Регулятор мощности паяльника на микроконтроллере PIC16F628A

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: схемы на PIC

Опубликовано: 02.04.2017 12:21

Просмотров: 9253

А. ГАВРИЛОВ, г. Усолье-Сибирское Иркутской обл.
В журнале "Радио" уже было опубликовано несколько вариантов регулятора температуры жала паяльника. Они различаются по схеме, возможностям, способу управления и другим признакам. В помещённой ниже статье предлагаем описание ещё одного регулятора — простого и удобного в работе.

После покупки нового сетевого японского сороковаттного паяльника и опробования его в работе выяснилось, что он сильно перегревается, из-за чего нужно его питать через регулятор мощности. Поиск в Интернете дал большое число ссылок на различные регуляторы мощности, но все они не устроили меня по тем или иным причинам. Например, один из них позволяет регулировать мощность, начиная с 50 % от номинальной, что неудобно при пайке миниатюрных компонентов мощным паяльником (40 Вт и более), и только до 95 %, к тому же в этом регуляторе использован довольно дефицитный тринистор КУ103В. В другом устройстве отсутствует развязка между элементами управления и сетью 220 В, поэтому всегда есть риск получить удар током, а также требуется строго определённое включение вилки в сетевую розетку.
Всё это заставило меня разработать свой вариант регулятора мощности, сочетающего схемную простоту с удобным и безопасным пользованием. Схема устройства показана на рис. 1.
 
 В основу работы регулятора положен принцип изменения числа периодов напряжения сети, пропускаемых в нагрузку (паяльник), в течение определённого времени.
Регулирующим элементом устройства служит мощный симистор VS1, а управляющим — симисторная оптопара U1. Они включены по стандартной схеме из описания оптопар МОС3041—МОС3043 (например, <http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/motorola/MOC3042. pdf>. Таким образом, симистор оказывается оптически развязанным от цифровой части устройства.
Этот оптрон оснащён встроенным узлом, обеспечивающим открывание оптосимистора только вблизи моментов перехода напряжения сети через нуль при наличии управляющего импульса тока через излучающий диод. Мощный симистор VS1 открывается одновременно с оптосимистором. Закрываются оба симистора в конце полупериода, в течение которого были открыты, если управляющий импульс в этот момент отсутствует.
Импульсы управления симистором формирует микроконтроллер DD1 на выходе RA7. Он же управляет узлом индикации уровня выходной мощности HL2—HL8 и опросом кнопок управле-
ния SB1, SB2, служащих для увеличения ("Плюс") и уменьшения ("Минус") мощности. Одиночное нажатие на каждую из кнопок изменяет уровень мощности примерно на 10 % в ту или иную сторону. Долговременное нажатие приводит к пошаговому безостановочному изменению мощности, которое останавливается при отпускании кнопки. По достижении минимума (максимума) мощности дальнейшее нажатие на "Минус" ("Плюс") ничего не меняет.
Программой микроконтроллера предусмотрены семь ступеней изменения выходной мощности — от 40 % номинального значения до 100 %. Один цикл программы длится около 200 мс — десять периодов сетевого напряжения.
Если в течение всего цикла на выходе RA7 микроконтроллера действует высокий уровень, оба симистора остаются постоянно открытыми, в нагрузку проходят все десять периодов каждого цикла, что соответствует 100 % мощности нагрузки. Девяти периодам из десяти в цикле соответствует около 90 % мощности в нагрузке. Если длительность управляющего импульса микроконтроллера такова, что в нагрузку успевают пройти только четыре периода за цикл, то в нагрузке выделится примерно 40 % максимальной мощности.
Поскольку частота следования управляющих импульсов не синхронизирована с частотой сети, оценить среднюю мощность, выделяющуюся в нагрузке, можно только за относительно продолжительный отрезок времени.
Описанный способ регулирования мощности для осветительных приборов непригоден из-за заметного мигания ламп, а для нагревательных вполне подходит.
При выключении питания регулятора энергонезависимая память микроконтроллера сохраняет последний выбранный уровень мощности, который и устанавливается при очередном включении устройства.
Индикатор установленной мощности собран на светодиодах HL2—HL8. Свечение "жёлтых" светодиодов HL2— HL4 соответствует мощности паяльника примерно от 40 до 60 % максимальной, а "красных" HL5—HL8 — от 70 до 100 %. Светодиоды размещены один за другим, образуя световую шкалу. Она может работать в одном из двух режимов — мощность в нагрузке пропорциональна либо числу включённых светодиодов, либо положению одного включённого светодиода относительно начала шкалы. Выбор того или иного режима определяет использованный вариант программы микроконтроллера (reg1 и reg2 соответственно). Светодиод HL1 (жёлто-зелёного свечения) ярко мигает при номинальной мощности нагрузки. С её уменьшением яркость свечения понижается.
Печатная плата регулятора мощности (см. чертёж на рис. 2 и рис) изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.
 
Печатная плата Layout.
 
 Стабилизатор напряжения DA1 и конденсаторы С1 и С2 смонтированы вне платы навесным монтажом, а светодиоды — на лицевой панели корпуса. Источником питания для стабилизатора служит малогабаритный трансформатор от "бесперебойника" с диодным мостом (на схеме они не показаны). Трансформатор подойдёт любой с вторичным напряжением от 7 до 15 В и максимальным током нагрузки около 200 мА.
Конденсатор СЗ — на переменное напряжение не менее 350 В. Оптрон МОС3041 можно заменить на МОС3042, МОС3043, а симистор ВТ139 — на ВТ136—ВТ138. Светодиоды —любые, подходящие по размерам, на ток 10... 15 мА.
Плата в Layout 5.0 и программы микроконтроллера скачать
Регулятор собран в металлическом кожухе компьютерного блока питания, но годится любая подходящая по размерам и удобная по форме коробка из пластмассы. Кнопки управления следует монтировать на верхней её панели, а светодиоды — на передней.
Собранное устройство в налаживании не нуждается. При первом включении оно автоматически устанавливается на 60 % от максимальной мощности, светят либо светодиоды HL2—HL4, если использована программа первого варианта, либо HL4, если второго варианта.
Если светодиодная индикация регулятора мощности работает нормально, а паяльник остаётся холодным, то это может означать, что ток через излучающий диод используемого экземпляра оптрона недостаточен для открывания его фотосимистора. В этом случае необходимо подобрать резистор R3 меньшего сопротивления (но не менее 240 Ом).
От редакции. Оба варианта программы микроконтроллера размещены на FTP-сервере редакции по адресам <ftp://ftp.radio.ru/ pub/2012/04/reg1.zip> и <ftp://ftp.radio.ru/pub/2012/04/reg2.zip>.
Радио №4  2012