Необычный регулятор мощности светильника в виде весов

Необычный регулятор мощности светильника в виде весов

Электронные регуляторы мощности нагрузки

Применение современной схемотехники с использованием простых оригинальных решений на традиционной элементной базе и на новых малогабаритных микросхемах позволяет изготовить компактные и удобные в эксплуатации регуляторы большой мощности. В данной статье описано несколько простых конструкций регуляторов мощности нагрузки до 5 кВт, которые легко изготовить из доступных деталей.

Электронные регуляторы мощности нагрузки в настоящее время широко используются в промышленности и быту для плавного регулирования скорости вращения электродвигателей , температуры нагревательных приборов, интенсивности освещения помещений электрическими лампами, установки необходимого сварочного тока, регулировки зарядного тока аккумуляторных батарей и т.п. Раньше для этого использовались громоздкие трансформаторы и автотрансформаторы со ступенчатым или плавным переключением витков их обмоток, работающих на нагрузку. Электронные регуляторы более компактны, удобны в эксплуатации и имеют малый вес при значительно большей мощности. В основном, исполнительными элементами электронных регуляторов мощности переменного тока являются: тиристор, симистор и оптотиристор, управление последним осуществляется через встроенную в него оптопару, устраняющую гальваническую связь между схемой управления и питающей электросетью.

Регулирование мощности этими элементами основано на изменении фазы включения симистора в каждой полуволне синусоидального напряжения схемой управления. В результате этого на нагрузке форма напряжения представляет собой «обрезки» полуволн синусоиды с крутыми фронтами (рис.1). При этом форма напряжения на самом регуляторе мощности имеет вид, показанный на рис.2. Такая форма сигнала имеет широкий спектр гармоник, которые, распространяясь по электропроводке, могут создавать помехи электронным устройствам: телевизорам, компьютерам, звуковоспроизводящей аппаратуре и т.п. В связи с этим на сетевых входах таких регуляторов мощности устанавливаются RC- или RLC-фильтры.

На практике все выпускаемые сейчас электронные бытовые устройства и компьютеры имеют свои встроенные сетевые фильтры, благодаря которым помехи регуляторов мощности могут не влиять на работу указанных электронных устройств. Автором проверялись различные регуляторы мощности без собственных сетевых фильтров в комнатах, где установлены телевизор, ком-

пьютер, приемник FM и DVD-проигрыватель с УМЗЧ Воздействия помех на эту аппаратуру не наблюдалось, но это не значит, что фильтры вообще не нужны. Эти регуляторы мощности могут создавать помехи электронной аппаратуре соседей по подъезду. Практические исследования распространения помех по электропроводке в соседних комнатах с помощью осциллографа показали, что при регулировании мощности нагрузки до 2 кВт достаточно RC-фильтра, что подтверждается схемами промышленных изделий. Для регуляторов большей мощности необходимо после RC-фильтра подключить LC-фильтр,

Принципиальная схема сетевого фильтра промышленного регулятора мощности до 4 кВт типа РТ-4 УХЛ4.2 220В-1 Р30 показана на рис.3, монтаж регулятора – на рис.4. Каждая катушка содержит 90 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,5 мм, намотанного в два слоя на каркасе, внутри которого размещен ферритовый сердечник с проницаемостью Ф600 диаметром 8 мм. Индуктивность катушки равна 0,25 мГн. Регуляторы мощности без фильтров могут использоваться в гаражах, индивидуальных подсобных помещениях, дачах и т.п., то есть вдали от соседей. Если регулятор мощности является отдельным изделием и предназначен для подключения нагрузок разной мощности, пользователям важно знать, что при одном и том же положении ручки регулятора на разных нагрузках будет разное напряжение. По этой причине перед подключением нагрузки регулятор мощности необходимо устанавливать в нулевое положение. При необходимости контролировать напряжение на нагрузке можно отдельным или встроенным вольтметром.

В Интернете и электротехнических журналах приведено множество различных схем электронных регуляторов мощности нагрузки с практически одинаковыми функциями, но есть и другие схемные решения, например регуляторы, не создающие помех . Эти регуляторы выдают пачки синусоидальных токов, длительностью которых регулируется мощность в нагрузке. Схемы таких регуляторов относительно сложны и могут применяться в каких-то особых случаях. Применение подобных регуляторов в промышленности не встречалось. Подавляющее большинство регуляторов мощности построены по принципу фазового регулирования тока в нагрузке. Основное различие – схемы управления тиристорами и симисторами. Силовая часть представляет собой практически три варианта: тиристор в диагонали диодного моста, два встречно-параллельных тиристора и симистор. Схемы управления представляют собой различные варианты на транзисторах, микросхемах, динисторах, газоразрядных приборах, однопереходных транзисторах и т.п., часть которых приведена в [ 1—6]. Такие схемы содержат много деталей, относительно сложны в изготовлении и наладке.

Регуляторы на тиристорах

Самым простым и широко используемым регулятором мощности был регулятор на тиристоре, включенном в диагональ диодного моста и с простой схемой управления (рис.5) . Принцип работы этого регулятора очень простой пока конденсатор С2 заряжается через R2 и R4, тиристор заперт, при достижении на С2 напряжения отпирания тиристор открывается и пропускает ток в нагрузку, а С2 быстро разряжается через низкое

Рис.5 регулятор мощности на тиристоре

сопротивление открытого тиристора. При переходе синусоидального напряжения сети через ноль тиристор запирается и ждет нового повышения напряжения на С2 Чем больше времени заряжается С2, тем меньше времени тиристор находится в открытом состоянии и меньше ток в нагрузке. Чем меньше величина R4, тем быстрее заряжается С2 и больше ток пропускается в нагрузку. Достоинством этой схемы является то, что независимо от параметров исправного тиристора положительные и отрицательные импульсы тока в нагрузке всегда симметричны, а также наличие только одного тиристора, которые при их появлении были дефицитом. Недостатком является наличие четырех мощных диодов, что вместе с тиристором и охладителями существенно увеличивает габариты регулятора. Более компактными и в два раза более мощными являются регуляторы мощности на включенных встречно-параллельно тиристорах. На двух тиристорах КУ202Н с простой схемой управления получается регулятор мощности нагрузки до 4 кВт, которая длительно используется автором в калорифере повышенной мощности [7].

Принципиальная схема такого регулятора с сетевым фильтром показана на рис.6. Недостатком таких схем является асимметрия положительных и отрицательных импульсов тока в нагрузке при разбросе параметров тиристоров.

Асимметрия проявляется в начальной стадии открывания тиристоров. Для нагревательных приборов и электроинструмента с коллекторными двигателями эта асимметрия практической роли не играет, а осветительные приборы при уменьшении их яркости начинают мигать, так как импульсы какой-то полярности при этом вообще исчезают. Для устранения этого недостатка необходимо подбирать тиристоры с идентичными параметрами по току открывания и току удержания тиристоров от технологического источника постоянного тока на соответствующей нагрузке или путем подбора второго тиристора по отсутствию мигания лампы при минимальном накале спирали.

Одной из разновидностей тиристоров являются оптотиристоры, для управления которыми при встречнопараллельном включении может быть применен принцип управления схемы рис.5 с разделением положительных и отрицательных управляющих импульсов с помощью диодов или динисторов.

Практическая принципиальная схема такого регулятора мощности нагрузки до 5 кВт показана на рис.7. Этот регулятор используется автором для регулировки сварочного тока и режимов работы других мощных электроустройств. Регулятор мощности снабжен стрелочным индикатором напряжения на нагрузке, что повышает удобство при его эксплуатации. На рис.8 виден стрелочный индикатор (поз.1), на котором приклеены детали его выпрямителя и фильтра. Регулятор не имеет сетевого фильтра, так как применяется либо на даче, либо в гараже. При необходимости в нем можно применить фильтр, схема которого показана на рис.3.

Рис.7, схема регулятора мощности на оптотиристорах

Регуляторы на симисторах

Особый интерес представляют современные схемы регуляторов мощности на симисторах. Традиционные схемы управления симисторами содержат относительно много деталей, что наглядно видно на монтажной плате промышленного регулятора, показанной на рис.4. Например, микросхема КР1167КП1Б выдает на управляющий электрод симистора управляющие импульсы, показанные на осциллограмме (рис.9). Принципиальная схема регулятора мощности с применением данной микросхемы, распространенная среди запорожских электриков, показана на рис. 10. Этот регулятор мощности без теплоотвода для VS1 может работать на нагрузку до 200 Вт

(рис. 11 ), а с радиатором площадью не менее 100 см 2 – до 2 кВт. Оказалось, что эту схему без потери качества можно еще упростить. Упрощенная схема регулятора с этой микросхемой показана на рис. 12. При использовании исправных деталей эти схемы не требуют наладки.

Рис.10, схема регулятора мощности на симисторах

При изготовлении регуляторов для прикроватных светильников оказалось, что некоторые симисторы и микросхемы имеют дефекты, влияющие на симметричность импульсов и, соответственно, на равномерность регулировки свечения ламп, и даже приводящие к их

миганию. Перепайка деталей на печатной плате является неприятной процедурой и приводит к ее порче. В связи с этим была изготовлена проверочная плата по схеме рис. 10 (без R1 и С1) с панелькой для однорядной микросхемы, которая решила указанные проблемы. К контактам 1 -2 печатной платы подпаивают регу-

лировочный резистор R5. В качестве нагрузки подключают лампу накаливания. Перед установкой деталей для проверки плату в обязательном порядке отключают от электросети.

На базе схемы рис.11 изготовлен портативный технологический регулятор для различных работ. Монтаж деталей показан на фото в начале статьи (нижняя крышка снята). Схема собрана в алюминиевом корпусе, который также служит охладителем симистора, изолированным от корпуса слюдяной прокладкой и изоляционной спецшайбой. После крепления симистора необходимо в обязательном порядке проверить сопротивление изоляции между его анодом и корпусом, которое должно быть не менее 1 МОм Данный регулятор при испытании в течение двух часов нормально работал без нагрева корпуса на нагрузку мощностью 500 Вт.

В заключение следует отметить, что регуляторы мощности нагрузки, собранные по схемам рис.6 и рис. 10, испытанные длительной эксплуатацией, наиболее оптимальны в части надежности, компактности, простоты деталей, монтажа и наладки. С небольшими разбросами параметров тиристоров и асимметричностью параметров симисторов эти регуляторы могут работать на все типы нагрузок соответствующей мощности, кроме осветительных приборов. Отклонение номиналов резисторов и конденсаторов от указанных в схемах на 10. 20% на работу регуляторов не влияют. Приведенные схемы управления могут работать и с более мощными тиристорами и симисторами в регуляторах мощности нагрузок до 5 кВт. Регулятор мощности по схеме рис. 12 рекомендуют применять для осветительных приборов мощностью до 100 Вт без теплоотвода. Работа этого регулятора на другие типы нагрузок не испытывалась, но предположительно он не должен быть хуже регулятора, собранного по схеме рис. 10 .

1. Золотарев С. Регулятор мощности // Радио. -1989. – №11.

2. Карапетьянц В. Усовершенствование регулятора мощности // Радио. – 1986. -№11.

3. Леонтьев А., Лукаш С. Регулятор напряжения с фазоимпульсным управлением // Радио -1992. – №9.

4. Бирюков С. Двухканальный симисторный регулятор // Радио. – 2000. – №2.

5 . Зорин С. Регулятор мощности // Радио. -2000 . – № 8 .

6. Журенков А. Фен с электронным регулятором мощности // Электрик. – 2009. – №1-2.

7. Журенков А. Калорифер повышенной мощности // Электрик. – 2009. – №9.

Необычный регулятор мощности светильника в виде весов

Универсальный регулятор мощности и яркости.

Автор: Провада Юрий Петрович aka Simurg
Опубликовано 10.08.2010

Вашему вниманию предлагается универсальный регулятор мощности с новым видом регулирования угла с двух сторон синуса. В качестве нагрузки можно подключать любой потребитель (постоянного тока) – коллекторные двигатели, паяльники, лампы накаливания любого напряжения, энергосберегающие лампы. А питать регулятор на любое переменное напряжение.
Ну теперь по порядку:

В настоящее время широкое распространение получили энергосберегающие лампы. Чтобы пользоваться светильником как ночником, или дежурной подсветкой в темном коридоре надо снизить их яркость. Можно простыми средствами регулировать их яркость а соответственно и ресурс (который возрастает до десяти раз) . Простым тиристорным регулятором менять яркость этих ламп нежелательно. В схемах электронных балластов, которые применяются в энергосберегающих лампах, на выходе после моста стоит электролитический конденсатор, который плохо работает с тиристорными регуляторами (большой импульсный зарядный ток приводит к их нагреву). В предлагаемых Вашему вниманию схемах регуляторов яркости применён принцип регулирования угла с двух сторон синусоиды, вначале и в конце, что позволяет снизить нагрузку на электролитический конденсатор. Целью является простота регулятора, минимальное тепловыделение, повторяемость, дальнейшая возможность модернизации и малые габариты. На выход регулятора можно подключать в том числе обычные лампы накаливания до 25 ватт, напряжением даже на 12 вольт (базовая схема) и паяльники до 150 ватт 220 в. Рассмотрим три схемы под единым названием “Бесплатный ночник”,: да и дневник тоже.
Первый вариант схемы “базовый” на основе которого можно построить ряд других доработок. Принцип работы схемы предельно прост, на выходе TL431 получаем прямоугольные импульсы для управления полевым транзистором ( Может быть любой на 400в и ток от 2А и выше, например BUZ90)
“Базовый” вариант схемы:

Принцип регулирования угла с двух сторон синусоиды вначале и в конце:

Импульсный заряд электролитического конденсатора происходит в очень короткие моменты, и только через один импульс плавного дозаряда, что не вызывает его нагрева, а пульсации частотой уже 200 Гц практически не заметны на самой лампе.
Заряд конденсатора:

Настройка заключается в подборе резистора R5 по желаемому диапазону регулировки (от 0% до 100% или от 60% до 100% или от 0% до 40%) При работе лампы на 60% мощности её ресурс резко возрастает.
Если в данной схеме включить светодиод в прямом включении последовательно со стабилитроном, он будет являться индикатором мощности (Его применение желательно когда регулятор используется для паяльника. Яркость его свечения указывает на выходную мощность).

В процессе эксплуатации данной схемы было замечено неустойчивое включение некоторых типов энергосберегающих ламп, которым необходим был начальный прогрев. Далее они работали и регулировались нормально. В связи с этим появилась схема с предварительным разогревом.
Схема с предварительным разогревом:

В момент включения С2 разряжен и напряжение на затворе открывает Т2, который в свою очередь шунтирует вход TL431, на выходе которой устанавливается высокий уровень 12в. Т1 открывается и подает на лампу всё напряжение в течении времени определяемой цепью R6, C2. Лампа быстро разогревается и готова к работе на пониженном напряжении питания без морганий и погасания. D7 необходим для быстрого разряда C2 при выключении регулятора.

Выше приведенные схемы не могут работать на нагрузку более 2-х ламп без нагрева транзистора Т1, (он устанавливается без радиатора), так как управление им происходит без применения драйвера. Для подключения более 3-х ламп предлагается схема с несложным драйвером.
Схема с драйвером:

В “базовую” схему добавился формирователь импульсов на Т2 и драйвер на Т3 – Т5. Транзистор Т1 IRF740. Данная схема показала хорошие результаты не только при работе на энергосберегающую лампу но и на обычную лампу накаливания, на паяльник 150 ватт.

Все приведенные схемы могут работать на любом напряжении от

250в. Необходимо только подобрать R1 (его можно убрать со стабилитроном если напряжение до 20в) и R2. Данные схемы очень надежны и работают у меня уже 5 лет не выключаясь на подсветку ванной комнаты. И лампу за 5 лет ни разу еще не менял! Также у человека “базовая” схема работает на движок подачи проволоки в сварочном полуавтомате.

Вот Вы и спросите: “А почему название “Бесплатный ночник”?” А я Вам расскажу. Собираете, например “базовую” схему, выставляете яркость немного больше минимума устойчивой работы лампы. Затем отключив все потребители в доме (И холодильник тоже). Обычно это ночью. Идёте на площадку – засовываете лапы в распределительный щиток:, ой в смысле смотрите на счётчик. И что мы видим – диск медленно доходит до язычка компенсации самохода (внутри у него такая штука есть) и :. О С Т А Н А В Л И В А Е Т С Я . А свет то у Вас горит – целых три лампы подсветки – ванная, коридор и кухня. А тут и простор для дальнейшей модернизации. На кухне я сделал без переменного резистора, а подобрал по минимуму устойчивого свечения. А штатный выключатель в лампе просто закорачивает сток – исток выходного транзистора, включая лампу на максимум. Очень удобно.

Эффективные симисторные регуляторы для светодиодных источников

James Patterson, National Semiconductor

В системах освещения уже более века повсеместно используются лампы накаливания, а в последние 50 лет для управления уровнем освещенности применяются фазовые регуляторы. Однако стандартные симисторные регуляторы на основе фазового метода регулирования плохо совместимы с системами управления современными светодиодными источниками. Что еще хуже, регуляторы могут очень сильно различаться по характеристикам. Хотя сегодня и есть новые, усовершенствованные регуляторы с фазовым управлением по обратному фронту, стандартные регуляторы с отсечкой по фазе переднего фронта настолько широко распространены в электросетях по всему миру, что производители систем LED освещения просто не могут их игнорировать. Как обычно, обратная совместимость имеет первостепенное значение.

Регуляторы освещенности с отсечкой по переднему фронту

Стандартный регулятор с фазовым управлением состоит из симистора, симметричного динистора и RC цепи (Рисунок 1). С помощью потенциометра изменяется сопротивление и, постоянная времени RC цепи управляет задержкой открытия симистора, или фазой открытия. Промежуток полуволны переменного напряжения, когда симистор находится в проводящем состоянии обозначается θ. Результирующая осциллограмма напряжения имеет вид ограниченной по фазе синусоиды.

Рисунок 1.	Стандартный регулятор с фазовым управлением состоит из симистора, симметричного динистора и RC цепи.

Подобный тип регуляторов яркости хорошо работает с лампами накаливания, которые аналогичны обычной резистивной нагрузке. Среднее по времени напряжение на нити накаливания уменьшается по мере уменьшения длительности открытого состояния симистора, обеспечивая естественное плавное затухание лампы.

Симистор имеет требования к минимальному току удержания. Протекающий через него ток должен оставаться выше этого минимального уровня, чтобы гарантировать открытое состояние на протяжении соответствующей части периода синусоиды. Нагрузка в виде нити накаливания легко удовлетворяет этому условию из-за определенных и не изменяющихся величин мощности, например, 40, 60, 75 Вт.

Совместимость со светодиодами

К сожалению, твердотельные источники освещения плохо соответствуют требованиям фазового регулирования. Светодиод – это полупроводниковый прибор, контроль светового потока которого выполняется путем регулирования прямого тока. Светодиоды повышенной яркости могут потреблять ток от сотен миллиампер до ампер, и для повышения эффективности систем почти всегда применяются импульсные преобразователи.

Обычные импульсные преобразователи поддерживают напряжение на выходе независимо от среднего входного напряжения, а это означает, что ограниченная по фазе синусоида, которую дают фазовые регуляторы, сначала должна быть декодирована. Декодированная информация может быть использована в качестве опорного сигнала при регулировке выходного напряжения. Хотя эта задача и сравнительно проста для разработчиков силовой электроники, есть невидимые на первый взгляд проблемы.

Все дело в том, что нагрузка здесь не чисто резистивная. Конвертер за счет емкостных и индуктивных компонентов схемы является для фазового регулятора реактивной нагрузкой. Поэтому крутой фронт обрезаемого по фазе напряжения вызывает проблемы для обычного преобразователя. Разработчики часто используют стандартные методы RC демпфирования возникающих на фронте волны паразитных колебаний. Однако этот подход всегда сопровождают дополнительные потери мощности.

Неожиданно возникает и еще одна, даже более серьезная проблема. Эффективность светоотдачи у современных светодиодов намного выше, чем у ламп накаливания, которые более 75% своего светового потока излучают в инфракрасном спектре в виде тепла. Светодиоды, напротив, бóльшую часть светового потока излучают в видимой области спектра.

Новейшие светодиоды повышенной яркости в пять-шесть раз более эффективны, чем аналогичные лампы накаливания, а это означает, что используемые сегодня лампы на 60 Вт могут быть заменены излучателями света мощностью от 10 до 12 Вт. Такое энергосбережение будет большим подарком для потребителей, но не для фазовых регуляторов, которым для нормальной работы требуется обеспечить минимальный ток удержания.

При достижении светодиодным источником определенного уровня затемнения симистор может отключиться раньше времени из-за снижения протекающего через него тока. Моменты преждевременного отключения, как правило, расположены асимметрично в последовательности выпрямленных полупериодов переменного тока и могут колебаться в определенном интервале. Визуальным эффектом этого колебания будет низкочастотное дрожание и мерцание света. Для предотвращения заметности мерцания преобразователь должен обеспечить дополнительную мощность, чтобы не допускать преждевременного выключения симистора.

Снижение эффективности

Расход дополнительной мощности противоречит основной задаче преобразователей питания: обеспечить эффективную, рациональную регулировку мощности. Таким образом, разработчикам необходимо решать сразу две задачи. Обеспечить эффективное преобразование энергии из сети переменного тока для светодиодной нагрузки и корректное функционирование фазового регулятора с минимизацией дополнительных потерь мощности.

Новые требования по электропитанию для многих светодиодных систем требуют использования корректоров коэффициента мощности (ККМ). Коэффициент мощности определяет, насколько хорошо энергия передается с входа на выход преобразователя. Если входной ток не имеет искажений и совпадает по фазе с входным напряжением, коэффициент мощности равен единице. Любой сдвиг фаз или искажения входного тока из-за реактивных элементов и коммутационного шума снижают коэффициент мощности.

Рисунок 2.	В большинстве светодиодных систем освещения имеются ККМ, благодаря которым входной ток обычно достаточно хорошо соответствует входному напряжению, и фазовый регулятор преждевременно отключается лишь в конце интервала проводящего состояния, когда напряжение и ток уменьшаются. Отключение влечет за собой изменение угла отсечки, приводящее к ошибкам декодирования.

Поскольку в большинстве светодиодных систем освещения имеются ККМ, входной ток обычно достаточно хорошо соответствует входному напряжению, и фазовый регулятор преждевременно отключается лишь в конце интервала проводящего состояния, когда напряжение и ток уменьшаются (Рисунок 2). Отключение влечет за собой изменение угла отсечки.

Основные решения для сохранения тока удержания

Простым подходом для удовлетворения требований по току удержания является добавление резистивной нагрузки, что должно обеспечить минимальный входной ток во всем интервале проводимости. Этот метод крайне неэффективен. Для замены лампы накаливания мощностью 100 Вт требуется светодиодный излучатель мощностью всего лишь 15 Вт, при этом сохранение необходимого уровня тока удержания может привести к снижению эффективности на 10%… 20%.

Более сложный подход заключается в линейном увеличении нагрузки в каждом цикле, который включает дополнительное повышение тока удержания в конце интервала проводимости. Этот метод очень энергоэффективен, однако, его трудно реализовать при большом рабочем диапазоне.

Например, в диапазоне от 85 до 305 вольт переменного тока для универсального входа 15-ваттного светодиодного светильника наихудшее состояние для тока удержания наступает при 305 В, когда входной ток минимален. Для того чтобы гарантировать включенное состояние симистора во всем интервале проводимости при напряжении 305 В, вы должны обеспечить большой ток удержания. Из-за универсальности решения добавленный ток удержания при напряжении 85 В будет примерно в четыре раза больше, чем необходимо – это большая потеря энергии.

Динамическое удержание

Наиболее эффективным методом является регулирование минимального входного тока. В этом случае ток удержания тиристора не увеличивается, пока входной ток превышает регулируемый уровень. При понижении входного тока ниже регулируемого уровня, схема поддерживает минимально необходимый ток удержания. Этот метод, называемый динамическим удержанием, реализуется в контроллере LM3450 (Рисунок 3). Измерительный резистор между выводом диодного моста и системной «землей» обеспечивает контроль входного тока. Снимаемое с резистора напряжение VSENSE позволяет контроллеру линейно управлять током на выводе УДЕРЖАНИЕ в соответствии c минимальным регулируемым входным током. Это гарантирует минимизацию дополнительно расходуемой мощности.

Рисунок 3.	Схема динамического удержания не увеличивает нагрузку, пока входной ток превышает регулируемый уровень. При понижении входного тока ниже этого уровня, схема обеспечивает минимально необходимый ток удержания.

В конечном счете, динамическое удержание требуется для того, чтобы гарантировать корректное декодирование фазового угла, обеспечивающее точный регулирующий сигнал для конвертера. В процессе декодирования необходимо предотвратить ложные отключения симистора при декодировании, чтобы исключить вызывающее мерцание хаотичное изменение угла отсечки. При внимательном изучении работы системы становится ясно, что фактически нет нужды декодировать угол в каждом цикле. Система с выборкой может обеспечить еще большую точность. При таком подходе, повышение тока удержания необходимо только во время интервала с выборкой при декодировании. В циклах без выборки ток не повышается.

В LM3450 используется именно такая схема фазового декодирования с выборкой, и динамическое удержание, таким образом, активировано только в интервалах выборки. Была проведена сравнительная оценка, для которой использовались 15-ваттные светильники на 120 вольт с фиксированным током удержания 20 мА и с намного большим, но динамическим, током удержания 70 мА (Рисунок 4). После проверки более 20 регуляторов освещения оказалось, что динамическое удержание на уровне 70 мА обеспечило полный диапазон регулировки яркости при повышении эффективности на целых 6%.

Рисунок 4.	Результаты сравнительной оценки двадцати 15-ваттных светильников на 120 вольт подтвердили, что при фиксированном токе удержания 20 мА и динамическом токе удержания 70 мА обеспечивается полный диапазон регулировки яркости при повышении эффективности на 6%.

При данном подходе перед разработчиком стоит еще одна трудная задача. Предыдущий анализ не учитывал влияния на преобразователь входного фильтра электромагнитных помех (ЭМП). Каждый преобразователь, удовлетворяющий требованиям по нормам излучения ЭМП, должен иметь соответствующий фильтр. К сожалению, добавление реактивных компонентов со стороны переменного напряжения перед мостом искажает форму входного тока, что сказывается на измерении выпрямленного тока.

В конце фазы проводимости, при максимальной скорости изменения входного напряжения dU/dt, эта проблема становится наиболее острой. В этот момент бóльшая часть тока преобразователя проходит через конденсаторы фильтра ЭМП, и симистор проводит даже меньший ток, чем можно ожидать.

Чтобы исключить неточность измерений, регулируемый минимальный входной ток должен быть увеличен, а емкость фильтра ЭМП минимизирована.

Перевод: Виктор Чистяков по заказу РадиоЛоцман

Устройство регулятора мощности своими руками

Устройства, позволяющие управлять работой электрических приборов, подстраивая их под оптимальные характеристики для пользователя, прочно вошли в обиход. Одним из таких приспособлений является регулятор мощности. Применение таких регуляторов востребовано при использовании электронагревательных и осветительных приборов и в устройствах с двигателями. Схемотехника регуляторов разнообразна, поэтому порой бывает затруднительно подобрать себе оптимальный вариант.

Простейший регулятор энергии

Первые разработки устройств, изменяющие подводимую к нагрузке мощность, были основаны на законе Ома: электрическая мощность равняется произведению тока на напряжение или произведению сопротивления на ток в квадрате. На этом принципе и сконструирован прибор, получивший название — реостат. Он располагается как последовательно, так и параллельно подключённой нагрузке. Изменяя его сопротивление, регулируется и мощность.

Ток, поступая на реостат, разделяется между ним и нагрузкой. При последовательном включении контролируются сила тока и напряжение, а при параллельном — только значение разности потенциалов. В зависимости от материала, из которого изготовлено сопротивление, реостаты могут быть:

• металлическими;
• жидкостными;
• угольными;
• керамическими.

Согласно закону сохранения энергии, забранная электрическая энергия не может просто исчезнуть, поэтому в резисторах мощность преобразуется в теплоту, и при большом её значении должна от них отводиться. Для обеспечения отвода используется охлаждение, которое выполняется с помощью обдува или погружением реостата в масло.

Реостат — довольно универсальное приспособление. Единственный, но существенный его минус — это выделение тепла, что не позволяет выполнить устройство с небольшими размерами при необходимости пропускать через него мощность большой величины. Управляя силой тока и напряжения, реостат часто используется в маломощных линиях бытовых приборов. Например, в аудиоаппаратуре для регулировки громкости. Выполнить такой регулятор тока своими руками совсем несложно, в большей мере это касается проволочного реостата.

Для его изготовления понадобится константовая или нихромовая проволока, которая наматывается на оправку. Регулирование электрической мощности происходит путём изменения длины проволоки.

Виды современных устройств

Развитие полупроводниковой техники позволило осуществить управление мощностью, используя радиоэлементы с коэффициентом полезного действия от восьмидесяти процентов. Это дало возможность их комфортно применить в сети с напряжением 220 вольт, не требуя при этом больших систем охлаждения. А появление интегральных микросхем и вовсе позволило достичь миниатюрных размеров всего регулятора в целом.

На сегодняшний момент производство выпускает следующие типы приборов:

1. Фазовые. Используются для управления яркости свечения ламп накаливания или галогенных ламп. Другое их название — диммеры.
2. Тиристорные. В основе работы лежит использование задержки включения тиристорного ключа на полупериоде переменного тока.
3. Симисторные. Мощность регулируется вследствие изменения количества полупериодов напряжения, которые действуют на нагрузку.
4. Регулятор хода. Позволяет плавно изменять электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель.

При этом регулировка происходит независимо от формы входного сигнала. По своему виду расположения приборы управления разделяются на портативные и стационарные. Они могут выполняться как в независимом корпусе, так и интегрироваться в аппаратуру. К основным параметрам, характеризующим регуляторы электрической энергии, относят:

• плавность регулировки;
• рабочую и пиковую подводимую мощность;
• диапазон входного рабочего сигнала;
• КПД.

Таким образом, современный регулятор электрической мощности представляет собой электронную схему, использование которой позволяет контролировать количество энергии, пропускаемой через него.

Тиристорный прибор управления

Принцип действия такого прибора не отличается особой сложностью. В основном тиристорный преобразователь используется для управления устройствами малой мощности. Типовая схема тиристорного регулятора мощности состоит непосредственно из самого тиристора, биполярных транзисторов и резисторов, устанавливающих их рабочую точку, и конденсатора.

Транзисторы, работая в ключевом режиме, формируют импульсный сигнал. Как только значение напряжения на конденсаторе сравнивается с рабочим, транзисторы открываются. Сигнал подаётся на управляющий вывод тиристора, открывая и его. Конденсатор разряжается и ключ запирается. Так повторяется в цикле. Чем больше задержка, тем в нагрузку поступает меньше мощности.

Преимущества такого типа регулятора в том, что он не требует настройки, а недостаток в чрезмерном нагреве. Для борьбы с перегревом тиристора используется активная или пассивная система охлаждения.

Используется такого типа регулятор для преобразования мощности, подающейся как к бытовым приборам (паяльник, электронагреватель, спиральная лампа), так и к промышленным (плавный запуск мощных силовых установок). Схемы включения могут быть однофазными и трёхфазными. Наиболее применяемые: ку202н, ВТ151, 10RIA40M.

Симисторный преобразователь мощности

Симистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в цепи переменного тока. Отличительной чертой прибора является то, что его выводы не имеют разделения на анод и катод. В отличие от тиристора, пропускающего ток только в одну сторону, симистор проводит ток в обоих направлениях. Именно поэтому он используется в сетях переменного тока.

Важное отличие симисторных схем от тиристорных состоит в том, что нет необходимости в выпрямительном устройстве. Принцип действия основан на фазном управлении, то есть на изменении момента открытия симистора относительно перехода переменного напряжения через ноль. Такое устройство позволяет управлять нагревателями, лампами накаливания, оборотами электродвигателя. Сигнал на выходе симистора имеет пилообразную форму с управляемой длительностью импульса.

Самостоятельное изготовление такого вида приборов проще, чем тиристорного. Широкую популярность получили симисторы средней мощности типа: BT137–600E, MAC97A6, MCR 22−6. Схема регулятора мощности на симисторе с использованием таких элементов отличается простотой изготовления и отсутствия необходимости в настройке.

Фазовый способ трансформации

Сам по себе диммер имеет широкую область применения. Одним из вариантов его использования является регулировка интенсивности освещения. Электрическая схема прибора чаще всего реализуется на специализированных микроконтроллерах, использующих в своей работе встроенную электронную схему понижения напряжения. Из-за этого диммеры способны плавно изменять мощность, но чувствительны к помехам.

Фазовые регуляторы мощности не стабилизируются с помощью стабилитронов, а в качестве стабилизатора используют попарно работающие тиристоры. Основа их работы лежит в изменении угла открывания ключевого тиристора, в результате чего на нагрузку поступают сигналы с отрезанной начальной частью полупериода, снижая действующую величину напряжения. К недостаткам диммеров относят высокий коэффициент пульсаций и низкий коэффициент мощности выходного сигнала.

При работе диммеров в широком спектре частот возбуждаются электромагнитные помехи. Такие излучения приводят к снижению КПД из-за появления паразитного тока в проводниках. Для борьбы с такими токами в конструкцию добавляются индуктивно-ёмкостные фильтры.

Практические примеры для повторения

Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.

Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.

Доминирующая схема

Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.

Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.

При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.

В качестве транзисторов используются КТ814 и КТ815. Время разряда регулируется с помощью R5 и мощность тоже. Стабилитрон используется с напряжением стабилизации от 7 до 14 вольт.

Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.

Контроллер нагрева паяльника

Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.

Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.

Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г.

Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.

Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.

Схема и устройство регулятора яркости лампы накаливания 220 в

Создание комфорта невозможно без правильно подобранного освещения. Особенно это актуально для вечернего времени суток, когда яркий свет от светильника может даже раздражать. Поэтому и было специально разработано устройство, помогающее легко изменять степень освещённости. Этот прибор представляет собой регулятор яркости ламп накаливания 220 В, позволяющий плавно управлять их накалом. При этом такой светорегулятор помогает экономить электроэнергию.

Устройство и виды

Сегодня в продаже можно встретить большое количество светорегуляторов для различных осветительных приборов. Одним из самых недорогих и простых по принципу действия является приспособление, управляющее яркостью свечения ламп накаливания. Всё дело в том, что лампа представляет собой простейшее осветительное устройство.

В лампе накаливания используются свойства определённого типа материала излучать свет при нагреве. Для того чтобы это излучение было видно, температура тела должна превышать 570 °C (красный спектр). Нагрев вещества достигается путём пропускания через него тока. Поэтому в качестве источника излучения должен использоваться тугоплавкий проводник, сопротивление которого току позволит преобразовать электрическую энергию в световую. Всеми этими качествами обладает вольфрам, который и используется в качестве нити накала.

Рабочая температура вольфрама достигает 2000—2800 °C, из-за чего спектр свечения лампы сдвинут в жёлтый цвет. При таких температурах вольфрам окисляется, поэтому для избегания процесса окисления нить помещается в вакуумированную колбу, которая заполняется инертным газом. В качестве газа используется азот, аргон или криптон.

Принцип действия светорегулятора для ламп накаливания построен на изменении степени нагрева вольфрамовой нити в колбе. Достигается это путём регулирования силы тока, проходящей через прибор света. Такие регуляторы называются диммерами. Различные их виды можно встретить в специализированных торговых точках по продаже светового оборудования, но при желании можно изготовить диммер и своими руками. Его несложная конструкция позволяет собрать и подключить устройство самостоятельно даже людям, которые не имеют специальных технических знаний.

Принцип действия

Своим названием диммер обязан английскому слову dim, которое переводится как «затемнять». По своей сути он является регулятором электрической мощности. Простейшим его видом является реостат, но для изменения световой силы приборов его не используют из-за низкого коэффициента полезного действия (КПД). Другим его видом является автотрансформатор. Однако крупные его размеры и внушительный вес делают применение автотрансформатора неудобным.

Развитие полупроводниковых приборов позволило использовать для светорегулировки новые технологии, работающие на принципе преобразовании частоты. Таким образом, регуляторы освещения для лампы накаливания разделяют на два вида:

В основе принципа аналогового устройства лежит отбор энергии от осветительного прибора путём изменения сопротивления линии. Например, в случае использования реостата, который представляет собой переменный резистор, происходит изменение сопротивления в цепи с подключённой лампочкой. Для этого последовательно в цепь нити накала включается переменный резистор. Увеличение его сопротивления ведёт к уменьшению силы тока, поступающего на лампу, а значит, нить меньше нагревается, и свечение становится тусклее. Но при таком подходе потребление мощности не уменьшается, её часть выделяется на реостате, приводя к его нагреву.

Неудобства использования аналоговых регуляторов почти полностью решены в цифровых устройствах. В их основе применяется принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ), позволяющий управлять подачей мощности к нагрузке. Это достигается путём изменения длительности импульсов при определённой частоте сигнала. Для этого используются коммутационные элементы, которые собираются на транзисторах, работающих в ключевом режиме, и генератор — ШИМ-контроллер. Задача последнего заключается в управлении электронными ключами.

В закрытом состоянии ток через ключ очень мал, а значит, мощность рассеивания ничтожна. В открытом состоянии, несмотря на большой ток, сопротивление также мало, а тепловые потери незначительны. Наибольшее количество тепла выделяется в момент переключения ключа. Изменение светосилы осветителя зависит от периода времени и скважности импульса сигнала, при этом значение тока остаётся постоянным.

Характеристики и возможности

Использование светорегуляторов имеет ряд преимуществ по сравнению с простым включением и выключение света. В первую очередь — это дополнительный комфорт, а во вторую — экономия электроэнергии. Современные приборы позволяют изменять освещение, даже не притрагиваясь к выключателям света из-за возможности использования пульта дистанционного управления. Можно выделить следующие основные преимущества:

• повышение энергоэффективности освещения;
• плавное включение и выключение света;
• продление срока эксплуатации осветительных приборов;
• работа ламп по запрограммированному алгоритму.

Сегодня производители предлагают устройства, различающиеся по виду, стоимости и набору дополнительных функций. Но при этом отмечаются и недостатки. Прежде всего, это чувствительность к перегреву, поэтому в помещениях с высокой температурой их устанавливать не рекомендуется. Кроме этого, из-за особенностей работы прибора возникают радиоимпульсы, которые могут стать источником помех.

Следует знать, что у ламп накаливания отсутствует индуктивность и ёмкость. Они представляют собой инерционные устройства. А это значит, что при уменьшении потребляемой мощности изменяется цветовая температура света. Из жёлтого спектра она сдвигается в сторону красного излучения. Освещение на малой мощности может оказаться неприятным, потому некоторые производители встраивают в свои устройства порог отсечения. При достижении определённой величины лампа сразу отключается. К основным характеристикам прибора относят:

1. Мощность. Этот параметр показывает, какой наибольшей мощности осветитель можно подключить к светорегулятору. При покупке необходимо выбирать устройство с показателем на 15—20% больше, чем планируемая к подключению мощность нагрузки. Это позволит избежать перегрева устройства и выхода его из строя.
2. Степень защиты. Электроприбор должен обладать классом защиты. Минимальный класс должен соответствовать стандарту IP20.
3. Материал контактной группы. Лучше всего, если используются медные контакты, но часто применяется и сплав.
4. Тип управления. Он может быть поворотным, кнопочным, сенсорным или дистанционным.
5. Вид установки. Такие приборы могут быть встраиваемыми или выносными. Первого вида устройства предназначены для расположения вместо выключателя освещения. Приборы второго типа подключаются к розетке с напряжением 220 вольт и имеют собственную розетку, в которую уже включается непосредственно лампа.

Производители приборов

Покупая устройство, не в последнюю очередь нужно обращать внимание на его производителя. Приобретение некачественного товара может привести к возникновению пожара, поэтому лучше отдавать предпочтение известным производителям. Обычно они имеют обширную сеть сервисных центров, благодаря чему гарантийный ремонт осуществляется в кратчайшие сроки, но чаще всего изделие просто меняется на новое. К лидирующим компаниям, выпускающим диммеры для ламп накаливания, относят:

1. Legrand. Французская компания, специализирующаяся на электротехнической продукции. Она занимает одну из лидирующих позиций на рынке и считается надёжной и безопасной. Большим спросом пользуются ее серии Valena и Celiane.
2. Schneider Electric. Их продукция отличается простотой установки и безопасностью в процессе эксплуатации. Популярные серии: Merten, Прима, Sedna.
3. Ноотехника Агат. Российский производитель электрофурнитуры. Продукция отвечает высоким стандартам европейского качества. Чаще всего при покупке обращают внимание на дистанционный диммер Агат-Д-1000.
4. ABB. Светорегуляторы шведско-швейцарского производителя выполнены в оригинальном дизайне и представлены на рынке в широком ассортименте. Их продукция Busch Duro считается классикой светоуправляющих приборов.
5. Makel. Производитель из Турции зарекомендовал себя качественным и надёжным изготовителем, выпускающим продукцию в основном бюджетного класса. Серии Defne и Lilium Natural Kare смогут удовлетворить любого покупателя.
6. LN-MINI. Базирующаяся в Гонконге фирма известна своими миниатюрными диммерами, предназначенными для установки в настольные лампы.
7. Lezard. Дочерняя компания турецкой фирмы DERNEK GRUP. С каждым годом её продукция становится всё более популярной. Наиболее известная серия — Mira.

Схемотехника устройств

Существует довольно много технических решений изготовления светорегулирующих приборов. Но ключевые блоки их однотипные — это элементы управления и управляющий модуль. Самый простой вариант схемы диммера для лампы накаливания содержит не более пяти радиоэлементов и лёгок к повторению даже начинающему радиолюбителю, в то время как сложные многофункциональные приборы содержат микросхемы и программный код.

Простые схемы можно выполнять навесным монтажом, а вот для сложных устройств понадобится изготовить печатную плату. При самостоятельной сборке прибора любой сложности следует быть внимательным и соблюдать аккуратность, так как работы связаны с опасным для жизни напряжением 220 вольт.

Поворотный диммер

Такая схема не содержит дефицитных радиодеталей, а её ключевым элементом является симистор. Суть схемы сводится к тому, что ток появится на лампе лишь в том случае, если на управляющем электроде симистора возникнет отпирающий сигнал. Когда он откроется, нагрузка подключится.

Генератор в схеме реализован на двух симисторах VS1 и VS2. При включении в сеть 220 вольт конденсаторы C1 и C2 через резисторы R1 и R2 начинают заряжаться. Как только уровень напряжения достигает значения, позволяющего открыться VS1, появляется ток, а конденсатор C1 разряжается. Чем больше сопротивление цепочки R1-R2, тем медленнее происходит заряд, а значит, и увеличивается скважность импульсов. При изменении сопротивления R2 регулируется длительность импульсов.

Светорегулятор на микроконтроллере

Такого типа схемы используются в диммерах с возможностью дистанционного управления. Главным элементом устройства является микроконтроллер DD1. Через делитель напряжения R8-R10 сетевое напряжение поступает на вход контроллера. Переход синусоидального сигнала через ноль характеризуется падающим фронтом напряжения, что вызывает прерывание программы микросхемы.

Элементы VD3-VD4 образуют стабилизированный однополупериодный выпрямитель. Конденсатор С6 и резистор R6 нужны для защиты параметрического стабилизатора. Для сборки такого прибора своими руками понадобится изготовить печатную плату, а уровень знаний по радиоэлектронике должен быть средним.

Конденсаторы C1 и C2 играют роль фильтра и предназначены для сглаживания выпрямленного напряжения. Через диод VD1 в случае пропадания напряжения в сети 220 В происходит разряд C5. На транзисторе VT1 собран ключ, разряжающий C4 при взаимодействии пользователя с сенсорной пластиной. В качестве неё можно использовать даже самодельную металлическую пластину, приклеенную с обратной стороны клавиши любого выключателя.

Симистор должен быть рассчитан на максимальное рабочее напряжение не менее 600 вольт, а его ток обязан превышать требуемый нагрузкой в два раза. Если на четвёртом выводе микроконтроллера присутствует единица, тогда симистор закрыт. Для его открытия формируется импульс сигнала длительностью не менее 15 мкс.

Радиоэлемент устанавливается на радиатор. В качестве фотоприёмника используется любой фотоэлемент с несущей частотой инфракрасного сигнала 36 кГц.

Регулировка яркости LED. Все о диммерах для светодиодных ламп

Диммирование с английского языка переводится не иначе, как «затемнение». Что такое диммер, какие они бывают и где еще могут применяться мы расскажем в этой статье. От истоков и до конечной реализации. Самый главный вопрос можно ли использовать светодиодные лампы с диммером?

Что такое диммер и зачем он нужен?

Диммер – электронный прибор способный регулировать мощность, за счёт регулирования напряжения, поступающего к нагрузке. Определение весьма сухое и скучное, давайте более простым языком объясним принцип действия.

Мощность зависит от напряжения и тока в нагрузке. Это значит, что если уменьшить одну из составляющих уменьшиться и мощность. Напряжение и ток связаны законом Ома, а значит уменьшить мощность вашего прибора (яркость светильника) можно, увеличив общее сопротивление нагрузки. То есть использовать балластные резисторы, дроссели или конденсаторы.

Балластные гасители мощности – преобразуют лишнюю энергию в тепло и имеют низкий КПД. Чтобы регулировать мощность прибора, в нашем случае яркость лампочки, нужно другое устройство – диммер.

Можно ли подключать светодиодные лампы через диммер? Можно. Но не все будут стабильно регулироваться. Тут нужны специальные светодиодные лампы под диммер.

Светодиодные лампы, регулируемые диммером, подойдут для работы с любым регулятором. Но есть некоторые нюансы в отличии типа регулировки напряжения. Это определяется схемотехникой диммера, различия будут подробно описаны в следующих разделах статьи. От типа диммера зависит насколько хорошо будут регулироваться LED.

Какие светодиодные лампы можно использовать с диммером? В этом вопросе всё крайне индивидуально. Все зависит как от схемы самой лампочки, так и от схематики регулятора. В общем случае – отлично подходят так называемые диммируемые светодиодные лампы.

Какие бывают диммеры

Регуляторы мощности можно разделить на две больших группы:

• Для работы в цепях переменного напряжения (220В);
• для работы в цепях постоянного напряжения (для светодиодной ленты на 12В).

В дрелях тоже нужен регулятор, для корректировки оборотов, он располагается в кнопке.

Его можно использовать в различных целях, в этом списке они расположены по популярности:

1. Регулировка яркости света, диммирование светодиодных и ламп накаливания;
2. регулировка температуры тэна в различных нагревателях;
3. регулировка оборотов коллекторного двигателя.

В чем различия диммеров?

Если вы собрались использовать выключатель с регулировкой яркости, сперва нужно узнать какие они бывают. И вообще все ли светодиодные лампы можно диммировать?

Диммеры различаются по следующим критериям:

• По типу монтажа;
• по исполнению и способу управления;
• по способу регулирования.

Давайте разберемся по подробнее с каждым из них.

По типу монтажа

Для наружного монтажа – накладной выключатель с диммером для светодиодных ламп. Для установки такого прибора не нужно высверливать в стене нишу, он просто крепится сверху на стену. Очень удобно использовать в тех случаях, когда интерьер не в приоритете или проложена наружная проводка.

Для внутреннего монтажа – отлично впишутся в любой интерьер, как например этот.

Для монтажа на DIN рейку весьма специфичны и сперва может показаться, что они не практичны. Однако этот регулятор освещения для светодиодных ламп работает с пультом дистанционного управления, при этом спрятан от посторонних глаз в электрощите.

По исполнению

По исполнению регулятор света для светодиодных и ламп накаливания может быть:

• Поворотным;
• поворотно-нажимного типа;
• кнопочным;
• сенсорным;

Поворотный – один из самых простых вариантов регулятора яркости светодиодной лампы, выглядит незатейливо обладает простейшим функционалом.

Поворотно-нажимной выглядит практически также, как и поворотный. Благодаря своей конструкции, при нажатии на него зажигается свет с такой яркостью, какая была установлена при последнем включении.

Кнопочный регулятор для светодиодного освещения выглядит уже более технологично и органично впишется в современную квартиру. Как например этот выключатель с регулятором яркости для светодиодных ламп.

Сенсорные модели и вовсе могут быть совершенно различны – начиная от светящихся кружочков, заканчивая ровными одноцветными панелями для регулировки напряжения светодиодных ламп.

По способу регулировки

Диммеры бывают разные не только по их исполнению, но и по принципу работы. Это касается именно диммеров переменного тока.

Первый тип диммеров более распространённый и дешевый, по причине простоты своей схемы – это диммер с отсечкой по переднему фронту (англ. leading edge). Немного дальше будет подробно рассмотрен его принцип работы и схема, для сравнения взгляните на вид напряжения на выходе такого регулятора.

По графику видно, что на нагрузку подается остаток полуволны, а её начало срезается. Из-за характера включения нагрузки, в электросетях наводятся помехи, что мешает работе телевизоров и других устройство. На лампу подаётся напряжение установленной амплитуды, а затем оно затухает, когда синусоида переходит через ноль.

Можно ли использовать leading edge диммер для диодных ламп? Можно. Светодиодные лампы с диммером этого типа будут хорошо поддаваться регулировке, только если они изначально для этого созданы. Об этом свидетельствуют символы на её упаковке. Они еще называются «диммируемые».

Второй тип работает иначе, создает меньше помех и лучше работает с разными лампочками – это диммер с отсечкой по заднему фронту (англ. falling edge).

Регулировка светодиодных ламп с диммерами такого типа происходит лучше, а его конструкция лучше поддерживает недиммируемые источники света. Единственный недостаток – эти лампы могут регулировать свою яркость не с «нуля», а в определенном диапазоне. При этом диммируемые светодиодные лампы – просто великолепно регулируются.

Лучшее решение — использовать Falling Edge диммер для светодиодных светильников.

Отдельное слово можно сказать о готовых светодиодных светильниках с регулировкой яркости. Это отдельный класс осветительных устройств, которые не нуждаются в установке дополнительных регуляторов, а имеют его в своей конструкции. Их регулировки производятся с помощью кнопок на корпусе или с пульта.

Схемы диммеров

Диммер для напряжения 220В, с отсечкой по переднему фронту, работает по принципу фазоимпульсного управления напряжением. В процессе работы, элементы такого диммера подают напряжение на нагрузку в определенные моменты, отрезая часть синусоиды. Подробно и более наглядно это изображено на графиках.

Площадь синусоиды, заштрихованная серым цветом – это площадь напряжения или его действующая величина, которая подаётся в нагрузку (светильник или любое другое описанное выше устройство).

Красной пунктирной линией изображена форма напряжения на входе диммера для led ламп. В таком виде она подается через обычный выключатель без регулировок.

Как подключить светодиоды через диммер?

Номиналы компонентов и все сведения указаны на схеме диммера.

Устройство устанавливается в разрыв провода идущего к источнику света, двигателю, тэну или любому другому устройству.

Логика работы схемы следующая: конденсатор С1 заряжается через цепочку R1 и потенциометр R2. В зависимости от положения потенциометра, конденсатор заряжается до напряжения открытия динистора VD1.

В схеме использовался динистор DB3, это примерно 30В. Через открытый динистор подаётся управляющий импульс открытия симистора (двунаправленный тиристор), на его управляющий электрод.

Чем больше сопротивление, выставленное ручкой потенциометра – тем дольше заряжается конденсатор, соответственно тем позже откроется цепь динистор-симистор, а напряжение будет ниже, так как срежется большая часть синусоиды. И наоборот – меньше сопротивление – больше напряжение на выходе регулятора.

В интернете есть много вариантов схем со всевозможными доработками, все они хорошие. Здесь приведена простейшая схема, на рисунке изображен монтаж этого варианта схемы.

Как регулировать освещенность LED

Какие лампочки можно использовать с диммером? Когда для освещения использовались преимущественно лампы накаливания, всё было просто – обычный диммер легко справлялся с регулировкой яркости.

Лампы накаливания были заменены энергосберегающими люминесцентными экономками, их вообще нельзя было регулировать. Конечно, встречались ЭПРА для трубчатых люминесцентных лампочек с возможностью диммирования, но крайне редко и стоили они дорого.

Сейчас энергосберегающие лампы вытесняются светодиодными. Процесс излучения квантов света хоть и сложен, но с точки зрения регулирования, пожалуй, более прост, чем регулировка газоразрядных источников света.

Диммируемые светодиодные лампы – что это такое?

Что значит диммируемая светодиодная лампа? Это лампочка, которая поддаётся регулировке яркости с помощью ЛЮБОГО диммера, который разработан под переменный или постоянный ток (в зависимости от типа).

В ее схему питания заложены функции изменения яркости, в зависимости от питающего напряжения. Диммируемые светодиодные лампы работают со схемами диммеров типа того, что представлена выше.

Сетевой диммер регулирует подаваемое напряжение. Это значит, что при любых значениях напряжений, в определенном производителем диапазоне (он указан на коробке от лампочки), схема лампы будет стремиться поддерживать заданный ток. Яркость в свою очередь зависит от тока.

Обычные светодиодные лампы регулировать не получится, в лучшем случае она будет просто включаться и выключаться, в худшем — сгорит при низких значениях, установленных на диммере.

В самых дешевых светодиодных лампах стоит гасящий конденсатор. Они если и будут регулироваться, то только в очень узких пределах, значит они тоже не подходят. Пример диммирования обычных светодиодных лампочек посмотрите на видео.

Диммируемые светодиодные лампы на 220 Вольт

Регулировка яркости светодиодных ламп на 220В затруднена, потому что там установлена схема стабилизации тока на специализированном драйвере. Его задача стабилизировать выходной ток, для обеспечения равномерного и долгого свечения светодиодов, не зависимо от значений напряжения питающей сети.

Обычные светодиодные лампы не очень сильно поддаются диммированию. Чтобы выбрать правильную Led лампу для диммера – нужно внимательно изучить описание и обозначения, указанные на коробке и корпусе лампочки.

Светодиодные лампы с диммированием можно распознать по надписи: «для диммера», «регулируемая» или что-то подобное, возможно будет просто нарисовано условное изображение диммера, как на примерах ниже.

Можно ли регулировать яркость светодиодных ламп, работающих от постоянного тока?

На фото led диммер для 12В светодиодной ленты. Давайте разбираться как работает такой диммер со светодиодными лампами.

Для цепей постоянного тока принцип работы регулятора отличается. Здесь в качестве дозирующего элемента используется биполярный или полевой транзистор, а в качестве дозатора – генератор импульсов с изменяемым коэффициентом заполнения.

Способ этого управления называется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Чтобы понять, как это работает нужно ознакомиться с графиками.

Vcc – напряжение на входе диммера постоянного тока, Vсреднее – напряжение на выходе. Вы можете видеть, как изменяется среднее напряжение. При увеличении длительности импульса и сокращении длины паузы (повышаем коэффициент заполнения) увеличивается выходное напряжение.

Выше приведена принципиальная электрическая схема «ШИМ-регулятора яркости led ламп на NE555». Он может выступать в роли устройства для диммирования светодиодов. Работает следующим образом:

NE555 – это таймер, подключен здесь в режиме генератора импульсов, частота и длительность которых задаётся RC цепью состоящей из R2, потенциометра R1 и конденсатора C5, как и в предыдущей схеме потенциометр регулирует скорость заряда конденсатора, в соответствии со скоростью заряда формируется ширина импульса.

Изначально схема выдает симметричные импульсы, то есть длина паузы равна длине импульса. Но благодаря наличию потенциометра и цепочки из двух диодов VD1 и VD2, происходит заряд и перезаряд ёмкости через разные сопротивления потенциометра, вернее через разные пары его контактов.

Поэтому формируются ШИМ регулируемые импульсы с постоянной частотой, но изменяемым коэффициентом заполнения.

Если вы будете использовать его в автомобиле или для диммирования светодиодной ленты, можно исключить дополнительный источник питания 9 вольт, на базе 7809 линейного стабилизатора и подавать питание в первую точку после него на схеме.

А вот фотографии самодельного диммера для светодиодов, если нужно – вы можете срисовать расположение дорожек и повторить его. Или собрать на макетной плате.

Видео того как работает диммирование светодиодных светильников с помощью этой схемы, на примере ленты бокового свечения расположено ниже.

С помощью этой схемы возможно диммирование светодиодных цепей на 12В и любой другой нагрузки постоянного тока. Например, регулировать скорость оборотов кулера для ПК, коллекторных двигателей, нагревателей, в общем всего, что вы придумаете. В одной из статей мы уже рассказывали про изготовление светодиодного диммера своими руками.

Какой диммер нужен для светодиодных лампочек?

Чтобы подобрать диммер к светодиодным лампам и обеспечить их совместимость, нужно сначала определится, какие лампы вы будете использовать. Если вы планируете покупать 220В LED лампочки – для этого подойдут фазоимпульсные приборы, которые были рассмотрены в начале статьи. Берите модели с отсечкой по заднему фронту.

Для низковольтных ламп постоянного тока (например 12В, которые используются в точечных светильниках, настольном освещении или лампах для автомобиля) – подойдет любой ШИМ регулятор или диммер для светодиодных лент. Все они работают по принципу широтно-импульсной модуляции, линейное регулирование уже далеко в прошлом.

Также лучше покупать специальные светодиодные лампы под диммер. Хоть и стоят они дороже, но проблем с их регулировкой не будет. Вы создадите нужное световое решение, только если правильно подберете диммер и светодиодные лампы к нему.

Делитесь в комментариях своим опытом регулировки яркости светодиодов и светодиодных светильников!