Регулятор для активных нагрузок, представленная схема идеально подходит для регулирования электроприборов, где есть необходимость регулирования мощности, например, паяльника, аквариумного нагревателя, лампочки и т.д., где потребляемая мощность не превышает 100Вт. К достоинствам также можно отнести, что может показаться странным, увеличение выходной мощности сверх номинальной регулируемой нагрузки. Недостатком регулятора является возможность управления только активными нагрузками, т.е. не содержащими индуктивности. Еще одним недостатком для некоторых может стать относительно низкая допустимая мощность нагрузки. В данном решении были сделаны предположения, согласно которым регулятор будет использоваться для управления нагрузками мощностью до 100Вт, например, паяльником, нагревателем в аквариуме или лампами освещения. Схема регулятор для активных нагрузок, представлена на рисунке.
Схема такого регулятора в основном состоит всего из двух узлов генератора с регулируемым коэффициентом заполнения и ключа. Одним из преимуществ ШИМ-регуляторов являются минимальные потери мощности по сравнению с линейными регуляторами. Практический пример простого ШИМ-контроллера показан на рисунке выше. ШИМ-контроллер выполнен на доступной элементной базе, которые должны быть в наличии у каждого радиолюбителя. Принципиальная схема регулятора очень простая, в ней использован всего один операционный усилитель.
Основой регулятор для активных нагрузок является генератор, частота генерации которого определяется конденсатором С1 и сопротивлениями потенциометра Р1 и резистора R5. Диоды D5, D6 обеспечивают разделение токов зарядки и разрядки конденсатора С1. Включение в цепь обратной связи потенциометра, работающего как делитель, приводит к тому, что ток изменяется в соотношении, которое получается из приложенных значений резисторов P1 и R5. В приведенной схеме коэффициент равен 1/100 при частоте генерации около 250 Гц. Сигнал с выхода генератора, вывод 6 микросхемы IC1, имеет соответствующую амплитуду для прямого управления затвором полевого МОП-транзистора.
Это решение хоть и очень простое, но имеет определенный недостаток, поэтому был использован простой усилитель тока в виде пары комплементарных транзисторов Т1, Т2. Транзистор T3 выполняет роль ключа. Потери мощности транзистора Т3 при его полном включении минимальны и зависят в основном от величины RDS ON, который в случае с транзистором IRF840 составляет 0.85(W). Решающее влияние на уровень потерь в транзисторе Т3 оказывает мощность, выделяемая в переходных режимах, т.е. при его включении и выключении. Одним из недостатков мощных MOSFET транзисторов является относительно большая емкость между затвором и истоком, которая в случае с транзистором IRF840 составляет 1000-1200пФ. Быстрая перезарядка такой большой емкости не под силу операционному усилителю, отсюда и необходимость использования упомянутого выше усилителя тока.
Операционный усилитель LM301 используется в регуляторе. Это может быть любой другой операционный усилитель, к примеру LM741. Генератор, выполненный на операционном усилителе IC1, и остальная часть схемы питается непосредственно от электросети. Резистор R1 работает как ограничитель импульсного тока, когда схема подключена к электросети. Рабочий цикл генератора и, следовательно, мощность, подаваемая в нагрузку, регулируется потенциометром P1. Схема ШИМ-регулятора как вариант собрана на односторонней печатной плате, разводка дорожек и расположение элементов также представлены в статье. Этот регулятор напрямую питается от сети 230В, такое решение значительно упростило конструкцию, но требует принятия соответствующих мер безопасности. Электронная схема, благодаря своей простоте, не требует настройки, а при правильной сборке работает сразу.