Для плавного регулювання частоти обертання колекторних електродвигунів, застосовуваних в електрообладнанні автомобілів, пропонується виготовити з недорогих і доступних деталей просте малогабаритний пристрій, здатне працювати з 12-вольтовими двигунами електричною потужністю до 80 … 100 Вт

Виготовленим за схемою на рис. 3.9 пристроєм можна замінити дискретні двох-трипозиційні перемикачі швидкості обертання, як правило, містять потужні, що гасять надлишок струму резистори, що не тільки підвищить комфортність експлуатації автомобіля, але і зменшить середній струм, споживаний електродвигуном від автомобільної бортової електромережі.

Раніше при створенні подібних пристроїв основна проблема полягала в тому, що більшість виконавчих електричних механізмів автомобіля мають загальний мінус, механічно і електрично жорстко пов’язаний з «масою». Управляються такі механізми подачею плюсового напруги живлення зазвичай через нескладні схеми, що складаються із запобіжників, і відповідні перемикачі.

Рис. 3.9

У ще не такі далекі часи радіоаматори при спробах підвищення комфортності своїх автомобілів для плавного або дискретного управління потужністю, що подається на кінцеві пристрої електроавтоматики, змушені були використовувати потужні біполярні п-р-л транзистори, наприклад, такі як П210, КТ818, КТ8102. Не секрет, що для ключового управління такими транзисторами потрібна велика потужність, а це неминуче призводить до вирішення про використання складеного транзистора, що складається з декількох, послідовно включених відповідним чином транзисторів, наприклад, за схемами Дарлінгтона, Шіклаі або їх комбінацій. Ще одна незручність – біполярні транзистори при роботі з великими струмами мають велику напругу насичення переходу колектор-емітер, наприклад, для 2Т818А до 1,5 … 4 В при струмі до 20 А, що вимагає застосування масивного тепловідводу і призводить до зниження потужності і напруги на керованому вузлі.

Створення потужних р-канальних польових транзисторів збагаченого типу з ізольованим затвором дозволило різко спростити такі пристрої і одночасно поліпшити їх параметри. У пропонованій конструкції пристрою, призначеного для плавного регулювання частоти обертання двигуна обдування теплим повітрям лобового скла, використаний польовий транзистор типу IRF9540, що допускає струм стоку до 19 А та має у включеному стані опір відкритого каналу не більше 0,2 Ом. Це далеко не кращий з подібних p-МОП транзисторів, але саме їх вдалося придбати в магазинах м. Ярославля.

Управління кутовою швидкістю обертання валу колекторного електродвигуна за допомогою пристрою, зібраного за схемою рис. 3.9, відбувається за допомогою широтно-модульованих імпульсів. Для зниження втрат потужності на «замкнутому» ключі VT1, VT2 і зменшення їх нагріву використано паралельне включення двох однотипних польових транзисторів. На відміну від використання звичайних біполярних транзисторів, при паралельному включенні потужних польових транзисторів не потрібна установка сільноточних токовиравнівающіе резистори.

Частота обертання двигуна М1 регулюється зміною опору змінного резистора R2. Коли його опір максимально, розрядка конденсатора С1 через резистор R3 і вихід мікросхеми DA1 (вив. 7), виконаний як біполярний транзистор з відкритим колектором, відбувається швидше, ніж його зарядка. Тому на виході DA1 (вив. 3) більшу частину часу буде високий рівень – шпаруватість імпульсів близько 4, частота перемикання близько 50 Гц. Коли на вив. 3 DA1 високий рівень, то польові транзистори закриті, і напруга живлення на навантаження не подається.

При зменшенні опору резистора R2 швидкість зарядки С1 росте, на виході DA1 частота перемикання зростає, а при частоті 100 Гц форма імпульсів наближається до меандру і на навантаження надходить приблизно половина від максимальної потужності. При подальшому зменшенні опору змінного резистора R2 час зарядки конденсатора С1 до порогового напруги перемикання мікросхеми стає менше, ніж швидкість його розрядки. Це призводить до того, що тепер на виході мікросхеми більшу частину часу буде низький рівень. Відповідно і велику частину часу польові транзистори будуть відкриті, на навантаження стане надходити ще більша потужність, частота обертання двигуна збільшується.

При опорі змінного резистора R2, близькому до мінімального, конденсатор С1 вже не може розрядитися через R3 і вив. 7 мікросхеми до напруги нижче порогового напруги перемикання виходу DA1. Коливальний процес DA1 зривається. На виході мікросхеми постійно присутній низький рівень, польові транзистори постійно відкриті, на навантаження надходить 100% потужності (без урахування втрат на транзисторах VT1, VT2).

Резистор R5 і оксидні конденсатори С2, СЗ утворюють фільтр живлення мікросхеми. Стабілітрони VD1 і VD3 перешкоджають ушкодженню польових транзисторів. Потужний діод VD2 гасить імпульси самоіндукції обмоток двигуна М1, які за відсутності цього діода можуть досягати сотень вольт. Щоб забезпечити мінімальний перехідний опір повзунка змінного резистора при мінімальному (нульовому) введеному опорі R2, використаний здвоєний одноосний змінний резистор, позначений на схемі як R2.1, R2.2.

Так як максимальна частота перемикання польових транзисторів низька, то динамічні втрати потужності на їх перемикання досить малі. Крім зазначених на схемі IRF9540 можна використовувати пару однотипних IRF9532, IRF9Z34, 2SJ176, КП784А, КП785А або один IRF4905. Транзистори рекомендується встановити на невеликий тепловідвід, наприклад, як показано на рис. 3.10 (розміри застосованого алюмінієвого тепловідводу 40x25x2, 5 мм). При роботі пристрою з двигуном, що споживає потужність 50 Вт, температура корпусів транзисторів не перевищує 10 ° С відносно температури навколишнього повітря. Вітчизняну мікросхему КР1006ВІ1 можна замінити імпортним аналогом NE555, XR-L555.

Рис. 3.10

Діод VD2 можна замінити на будь-який з серій КД226, КД257, КД411, КД213, BY398, HFA08TB60S. На місці стабілітрона VD1 можуть працювати КС213Ж, КС215Ж, КС515А, 1N4744A, TMZC-15. Захисний стабілітрон VD3 можна замінити на Д816 (А-Г), 1N5361 або, що краще, на варистор, наприклад, типів FNR-14K270, FNR-10K330, FNR-20K330. Конденсатор С1 поліетілентерефта-латні, наприклад, К73-17, К73-24В. Решта конденсатори -Оксидні, малогабаритні високоякісні імпортні аналоги К50-35. Конденсатори С5, С6, якщо дозволять габарити корпусу пристрою, бажано взяти більшої ємності – по 1000 … 4700 мкФ. С4 – керамічний КМ-5, К10-17. Постійні резистори типів С1-4, С2-23, МЛТ. Змінний резистор R2 має бути хорошої якості, наприклад, дротяні ППБ-ЗА, ППБ-1А, СП5-35А, СП5-40А. Можна спробувати і звичайні композитні серій СП-1, СПЗ-ЗО, СПЗ-ЗЗ.

Пристрій змонтовано в корпусі розмірами 108x45x22 з ударостійкого полістиролу. Розмір монтажної плати 60 х 40 (див. рис. 3.10). Плату з боку паяння обов’язково покривають декількома шарами лаку МЛ-92, ФЛ-98, цапонлаком або клеєм БФ-2, а з боку монтажу тонким шаром епоксидного клею. Такі заходи необхідні, щоб забезпечити вібро-і вологостійкість вироби.

Якщо пристрій повинен працювати з масивним колекторним електродвигуном потужністю більше 50 Вт, то частоту перемикання мікросхеми бажано зменшити, змінивши номінали елементів R2, С1, R3. Для більш «м’якого» ходу електродвигуна М1 між виходом пристрою і електродвигуном М1 по можливості встановлюється потужний LC фільтр, що складається, наприклад, з дроселі фільтра живлення від лампового телевізора, перемотати проводом ПЕВ-2 діаметром 1,2 мм до повного заповнення каркаса, і 3-6 конденсаторів по 2200 мкФ, підключених паралельно живленню електродвигуна. Використовувати один малогабаритний конденсатор великої ємності не рекомендується.

Література: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов – Радіоаматорам схеми, Москва 2008