Участники раздела «Design Ideas» (конструкторские идеи) недавно исследовали различные возможности управления включением/выключением питания с помощью всего лишь одной «стильной современной кнопки» без фиксации, многие из которых основаны на идее Ника Корнфорда «Нажать или удерживать? Это делает и то, и другое» [1].
Эти идеи интересны, и они позволяют предложить другой взгляд на этот вопрос. Схема на Рисунке 1 немного развивает концепцию управления питанием одной кнопкой. С помощью своей кнопки она обеспечивает разрешение в шесть бит на киловатт регулируемой мощности переменного тока, что позволяет использовать ее для таких задач, как подогрев одеял, регулировка яркости ламп, управление скоростью двигателя и т. д. Мне это нравится, потому что, ну, разве в жизни не должно быть чего-то большего (или даже шести), чем просто включение/выключение?
 |
|
| Рисунок 1. | Регулировка мощности переменного тока с помощью простой кнопки. При нажатии кнопки S1 счетчик U1 проходит через 64 кода ЦАП с периодом 210/120 Гц = 8.5 секунд и при отпускании кнопки S1 останавливается на любом выбранном уровне мощности. |
Метод управления мощностью
Способ управления мощностью, показанный на Рисунке 1, основан на изменении фазового угла переменного тока с помощью тиристора Q3. Он включен по традиционной схеме, за исключением того, что обычный потенциометр регулировки фазы заменен 6-разрядным ЦАП, управляемым КМОП-счетчиком U1. Поскольку, в отличие от Q3, схема ЦАП не является двунаправленной, чтобы питать ее постоянным напряжением, позволяя счетчику выполнять деление сигнала, необходим выпрямитель D1-D4.
КПД тиристора Q3 на полной мощности достигает примерно 99%, но максимальная температура его перехода составляет всего 110 °C. Поэтому, если ожидается выходная нагрузка более 200 Вт, потребуется обеспечить тиристору адекватный теплоотвод.
Настройка U1 на требуемую мощность осуществляется нажатием и удержанием кнопки S1. Это подключает 120-герцовый выходной сигнал двухполупериодного выпрямителя D1-D4 к триггеру Шмитта, образованному резисторами R2, R3 и внутренним неинвертирующим буфером входа q0 счетчика U1.
В результате последовательного деления сигнала 120 Гц каскадами счетчика со сквозным переносом U1 триггер q5 переключается с частотой 120/25 = 3.75 Гц, q6 – с частотой 120/26 = 1.875 Гц и так далее до q10, который переключается с частотой 120/210 = 0.117 Гц. Это дает время нарастания 8.5 секунд для полного цикла кода от 0 (от полного выключения) до 63 (до полного включения). В то же время, цифровое интегрирование исходного сигнала от кнопки S1 счетчиками микросхемы U1 подавляет дребезг контактов кнопки.
Когда желаемая мощность (яркость лампы, скорость двигателя и т. д.) будет достигнута, просто отпустите кнопку! Однако из-за довольно высокой скорости переключения младших каскадов счетчика для точной установки заданной мощности с первой попытки может потребоваться немного практики.
Топология ЦАП
Топология ЦАП проста. Всего шесть двоично-взвешенных резисторов R4–R9 образуют суммирующую цепь, которая формирует входное напряжение от 0 до 15 В для комплементарного выходного токового буфера Q1, Q2.
Транзистор Q1 обеспечивает номинальную компенсацию напряжения смещения база-эмиттер и температурного коэффициента транзистора Q2, а также коэффициент усиления тока, достаточный для использования многомегаомных сопротивлений в суммирующей цепи. Это важно, поскольку рабочая мощность ЦАП фактически похищается из сигнала управления фазой тиристора Q3.
Это (как вы, вероятно, заметили) позволяет обойтись без отдельного источника питания, но при этом обеспечивает для U1 и его окружения ток лишь в несколько микроампер. Таким образом, определенно была необходима энергосберегающая топология.
Источник опорного напряжения ЦАП стабилитрон Z1 на удивление доволен своей скудной долей этого голодного пайка. Он поддерживает достаточно постоянную стабилизацию, несмотря на ток смещения всего в несколько микроампер, что впечатляет для компонента, который стоит 11 центов (в единичных количествах). При этом сам счетчик U1 изящно потребляет всего несколько десятков наноампер.
Элементы R11 и C3 обеспечивают первоначальный сброс в состояние «ВЫКЛЮЧЕНО» при первой подаче питания.
Здесь вы можете задать резонный вопрос: чем эта схема лучше простого потенциометра с поворотной ручкой? Ладно, но не забывайте про фактор «стильной современной кнопки».
Ссылка
- Nick Cornford. Нажать или удерживать? Это делает и то, и другое
Купить CD4060B на РадиоЛоцман.Цены
