Прерыватель постоянного тока своими руками

Прерыватель на основе электромагнитного реле

Сегодня мы с вами соберем простую конструкцию прерывателя на основе электромагнитного реле. Эта конструкция имеет широкую область применения. В основном данное реле применяется в автомобильной технике (прерыватель указателей поворота). По сути, эта схема отличается максимальной простотой сборки, повторить ее может любой новичок.

Основа работы схожа с работой низкочастотного мультивибратора. Состоит схема из электромагнитного реле и электролитического конденсатора.

От емкости конденсатора зависит частота работы схемы. При подаче напряжения на реле заряжается конденсатор, затем его емкость разряжается на обмотку реле, от емкости конденсатора зависит время заряда конденсатора, чем больше емкость, тем больше времени уходит на зарядку, следовательно, устройство будет работать в качестве низкочастотного прерывателя.

По такой простой схеме можно реализовать ряд интересных и образовательных конструкций. Если подключить к соответствующим выводам реле лампочку, то последняя будет периодически мигать, частота этих миганий зависит от емкости выбранного конденсатора, о чем было упомянуто выше. По идее, мы получаем простой прерыватель указателей поворота — моргатель, который можно применить в транспортных средствах, в частности в легковых автомобилях.

Выбор электролитического конденсатора не критичен, можно использовать конденсаторы с напряжением от 16 до 100 Вольт, емкость от 100 до 4700 мкФ (смотря какая частота работы нужна).

В моем случае использовалось электромагнитное реле от сетевого стабилизатора напряжения с током 10-15 А, но мощность реле зависит от мощности подключенной нагрузки.

Эта схема отличается особой точностью работы, время нахождения в разомкнутом состоянии ровно времени нахождения в замкнутом состоянии.

Устройство можно использовать для управления большими нагрузками и не только низковольтных. Оптимальное напряжение питания составляет 12 Вольт, хотя обмотка реле рассчитана на гораздо большее напряжение.

Источник

Схема прерывателя тока для различных нагрузок, таймер (CD4060)

Приведены принципиальные схемы простых в изготовлении блоков для прерывания тока и регулировки мощности.

Прерыватель тока

Устройство представляет собой бесконтактный прерыватель тока в нагрузке, питающейся напряжением 12-18V, при токе не более 10А. Частоту прерывания можно плавно регулировать в двух пределах «х1» — от 0,2Гц до 2 Гц и «х2» — от 0,4 Гц до 4 Гц.

Схема отличается точным равенством интервалов выключенного и включенного состояния нагрузки. Схема (рис.1) состоит из мощного ключа на р-канальных полевых транзисторах VТ1 и VТ2, включенных параллельно, и источника управляющих импульсов на микросхеме D1.

Конечно, можно было источник управляющих импульсов сделать на основе мультивибратора на логических элементах, например, микросхемы К561ЛА7, но в таком случае, чтобы обеспечить симметричность выходных импульсов потребуется еще одна микросхема — D-триггер или счетчик.

В данном же случае, в одной микросхеме есть как мультивибратор, так и счетчик. К тому же, счетчик 14-разрядный, поэтому мультивибратор может работать на значительно более высокой частоте, чем частота прерывания нагрузки, что благоприятно сказывается на стабильности частоты заданной RC-цепью.

Частота мультивибратора задается RC-цепью C1-R2-R3. Плавная регулировка частоты осуществляется переменным резистором R2. Частота импульсов делится счетчиком.

В положении переключателя S1 «х1» коэффициент деления составляет 16384, а в положении «х1» -8192. Далее импульсы с выхода счетчика через переключатель S1 поступают на ключ на мощных полевых транзисторах VТ1 и VТ2.

Рис. 1. Принципиальная схема прерывателя тока.

Транзисторы р-канальные, поэтому открываются они отрицательным относительно истока напряжением. Резистор R4 несет две функции, во-первых, он снижает ток заряда емкости затвора полевых транзисторов, снижая этим пиковую нагрузку на выход микросхемы, а во-вторых, он совместно со стабилитроном VD2 ограничивает напряжение на затворах VТ1 и VТ2 чтобы оно не превышало 12V.

Максимальное напряжение питания микросхемы D1 составляет 15V, а напряжение питания данного устройства может достигать 18V и даже больше. Чтобы ИМС D1 не вышла из строя в этом случае, напряжение на ней ограничивается стабилитроном VD1 и резистором R5. А диод VD3 защищает конденсатор С2 от разрядки в том случае, если при включении нагрузки ключом на VТ1 и VТ2 будет наблюдаться провал в напряжении питания.

Регулятор мощности

Очень заманчиво в полевых условиях в качестве источника света использовать прожектор или светильник сделанный на базе автомобильной фары. Еще лучше, если яркость этого осветительного прибора можно будет регулировать плавно в очень широких пределах.

Ток потребления стандартной лампы автомобильной фары мощностью 65 W составляет 5,5А. А ток 100W лампы уже более 8А. Конечно, можно сделать линейный регулятор на очень мощном транзисторе с огромным радиатором. но куда более эффективным будет регулятор с широтно-импульсным способом регулировки мощности.

В отличие от линейного его выходные транзисторы всегда будут либо закрыты полностью либо открыты полностью, а это значит что сопротивление их каналов в открытом состоянии будет минимальное и, следовательно, мощность на них падать тоже будет минимальная. Отсюда и большой КПД, и более легкий температурный режим.

Схема (рис.2) в части выходного каскада и питания аналогична схеме прерывателя тока (рис.1). Различие в схеме управления. Здесь на микросхеме типа К561ЛА7 сделан мультивибратор, скважность выходных импульсов которого можно в очень широких пределах регулировать с помощью переменного резистора R1.

Частота импульсов неизменная и составляет около 400 Гц. Регулируя переменный резистор R1 изменяем соотношение длительностей положительных и отрицательных полуволн за счет различия сопротивлений R -составляющих частотозадающей RC-цепи, коммутируемых диодами VD4 и VD5.

Практически регулировать мощность можно от 90% до 10% от максимального значения. Собственно мультивибратор выполнен на элементах D1.1 и D1.2. С выхода элемента D1.2 импульсы поступают на усилитель мощности, сделанный на оставшихся двух элементах микросхемы D1 — D1.3 и D1.4.

Рис. 2. Принципиальная схема прерывателя тока для нагрузки с регулировкой.

Эти элементы соединены параллельно. С их выходов импульсы через резистор R4 поступают на затворы полевых транзисторов. В данной схеме сопротивление R4 уменьшено, чтобы обеспечить больше скорость открывания транзисторов и этим самым снизить их нагрев в момент переходного процесса между закрытым и открытым состоянием. В связи с этим увеличивать напряжение питания схемы выше 15V не рекомендуется, так как это приведет к повышенной нагрузке на выходы элементов D1.3 и D1.4 микросхемы D1.

Регулятор мощности с прерывателем

Если объединить эти два устройства получится схема (рис.З), с помощью которой можно будет не только прерывать ток в нагрузке постоянного тока, но и регулировать мощность этой нагрузки. Например, регулировать яркость и частоту мигания сигнального прожектора. В этом случае две управляющие схемы из схемы прерывателя (рис.1) и схемы регулятора мощности (рис.2) объединяются.

Причем первая схема управляет второй. Происходит это следующим образом. Усилитель мощности на элементах D1.3 и D1.4 выполнен на двух соединенных параллельно элементах микросхемы К561ЛА7, то есть, это элементы «2И-Не». Если на один из входов такого элемента подать логический ноль, то на выходе элемента устанавливается логическая единица независимо от того какой логический уровень будет на его втором входе.

Схема же выходного ключа выполнена на полевых транзисторах VT1 и VT2. Транзисторы р-канальные, поэтому открываются они отрицательным относительно истока напряжением, то есть, логическим нулем. А при подаче на их затворы логической единицы они закрываются.

Рис. 3. Принципиальная схема регулятора мощности с прерывателем.

Таким образом, выделяем по одному из входов элементов D1.3 и D1.4, соединяем их вместе и через переключатель S1 подаем на них управляющие импульсы от генератора прерывания, выполненного на микросхеме D2. Теперь при единице на выходе S1 нагрузка включается, а при нуле — выключается.

Чтобы можно устройством пользоваться как в режиме прерывания, так и без прерывания, переключатель S1 сделан на три положения. В положении «О» прерывания не будет, и нагрузка будет работать постоянно.

В этом положении выводы 9 и 13 элементов D1.3 и D1.4 соединяются через переключатель S1 с плюсовым полюсом питания микросхемы, то есть, на них подается логическая единица. В этом режиме прерыватель отключен, и работает только регулятор мощности. Мощность регулируется резистором R1, частота прерывания — резистором R6, режим работы — переключателем S1.

Детали

Включенные параллельно транзисторы VT2, VT3 типа IRF9540 можно заменить на IR9Z34, КП785А, КП784А. Микросхему CD4060B заменить можно любым аналогом «хх4060». Микросхему К561ЛА7 можно заменить на К176ЛА7 или CD4011, либо любым аналогом «хх4011».

Стабилитрон КС515А можно заменить на КС215Ж, КС508Б, 1N4744A, TZMC-15. Стабилитрон КС213Ж можно заменить на КС213Б, 1N4743A, BZX/BZV55C-13.

В качестве светодиода HL1 можно использовать любой из серий АП307, КИПМ15, КИПД21, КИПД35, L1503, L383 или другой индикаторный. Принципе, можно вообще отказаться от него, просто тогда не будет индикации включенного состояния нагрузки. При работе с током нагрузки до 10 А полевые транзисторы нужно установить на общий теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности не менее 70 см2.

Карнаухов ГЛ. РК-2015-08.

Литература: 1. Бутов А.Л. «Прерыватель тока для автомобиля» РК-2004-02.

Источник

Прерыватели постоянного тока, описание, принцип действия

В рамках настоящего пункта рассматриваются устройства силовой электроники, предназначенные для включения или выключения нагрузки в цепи постоянного тока. С их помощью можно также регулировать среднее (или действующее) значение напряжения, изменяя соотношение между длительностью импульсов напряжения на нагрузке и длительностью пауз (т. е. осуществлять импульсное регулирование).

Преобразователи постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня, обеспечивающие регулирование постоянного напряжения на нагрузке, рассматриваются в другом подразделе.

Ранее основой мощных прерывателей постоянного тока служили незапираемые тиристоры. Такие прерыватели отличались сложностью схем.
В настоящее время для коммутаций в цепях постоянного тока широко используют полевые транзисторы, IGBT, запираемые тиристоры (Gate tuогТ thyristor — GTO), тиристоры с полевым управлением (MOScontrol thyristor — МСТ, для включения и выключения которых используются встроенные полевые транзисторы), а также, в некоторых случаях, биполярные транзисторы.

Современные силовые полупроводниковые приборы способны коммутировать ток в тысячи ампер и выдерживать напряжение в тысячи вольт.

По существу прерыватели постоянного тока представляют собой электронные ключи (к примеру, транзисторные), дополненные системами управления и элементами, обеспечивающими защиту силовых приборов.

Прерыватель на основе IGBT.

Обратимся к отечественному прерывателю (твердотельному реле) постоянного тока с малым временем срабатывания 5П59.10Ч3116012 (напряжение изоляции 4000 В, коммутируемое напряжение 0…1200 В, коммутируемый ток 160 А, остаточное напряжение во включенном состоянии 3 В, время включения не более 5 мкс, частота коммутации нагрузки до 10 Гц).

Для питания входной цепи рассматриваемого твердотельного реле необходимо использовать источник с напряжением Unum гальванически связанный с входной цепью (питание по входу).

Для защиты от перенапряжений, возникающих при отключении нагрузки, имеющей индуктивность, используется внешний диод D. При выключении IGBT ток нагрузки замыкается через диод (в остальное время диод находится под обратным напряжением и не влияет на работу схемы).

Рассмотрим рекомендуемую схему включения (рис. 4.19) отечественного прерывателя (твердотельного реле) постоянного тока (напряжение изоляции 4000 В, коммутируемое напряжение 0…600 В, коммутируемый ток 120 А, остаточное напряжение во включенном состоянии 2,5 В).Реле имеет встроенный диод Dlt который обеспечивает, совместно с внешним диодом Х)3, защиту IGBT от перенапряжений.

Особенностью рассматриваемого реле является также использование источника питания с напряжением Unumi гальванически связанного с силовой цепью (питание по выходу).

Двуполярный прерыватель постоянного тока па полевых транзисторах.

Двуполярные прерыватели обеспечивают протекание положительного тока в двух направлениях. Они также способны коммутировать переменный ток.

Обратимся к рекомендуемой схеме включения (рис. 4.20) отечественного двуполярного прерывателя (биполярного твердотельного реле) 5П19.10П1 124 (напряжение изоляции 4000 В, коммутируемое напряжение —400…+400 В, коммутируемый ток 12 А, сопротивление во включенном состоянии 0,5 Ом).

При анализе схемы нужно учитывать, что структура каждого из полевых транзисторов Г, и Т2 содержит шунтирующий диод, как показано пунктиром (структуры силовых полевых транзисторов рассмотрены выше). Пунктир использован потому, что в подобных схемах диоды часто не показывают (но их наличие подразумевают).

Ток нагрузки при любой полярности входного напряжения протекает через один открытый транзистор и диод другого транзистора.

Для защиты транзисторов от перенапряжений применяется вариант с тор.

Управление реле осуществляется с помощью токового сигнала im.

Источник

Схема прерывателя тока для различных нагрузок, таймер (CD4060)

Приведены принципиальные схемы простых в изготовлении блоков для прерывания тока и регулировки мощности.

Прерыватель тока

Устройство представляет собой бесконтактный прерыватель тока в нагрузке, питающейся напряжением 12-18V, при токе не более 10А. Частоту прерывания можно плавно регулировать в двух пределах «х1» — от 0,2Гц до 2 Гц и «х2» — от 0,4 Гц до 4 Гц.

Схема отличается точным равенством интервалов выключенного и включенного состояния нагрузки. Схема (рис.1) состоит из мощного ключа на р-канальных полевых транзисторах VТ1 и VТ2, включенных параллельно, и источника управляющих импульсов на микросхеме D1.

Конечно, можно было источник управляющих импульсов сделать на основе мультивибратора на логических элементах, например, микросхемы К561ЛА7, но в таком случае, чтобы обеспечить симметричность выходных импульсов потребуется еще одна микросхема — D-триггер или счетчик.

В данном же случае, в одной микросхеме есть как мультивибратор, так и счетчик. К тому же, счетчик 14-разрядный, поэтому мультивибратор может работать на значительно более высокой частоте, чем частота прерывания нагрузки, что благоприятно сказывается на стабильности частоты заданной RC-цепью.

Частота мультивибратора задается RC-цепью C1-R2-R3. Плавная регулировка частоты осуществляется переменным резистором R2. Частота импульсов делится счетчиком.

В положении переключателя S1 «х1» коэффициент деления составляет 16384, а в положении «х1» -8192. Далее импульсы с выхода счетчика через переключатель S1 поступают на ключ на мощных полевых транзисторах VТ1 и VТ2.

Рис. 1. Принципиальная схема прерывателя тока.

Транзисторы р-канальные, поэтому открываются они отрицательным относительно истока напряжением. Резистор R4 несет две функции, во-первых, он снижает ток заряда емкости затвора полевых транзисторов, снижая этим пиковую нагрузку на выход микросхемы, а во-вторых, он совместно со стабилитроном VD2 ограничивает напряжение на затворах VТ1 и VТ2 чтобы оно не превышало 12V.

Максимальное напряжение питания микросхемы D1 составляет 15V, а напряжение питания данного устройства может достигать 18V и даже больше. Чтобы ИМС D1 не вышла из строя в этом случае, напряжение на ней ограничивается стабилитроном VD1 и резистором R5. А диод VD3 защищает конденсатор С2 от разрядки в том случае, если при включении нагрузки ключом на VТ1 и VТ2 будет наблюдаться провал в напряжении питания.

Регулятор мощности

Очень заманчиво в полевых условиях в качестве источника света использовать прожектор или светильник сделанный на базе автомобильной фары. Еще лучше, если яркость этого осветительного прибора можно будет регулировать плавно в очень широких пределах.

Ток потребления стандартной лампы автомобильной фары мощностью 65 W составляет 5,5А. А ток 100W лампы уже более 8А. Конечно, можно сделать линейный регулятор на очень мощном транзисторе с огромным радиатором. но куда более эффективным будет регулятор с широтно-импульсным способом регулировки мощности.

В отличие от линейного его выходные транзисторы всегда будут либо закрыты полностью либо открыты полностью, а это значит что сопротивление их каналов в открытом состоянии будет минимальное и, следовательно, мощность на них падать тоже будет минимальная. Отсюда и большой КПД, и более легкий температурный режим.

Схема (рис.2) в части выходного каскада и питания аналогична схеме прерывателя тока (рис.1). Различие в схеме управления. Здесь на микросхеме типа К561ЛА7 сделан мультивибратор, скважность выходных импульсов которого можно в очень широких пределах регулировать с помощью переменного резистора R1.

Частота импульсов неизменная и составляет около 400 Гц. Регулируя переменный резистор R1 изменяем соотношение длительностей положительных и отрицательных полуволн за счет различия сопротивлений R -составляющих частотозадающей RC-цепи, коммутируемых диодами VD4 и VD5.

Практически регулировать мощность можно от 90% до 10% от максимального значения. Собственно мультивибратор выполнен на элементах D1.1 и D1.2. С выхода элемента D1.2 импульсы поступают на усилитель мощности, сделанный на оставшихся двух элементах микросхемы D1 — D1.3 и D1.4.

Рис. 2. Принципиальная схема прерывателя тока для нагрузки с регулировкой.

Эти элементы соединены параллельно. С их выходов импульсы через резистор R4 поступают на затворы полевых транзисторов. В данной схеме сопротивление R4 уменьшено, чтобы обеспечить больше скорость открывания транзисторов и этим самым снизить их нагрев в момент переходного процесса между закрытым и открытым состоянием. В связи с этим увеличивать напряжение питания схемы выше 15V не рекомендуется, так как это приведет к повышенной нагрузке на выходы элементов D1.3 и D1.4 микросхемы D1.

Регулятор мощности с прерывателем

Если объединить эти два устройства получится схема (рис.З), с помощью которой можно будет не только прерывать ток в нагрузке постоянного тока, но и регулировать мощность этой нагрузки. Например, регулировать яркость и частоту мигания сигнального прожектора. В этом случае две управляющие схемы из схемы прерывателя (рис.1) и схемы регулятора мощности (рис.2) объединяются.

Причем первая схема управляет второй. Происходит это следующим образом. Усилитель мощности на элементах D1.3 и D1.4 выполнен на двух соединенных параллельно элементах микросхемы К561ЛА7, то есть, это элементы «2И-Не». Если на один из входов такого элемента подать логический ноль, то на выходе элемента устанавливается логическая единица независимо от того какой логический уровень будет на его втором входе.

Схема же выходного ключа выполнена на полевых транзисторах VT1 и VT2. Транзисторы р-канальные, поэтому открываются они отрицательным относительно истока напряжением, то есть, логическим нулем. А при подаче на их затворы логической единицы они закрываются.

Рис. 3. Принципиальная схема регулятора мощности с прерывателем.

Таким образом, выделяем по одному из входов элементов D1.3 и D1.4, соединяем их вместе и через переключатель S1 подаем на них управляющие импульсы от генератора прерывания, выполненного на микросхеме D2. Теперь при единице на выходе S1 нагрузка включается, а при нуле — выключается.

Чтобы можно устройством пользоваться как в режиме прерывания, так и без прерывания, переключатель S1 сделан на три положения. В положении «О» прерывания не будет, и нагрузка будет работать постоянно.

В этом положении выводы 9 и 13 элементов D1.3 и D1.4 соединяются через переключатель S1 с плюсовым полюсом питания микросхемы, то есть, на них подается логическая единица. В этом режиме прерыватель отключен, и работает только регулятор мощности. Мощность регулируется резистором R1, частота прерывания — резистором R6, режим работы — переключателем S1.

Детали

Включенные параллельно транзисторы VT2, VT3 типа IRF9540 можно заменить на IR9Z34, КП785А, КП784А. Микросхему CD4060B заменить можно любым аналогом «хх4060». Микросхему К561ЛА7 можно заменить на К176ЛА7 или CD4011, либо любым аналогом «хх4011».

Стабилитрон КС515А можно заменить на КС215Ж, КС508Б, 1N4744A, TZMC-15. Стабилитрон КС213Ж можно заменить на КС213Б, 1N4743A, BZX/BZV55C-13.

В качестве светодиода HL1 можно использовать любой из серий АП307, КИПМ15, КИПД21, КИПД35, L1503, L383 или другой индикаторный. Принципе, можно вообще отказаться от него, просто тогда не будет индикации включенного состояния нагрузки. При работе с током нагрузки до 10 А полевые транзисторы нужно установить на общий теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности не менее 70 см2.

Карнаухов ГЛ. РК-2015-08.

Литература: 1. Бутов А.Л. «Прерыватель тока для автомобиля» РК-2004-02.

Источник