9zip.ru - технологии для людей
9zip.ru Радиотехника, электроника и схемы своими руками Чтобы лампочки не перегорали: схема плавного включения

Появление энергосберегающих ламп сулило начало новой эры освещения. Но на деле всё оказалось куда печальней: лампочки, при их высокой цене, быстро ломаются. Из-за большой экономии при производстве и некачественного люминофора, они дают весьма неприятный для глаз свет, разбавленный, к тому же, ультрафиолетом. Всё это заставляет вновь вернуться к проверенным, хорошим лампам накаливания.

Однако, большая экономия при их производстве и здесь наложила свой отпечаток. Лампочки стали настолько некачественными, что нередко перегорают при первом же включении, либо работают очень недолгое время, вплоть до нескольких недель. Затем - неизбежное перегорание.

В связи с этим фактом, а также с обещанным запретом на производство ламп накаливания, сам собой возникает вопрос о продлении срока их службы. Начнём с очень краткой теории. Почему перегорает лампочка, причём делает она это именно в момент включения? Всё очень просто. В момент включения нить накала лампы холодная, следовательно, сопротивление её мало. При подаче напряжения возникает бросок тока. По мере разогрева нити, её сопротивление увеличивается и ток уменьшается. Но тот, самый первый бросок тока, и приводит к перегоранию нити, особенно если учесть, что лампа произведена с экономией всего, чего только можно. Задача вырисовывается простая: нужно уменьшить пусковой ток. В идеале - сделать его плавно нарастающим от 1% до 100%. В этом случае получится ещё и эстетическое удовольствие от вида плавно разгорающейся лампы.

Изучение готовой продукции в магазинах позволило сделать печальный вывод: китайские друзья не смогли освоить производство подобных защитных устройств, которые бы работали так, как надо. Разумеется, такие устройства есть в продаже, но все, что попались нам, глючили одинаковым образом: при включении происходила вспышка лампы, затем она гасла и только потом начинала плавно разгораться. Как Вы понимаете, вспышка в начале сводит на нет всё дальнейшее действо.

Изучение конструкций, предлагаемых в интернете, также дало весьма печальный результат: нет ни одной нормальной схемы устройства защиты ламп накаливания. Под видом оных в радиолюбительских журналах выдаются различные поделки, которые слишком далеки от того, что нужно. В лучшем случае, они на несколько секунд отсекают одну полуволну сетевого напряжения, снижая напряжение на лампе в момент включения. Но мерцание в этот момент - вещь совершенно недопустимая для зрения людей, особенно - дома! Конструкции же, дающие плавное разжигание, построены на полевом транзисторе, загнанном в линейный режим, который включен в диагональ диодного моста. А это - нагрев и лишнее падение напряжения. Нужно ли оно нам?

В итоге было решено придумать собственный вариант, который бы удовлетворял основным условиям:
1. Плавное включение лампы от 1% до 100%
2. Возможность регулирования времени разгорания
3. Минимальные нагрев коммутационного элемента и падение напряжения на элементах силовой части схемы

Как удалось реализовать эти пункты:
1. Фазоимпульсное регулирование
2. Программное задание значения переменных
3. Применение симистора (триака) в качестве единственного элемента между сетью и лампой

Принцип и схемы - типичные для любого диммера на микроконтроллере. От этих схем практически целиком взята аппаратная часть: это - правильное управление симистором через оптопару, а также детектор перехода сетевого напряжения через ноль на оптопаре.

Как работает устройство: микроконтроллер ATtiny13A получает прерывание в момент перехода сетевого напряжения через ноль в начале каждого полупериода. В процедуре обработки прерывания он уменьшает время паузы до формирования импульса открытия симистора. Таким образом с каждым прерыванием симистор открывается всё раньше, на всё большее время. В конце на вывод управления симистором подаётся логическая единица и микроконтроллер прекращает реагировать на прерывания. Программно можно задать любую скорость включения лампы. В базовом варианте это время составляет около двух секунд.

Процесс работы представлен на виртуальной осциллограмме (все напряжения смасштабированы для удобства). Красная синусоида - это сетевое напряжение. Жёлтые импульсы - срабатывание детектора перехода через ноль. Голубые импульсы - открытие симистора.

Осциллограмма работы устройства

Схема устройства защиты ламп накаливания представлена ниже. Как уже было сказано, она представляет собой типичный диммер, который программно плавно увеличивает мощность от минимума до максимума.

Схема устройства защиты ламп с плавным включением

В схему введена цепочка защиты сети от помех (резистор 100 Ом и конденсатор 10н параллельно симистору), возникающих при фазоимпульсном регулировании в начале работы. Микроконтроллер ATtiny13A питается от бестрансформаторного источника на гасящем конденсаторе.

Резистор помехоподавляющей цепочки 100 Ом должен иметь мощность 0,5Вт, гасящий резистор перед диодным мостом детектора ноля на 82к - 1Вт. Токоограничительный резистор на 300 Ом в цепи питания микроконтроллера должен иметь мощность 2Вт, гасящий конденсатор на 470н в этой же цепи должен быть на напряжение 630 вольт.

Печатная плата устройства защиты ламп

Печатная плата нарисована фломастером, вытравлена медным купоросом, и содержит всего два недочёта, устранённых с помощью проводков. Выведены сигналы для внутрисхемного программирования. Малый размер позволяет разместить устройство защиты прямо в люстре. Размеры платы можно ещё уменьшить, если развести её более компактно.

Плата размещена в люстре: лампы надёжно защищены

Внимание! Устройство гальванически связано с сетью, поэтому работать, соблюдая технику безопасности, не прикасаясь руками к схеме.

Прошивки (прошивать на Internal RC 9,6MHz):
  • версия 2.0: lamp_soft_start.hex
    После зажигания лампочки МК отправляется в Power-down, чтобы уменьшить потребление. Внимание! Проверить нагрев стабилитрона, т.к. при уменьшении потребления лишняя энергия может выделяться на нём в виде тепла.
  • версия 2.1: lamp_soft_start_2.hex
    То же самое, с некоторыми изменениями.
UP 19.06.2014 Устройство встроено в люстру 1 июня 2014 года. На этот момент в ней находились две поработавших лампочки. 19 июня добавлена одна новая лампочка. Попробуем собрать некую статистику по срокам службы ламп.

UP 24.11.2014 Упрощена схема устройства: убраны помехозащитная цепочка и опторазвязка симистора.
Упрощённый вариант схемы
В связи с этим уменьшены размеры печатной платы

Печатная плата, v.2

Файл Eagle: soft_start_2.brd

Плата устройства

Через полчаса работы с прошивкой v2.0: R1 (SMD 2512), R2 (0.25Вт), D3 - тёплые, T1 - горячий (без радиатора, нагрузка - 150 Вт). Мощность резистора R2 должна быть больше, как рекомендовано в первом варианте схемы.

В этом варианте обнаружился досадный глюк: в момент включения симистор на мгновение иногда открывается (приблизительно в 20% случаев). Иногда этого мгновения хватает, чтобы еле заметно разогреть нить лампы. Не критично, но, всё-таки, это - глюк. Первой же строкой программы поставлено выставление логического нуля на управляющий электрод, однако это не помогает. Причина такого поведения - контроллер или симистор. Попытка решения реализована в прошивке версии 2.1.

UP 15.01.2015 Упрощённый вариант устройства введён в работу. Проверяем.

UP 28.09.2015 Первоначальный (полный) вариант сегодня сломался: в одной из лампочек всё-таки перегорела нить накала, образовалась дуга, что привело к значительному повышению потребляемого тока и выходу из строя симистора. Вариантов доработки два: установка предохранителя или программный контроль тока. По поводу второго пока думаем.

Исходник для Bascom:



Если к устройству будет интерес, проект будет развиваться и совершенствоваться. Пожалуйста, выражайте интерес, ставя лайки статье в социальных сетях (кнопки в конце статьи).

03.06.2014 © 9zip.ru
Авторские права охраняет Роскомнадзор

Понравилась статья? Похвастайся друзьям:

Хочешь почитать ещё про схемы своими руками? Вот что наиболее популярно на этой неделе:
Регулируемый блок питания из блока питания компьютера ATX
Практика переделки компьютерных блоков питания в регулируемые лабораторные
Схемы, устройство и работа энергосберегающих ламп
Пётр I одобряет.

Есть вопросы, комментарии? Напиши:

Имя
Комментарий
Длина текста:
число с картинки
Правила прочитал(а)

Комментарии: 12

Андрей07 дек 2015 0:52
"Досадный глюк" побороть легко, надо применять 3квадрантные симисторы, например ВТА204, ВТА225. И все.

LA16 июн 2015 15:31
Резистор на управляющем электроде симистора был на этапе макетирования. Время включения микроконтроллера установлено минимальное. Причина глюка заключается в другом.

Cергей15 июн 2015 10:24
ПРО ГЛЮК - уважаемый автор, посмотрите внимательно на схему включения симистора посмотрите ссылку
http://easyelectronics.ru/upravlenie-moshhnoj-nagruzkoj-peremennogo-toka.html. в вашем включении отсутствует резистор закрывающий симистор (R2по ссылке). поэтому иногдасимистор и включается. Еще во фьюзах тини13 надо поставить минимальное время включения. RC цепочку паралельно симистору надо оставить - спасает сам симистор.выделение тепла на симисторе почти однозначно связано с протекающим током, считается так: 1А=1Вт. в даташите на любой симистор есть график, подтверждающий это.

LA30 мар 2015 19:31
Один компьютер на целую люстру. Пытались сделать проще - не получилось. Попробуешь? :)

Гость30 мар 2015 14:43
В общем на каждую лампочку по компьютеру . Вообще-то есть такое слово - целесообразность. Видимо автору оно незнакомо.

LA18 мар 2015 18:48
Сегодня перегорела первая лампа из четырёх, подключенных к первому варианту устройства. К моменту установки устройства плавного включения, лампа уже успела поработать. Таким образом, она проработала более 9,5 месяцев. Остальные лампы пока целые. Продолжаем наблюдение.

He24 фев 2015 19:29
Альтернатива? Однажды удалось купить два китайских регулятора мощности по 2$ для настольных ламп накала до 100W. Супер! Заодно включение получается плавным. Многофункционально!
Но китайские, во-первых иногда горят. Надо переделывать. Во-вторых регулируют лишь от 50% до 100%, хотя шире может не очень нужно.

PS: Наконец нашёл редкий тест-2006 ламп накаливания из журнала. Авторы хвалят импорт. Но если исследовать их цифры таблицы, то можно заметить, что кажется некоторые лампы еСССР долговечнее импорта, и намного дешевле. Может поэтому эта статья исчезла быстро из инета везде. Удалось найти единственный pdf с трудом гдето аж в Италии в архивах. Если ктото не смог прочитать этот pdf в какойто мас-кодировке, который я не смог трансформировать почемуто, то могу выложить картинку png.



LA08 фев 2015 13:30
Повторяю, что глюк проявляется на тестовой прошивке, в которой нет ничего кроме бесконечного цикла, в том числе - и таймеров. Глюк вносит либо компилятор, инициализируя МК, либо симистор.

Игорь08 фев 2015 13:18
Посмотрел повнимательней .hex 2-го варианта. 1-й вариант не смотрел.
Так вот. Нужно обратить внимание на работу таймера. Глюк там. То он пересчитывает то не досчитывает. Короче плавает.

Гость07 фев 2015 23:17
Николаю можно обойтись без ремонта, если просто уменьшить мощность ламп.

Игорь07 фев 2015 20:58
Николай, мощность повысится, т.к. уменьшится сопротивление конденсатора переменному току.
Только используйте конденсаторы классов X2 или Y2 зарубежные. Отечественные, особенно выпаянные из древней аппаратуры использовать не рекомендуется по причине их частого пробоя.
Замените С7. Возможно он высох.
Если возникнут затруднения обращайтесь
karandah@mail.ru

LA07 фев 2015 10:23
Повторяю, что компилятор инициализирует МК. Тестовая программа состосит только из бесконечного цикла, соответственно, тестовый исходник состоит из одной строки.

Николай07 фев 2015 9:32
Извините что не по теме, но больше не у кого спросить:Окажите консультацию, при ремонте блока управления люстрой заметил что напряжение питания сильно проседает при включении одного реле (с 12В до 10В), ещё больше при включённых двух реле (около 7В), а на третью релюшку вообще не хватает. Схема питается через конденсатор С2 1.5мкФ, если увеличить его ёмкость до 2.0мкФ повысится мощность всего блока питания?Ссылка на схему (2х канальную), у меня 3х канальная, почти тоже самое.


Игорь07 фев 2015 9:21
Исходник бы посмотреть. Не такое уж это ноу-хау, чтобы не выложить его.
А так глядишь и глюк уйдёт и функциональность повысится.

LA07 фев 2015 1:36
Компилятор всё делает по-своему. Как сказано в статье, ставили первой командой логический 0 на выходе - безуспешно.

Игорь06 фев 2015 23:05
МК не может глючить сам по себе тем более при инициализации. Если проводить инициализацию согласно даташита.
С Atmel я не сталкивался.
Работаю с Microchip.
Вполне возможно, что до инициализации выходы находятся каждый раз в различных состояниях.
У меня была подобная проблема.
Решил её нижеуказанным способом.

LA06 фев 2015 22:51
Пока исследован только один вариант. Управляющая программа заменена просто на бесконечный цикл, без вывода каких-либо значений в порты. При этом в момент включения с небольшой вероятностью также проскакивает этот глюк. Отключение УЭ от МК пока не пробовали, но скоро будем тщательно исследовать приборами - глючит ли это МК при инициализации или всё же симистор.

Игорь06 фев 2015 22:35
Это трудно отследить. Хотя если многоканальным осциллографом. Но глюки просто так не случаются. Значит где-то ошибка.
Если отключить управляющий электрод от МК, тоже самое происходит?

LA06 фев 2015 21:46
Дело совершенно в другом. Глюк проявляется ещё до подачи первого импульса. Говорят, какая-то особенность симисторов, если подать питание в какой-то особенный момент сетевой синусоиды.

Игорь06 фев 2015 19:32
LA пишет: " ....обнаружился досадный глюк: в момент включения симистор иногда открывается.........."
Это может произойти, когда скорость возрастания коммутационного напряжения превысит некую критическую величину (dU/dt).
Поэтому импульс включения симистора в начальный период (минимальная яркость) следует подавать не у самой границы правого края полуволны сетевого напряжения а на некотором расстоянии от него.
Т.е. другими словами, подавать первый импульс на симистор не тогда, когда сетевое напряжение достигло к примеру 10 вольт, а тогда, когда оно достигнет к примеру 30 вольт.
Этот диапазон естественно будет варьироваться в зависимости от типа симистора.
Визуально такое изменения никак ощущаться не будет, кроме разве того, что пропадёт "досадный глюк".

Комментарии: 12

Пользовательские теги: схема плавного пуска лампы схема плавного потухани електро лампочки [ Что это? ]

Дальше в разделе радиотехника, электроника и схемы своими руками: Изготовление DD-датчика для IB-металлоискателя, описание изготовления dd-катушки для ib-металлодетектора с фото, самодельный корпус датчика для катушки.

Главная 9zip.ru База знаний радиолюбителя Контакты

Девять кучек хлама:

Радиотехника, электроника и схемы своими руками Ремонт домашней электроники Виртуальный музей старых радиодеталей XX века Ламповый звук hi-end и винтажная электроника Катушки Теслы Радиодетали и модули с Aliexpress Интернет и сети Сотовые операторы Инструкции



Дайджест
радиосхем
Новые схемы интернета - в одном месте!

Конкурс
для всех
Участвуй в новом конкурсе для радиолюбителей в ноябре-декабре 2016 и получай призы!



Гостевушечка


Сколько тебе лет?
Попытаемся составить портрет современного радиолюбителя...

Голосование запущено 07 ноября 2016, принял участие 171 человек.