárovek a postupným otáčením potenciometru z polohy maximum do polohy minimum, musí se měnit intenzita světla. Po ověření funkce regulace obvodu, zkontrolujeme teplotu tranzistorů při maximálním tekoucím proudu do zátěže (žárovek), pokud udržíme ruku na malých křidélkových chladičích, je oživení ukončeno a stmívač je připraven k montáži do krabičky. Nesmíme opomenout sílu propojovacích vodičů mezi transformátorem, stmívačem a žárovkami. Vodiče musí být dimenzované na maximální tekoucí proud.

Seznam součástek

Download & Odkazy

• Domovská stránka autora - http://michal.slansky.sweb.cz/