Контроллер защиты ламп накаливания

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: освещение

Опубликовано: 24.03.2017 16:36

Просмотров: 2317

К.БОРИСЕВИЧ, г.Минск, Беларусь 
Срок службы лампы накаливания во многом зависит от режима ее работы. Нить лампы наиболее подвержена разрушению в момент включения, когда ее сопротивление в холодном состоянии в несколько раз меньше, чем в разогретом. Плавное увеличение тока в момент включения позволяет избежать перегорания нити и значительно продлить срок службы лампы.

Известные автору аналоговые конструкции устройств для защиты ламп накаливания на самом деле обеспечивают только нелинейное нарастание тока в момент включения. Дело в том, что вольтамперная характеристика коммутирующего биполярного или полевого транзистора нелинейная. При включении в сеть ток через лампу сначала имеет очень малое значение, а далее он
возрастает лавинообразно, пока коммутирующий транзистор не войдет в режим насыщения, соответствующий максимальной яркости лампы. Таким образом, не удается полностью избежать броска тока через лампу в момент включения даже при относительно большом значении времени задержки включения. Кроме того, такой режим неблагоприятно сказывается и на работе самих коммутирующих элементов. Применение цифрового управления коммутирующими MOSFET-транзисторами с использованием ШИМ-модуляции позволяет добиться линейного нарастания тока через лампу накаливания в момент включения и, тем самым, обеспечить наиболее благоприятный режим ее эксплуатации. Кроме того, регулятор мощности ограничивает максимальное напряжение лампы, которое обычно возрастает в сети в вечерние часы из-за уменьшения числа потребителей.
Схема устройства защиты приведена на рис.1.
 
 Включение транзисторов MOSFET в составе регулятора мощности представлено в [1]. В предлагаемом устройстве также реализовано управление мощностью путем изменения скважности импульсов ШИМ-сигнала. Частота импульсов составляет около 2 кГц (точное значение — 2048 Гц при частоте задающего генератора 32768 Гц). При этом время нарастания яркости от нуля до 75% от максимального значения составляет 1 с.
Работает контроллер следующим образом. При подаче питающего напряжения интегрирующая цепочка C2-R3 формирует короткий положительный импульс, сбрасывающий счетчики DD3.1 и DD3.2 в исходное (нулевое) состояние. При этом на входы предустановки счетчика DD5 поступают уровни лог."0" с выходов счетчика DD3.1. Импульсы задающего генератора DD1.1-DD1.2 делятся 12-разрядным счетчиком DD2 и подаются на вход одновибратора на элементах DD4.1-DD4.2, на вход элемента DD1.3 и на вход счетчика DD3.2. Одновибратор формирует короткие отрицательные импульсы по спадам входных импульсов (на выводе 1 элемента DD4.1), которые сбрасывают RS-триггер DD4.3-DD4.4 в нулевое состояние и осуществляют предустановку счетчика DD5 по его входу асинхронной записи С (выводу 11). В начальный момент времени счетчик DD3.1 находится в нулевом состоянии, поэтому по входам предустановки DO...D3 в счетчик DD5 загружается нулевой двоичный код. Поскольку RS-триггер DD4.3-DD4.4
изначально находится в нулевом состоянии, на выходе DD4.3 присутствует "0". Ключевые транзисторы VT4, VT5 закрыты, и лампа накаливания EL1 обесточена.
Счетные импульсы по тактовому входу С DD5 увеличивают его состояние, и, когда наступит переполнение счетчика, на его выходе переноса +CR (выводе 12) формируется короткий отрицательный импульс, перебрасывающий RS-триггер в единичное состояние. На выходе DD4.3 появляется "1", открывающая ключевые транзисторы, которые подают питающее напряжение на лампу. Описанный процесс повторяется с частотой 2048 Гц и обеспечивает свечение лампы с минимальной яркостью.
Импульс с выхода Q11 (вывода 15) счетчика DD2, проходя через элемент DD1.3, увеличивает состояние счетчика DD3.1 на1, и в счетчик DD5 загружается двоичный код 0001, что приводит к увеличению яркости лампы (на 6,5%). При следующем импульсе в DD5 загружается двоичный код 0010, и яркость лампы растет. Когда счетчик DD3.1 достигнет 12-го состояния (код 1100), на выходе элемента DD1.4 формируется уровень "0", который блокирует прохождение счетных импульсов через элемент DD1.3 и останавливает счетчик DD3.1 в 12-м состоянии. Яркость лампы накаливания составляет 75% от максимальной.
Кроме основной функции, контроллер легко приспособить в качестве цифрового регулятора мощности, если исключить счетчик DD3.1 и дополнить формирователем управляющего кода предустановки по входам счетчика DD5. Этот двоичный код можно сформировать, к примеру, с помощью счетверенной группы микропереключателей. Устройство можно дополнить и ИМС памяти типа ЭСППЗУ для сохранения установок значения мощности.
Конструкция и детали.
 Контроллер собран на печатной плате из двустороннего стеклотекстолита размерами 65x70 мм (рис.2), которая устанавливается в стандартную сетевую разветвительную коробку размерами 80x80x40 мм.
 
В устройстве применены постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, МЛТ-2 (R12), подстроечный — СПЗ-38б (R1), конденсаторы неполярные — типа К10-17, электролитические — К50-35 или импортные, светодиоды — сверхъяркие, красные, диаметром 5 мм. Стабилитрон VD1 на напряжение стабилизации 9...12 В может быть типа Д809, КС191, Д814Б, В, Г, Д или аналогичный, диод VD2 — кремниевый, средней мощности, с допустимым обратным напряжением не менее 400 В. Все ИМС — серии КР1564 (74НСхх), они заменимы на соответствующие аналоги серии КР1554 (74АСхх). Интегральный стабилизатор — типа КР142ЕН5А(L7805).
Транзисторы MOSFET типа IRF840 заменимы на IRF740 и другие с допустимым рабочим напряжением сток-исток не менее 400 В и минимально возможным сопротивлением канала в открытом состоянии, Максимальная мощность нагрузки при эксплуатации их без радиаторов не должна превышать 250 Вт. Автором проверены также транзисторы КП7173А отечественного производства. Их параметры: максимальный ток стока — 4 А, максимально допустимое напряжение сток-исток— 600 В, сопротивление канала в открытом состоянии — не более 2 Ом.
Максимальная мощность лампы накаливания в случае применения этих транзисторов без радиатора не должна превышать 100 Вт.
В налаживании автомат практически не нуждается, за исключением выбора желаемого времени нарастания яркости от нуля до 75% резистором R1. Контроль частоты задающего генератора производят по миганию светодиода HL1. При указанной частоте и времени нарастания яркости 1 с частота вспышек светодиода HL1 составляет 1 Гц.
Отзывы о работе устройства и предложения по его усовершенствованию читатели могут направлять на адрес электронной почты автора — Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Литература
1. А.Евсеев. Регулятор мощности на транзисторах MOSFET. — Радио-мир, 2006, №5, С. 18,
Радиомир 1/2013