регулятор мощности на мосфете

[v1ct0r 173]

приветствую всех!
пришла мне в голову мысль...

Я щас взорвусь, как триста тонн тротила,
Во мне заряд не творческого зла.
Меня сегодня муза посетила,
Посетила, так, немного посидела и ушла.
....
Вот две строки, я гений, прочь сомненья,
Даешь восторги, лавры и цветы!
Вот две строки: я помню это чудное мгновенье,
Когда передо мной явилась ты! (В.Высоцкий)

это так не большое лирическое отступление 
я конечно не хочу сказать, что я гений, но мой девиз
"все гениальное просто. чем проще, тем надежнее"
хотя конечно далеко не всегда все простое гениально 
я не знаю, пробовал ли кто нибудь такую простую схему для управления мосфетом ранее меня или нет - не видел, не встречал, или не нашел, если кто видел, прошу ткнуть носом, может я "Америку открыл" или изобрел велосипед 
но суть не в этом, а в том что мне пришла мысль разработать схему простейшего регулятора мощности для сети 220в - без всяких заумных ШИМ регуляторов, с минимумом деталей, легко настраиваемой и без проблем повторяемой. такой же как регулятор на симисторе.

после отправки в мир иной двух мосфетов, первый - банальное КЗ, второй "благодаря" осциллографу, поэтому пришлось срочно делать развязку по 220 для его питания, достиг на мой взгляд неплохого результата.
на активной нагрузке достиг полной регулировки, правда от 0 до 50% мосфет работает в линейном режиме, что не есть хорошо, но от 50% до 100% нормальная работа в ключевом режиме, что в большинстве случаев более чем достаточно.
большего диапазона регулировки в ключевом режиме не удается достигнуть из-за того что синусоида сети по большому счету не синусоида а трапецеидальное напряжение с плоской полкой в вершине около 4 милисек. 
не знаю может это только у нас такая сеть. 
если бы синус сети был нормальный, то думаю ключевой режим был бы от 10-15%, а может и меньше.
на индуктивность - трансформатор работает, но "рычит"  частично рычание можно уменьшить емкостью. 
в принципе работать можно, но мне не нравиться, буду думать дальше над этим.
пока имеется два рабочих варианта регулятора
1. элементарнейшая схема для активной нагрузки при питании ее выпрямленным напряжением, что в большинстве случаев допустимо.
2. схема чуть чуть сложнее для питания нагрузки переменным напряжением, по деталям добавляется мост и мало(микро)мощный понижающий трансформатор.
принцип управления мосфетом у них одинаков.
я затрудняюсь как точно назвать этот метод управления, наверно ШАМ или ШАУ - широтно амплитудное управление 
предлагаю вашему вниманию видео осциллограммы работы регулятора №2, для №1 все тоже самое, только отрицательная полуволна перевернута мостом вверх.
там в видео на 3.40 я оговорился, сказав "в ключевом режиме" имеется в виду в "в линейном режиме".
схемы будут выложены позже

[v1ct0r 173]

 

схемы будут выложены позже

 времени нет рисовать 

вот первая схема с выпрямленным напряжением на нагрузке.
ее так же с успехом можно использовать в зарядном автомобильного аккумулятора, если подать на вход вместо 220 напряжение с вторичной обмотки трансформатора.
в этом случае стабилитрон D1 можно не ставить и верхний резистор R2 тоже не нужен.
чтобы не рисковать с линейным режимом мосфета и не городить большой радиатор для охлаждения мосфета можно ограничить регулировку вниз, поставив резистор между нижним выводом переменного резистора R1 и "-" моста.
в лабораторном БП схему конечно использовать вряд ли целесообразно т.к. будут большие пульсации выпрямленного напряжения.

[v1ct0r 173]

видео для схемы №1

[v1ct0r 173]

выкладываю схему №2 - на нагрузке переменное напряжение
как писал ранее добавляется маломощные трансформатор и мост
если напряжение на вторичке трансформатора ниже 17 вольт, то стабилитрон D1 и резистор R2 можно не ставить, но лучше пусть стоят на всякий случай 

и повторяю видео для этой схемы

[v1ct0r 173]

на базе "схемы 1" можно собрать простое но надежное зарядное с регулировкой тока заряда от "0" до максимума, практически без потерь на регулирующем элементе

экспериментально смог поиздеваться над аккумуляторм от бесперебойника 7 ампер часов, другого нет, но думаю с другой емкостью, будут только токи больше.

у кого есть возможность попробуйте.

16 вольт действующего напряжения переменки на вторичной обмотке трансформатора в этом случае гарантировано не будет линейного режима работы мосфета, что конечно не исключает его небольшого нагрева за счет пологих фронтов, поэтому радиатор желателен, ну впрочем как и везде 

[v1ct0r 173]

 схема для паяльника 12 вольт.

минимум деталей, практически никаких настроек - все работает сразу.
если напряжение на вторичке не выше 16 вольт, то стабилитрон D1 и резистор R2 не нужны
R1 - практически любого номинала

 

эту же схему(без трансформатора) можно применить для паяльника 220в.
нужны все указанные детали, стабилитрон на 13-19 вольт. мосфет на напряжение 400 вольт и выше.

внимание в схеме ошибка !!!

R4 при данных номиналах не 150 ком, а примерно 3-3.6 ком   

он нужен для исключения работы мосфета в линейном режиме, но это в данном случае не критично и можно обойтись без него

[v1ct0r 173]

 

16 вольт действующего напряжения переменки на вторичной обмотке трансформатора в этом случае гарантировано не будет линейного режима работы мосфета,

 схема не правильная!!!

в ней нет ключевого режима вообще

не хватает диода!!! с диодом все работает нормально и напряжение на вторичке может быть больше

 

[v1ct0r 173]

я уже доработал схему, добавив 1 транзистор и 1 резистор.
в итоге получился регулятор в котором вообще нет линейного режима!!!
но есть один нюанс
буду говорить о измеренном напряжении вольтметром постоянного тока, игнорируя не синусоидальность
так вот от 0 до примерно 160 вольт прекрасная плавная регулировка, между 160 и максимумом (200в) неустойчивый короткий(по углу поворота ручки резистора) участок регулировки. то есть установить конкретное напряжение, например 180 вольт, почти невозможно, но если не смотреть на экран осциллографа или на вольтметр, то об этом и не догадываешься, если не знаешь.

[v1ct0r 173]

осциллограммы для схемы№3 - доработанной
приведены два варианта ролика для осциллограмм на мосфете и один ролик на нагрузке.

[v1ct0r 173]

три видео не хочет в одном сообщении

[v1ct0r 173]

и так схема №4
на нагрузке переменка
с этой версией я получил сначала радость, а потом головную боль...
радость от того, что когда подключил в качестве нагрузки трансформатор, осциллограмма почти не отличалась от работы на активную нагрузку, правда на трансформатор нагруженный.
а головную боль от того что мосфет через некоторое время работы вылетает по не понятной причине 
итого минус 2 мосфета 
что интересно на схеме №2 ничего не вылетало, хотя осциллограмма на трансформаторе была сходна с осциллограммой на тиристорном (симисторном) регуляторе

вот видео осциллограмм

[v1ct0r 173]

По результатам виртуальных испытаний в симуляторе 
http://everycircuit.com/circuit/5557417136095232
схема приобрела такой вид

С1 убирает "ступеньку"
R2, R3 подгоняют пределы регулирования 
R4 тоже в некоторой степени влияет на пределы регулирования
стабилитрон D1 устраняет высоковольтные выбросы при работе на индуктивную нагрузку, (если нагрузка только активная, ни он ни С2 не нужны). в крайнем случае, если высоковольтный стабилитрон не удастся найти, вместо него можно поставить емкость С2, я думаю что вполне можно поставить и варистор но проверить в симуляторе нет возможности.
если применить стабилитрон, то трансформатор можно испытывать даже не нагруженный, если вместо стабилитрона будет емкость С2, то мосфет должен быть на напряжение не менее 600в, со стабилитроном можно обойтись 400 вольтовым.
выбросы можно уменьшить, если емкость С2 увеличить, но тогда осциллограмма искажается сильно, того же эффекта можно достигнуть поставив параллельно первичной или вторичной обмотке трансформатора конденсатор емкостью не менее 0.5 мкф.
кому интересно все это может проверить на прилагаемой схеме симулятора, там для этого есть все возможности (выключатели, возможность регулировки номиналов элементов схемы, просмотр любых осциллограмм напряжений и токов в различных точках схемы)
при напряжении на вторичной обмотке трансформатора Тr1 не более 16 вольт стабилитрон на затворе мофета не нужен.

классный симулятор, очень удобный, мне понравился, очень жаль только, что триал действует всего сутки 
осталось раскошелится на высоковольтный мосфет и провести реальные испытания схемы 

 

[v1ct0r 173]

ну что коллеги, хочу поделиться с вами радостной новостью  

 

По результатам виртуальных испытаний в симуляторе  http://everycircuit....557417136095232 схема приобрела такой вид.....

^{_{классный симулятор, очень удобный, мне понравился...
осталось раскошелится на высоковольтный мосфет и провести реальные испытания схемы}} 

 на высоковольтный мосфет я пока не раскошелился, а испытал схему от 120 вольт через ЛАТР на ирф630

все работает так как и предсказал симулятор, единственно пришлось поставить еще один конденсатор на  10 нанофарад для устранения возбуждения на некоторых участках диапазона регулировки.
для защиты от выбросов высокого напряжения поставил последовательно два д817г стабилитрона
схема устойчиво работает и с не нагруженным трансформатором
так что имеем "электронный ЛАТР"  

[v1ct0r 173]

по мотивам схемы ШИМ регулятора

была разработана схема для управления трансформаторной нагрузкой, с без трансформаторной схемой управления  во наговорил
схема отлажена в симуляторе, живьем не проверялась
вот скрины, если кому интересно