Простое самодельное термо-реле на ОУ (схема, описание и печатная плата)
Схема и описание простого самодельного термореле на операционном усилителе LM358, также приведена печатная плата и фото готового устройства. Применяется для включения или выключения питания различных устройств при достижении некоторого порога температуры на термодатчике, который прикреплен к контролируемому объекту. Можно управлять нагревательными элементами, лампами накаливания, электронасосами для отопления, бытовой электроникой и т.п.
Очень экономичное и достаточно стабильное термореле без так называемого "триггерного эффекта" (когда триггер находится на пределе переключения и начинает работать как генератор импульсов).
Содержание:
Принципиальная схема
Схема устройства очень простая, по сути это - аналоговый компаратор напряжения на операционном усилителе (ОУ), в качестве которого применена микросхема LM358. Рассмотрим построение схемы по порядку, слева - направо.
На входы ОУ подаем два сигнала для сравнения:
- от резистивного делителя напряжения с регулировкой (эталон);
- от резистивного делителя напряжения с терморезистором (измерение).
Конденсаторы С2 и С3 нужны для защиты входов ОУ от помех. Конденсатор C1 плавно заряжается при увеличении сопротивления терморезистора (охлаждение), а при уменьшении сопротивления (нагрев) происходит разряд до определенного значения, таким образом удается получить плавный переход между значениями напряжения на входе ОУ при резком изменении температуры термодатчика.
На выходе к ОУ подключен электронный ключ на транзисторе, который управляет питанием обмотки электромагнитного реле, а также свечением светодиода для индикации состояния. Диод D1 служит для защиты ключа на транзисторе Q1 от обратного тока, поступаемого с катушки реле.
Рис. 1. Принципиальная схема простого самодельного термореле (термостата) на ОУ LM358.
Светодиод D3 служит индикатором питания устройства. Конденсаторы С4 и С5 нужны для фильтрации питания, которое поступает на схему после стабилизации микросхемой U2. На компонентах D4-D7 и C6 собран выпрямитель напряжения со сглаживающим конденсатором.
Электронные компоненты и их замена
В качестве термодатчика можно применить практически любой терморезистор с сопротивлением 1-10К и более. В моем случае был найден терморезистор на 4,7К типа ММТ-4.
Рис. 2. Терморезисторы прямого подогрева типа ММТ-4.
Электролитические конденсаторы C1, C5 и C6 - на напряжение не менее 16В. Транзистор Q1 можно заменить на любой маломощный низкочастотный со структурой N-P-N. К примеру я установил в свой прототип транзистор КТ3102.
Электромагнитное реле должно быть рассчитано на рабочее напряжение обмотки - 12В. Светодиоды - любые, которые есть в наличии, для индикации питания (D3) можно использовать зеленый, а для индикации состояния реле (D2) - красного или синего. Сопротивление гасящих резисторов R4 и R5 подобрано так что светодиоды будут светить не очень ярко, но достаточно для уверенного контроля состояния устройства.
Интегральный стабилизатор U2 (LM7812) в корпусе TO-220 можно заменить на более маломощный и миниатюрный 78L12 в корпусе TO-92. Я использовал именно LM7812 потому что такие были в наличии, они немного мощнее и соответственно дороже чем 78L12.
Рис. 3. Цоколевка микросхем 78L12, LM7812 и LM358.
Все диоды на схеме можно заменить на другие маломощные, протекающий через них ток будет достигать 50мА при напряжении 12В.
Для питания схемы подойдет любой маломощный понижающий трансформатор с напряжением вторичной обмотки 12В - 18В. Также схему можно питать от малогабаритного импульсного источника питания (адаптера), в таком случае D4-D7 и C6 можно исключить.
На приведенной выше схеме используется только одна часть (U1A) микросхемы-ОУ LM358 (смотри схему на рисунке 3), поэтому на второй части можно собрать еще один канал термореле для контроля других процессов нагрева и охлаждения.
Печатная плата и конструкция
Для схемы была разработана миниатюрная печатная плата. Хочу заметить что здесь использован только один операционный усилитель микросхемы - выводы 1-3, а также для питания - 4, 8.
Рис. 4. Расположение компонентов на печатной плате термореле (вид со стороны деталей насквозь с отображением дорожек).
Рис. 5. Трафарет печатной платы термо-реле для печати (вид со стороны доррожек, зеркальный).
Печатная плата была изготовлена методом ЛУТ. Ниже приведено фото готового термо-реле (терморегулятора):
Рис. 6. Фото готового блока термореле на микросхеме LM358.
Для питания я применил миниатюрный трансформатор мощностью 4 Ватт и с двумя обмотками по 6В, которые соединил последовательно. Все компоненты вместе с печатной платой устройства размещены на кусочке стеклотекстолита (не фольгированного).
Заключение
Данная схема термореле - это простое и достаточно дешевое решение, которое поможет автоматизировать поддержку некоторой установленной температуры какого-то объекта и где не требуется большой точности в контроле температуры.
Гистерезиса нет, что плохо
Смотря где использовать подобное устройство. Сейчас схема предельно проста и достаточно стабильна, к ней можно добавить реле времени или другой аналогово-цифровой блок для нужных целей.
А вообще, простое и умное термореле можно собрать на маленьком микроконтроллере ATtiny13. Запрограммировать все как душа желает + дешевизна решения (для тех кто умеет работать с МК)!.
Если это управление нагревом, то тут ошибка, перепутаны инверсный и неинверсный входы. При таком подключении опорное напряжение нужно подавать на вторую ногу, а напряжение с терморезистора на 3ю ногу. и обязательно нужно на 3ю ногу ввести гистерезис, иначе реле будет делать Трррррр долго.
Здесь получается управление охлаждением, контактами реле можно коммутировать вентилятор. В моем случае этого и нужно было добиться, только применил по другому - для управления электронасосом в системе жидкостного отопления дома с твердотопливным котлом.
Насос включается только при достижении установленного уровня температуры трубы отопления. Через систему начинает принудительно циркулировать жидкость, которая со временем отберет тепло у котла и труб около него, это снизит температуру в точке измерения, после этого насос отключится.
Как только котел прогреет воду то нужной температуры - насос снова включится. Температурный порог срабатывания реле установил не большой, чтобы насос выключался только при значительном остывании котла и системы отопления.
Благодаря конденсаторам на входах ОУ делать "Трррррр" реле не будет. При начальной растопке котла насос будет включаться и выключаться несколько раз (когда первые разы прогонит воду через систему и охладит точку измерения температуры).
Уважаемый автор, спасибо ОГРОМНОЕ за простую и очень надежную схему.
Работает как часы.
Нужна была очень простая и компактная схема которая будет включать вентилятор при заданной температуре, именно включать на максимум, а не поднимать обороты плавно. В Вашем исполнении это реализовано.
Ещё раз спасибо.
P.S. Q1 заменил на BD139 для увеличения мощности.
maverick5334, пожалуйста! Рад что эта информация стала полезной.
Схема хорошая но унего имеется минус. Минус в том что оу не имеет обратного связи! А это не хорошо!Положительный обратный связь, даст триггер вкл и выкл, и вот потом реле тррррр.... Делать не будет! вот что надо! И вообще место реле надо подключить оптапара с симистором!