Реле времени для светильника (561ТМ2)
Невзирая на экономическую нестабильность, рыночные реформы, пересмотр как государственных приоритетов, так и нравственных ценностей, в последние 10...15 лет наблюдается стремительный рост количества единиц электрооборудования, находящегося в личном пользовании у населения. Как ни парадоксально, но после недолгой передышки, порожденной бурным развитием технологий, повышением КПД различных электромеханизмов, отступлением ламповой техники мощность, потребляемая различными бытовыми электроустановками, вновь стала расти. Одновременно не менее стремительными темпами растет стоимость электроэнергии, ощутимо опережая рост доходов подавляющего большинства граждан. Уже становится типичной ситуация, когда «среднестатистическая» семья из четырех человек по 10...15 ч в сутки отбирает из электросети ток порядка 5...10 А. Как следствие, почти повсеместно пониженные напряжение и частота. К сожалению, развитие электросетей не поспевает ни за ростом энергетических аппетитов граждан, ни, парадокс, за ростом стоимости электроэнергии.
Потребление электроэнергии на освещение жилища, как и много лет назад, составляет немалую долю от затрат на оплату потребленной электроэнергии. Поэтому острая проблема понижения этих затрат не потеряет актуальности, пока всем хорошо знакомые дешевые, но крайне неэкономичные лампы накаливания не будут отправлены на свалку истории. Ниже будут рассмотрен еще один вариант электронного устройства, которое монтируется в разрыв цепи питания и предназначено для управления лампами накаливания в подсобных помещениях. Конструкция представляет собой , которое обесточивает нагрузку спустя заданное время. От многочисленных предшественников это устройство отличает то, что лампы накаливания можно не только зажечь единственным выключателем без фиксации положения, но и погасить этим же выключателем в любой момент, не дожидаясь, пока будет отработано заданное время. Кроме того, оно обеспечивает плавное, щадящее зажигание подключенных к нему ламп накаливания, чем значительно продлевает срок их службы. Достоинством предлагаемой конструкции является простота схемы, дешевизна и доступность использованной элементной базы (какой смысл создавать устройство, затраты на которое на много лет вперед превысят экономический эффект от его использования). Находясь в дежурном режиме, реле потребляет от сети мощность не более 0,4 Вт.
Принципиальная схема предлагаемой конструкции показана на рис. 1.30.
Рис.1.30
При первом включении реле времени в сеть переменного тока напряжением 220 В конденсатор С4 разряжен. Следовательно, основные управляющие узлы обесточены. Так как напряжение затвор-исток полевого транзистора VT2 близко к нулю, этот транзистор закрыт - сопротивление канала исток-сток очень велико, высоковольтные биполярные транзисторы ѴТЗ, ѴТ4 открыты. Выход выпрямительного диодного моста оказывается зашунтированным ими, вследствие чего симистор VS1 почти все время открыт, лампа накаливания EL1 светит в полный накал.
Для повышения экономичности и значительного облегчения рабочего температурного режима при внедрении устройства в ограниченное пространство установочной коробки выключателя освещения для внутренней электропроводки резистор R8, гасящий избыток напряжения, взят весьма высокого сопротивления. Чтобы обеспечить начальную зарядку конденсатора фильтра выпрямленного напряжения С4 и стабильную работу устройства при светящейся лампе EL1, установлен каскад на высоковольтном р-п-р транзисторе ѴТ1. Транзистор включен таким образом, что он открывается синхронно с транзисторами ѴТЗ, ѴТ4, чем обеспечивается надежная подкачка конденсатора С4 энергией. При погашенной лампе симистор и транзисторы ѴТЗ, ѴТ4 постоянно закрыты, напряжение на выходе диодного моста VD5 максимально, транзистор ѴТ1 также постоянно закрыт. Ток, протекающий в это время через резисторы R8, R9, вполне достаточен для работы КМОП микросхемы DD1.
А теперь рассмотрим, как схема управляет лампой. Задействованный D-триггер микросхемы DD1 включен как делитель частоты на два. Допустим, что на инверсном выходе триггера (выв. 2) высокий уровень - лог. 1. Транзистор ѴТ2 открыт и шунтирует эмиттер-ные переходы ѴТЗ, ѴТ4. Лампа не светится. Триггер на микросхеме DD1 в этом включении изменяет свое состояние по спадам тактовых импульсов отрицательной полярности на входе С. При кратковременном замыкании кнопки разряжается антидребезговый конденсатор С2 и заряжается задающий время выдержки оксидный конденсатор С1. На выв. 2 DD1 появляется лог. 0. Конденсатор С5 плавно разряжается через резисторы R6, R4, R5 и открытый п-канальный транзистор входного ключа микросхемы. Транзистор ѴТ2 относительно плавно закрывается, а в противовес ему открываются транзисторы ѴТЗ, ѴТ4. Ток через управляющий электрод симистора плавно нарастает. Таким образом, обеспечивается замедленное на 3...4 с зажигание лампы EL1 на полную мощность.
При повторном кратковременном замыкании контактов клавишного выключателя SA1 триггер вновь меняет свое состояние на противоположное. Конденсатор С5 постепенно заряжается до напряжения около 2 В, транзистор VT2 открывается и, как следствие, лампа накаливания плавно гаснет.
Если после включения лампы EL1 свет не будет вскоре погашен принудительно, то через какое-то определенное время устройство автоматически отключит питание нагрузки. Произойдет это по той причине, что заряженный после замыкания кнопки SA1 конденсатор С1 постепенно разряжается через высокоомные резисторы R3 и R1, и когда напряжение на входе R DD1 составит около половины от напряжения питания микросхемы, триггер сбросится, на выв. 2 установится высокий уровень - лампа погаснет. С указанными на схеме номиналами С1, R3 время выдержки на отключение составит 25...30 мин при применении высококачественного конденсатора С1.
Светодиод HL1 ярко светится при погашенной лампе EL1, что облегчает поиск выключателя в темноте. При включенной лампе его свечение едва уловимо. Если это не так, то следует проверить работоспособность каскада на транзисторе VT1. Варистор R15 защищает от пробоя закрытые высоковольтные транзисторы и симистор от пробоя при всплесках напряжения питания.
В устройстве можно применить резисторы С1-4, С2-14, С2-23, С2-33, МЛТ. Резистор R9 желательно поместить в стеклянную или керамическую трубку, что предотвратит возможное возгорание платы при пробое транзистора VT1. Варистор R15 можно установить типов FNR-07K391-FNR-20K391, FNR-05K431-FNR-20K431 или аналогичный. Неполярные конденсаторы типов К10-17, КМ-5. Все оксидные конденсаторы должны быть хорошего качества, с токами утечки, не выходящими из наноамперного диапазона при номинальном напряжении. По этой причине для данной конструкции не подходят конденсаторы типа К50-35. Для компактного исполнения устройства на их месте желательно использовать конденсаторы в сверхминиатюрном исполнении, например, аналогичные применяемым в мобильных телефонных трубках. Диоды КД522А можно заменить любыми из КД521, КД510, 1N4148. На месте стабилитрона VD2 может работать маломощный девятивольтовый стабилитрон типа КС207А, КС191Ж, Д814Б1, BZX/BZV55C-9V1. Вместо КС515А применимы КС515Г, КС215Ж, КС216, КС508Б. КС535Б, 1N4744A. Маломощный диодный мост можно заменить другим в миниатюрном исполнении, например, КЦ407А, DB104-DB107, RB155 или четырьмя высоковольтными диодами - КД243Ж, 1 N4004 и др. Светодиод следует использовать красного цвета с высокой яркостью свечения - L383SRWT, L1503SRC/D, L1503SRC/F, L1503SRD, L1513SURC/E, L1543SRC/E, L63SRC, L. Для светодиодов фирмы KINGBRIGHT буква «S» в обозначении после номера серии является признаком повышенной светоотдачи. Из отечественных подойдут некоторые типы ультра-ярких светодиодов из серий КИПД21, КИПДЗб, КИПД40. Транзисторы: КТ940А-КТ940АМ, КТ6135А, КТ969А, 2N6517, 2N6520, BF844, MPSA-42, 2SC2330; КТ9115А-КТ505А, BF493, MPSA-92, 2SA1625 (M/L/K); КП501 (А-Г), КР1014КТ1 (А-Г). На месте симистора можно использовать любой экземпляр подходящего по силовым параметрам с током спрямления не более 100 мА, например, 15-амперные высоковольтные МАС15М, МАС15А10. MAC16D, МАС16М, ВТ139-600, ВТ139-800F. Следует отметить, что в случае размещения устройства внутри установочной коробки для выключателя освещения суммарная мощность подключаемых ламп накаливания не может превышать 200...300 Вт из-за низкой эффективности охлаждения симистора, даже установленного на теплоотвод достаточных (для просторного корпуса) размеров.
Возможный вариант исполнения печатной платы дан на рис. 1.31.
Рис. 1.31
Элементы HL1 и SA1 подключаются к схеме с помощью монтажных проводников достаточной длины. Под клавишу выключателя необходимо установить возвратную пружину. От токоведущих частей конструкция изолируется несколькими слоями плотной стеклоткани без полимерного наполнителя. Во избежание порчи светодиода перед установкой необходимо уточнить его полярность.
Налаживание правильно собранного устройства сводится к подбору сопротивления резистора R6 так, чтобы полевой п-МОП транзистор VT2 полностью открывался при погашенной лампе. Время выдержки на автоматическое выключение зависит главным образом от параметров R3, С1. Емкость конденсатора С1 не должна превышать 1/4 от емкости С4. Время «разгорания» и погасания лампы можно изменить подбором конденсатора С5. Не рекомендуется выбирать его значение более 7 с. Исключив из схемы элементы R4, R5, R6, С5 и подключив затвор транзистора VT2 непосредственно к выв. 2 DD1, можно зажигать и гасить лампу практически мгновенно. Время ее жизни при этом заметно снизится.
Так как все элементы устройства находятся под напряжением осветительной сети, то при его настройке и эксплуатации следует соблюдать необходимые меры безопасности.
Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов - Радиолюбителям схемы, Москва 2008