Лабораторный автотрансформатор с электронным управлением.

В радиолюбительской практике часто используются лабораторный автотрансформатор (ЛАТР). С его помощью можно как уменьшить, так и увеличить выходное напряжение, которое имеет форму чистой синусоиды и поэтому не дает помех по сети. ЛАТР выпускаются и сейчас, но цены убивают всякое желание их купить. Выходом является построение электронного ЛАТР. Схема электронного автотрансформатора с рогулирующими элементами на 2-х встречно включенных полевых транзисторах приведена ниже.

Выходное напряжение в регулируется в диапазоне от 24 до 270Vac с помощью 2-х встречно включенных мощных полевых транзисторов.Ток нагрузки до 5А. Автотрансформатор TR1 повышает напряжение сети, а регулирующий элемент (два встречно включенных полевиков Q1, Q2) изменяет значение переменного тока, протекающего через секцию автотрансформатора. В результате изменяется переменное напряжение, наводимое на выходе. Пусть положительная полуволна сети присутствует на нижнем выводе секции автотрансформатора TR1. Ток проходит через резистор R3, стабилитрон D1, защитный диод полевого транзистора Q2 и на выход устройства. На стабилитроне D1 возникает падение в 9 В, в результате заряжается конденсатор С1 и микросхема U1 получает питание. При отрицательной полуволне сети устройство не получает питания, так как защитный диод у D2 закрыт. Выходное напряжение с микросхемы стабилизатора U1 поступает на затворные выводы Q1, Q2, и при его изменении, меняется уровень управления для полевиков. Полевые транзисторы с индуцированным затвором при нуле между затвором и истоком имеют нулевой ток стока. При увеличении потенциала на затворе больше порогового уровня Unop приводит к появлению и увеличению напряжения сток-исток. Обычно оно находится в пределах 4-5 В.

Выходные характеристики полевиков, как правило, имеют две области: линейную и насыщения. В линейной области вольт-амперные характеристики вплоть до точки перегиба представляют собой прямые линии, наклон которых зависит от напряжения на затворе, а при насыщении вольт-амперные характеристики идут практически горизонтально, что позволяет говорить о независимости тока стока от напряжения на стоке. В линейной области полевик используется как сопротивление, управляемое величиной потенциала на затворе, а в области насыщения и отсечки используют как ключ, управляющий затвором. В данном электронном ЛАТР используется линейная область характеристик. Схема управления должна обеспечивать значения выходного напряжения от минимально возможного порогового до значений намного превышающих его. Ручка переменного резистора RV1 должна быть хорошо заизолирована, так как она находится под питанием сети. Как применить принцип автотрансформации на обыном трансформаторе читайте здесь.

Если нет необходимости в повышенном напряжении, то тогда отпадает необходимость в трансформаторе.

Принципиальная схема такого электронного ЛАТР представлена на рис. ниже

В обоих устройствах для измерения тока нагрузки применен модуль датчика тока ACS712 на ток 5А. Для измерения выходного напряжения применен модуль ZMPT101. Каждый полевой транзистор Q1, Q2 установлен на своем радиаторе. Для измерения температур радиаторов применены температурные датчики LM35 в корпусе TO220 и закрепленные на радиаторах транзисторов. При температуре радиаторов выше 60°C срабатывают реле RL2, RL3 и включаются вентиляторы. При температуре 120°C открывается транзистор Q3, срабатывает реле RL1 и устройство отключается от сети 220В.

Кроме того имеется защита от перегрузки по току. Порог защиты устанавливается переменным резистором RV3. При превышении предварительно установленного порога открывается Q3, срабатывает реле RL1 и устройство отключается от сети 220В. Подробнее на видео.

Для управления индикацией и защитой применена Ардуино Нано. Индикация тока и напряжения в нагрузке, порога срабатывания защиты а также температуры радиаторов применен 2-х строчный 16-ти символьный LCD индикатор. Скетч для Ардуино выполнен в среде FLPROG 7.3.8 64бит. 

Перечень элементов, проект в FLPROG со скетчем для Ардуино, чертеж печатной платы в EagleCAD с герберфайлами для заказа, проект в Протеус с симуляцией в архиве