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.


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.


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 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.


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.
В связи с этим уменьшены размеры печатной платы


Файл Eagle: soft_start_2.brd


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:

$regfile = "attiny13a.dat" $crystal = 9600000 ' управление симистором Config Portb.4 = Output 'Portb.4 = 0 ' детектор нуля Config Int0 = Falling On Int0 Imp Config Timer0 = Timer , Prescale = 1024 'переполнение за 0,032 сек On Timer0 Pulse Dim W As Byte Dim I As Byte Enable Interrupts Enable Timer0 'Start Timer0 Enable Int0 W = 200 'минимальный накал при старте I = 0 Do Loop End ' прерывание от детектора нуля ' чем большее значение W, тем быстрее переполнится таймер Imp: Timer0 = W Start Timer0 Incr I If I = 5 Then Incr W I = 0 End If If W = 255 Then Stop Timer0 Disable Timer0 Disable Int0 Disable Interrupts Portb.4 = 1 ' если нужно отправить МК в сон Powerdown End If Return ' управление симистором Pulse: 'переполнение таймера Stop Timer0 'останавливаем таймер Portb.4 = 1 'включение симистора Waitus 100 Portb.4 = 0 'выключение оптосимистора Return

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

Понравилась статья? Пётр I говорит: поделись с друзьями!