В предлагаемой схеме регулятора мощности коммутирующим элементом является симистор (триак). В радиолюбительской литературе авторы конструкций в основном применяют фазоимпульсное управление, когда момент открывания полупроводникового ключа (тиристора, симистора) определяется подачей напряжения на управляющий электрод, а закрывание происходит тогда, когда ток через прибор становится меньше тока удержания. В описываемой схеме регулятора мощности автор остановился именно на таком принципе управления симистором. В отличие от ранее предложенных в литературе схем управления, в предлагаемой конструкции применен более эффективный способ привязки отсчёта времени задержки включения симистора к моменту перехода сетевого напряжения через ноль и более точная выдержка этой временной задержки.

Схема регулятора мощности, о котором идет речь, показана на рис.1.

Напряжение питания схемы регулятора мощности, в виду малого потребления, ограничивается с помощью гасящего конденсатора С1. Резистор R1 необходим в первоначальный момент включения устройства в сеть, для ограничения тока через диодный мост VD1-VD4, когда конденсатор ещё не заряжен. Мост выпрямляет ток, а стабилитрон VD9 обеспечивает стабилизацию напряжения питания узла, управляющего моментом включения симистора. Конденсатор С2 необходим для сглаживания пульсаций этого напряжения.

С помощью диодного моста VD5-VD8, транзистора VT1, оптрона DA1 и сопутствующих радиокомпонентов осуществляется очень точная привязка момента перехода сетевого напряжения через ноль. Этот узел позаимствован из статьи [1]. Кратко рассмотрим его работу. Резисторы R2 и R3 гасят излишек сетевого напряжения, так как далее используются низковольтные компоненты. В статье [1 ] предлагалось использовать SMD-резисторы типоразмера 1206, но автор не решился на такой эксперимент. Далее напряжение сети преобразуется диодным мостом в полуволны, следующие с частотой 100 Гц, а стабилитрон VD10 ограничивает их по амплитуде уровнем, который необходим для работы каскада на транзисторе VT1, формируя трапецеидальные импульсы. Резистор R4 немного «подгружает» мост. При приходе каждого трапецеидального импульса конденсатор СЗ заряжается через диод VD11. Когда напряжение на срезе трапецеидального импульса становится ниже, чем напряжение на конденсаторе СЗ, открывается транзистор VT1. Конденсатор СЗ разряжается через ограничивающий резистор R5, участок Э-К VT1 и светоизлучающий диод оптрона DA1. При этом формируется импульс длительностью несколько сотен микросекунд. Импульс возникает примерно за 200 мкс до перехода сетевого напряжения через ноль. Оптрон DA1 увеличивает крутизну импульса и инвертирует его. Потребляемая этим узлом мощность не превышает 200 мВт.

Задержку включения симистора относительно перехода сетевого напряжения через ноль выполняет микросхема популярного таймера-генератора DA2 типа 555. На этой микросхеме выполнен регулируемый одновибратор, генерирующий на своем выходе импульсы высокой точности по длительности. Он запускается по входу «TRIGGER» входным отрицательным импульсом. При этом на выходе «OUTPUT» после запуска устанавливается напряжение, немного не доходящее до напряжения питания. Через вход оптрона DA3 и светодиод HL1 ток не протекает. Через резисторы R7 и R8 заряжаются конденсаторы С4-С6. Когда напряжение на них достигнет уровня 2/3 напряжения питания, по входу «THRESOLD» таймер переключится в противоположное состояние, то есть на выходе будет напряжение близкое к напряжению общей шины. На выходе «-DISCHARGE» также устанавливается низкое напряжение. Конденсаторы С4-С6 через внутренний транзистор микросхемы разряжаются на общую шину. Таким образом формируется высокостабильные по длительности импульсы. Стабильность их в основном зависит от временной и температурной стабильности применённых конденсаторов и резисторов R7 и R8. Резистор R7 позволяет изменять длительность времени задержки появления на выходе таймера низкого напряжения. В момент установления на выводе «OUTPUT» этого напряжения, через вход оптрона DA3 и светодиод HL1 начинает протекать ток. Тиристорный оптрон включается, подавая на управляющий вход G симистора VS1 открывающее напряжение. В результате чего триак коммутирует мощную нагрузку.

      На первый взгляд может показаться, что схема регулятора мощности сложна, но более простые схемы, предлагаемые радиолюбителями, страдают одним существенным недостатком: гистерезисом регулировочной характеристики. Устранение гистерезиса схемотехническими способами приводит к их усложнению, не уступающему сложности рассмотренной выше схемы. Промышленные схемы регуляторов мощности в большинстве своем еще сложнее. Проще схемы, которые обладают высокими эксплуатационными характеристиками, только выполненные на микроконтроллерах. Для этого, правда, надо написать еще программу, а при ее наличии микроконтроллер надо запрограммировать программатором, но не у всех радиолюбителей он имеется.

      Конструкция и детали. В предлагаемой схеме регулятора мощности необходимо использовать заведомо исправные радиоэлементы, в противном случае придется потратить время на поиск неисправности. В конструкции применены постоянные резисторы типа МЛТ, не менее указанной на схеме мощности, которые можно заменить аналогичными импортными. Переменный резистор типа СПЗ-4аМ. Конденсатор С1 пленочный импортный или отечественный типа К73-17. Конденсаторы СЗ-С7 импортные керамические, но конденсаторы С4-С6 лучше использовать отечественные типа К73-9 или К73-17 на напряжение 63 или 100 В. Они более габаритные, но и более стабильные. Электролитический конденсатор С2 импортный, например, фирмы HITANO. Диод VD11 можно заменить отечественным КД522Б. Диодные мосты можно заменить отдельными диодами, выдерживающими обратное напряжение не менее 400 В и прямой постоянный ток 0,3 А, например 1N4004. Светодиод может быть любого цвета свечения, как импортный типа RL50-YG213, зеленый, так и отечественный АЛ307Б. Транзистор VT1 заменяется отечественным КТ3107. Оптопарам DA1 и DA3 отечественных аналогов нет. Микросхему таймера можно заменить на КР1006ВИ1. Триак можно применить и более мощный типа ВТ139-600Е с максимальным допустимым током 16 А, всё зависит от применяемой нагрузки.

Все детали, исключая триак, размещены на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 80x110 мм. Чертеж печатной платы показан на рис.2, а размещение радиокомпонентов - на рис.3. На плате имеются отверстия для крепления радиатора. Радиатор использован от изделия «Устройство регулировки температуры РТ-3». Размеры радиатора 70x40 мм. Радиатор имеет 8 ребер высотой 20 мм. Он установлен на втулках над переменным резистором в верхней части платы. Это сделано для того, чтобы тепловой поток от него не нагревал радиоэлементы. На радиаторе через изоляционную прокладку из слюды закреплен симистор VS1. Выводы его соединены с одноименными отверстиями на плате с помощью провода МГТФ. Монтаж внутри корпуса также выполнен этим проводом. Вся конструкция (см. фото в начале статьи) установлена в корпусе от «Устройства регулировки температуры РТ-3».

 Налаживание. Собранный из заведомо исправных деталей регулятор мощности, как правило, не нуждается в налаживании. Все перепайки и замены элементов необходимо производить только при извлечённой вилки сетевого шнура из розетки бытовой сети. В противном случае можно получить поражение электрическим током, так как элементы конструкции находятся под потенциалом сети. Ввиду разброса номиналов резисторов R7, R8, в некоторых случаях понадобится подбор конденсаторов С5, С6. Для этого включают в качестве нагрузки лампу накаливания. Резистором R8 изменяют напряжение на лампе и наблюдают за изменением яркости ее свечения. Если в крайнем левом положении резистора R8 происходит мерцание лампочки, то надо уменьшить ёмкость конденсаторов С5, Сб. При тщательной настройке можно добиться того, что яркость лампочки будет изменяться от полного погасания до максимальной. Если предполагается регулировать напряжение на нагревательном элементе, то добиваться такого низкого напряжения нет смысла.

В процессе эксплуатации устройства выяснилось, что оно является источником сильных радиопомех. Вследствие этого на сетевой шнур у ввода в корпус необходимо установить помехоподавляющий фильтр. Промышленность предлагает, а некоторые магазины электронных товаров имеют в наличии такие фильтры, состоящие из нескольких ферритовых колец, через отверстие внутри которых пропускается сетевой шнур.
 Регулятор напряжения используется автором для регулирования мощности ТЭНов 2-конфо-рочной электроплитки «МЕЧТА». При этом отпала необходимость использовать штатные четырехпозиционные регуляторы мощности плитки.
Литература
1. Luca Matteini. Детектор перехода сетевого напряжения через ноль с минимальным количеством высоковольтных компонентов // Радиолоцман. - 2011. - №12. - С.65-67.

 От редакции. Рассмотренное в статье устройство имеет ряд недостатков, о которых не упомянул автор. Его нельзя использовать для регулировки мощности устройств, содержащих электронные схемы: энергосберегающих (люминесцентных) ламп, устройств, содержащих электронные трансформаторы, светодиодных осветительных приборов со специализированными микросхемами управления и т.д. Второй из существенных недостатков - это отсутствие гальванической развязки устройства управления и сети при наличии в схеме устройства двух, так называемых, оптоизоляторов DA1 и DA3. Даже в случае качественной изоляции корпуса прибора возможен электрический пробой в потенциометре R7 между движком и осью, случайное прикосновение к которой может привести к поражению электрическим током.
Последний недостаток легко устраним. Для этого достаточно подавать на выпрямительные мосты переменное напряжение через небольшой трансформатор, а не непосредственно от сети. Это несколько усложнит схему регулятора мощности и увеличит габариты устройства, но зато обеспечит безопасность работы с ним. 

.