Умное твердотельное реле или питание грелки без потери ШИМ

Твердотельное реле может позволить плавно регулировать мощность нагрузки, если в её роли выступает нагревательный элемент, например грелка 220В.

В случае с твердотельным реле Random-Phase необходимо подавать импульсы управления с задержкой относительно моментов перехода напряжения через 0. Чем больше задержка, тем меньшую часть полупериода напряжения будет пропущено и тем меньше получится мощность на выходе.

В случае с твердотельным реле Zero-Cross придётся пропускать полупериоды напряжения целиком, но уменьшая количество этих полупериодов в единицу времени будет получена разная мощность на выходе. Например, при частоте питающего напряжения 50 Гц будет 100 полупериодов за одну секунду. Если за секунду пропустить только 30 из них мы, получим 30% мощности.

На практике при подключении любого твердотельного реле к плате управления, ШИМ сигнал управления НЕ будет синхронизирован с напряжением питания сети.

В результате твердотельное реле Random-Phase будет иметь плавающую мощность на выходе от 0 до максимального значения.

Твердотельное реле Zero-Cross будет иметь три состояния: закрыто, открыто и открыто для полупериода (т.е. с половиной мощности), причем это будет хаотично. Твердотельное реле пропустит только те полупериоды синусоидального напряжения питания, начало которых совпадёт с импульсами сигнала ШИМ от платы управления. Например, для плат Lerdge, у которых частота ШИМ сигнала управления равна частоте питающего напряжения, т.е. 50 Гц, и скважности сигнала управления отличной от 1, можно говорить лишь о вероятности одного из трех состояний твердотельного реле.

• Скважность = 1 - на грелке полная мощность
• Скважность ≥ 0.5 - на грелке половина или полная мощность
• Скважность  < 0.5 - грелка выключена или половина мощности

Этот негативный эффект уменьшается при понижении частоты ШИМ сигнала управления.

Для эксперимента собрал пару вариантов схем управления грелкой без потери ШИМ.

Обе схемы проверены в работе с платой Lerdge-K и грелкой 600 Вт.

Сигнал ШИМ с платы управления (в моём случае Lerdge-K) поступает на вход платы микроконтроллера. В зависимости от скважности определяется количество полупериодов напряжения питания, которое будет подано на грелку. 

Димер подаёт на Arduino сигналы перехода синусоиды напряжения через 0. От этих временных меток определяется момент подачи сигнала для открытия симистора. Таким образом достигается синхронизация сигнала ШИМ от платы управления с синусоидальным напряжением питания.

Данная схема позволяет обеспечить более точное поддержание температуры и ограничить мощность, что может быть актуально для мощных грелок, если стол ведёт от быстрого нагрева.

Ссылка на файлы проекта