Мощный регулятор нагрузки 220в на IGBT транзисторе, управляемый программно


Для регулировки в широких приделах мощности удобно использовать широтно импульсную модуляцию (ШИМ).

Схема в пояснениях не нуждается. Это драйвер с развязкой, для управление IGBT транзистором. Само управление реализовано программно. Однако - КТ940 не лучший выбор. Но что было у меня под рукой - то и поставил. Работает, 2 Квт электрическую плитку тянет, транзистор 40N60 холодный. Что и требовалось.

Схема шим регулятора с оптроном и IGBT транзистором Регулятор напряжения 220 вольт IGBT + оптопара + тригер Шмитта

На схемах выше 3 варианта. Самый правый мне нравится больше. И тот и другой проверил, разница между ними в управлении и надежности. У левого - при подаче логической 1 (с порта, на анод оптопары, не забудьте поставить токоограничивающий резистор! скажем в 500ом) 40n60 закрывается. В схеме регулятора который посередине переменного напряжения - наоборот, открывается. Еще форма импульса получше. Q? - практически любой полевой, с током не менее 50ма. D1 - светодиод. То же желательно с током не менее 50ма. Еще вариант - зашунтировать его резистором, 20-50ом. Транзисторы КТ940 - даалеко не лучший выбор, в этой схеме работают практически на пределе. Желательно поставить КТ815, КТ817. Ну у меня их нет..

Самый правый вариант схемы - уменьшена задержка в переходных процессах. Из за ПОС. Так же добавлены защитные диоды. Хоть и в самом IGBT стоит диод, но веры ему нет. Продублировал на всякий.

Для питания схемы используется внешний источник (у меня 16в, переделанная зарядка от мобильника).

Ниже фотографии устройства с работой на 30 ом нагрузку (при 300в. на мосту это, 3Квт мощности). То же работает и почти не греется.

ШИМ регулятор 220в 3Квт IGBT 40N60 на 3 Квт нагрузке. С правой стороны сверху зарядка от мобильника на 16в.

А можно обойтись простейшей схемой, с симистором и оптопарой. Например такой:

Управление мощной нагрузкой оптическим симистором MOC.

В качестве оптического симистора подойдет: MOC3023, MOC3042, MOC3043, MOC3052, MOC3062, MOC3083 и т.п. Но на всякий случай ознакомтесь с даташитом. Управляемый симистор: например из серии BT138-600, BT136-600 и т.д.

При применении симистора нужно быть готовым к появлению значительных помех (если нагрузка будет мощная, индуктивная и управляющий элемент (MOCxxxx) без Zero Crossing). Еще, желательно триак держать включенным четное число полу-периодов. Иначе он начинает "выпрямлять" ток в сети. А это недопустимо (см. ГОСТы).

Сам ШИМ сделан программно, управление LPT-порт, потом гальваническая развязка с помощью оптопары (на схеме 4N25, а по факту 4N33). На схеме не показан резистор, между оптопарой и выходом LPT порта 510ом.

Часть индо-кода в С++:

a_tm_pow=(y_tm_pow*pow_shim)/100;
       b_tm_pow=y_tm_pow-a_tm_pow;
       // главный цикл ШИМ
        for (i=0; i<x_val_pow; i++)
        {
 //         printf("y_tm_pow===== %d\n",y_tm_pow);  
            
                //a_tm_pow
 //               printf("a_tm_pow %d\n",a_tm_pow);
 //               printf("b_tm_pow %d\n",b_tm_pow);
                if (b_tm_pow==0) {
                    //ВКЛЮчаем нагрев в этом цикле и ждем.
                    byte_status =byte_status | r1; // устанавливаем в 1 пин
    
                    ioctl(fd, PPWDATA, &byte_status);
                    usleep(a_tm_pow-(WAIT_DIFF_TIME/x_val_pow));
                    }  else  if (a_tm_pow==0) {
                    //ВЫКЛючаем нагрев в этом цикле и ждем.
                    byte_status =byte_status & r0; // устанавливаем в 0 пин
    
                    ioctl(fd, PPWDATA, &byte_status);
                    usleep(b_tm_pow-(WAIT_DIFF_TIME/x_val_pow));
                    } else {    
                // обычное исполнение
                byte_status =byte_status | r1;
                ioctl(fd, PPWDATA, &byte_status);
                usleep(a_tm_pow-(WAIT_DIFF_TIME/x_val_pow));
                
                
                byte_status =byte_status & r0;
                ioctl(fd, PPWDATA, &byte_status);
                usleep(b_tm_pow-(WAIT_DIFF_TIME/x_val_pow));                    
  
                    
                    }
           }
Комментариев: 9
  1. Спасибо за схему. Собрал - работает. Мне нужно для муфельной печи. Такие мощные только на тиристорах встречал, из за помех их использовать не хочу.

  2. А управление на микроконтроллере наверное сделали? Это я так, интересуюсь. Муфельная печь у меня пока только в планах. Зимой займусь, очень нужная вещь в хозяйстве.

  3. 2015-08-19 в 23:02:33 | Александр

    Драйвер с опторазвязкой стоит в приделах 100р., например IX3120G, CPC1580, CPC1590, FDA215, FDA217 и т.п. Зачем огород городить?

  4. А если нет в наличии. Вот где то там в Москве они на каждом углу продаются.

  5. 2017-12-09 в 09:30:56 | Алексей

    Сергей, добрый день!

    А какая частота ШИМ в этом устройстве? Можно ли применить питание (+16В на схеме) применив стабилитрон или КРЕНку, запитав их от силового диодного моста (что уже присутствует в схеме) через резистор?

  6. Здравствуйте.

    А какая частота ШИМ в этом устройстве?

    Именно в этом? - до 1Кгц гонял. выше - сложнее обеспечить тайминги, все формировал программно, с компьютера. На микроконтроллере имеет смысл делать ШИМ формирователь, там все для этого уже есть.

    Можно ли применить питание (+16В на схеме) применив стабилитрон или КРЕНку, запитав их от силового диодного моста

    Это зависит от частоты коммутации и режима работы ключей.

    Средний ток драйвера = частота (с которой работает ШИМ) * заряд затвора. Вот и считайте сами, какая понадобится емкость после гасящего резистора, через какое время время она зарядится до тех же 16 вольт. И какая мощность будет рассеиваться на гас. резисторе. На пальцах прикинул - не понравилось.

  7. 2017-12-14 в 14:55:46 | Алексей

    Сергей, спасибо за информацию.

    Я только осваиваю азы силовой электроники.

    Хочу тоже сделать регулятор мощности для ТЭНа на MOSFETe (STW35N65M5), а в качестве ШИМ-контроллера TL494. Управление скважностью при помощи переменного резистора. На симисторе не понравилось: очень большие помехи в сети из-за фазоимпульсного управления. Как-то это "некрасиво".

    Про ШИМ спросил, потому что в разных источниках информация противоречивая, но есть мнение, что частота должна быть ультразвуковая (20-30кГц), чтобы не слышать пищание нагрузки. Вот и думаю - оправдана ли такая частота или можно сделать меньше.

  8. Про ШИМ спросил, потому что в разных источниках информация противоречивая, но есть мнение, что частота должна быть ультразвуковая (20-30кГц), чтобы не слышать пищание.

    От условий применения много зависит. При любой частоте переходные процессы имеют место быть. Чем частота переключения выше - тем печальнее. Индуктивность проводов, нагрузки + резкие открытия/закрытия ключа - помехи. Тот же "тиристор", разве не? Их нужно фильтровать. И опять потери.. А еще - фильтрующая емкость после диодного моста. При вашей нагрузке какая она должна быть? Если "маленькая" - считайте что ее и нет вообще, мгновенно разряжается.

    Склоняюсь к мысли, что мощные нагрузки нужно коммутировать именно тиристорами, открывая в момент переходов через 0 (т.наз. Zero Crossing). Но это всего лишь мое мнение, я такой же новичек, начитавшийся даташитов + информации в инете.

    Рассмотрел лишь тройку условий - помехи, потери, цена. Где то этим можно пренебречь. И на первый план выйдет именно "тишина".

    Управление скважностью при помощи переменного резистора. На симисторе не понравилось: очень большие помехи в сети из-за фазоимпульсного управления. Как-то это "некрасиво".

    Уже писал, что такие же моменты будут и при выборе вместо тиристора, MOSFETа. Вы сами прикиньте. Если тиристор "обвешать" помехоподавляющими цепочками - то на то и выйдет. Но несколько дешевле. Переключая в момент перехода сети через 0 - добиваемся очень малого уровня помех и так. Ну да, нагрузка гудит.. Однако, при питании ее от сети - эти 20-30Кгц точно так же будут модулироваться частотой сети (100гц). Иначе - вешать очень большую емкость после диодного моста.

  9. 2017-12-17 в 19:20:15 | Алексей

    Сергей, вот как раз про тиристоры я знаю достаточно много. Если управлять мощностью при помощи тиристоров через Zero Cross, то единственный путь - это пропуск полупериодов (метод Брезенхема, например). Т.е. шаг регулировки 1%. Закрыть обычный тиристор не в "ноле" не представляется возможным. При этом нужно, чтобы шаг был чётный (2 полупериода, 4...) иначе постоянная составляющая появляется (Вам это тоже известно). Получается и регулировка грубая и свет в доме начинает мигать (с этим я уже "собаку съел"))) ), т.к нагрузкой является ТЭН 3кВт. А он просаживает сеть в момент включения на 7-8 В и это уже очень заметно на лампах накаливания.

    Иначе нужно резать передний фронт синусоиды. Но помехоподавляющие цепочки на такой мощности не помогают, кроме хорошего массивного дросселя. Только он немного сглаживает резкое нарастание тока в момент открытия тиристора не в "ноле".

    Тему с тиристорным управлением мощности я для себя закрыл. Только обычная коммутация: ВКЛ/ВЫКЛ.

    А было время подумать и пришёл к мнению, что при помощи МОСФЕТа или ИГБТ как раз можно резать задний фронт синусоиды, а включение делать в "ноле". Частота всего 100Гц. И даже у одного американца или австралийца нашёл подобное решение. В новогодние праздники будет чем заняться.

Ваше мнение

Ваш комментарий будет опубликован после проверки.

Если вы уже зарегистрированы как комментатор или хотите зарегистрироваться, укажите пароль и свой действующий email. При регистрации на указанный адрес придет письмо с кодом активации и ссылкой на ваш персональный аккаунт, где вы сможете изменить свои данные, включая ник, описание, контакты и т.д., а также подписку на новые комментарии.

grin LOL cheese smile wink smirk rolleyes confused surprised big surprise tongue laugh tongue rolleye tongue wink raspberry blank stare long face ohh grrr gulp oh oh downer red face sick shut eye hmmm mad angry zipper kiss shock cool smile cool smirk cool grin cool hmm cool mad cool cheese vampire snake excaim question

Выберите человечка с поднятой рукой!