Таймер для управления циркуляционным насосом

В статье описывается таймер с силовым ключом для периодического включения-выключения маломощного насоса, используемого в системе отопления.

Таймер состоит из генератора на DD1, ключей DD2.1, DD2.2, инвертора на ключе DD2.3 (см. рис.1). Генератор име­ет две коммутируемые ключами времязадающие цепи (R1+R3)C1 и (R2+R4)C2. Управление ключами осуществля­ют импульсы с выхода 15-разрядной ИМС счетчика-генера­тора DD1 (вывод 5).

Рис. 1

При низком уровне на выводе 5 DD1 к внутренним ло­гическим элементам генератора DD1, через ключ DD2.1, подключается времязадающая цепь (R1+R3)C1. При высоком уровне — через ключ DD2.2 подключается времязадающая цепь (R2+R4)C2.

Для раздельной регулировки длительностей высокого и низкого уровней сигнала на выводе 5 DD1 служат резисто­ры R3 и R4. Довольно часто требуется коммутировать на­грузку, подключенную к сети переменного тока. Как прави­ло, в подобных устройствах используются электромагнитные реле или тиристоры. Реле требуют большую мощность уп­равляющих сигналов и имеют низкое быстродействие. Тири­сторы плохо работают с нагрузкой, которая потребляет ток, сравнимый с током удержания тиристора. Кроме того, тири­сторы создают помехи (если момент включения не совпада­ет с моментом перехода сетевого напряжения через нуль). Мощные полевые транзисторы позволяют устранить эти не­достатки.

Устройство работает следующим образом. Учтем, что защит­ные диоды полевых транзисторов включены катодом к стоку.

В исходном состоянии каналы полевых транзисторов за­крыты. Пусть положительная полуволна сетевого напряжения присутствует на выводе N. Ток проходит через резистор R8, стабилитрон VD2, защитный диод полевого транзистора VT1, фаза «А». На стабилитроне VD2 возникает падение напряжения в 12 В. Через диод VD1 заряжается конденсатор СЗ, и микросхема DA1 получает питание. На микросхеме DA1 вы­полнен инвертирующий триггер Шмитта. Использование инте­грального таймера DA1 в качестве инвертирующего триггера Шмитта позволяет также улучшить работу схемы, повысив её помехоустойчивость благодаря наличию у него гистерезиса входных напряжений в 1/3 и 2/3 от напряжения питания.

Управляющий импульс с вывода 2 DD2.3 подаётся на инвертирующий триггер DA1. Подключение выхода КМОП-ми- кросхемы к входам интегрального таймера DA1 позволяет то обстоятельство, что потребляемый ток входа запуска не превышает величины 50 мкА. В результате на выводах 2, 6 инвертирующего триггера DA1 присутствует высокий уровень напряжения, а на выходе (вывод 3) — низкий. Транзисторы VT1, VT2 закрыты, и нагрузка обесточена. Резистором R3 регулируется время включения напряжения на нагрузке, а резистором R4 — время выключения.

Когда на выводах 2, 6 инвертирующего триггера DA1 низ­кий уровень напряжения, а на выходе 3 высокий уровень на­пряжения, который открывает полевые транзисторы VT1, VT2, нагрузка получает питание. Ток нагрузки проходит через от­крытый канал транзистора VT1, открытый канал транзистора VT2 и его защитный диод (для случая — на фазе «А» поло­жительная полуволна сетевого напряжения). При отрицатель­ной полуволне на фазе «А» ток нагрузки проходит через от­крытый канал транзистора VT1 и его защитный диод, откры­тый канал транзистора VT2 (защитный диод закрыт).

Рассмотрим, как получает питание устройство при откры­тых каналах транзисторов VT1, VT2. Пусть на фазе «А» дей­ствует положительная полуволна. Ток проходит через открытый канал транзистора VT1, стабилитрон VD2 (падение на­пряжение на нем 0,7 В), резистор R7, вывод N. На фазе «А» действует отрицательная полуволна. Ток проходит через открытый канал транзистора VT1 и его открытый защитный диод, стабилитрон VD2 (падение на нем 12 В), резистор R7, вывод N. При использовании устройства совместно с индук­тивной нагрузкой, между стоками транзисторов VT1, VT2 необходимо установить диод типа 1,5КЕ400СА, защищающий их от всплесков напряжения, возникающих на индуктивной нагрузке при её коммутации. Индикация включения ключа осуществляется светодиодом VD3.

Силовые транзисторы установлены без радиаторов, так как таймер используется для управления циркуляционным на­сосом газового котла отопления в сети 220 В/50 Гц. Макси­мальная мощность насоса 43 Вт.

Если резисторы R3, R4 вывести на нуль, то длительность включения насоса будет равна длительности паузы и соста­вит около 15 мин.

Изменяя постоянную времени времязадающих цепей (R1+R3)C1, (R2+R4)C2, можно установить требуемое время выдержки включенного / выключенного состояния насоса. На­лаживание таймера лучше проводить с малыми номиналами конденсаторов С1, С2 (например, 0,01 мкФ), в противном случае придется долго ждать срабатывания устройства.

Эти конденсаторы должны быть типа К73-17 или иные с малым током утечки и ТКЕ.

Автор: Вячеслав Калашник, г. Воронеж