Таймер КР1006ВИ1 в управлении освещением

June 14, 2010 by admin Комментировать »

Почти полувековое победоносное планетарное шествие инте­грального таймера «555» (отечественный аналог КР1006ВИ1) под­бадривает умы многих разработчиков электронных устройств. Эта небольшая микросхема, даже в «древнем» биполярном относитель­но низкочастотном варианте, не перестает удивлять своей универ­сальностью. Потомки таймера «555» – КМОП версии микросхемы (LMC555, iCL7555 и другие) часто встречаются в современных уст­ройствах промышленного изготовления – измерительных приборах, часах, мобильных радиостанциях и другой технике. Пока же, к сожа­лению, для большей части радиолюбителей, доступна только бипо­лярная версия этого таймера. На такой микросхеме и предлагаются две конструкции для повторения, о которых пойдет речь ниже.

Наше зрение, позволяющее видеть окружающий мир в богатст­ве красок, линий и форм, эволюцией не приспособлено мгновенно перестраиваться под мгновеннью изменения уровня освещенности -до изобретения электрического освещения в этом не было особой нужды. Поэтому резкое включение или выключение света, как ми­нимум, вызывает чувство дискомфорта: либо ослепляет, либо по­гружает во тьму. Не стоит забывать и о высокой вероятности пере­горания нити ламп накаливания при включении их на полную мощ­ность без предварительного разогрева.

На рис. 1.35 представлена простая схема для плавного включе­ния и выключения ламп накаливания, работающих в цепи постоян­

clip_image002

Рис. 1.35

ного тока напряжением 12 В. Основное назначение этого устройст­ва – замедленное плавное выключение и включение освещения в салоне автомобиля. Оно может применяться и для управления мощными 12-вольтовыми галогенными лампами комнатных све­тильников, получающих питание от понижающего трансформатора с выпрямителем. При необходимости и желании, скорректировав параметры времязадающих цепей, это устройство можно исполь­зовать по своему усмотрению.

При подаче напряжения питания 12…15 В и разомкнутой кнопке SA1 на выходе DA1 (выв. 3) устанавливается высокий уровень. Конденсатор 03 разряжен через открытый коллекторный переход п-р-п транзистора микросхемы (выв. 7 – выход с открытым коллек­тором). Так как конденсатор 01 в этот момент разряжен, транзи­стор VT1 закрыт и зарядка конденсатора 03 невозможна. В это время генерация DA1 отсутствует, мощный полевой транзистор VT2 постоянно открыт, лампа накаливания светит с максимальной яркостью.

После замыкания контактов SA1 конденсатор 01 начинает за­ряжаться по цепи R2, R3. Через несколько секунд, после того как напряжение на эмиттерном переходе VT1 достигнет напряжения около 0,45 В, этот транзистор начинает открываться. Когда ток в его цепи достигнет достаточного уровня, микросхема 0А1(выв. 3) начнет генерировать короткие импульсы отрицательной полярно­сти. Первоначально, после появления генерации, скважность им­пульсов достигает нескольких тысяч, поэтому ни снижение яркости лампы, ни ее мерцание незаметны. По мере зарядки конденсатора С1 транзистор VT1 открывается сильнее. Время зарядки конденса­тора СЗ до напряжения выше порогового напряжения переключе­ния DA1 постепенно уменьшается. Время разрядки этого конденса­тора не изменяется, так как номинал резистора R7 постоянен. Все это приводит к тому, что скважность импульсов на выв. 3 посте­пенно уменьшается, следовательно средняя мощность, подавае­мая на лампу EL1, уменьшается и яркость ее свечения плавно снижается. Частота переключения максимальна при скважности близкой к 2 и составляет около 1300 Гц. На лампу в этот момент поступает примерно половина мощности.

Конденсатор С1 продолжает заряжаться, ток в коллекторной цепи VT1 растет. Скважность импульсов начинает увеличиваться. Но теперь транзистор VT2 большее время находится в закрытом состоянии, яркость свечения лампы продолжает уменьшаться. Примерно через 60…70 с после замыкания кнопки SA1 ток коллек­тора достигает значения, при котором СЗ уже не в состоянии раз­рядиться до напряжения ниже порогового через резистор R7 и транзистор микросхемы. Генерация срывается, на выв. 3 DA1 устанавливается низкий уровень, транзистор VT2 закрыт, лампа не светится.

При размыкании контактов SA1 процессы начинают протекать в обратном порядке. Так как обычно желательно получить более быстрое зажигание лампы на полную мощность, чем ее погасание, то разрядка конденсатора идет по цепи R3 VD1 R4 R1. Резистор R2 ограничивает напряжение, до которого будет заряжаться конденса­тор С1, что позволяет зажечь лампу на минимальную мощность не позднее чем через 0,5 с после размыкания контактов SA1.

На двухцветном двукристальном светодиоде HL1 и элементах R11, R12, VT3, VT4 выполнен узел индикации режима работы. При отключенном питании нагрузки светодиод светит зеленым цветом, при включенном – красным. При погасании лампы цвет свечения HL1 меняется в такой последовательности: красный, оранжевый, желтый, желто-зеленый, зеленый, при зажигании – в обратном по­рядке. Подачей логического нуля на ХР1 можно отключить свето­диодную индикацию, например, когда питание на нагрузку не пода­ется длительное время, что уменьшит потребляемый ток, когда устройство находится в дежурном режиме.

Так как напряжение в бортовой сети автомобиля может быть нестабильно, то для защиты микросхемы и полевого транзистора от повреждений при всплесках напряжения питания применен па­раметрический стабилизатор на элементах VT5, VD2, R12, Сб. Кроме того, этот узел представляет собой фильтр, снижающий уровень помех от системы зажигания, которые могут оказывать дестабилизирующее воздействие на нормальную работу микро­схемы DA1.

Не всегда есть возможность выполнить цепь подключения на­грузки так, как показано на рис. 1.35. Тогда конструкцию можно мо­дифицировать согласно рис. 1.36. Здесь вместо п-канального при­менен р-канальный мощный полевой транзистор. Стабилитрон VD3 защищает затвор транзистора VT6 от пробоя при всплесках напря­жения питания.

Конденсатор С2 (см. рис. 1.35) повышает устойчивость работы системы. Плавкий предохранитель FU1 предотвращает поврежде­ние полевого транзистора при перегрузке. При отключенной нагруз­ке, устройство, собранное по схемам рис. 1.35 и 1.36 потребляет ток не более 13 мА при напряжении питания 12 В. Если отключить узел индикации на HL1, то ток потребления можно уменьшить. При пита­нии этого устройства выпрямленным напряжением от понижающего трансформатора, как было сказано выше, напряжение питания на параметрический стабилизатор подается через диод, например, КД209А, а между выводом коллектора VT5 и общим проводом необ­ходимо включить оксидный конденсатор на 470 мкФ.

На рис. 1.37 представлена схема устройства управления осве­щением, предназначенного для работы в цепи переменного тока напряжения 220 В. Его работа во многом аналогична устройству, выполненному по схеме рис. 1.35. В этом варианте применен бо­лее высоковольтный полевой МОП-транзистор, изменена цепь пи­тания микросхемы и узел индикации. Светящийся светодиод HL1 показывает, что устройство подключено к напряжению сети 220 В.

clip_image004

Рис. 1.36

clip_image006

Рис. 1.37

Чтобы предотвратить мерцание лампы, когда яркость ее свече­ния минимальна, уменьшением емкости конденсатора СЗ увеличе­на частота генерации микросхемы. Конденсатор С6 – фильтр пита­ния, необходим для снижения пульсаций выпрямленного напряже­ния на диоде VD2, дестабилизирущем совместную работу микро­схемы и транзистора VT1. Варистор R10 заш1ищает полевой тран­зистор от пробоя при импульсных всплесках напряжения сети. Ес­ли будет использован варистор меньшей мощности, то его жела­тельно подключить к выводам стока и истока транзистора VT2. Чертеж печатной платы этого устройства приведен на рис. 1.38.

В обеих конструкциях могут быть применены постоянные рези­сторы МЛТ, С2-23, С2-33, С1-4 соответствующей мощности. Вари­стор R10 можно заменить на FNR-14K471, FNR-20K431 или анало­гичным. Оксидный конденсатор 01 использован с малым током утечки типа К52-2. На его месте можно применить и другие танта-ловые или ниобиевые конденсаторы с малым током утечки во всем интервале рабочих температур. Хорошо работают и обычные ок­сидные конденсаторы на рабочее напряжение 35…63 В фирм RUBYCON, SAMSUNG, DON. Попытки использовать конденсаторы типа К50-35 окажутся безуспешными. Если нет ограничений в габа­ритах конструкции, не исключено и даже предпочтительно приме­нение полиэтилентерефталатных конденсаторов большой емкости.

clip_image008

Рис. 1.38

Конденсатор С7 на рис. 1.37 типа К73-17, К73-24, К73-50, К73-56. Остальные – неполярные конденсаторы типов К10-17, К10-7, КМ-5, КМ-6. Диоды КД522Б можно заменить любыми из КД510, КД521, КДЮЗ, 1N4148. Стабилитрон Д814Д заменяется на КС213Б, КС213Ж, КС512А, 1N6002B, 1N6003B. Трехамперный диодный мост BR310 при работе с нагрузкой, потребляющей ток до 1 А, на теплоотвод можно не устанавливать. Его можно заменить на BR34-BR38, КВРС104-КВРС110 или четырьмя диодами 1N5404-1N5408, Д246-Д248 (А, Б), КД202 (К, М, Р). Светодиод L57EGW можно заменить прямоугольным L117EGW, но его яркость свече­ния примерно вдвое меньше. Светодиод L383SRDT красного цвета свечения с яркостью около 70 мкд, выполненный в пятимиллимет­ровом прямоугольном корпусе, заменим любым из серий L1503, L1513, АЛ307, КИПД15, КИПД21, КИПД66. Транзисторы КТ3107И можно заменить любыми с коэффициентом передачи тока базы не менее 200 из серий КТ3107, SS9015, ВС307, 2SA1174. Транзистор КТ3102Г можно заменить любым из КТ3102, SS9014, ВС547, 2SC2784, 2SC1222. Полевой транзистор 1RF540 имеет сопротивле­ние открытого канала не более 0,08 Ом и способен работать при токе стока до 25 А. При таком токе потери напряжения и мощности на нем составят 2 В и 50 Вт, что слишком много. Поэтому макси­мальный ток нагрузки ограничен значением 8 А. Этот транзистор обязательно устанавливается на теплоотвод с площадью охлаж­дающей поверхности не менее 40 см^ . При необходимости исполь­зуются изолирующие прокладки. Его можно заменить на аналогич­ные IRF541, BUZ10, BUZ11, BUZ27, КП723 (А-В), КП746 (А, Б). Для большего тока нагрузки можно использовать КП789А, BUZ111S. Полевой р-канальный транзистор 1RF9540 при токе нагрузки до 3 А можно заменить на МТР12Р10, КП785А или двумя IRF9640 в па­раллельном включении. Высоковольтный КП707В2 при токе на­грузки до 1 А можно заменить любым из серий КП707, КП777 или импортными IRF440, IRF442, , 1RF840 BUZ213, BUZB82. Во всех случаях для получения большей нагрузочной способности можно использовать параллельное включение двух-трех однотипных по­левых транзисторов.

Токовыравнивающие резисторы не требуются. Можно приме­нить более дорогие, зато гораздо более мощные полевые транзи­сторы, например, SMW14N50F (500 В, 56 А, 180 Вт), IRG4PC50F (600 В, 70 А, 200 Вт). При необходимости увеличивают размеры теплоот-вода. Микросхему можно заменить любым импортным биполярным аналогом 555 или более экономичной XR-L555M.

Конструкция устройства, выполненного по схеме рис. 1.35, в ав­томобильном варианте исполнения должна быть рассчитана на жесткие условия эксплуатации [8, 10]. Увеличив сопротивление ре­зистора R12 (см. рис. 1.35) до 3,6 кОм и установив VT5 более мощ­ный, например, КТ608, КТ630, 2SG2331, напряжение питания мож­но увеличить до 24 В (большегрузные автомобили). При наладке устройства, выполненного по схеме рис. 1.37, необходимо помнить, что все его элементы находятся под напряжением осветительной сети, и соблюдать необходимые меры осторожности.

Для настройки устройств, выполненных по приведенным схемам, удобно пользоваться приспособлением, состоящим из последова­тельно включенных маломощной динамической головки, конденса­тора на 0,68 мкФ и резистора на 1,5 кОм. Получившийся пробник одним проводом подключают к выв. 3 DA, другим – к минусовому проводу питания. Если при отключении кнопкой SA1 питания нагруз­ки генерация DA1 не будет срываться, то нужно или применить транзистор VT1 с большим коэффициентом передачи тока базы, или заменить конденсатор С1 на экземпляр с меньшим током утечки. Временные значения задержки включения/выключения зависят от параметров R3, R4, С1. Устанавливая эти элементы с другими но­миналами, можно легко варьировать динамикой зажигания и погаса­ния ламп накаливания. Если в качестве нагрузки будут использо­ваться галогенные лампы, желательно, чтобы время их погасания не превышало нескольких секунд.

Оба устройства можно превратить в регуляторы мощности, если коллектор VT1 отключить от его цепи, а последовательно с рези­стором R6 включить переменный резистор на 220 кОм в реостат­ном включении – к R6 и к общей точке соединения R7, 03. При та­ком варианте использования, для полевого транзистора может по­требоваться более массивный теплоотвод.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты