Широтно - импульсные  регуляторы  постоянного тока

           Необходимость регулировки постоянного напряжения  для питания мощных  инерционных нагрузок чаще всего возникает у владельцев автомобилей и другой  авто-мото техники.   Например, появилось  желание  плавно менять яркость ламп освещения салона,  габаритных огней, автомобильных  фар  или вышел из строя  узел регулирования оборотов вентилятора автомобильного кондиционера, а замены нет.  Осуществить такое желание  иногда  нет возможности из-за большого тока потребления этими устройствами - если устанавливать транзисторный  регулятор напряжения, компенсационный или параметрический,  на регулирующем транзисторе будет выделяться очень большая мощность, что потребует установки больших радиаторов или  введения принудительного охлаждения с помощью малогабаритного вентилятора от компьютерных устройств.  Выходом из положения является применение широтно - импульсных  схем,  управляющих мощными полевыми силовыми транзисторами MOSFET. Эти транзисторы  могут коммутировать очень большие токи ( до 160А и более)  при напряжении на затворе 12 - 15 В.  Сопротивление открытого транзистора очень мало, что позволяет заметно снизить рассеиваемую мощность.  Схемы управления должны обеспечивать разность напряжений между затвором и истоком не менее 12 ... 15 В, в противном случае сопротивление канала сильно увеличивается и  рассеиваемая мощность значительно возрастает, что может привести перегреву транзистора и выходу его из строя.   Для  широтно - импульсных  автомобильных  низковольтных  регуляторов  выпускаются специализированные микросхемы , например U6080B ... U6084B,  L9610,  L9611,   которые содержат узел повышения  выходного напряжения до 25 -30 В при напряжении питания 7 -14 В, что позволяет включать выходной  транзистор по схеме с общим стоком, чтобы можно было подключать нагрузку  с общим минусом, но достать их практически невозможно. Для  большинства нагрузок, которые  потребляют ток не более 10А и не могут вызвать просадку бортового напряжения можно использовать простые схемы без дополнительного узла повышения напряжения. Такие схемы рассмотрены в этом разделе.

 Первый ШИМ регулятор собран на инверторах  логической КМОП  микросхемы.  Схема представляет собой генератор  прямоугольных импульсов на двух логических элементах, в котором за счёт диодов  раздельно меняется постоянная времени заряда и разряда  частотозадающего конденсатора, что позволяет изменять скважность  выходных импульсов и  значение эффективного напряжения на нагрузке. В схеме можно использовать любые инвертирующие КМОП элементы, например К176ПУ2, К561ЛН1,  а также любые  элементы И, ИЛИ-НЕ, например К561ЛА7, К561ЛЕ5 и подобные, соответственно  сгруппировав их входы. Полевой транзистор может быть любым из MOSFET, которые выдерживают  максимальный ток нагрузки, но желательно использовать транзистор с как можно большим максимальным током, т.к. у него меньшее сопротивление открытого канала, что уменьшает рассеиваемую мощность и позволяет использовать радиатор меньшей площади.  Достоинство схемы - простота и доступность элементов, недостатки - диапазон изменения  выходного напряжения чуть меньше 100%  и  невозможно  доработать схему с целью  введения дополнительных режимов, например плавного автоматического увеличения или понижения напряжения на нагрузке, т.к.  регулирование производится путём изменения сопротивления переменного резистора , а не изменением уровня управляющего напряжения.  Гораздо лучшими характеристиками обладает вторая схема, но количество элементов в ней чуть больше.  Регулировка эффективного значения напряжения на нагрузке  от 0 до 12 В производится изменением напряжения на управляющем входе от  8 до 12 В.  Диапазон регулировки  напряжения практически 100%.   Максимальный ток нагрузки полностью определяется типом  силового полевого транзистора и может быть очень значительным. Так как выходное напряжение пропорционально входному управляющему напряжению,  схема может использоваться как составная часть  системы регулирования , например  системы поддержания  заданной температуры, если в качестве нагрузки использовать  нагреватель, а  датчик  температуры подключить к простейшему пропорциональному регулятору, выход которого подключается к управляющему входу устройства.  Описанные устройства имеют в основе несимметричный мультивибратор, но  ШИМ регулятор можно построить на микросхеме ждущего мультивибратора, как  показано на следующей странице.

1. ШИМ  регуляторы напряжения на  ждущих мультивибраторах и счётчиках