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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Automatisierung des Luftionisators. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Haus, Haushalt, Hobby Bei den meisten selbstgebauten Netzteilen für Luftionisatoren liegt der Schwerpunkt auf der Einfachheit und den geringen Kosten der Herstellung des Geräts aus Abfallmaterialien. Wir sprechen hier nicht von irgendwelchen betrieblichen Annehmlichkeiten. Die Autoren dieses Artikels haben beschlossen, die traditionelle Quelle durch einen Mikrocontroller zu ergänzen, der eine Diversifizierung der Betriebsmodi ermöglicht. Unter der Steuerung eines Mikrocontrollers kann der Luftionisator nicht nur im üblichen Dauermodus arbeiten, sondern bietet auch die Möglichkeit, die ihm zugeführte Spannung zu regulieren. Es schaltet sich in einem festgelegten Zeitraum ein und aus und hört nach Ablauf der eingestellten Zeit automatisch auf zu arbeiten. Die Parameter aller Modi können über die Tastatur geändert werden, indem ihre Werte auf der LED-Digitalanzeige beobachtet werden. Der Hauptteil der Quellenschaltung (ohne die an den XP1-Stecker angeschlossene I/O-Platine) ist in Abb. dargestellt. 1.
Hier gibt es drei Hauptfunktionseinheiten. Das Netzteil ist transformatorlos. Dies ist durchaus gerechtfertigt, wenn der vom Netzwerk aufgenommene Gesamtstrom nicht mehr als 15 mA beträgt. Die Diodenbrücke VD1 richtet die Wechselspannung des Netzes gleich. Der Widerstand R1 begrenzt die Amplitude der Ladestromimpulse des Kondensators C1. Die gleichgerichtete Spannung über die Dämpfungswiderstände R14 und R15 speist die Endstufe des Hochspannungswechselrichters am Feldeffekttransistor VT4 und über die Widerstände R2-R4 (an ihnen fallen ca. 70 V ab) - einen Spannungsstabilisator von +12 V der Transistor VT1 für die Vorstufen des Wechselrichters. Aus einer Spannung von +12 V werden mithilfe des integrierten Stabilisators DA1 +5 V zur Versorgung der Mikroschaltungen des Geräts gewonnen. Die Steuereinheit basiert auf einem PIC16F628 Mikrocontroller, der gemäß Tabelle vorprogrammiert werden muss. Der Mikrocontroller speichert Daten über den vom Benutzer eingestellten Betriebsmodus der Quelle im internen nichtflüchtigen Speicher. Daher ist es nicht erforderlich, den Ionisator jedes Mal neu einzuschalten und seine Stromquelle neu zu konfigurieren – der Betrieb wird automatisch in dem Modus fortgesetzt, der zum Zeitpunkt des Herunterfahrens aktiv war.
Um diesen Moment im Voraus zu erkennen, werden zwei im Mikrocontroller eingebaute Komparatoren verwendet. Ihre Eingänge (Pins 1 und 18 DD1) erhalten Spannung von der Diagonale der Widerstandsbrücke R18-R21, und während des Betriebs des Geräts ist die Spannung an Pin 18 DD1 höher als an Pin 1. Nach dem Trennen vom Netzwerk ist die Die Spannung an Pin 18 DD1 fällt schnell ab und in der +5 BII-Schaltung und an Pin 1 DD1 bleibt sie dank der VD3C7-Schaltung für einige Zeit nahezu unverändert. Nachdem der Mikrocontroller festgestellt hat, dass die Potenzialdifferenz zwischen den Pins 18 und 1 das Vorzeichen geändert hat, gelingt es ihm, Daten über den Betriebsmodus in den nichtflüchtigen Speicher zu schreiben, bevor seine Versorgungsspannung auf einen Wert abfällt, der für die Fortsetzung des Betriebs nicht ausreicht. Die Pins 10–13 des Mikrocontrollers empfangen Signale von vier auf der I/O-Platine installierten Tasten, die die Quelle steuern. Das Schieberegister DD2 wandelt die vom Mikrocontroller in serieller Form erzeugten Steuersignale an zwei digitale LED-Anzeigen auf derselben Platine in parallele Form um. Die Anzeige erfolgt dynamisch: Abhängig von den Spannungspegeln an den Pins 6 und 9 von DD1 funktioniert immer nur eine der Anzeigen. Der Hochspannungswechselrichter basiert auf den Transistoren VT2-VT4 und einem Impulstransformator T1 – einem Zeilentransformator aus einem kleinen Schwarzweißfernseher. Rechteckimpulse mit einer Frequenz von 150...350 Hz, erzeugt vom Mikrocontroller DD1 an Pin 8, verstärken die Transistoren VT2 und VT3 auf eine Amplitude von 10...-12V. Nach der Verkürzung durch die Differenzierschaltung C8R13 öffnen diese Impulse einen leistungsstarken CMOS-Transistor VT4, dessen Drain-Schaltung die Wicklung 5-7 des Transformators T1 umfasst. Diode VD4 ist eine Dämpferdiode. Impulse von der Aufwärtswicklung (9-11) des Transformators werden dem Gleichrichter mit Spannungsvervielfachung an den Diodenspalten VD6-VD11 zugeführt. Die Schaltung und der Aufbau eines solchen Gleichrichters sind allgemein bekannt. Bei der Herstellung können Sie die Empfehlungen des Artikels „Stromversorgungsoptionen für den Chizhevsky-Kronleuchter“ von V. Utin (Radio, 1997, Nr. 10, S. 42, 43) verwenden. Die dem Ionisator zugeführte Spannung schwankt je nach Impulswiederholungsrate im Bereich von 15...35 kV und kann bei Bedarf durch Hinzufügen mehrerer weiterer Spannungsvervielfachungsstufen erhöht werden Die Hauptplatine der Quelle, auf der sich fast alle im Diagramm (siehe Abb. 1) gezeigten Elemente befinden, ist in Abb. dargestellt. 2. Die Platine ist doppelseitig, wobei auf beiden Seiten Teile installiert sind. Die Kondensatoren C2 und C9 sind K73-17 und die Oxidkondensatoren sind K50-35 oder ihre Analoga. Die übrigen Kondensatoren (außer C10-C15) bestehen aus Keramik jeglicher Art.
Der Transformator T1 mit Hochspannungsgleichrichter und die Buchse XS1 zum Anschluss des Ionisators befinden sich in einem separaten Block. Kondensatoren C10-C15 - K73-13 oder andere für eine Spannung von mindestens 10 kV. Der Schutzwiderstand R17 muss der vollen Ausgangsspannung der Quelle ohne Durchschlag zwischen den Anschlüssen standhalten. MLT-2-Widerstände und dergleichen sind nur für 1200 V ausgelegt und hier nicht geeignet. Geeignet ist beispielsweise KEV-2. Sie können den Widerstand R17 aus mehreren Widerständen mit niedrigerer Spannung herstellen, indem Sie diese in Reihe schalten. Der Zusammenbau der I/O-Platine erfolgt nach dem Schema in Abb. 3 Durch Drücken einer der Tasten SB1–SB4 wird nicht nur ein Befehl an den Mikrocontroller gesendet, sondern auch die entsprechende HL1–HL4-LED eingeschaltet, sodass der Benutzer visuell überprüfen kann, ob der Befehl ausgegeben wurde. Die Widerstände R1 - R8 begrenzen den Strom der Elemente der LED-Anzeigen mit gemeinsamen Kathoden HG1 und HG2. Beim Ersetzen von Anzeigen des im Diagramm angegebenen Typs durch andere kann es erforderlich sein, die Helligkeit ihres Leuchtens zu erhöhen, indem der Wert der genannten Widerstände verringert wird.
Die I/O-Platine ist wie die Hauptplatine doppelseitig. Zeichnungen von gedruckten Leitern und Anordnungen von Elementen auf beiden Seiten sind in Abb. dargestellt. 4. Die Platine wird so an der Frontplatte des Niederspannungsgerätegehäuses befestigt, dass die Dezimalpunkte der LED-Anzeigen HG1 und HG2 oben liegen (und nicht wie üblich unten). In dieser Position sehen die Zahlen auf den Anzeigen korrekt aus (dies wird vom Mikrocontroller-Programm bereitgestellt). Der XP1-Stecker wird mit einem gleichnamigen 16-adrigen Kabel auf der Hauptplatine verbunden.
Die Quelle beginnt drei Sekunden nach dem Anschließen an das Netzwerk und dem Schließen des SA1-Schalters zu arbeiten (siehe Abb. 1). Die auf den Digitalanzeigen angezeigte zweistellige Zahl gibt den Wert der dem Aeroionisator zugeführten Hochspannung in Kilovolt an. Mit den Tasten SB1 „Up“ und SB2 „Dw“ kann er in 3-kV-Schritten verändert werden. Der Zustand der Dezimalpunkte auf den Anzeigen zeigt an, welche der möglichen Betriebsarten installiert ist. Insgesamt gibt es sechs: Der Dezimalpunkt der HG1-Anzeige leuchtet auf. Es wird ständig Hochspannung erzeugt. Der Dezimalpunkt der HG2-Anzeige leuchtet auf. Zyklischer Modus mit einer Periode von 1...10 Min. In der ersten Zyklushälfte liegt Hochspannung an, in der zweiten keine. Die Dezimalpunkte beider Anzeigen leuchten. Ähnlich wie Modus 1, jedoch wird die Hochspannung nach einer vorgegebenen Zeit (1...99 min) automatisch abgeschaltet. Der Dezimalpunkt auf der HG1-Anzeige blinkt. Die Hochspannung ist 1 s lang eingeschaltet, N s lang ausgeschaltet. Die Zahl N wird im Bereich von 3 bis 10 angegeben. Der Dezimalpunkt auf der HG2-Anzeige blinkt. Das Gerät arbeitet für eine vorgegebene Zeit (4...1 min) wie im Modus 99, danach wird die Hochspannung automatisch abgeschaltet. Die Dezimalpunkte beider Anzeigen blinken. Die Hochspannung steigt sanft auf das Maximum (35 kV) an und fällt dann sanft auf das Minimum (15 kV) ab. Die Zykluswiederholungsdauer beträgt 5 Minuten. In den Modi 3 und 5 „schläft“ das Gerät nach Ablauf einer eingestellten Zeit ein – die Hochspannung wird abgeschaltet, die Anzeigen erlöschen. Dieser Zustand wird durch Drücken einer beliebigen Taste verlassen, woraufhin die Aufnahme wiederholt wird. Wechseln Sie den Modus, indem Sie kurz die SB1-Taste „Set“ drücken. Der erste von ihnen schaltet die Hochspannung aus und die Zahlen auf der Anzeige beginnen zu blinken und zeigen den aktuellen Wert des Parameters des eingestellten Modus an, beispielsweise die Zeit, während der die Hochspannung eingeschaltet wird. Mit den Tasten „Up“ und „Dw“ kann der Wert verändert werden. Nachfolgendes Drücken der „Set“-Taste wechselt den Modus mit einer entsprechenden Änderung des Zustands der Dezimalpunkte. Die Zahlen auf den Anzeigen hören auf zu blinken und der neue Modus beginnt zu funktionieren, wenn Sie die „Set“-Taste länger als eine Sekunde gedrückt halten. Die Taste SB4 „Adj“ (Einstellung) dient der Kalibrierung – sie bringt die Ausgangsspannung in Übereinstimmung mit den Anzeigewerten. Die Spannung wird mit einem Kilovoltmeter gemessen, das zwischen der XS1-Buchse und dem gemeinsamen Kabel angeschlossen ist. Sie können beispielsweise ein Mikroamperemeter mit einem Gesamtabweichungsstrom von 50 μA verwenden und es mit einem Widerstandssatz mit einem Gesamtwiderstand von 1000 MΩ in Reihe schalten. Vor Beginn der Kalibrierung wird empfohlen, die Quellenanzeigen auf den minimalen Spannungswert (15 kV) einzustellen, obwohl der Vorgang mit jedem beliebigen Wert gestartet werden kann. Nach dem Drücken der „Adj“-Taste blinken die Zahlen auf den Anzeigen abwechselnd und signalisieren damit, dass der Kalibrierungsmodus aktiviert ist. Passen Sie mit den Tasten „Up“ und „Dw“ die Kilovoltmeter-Messwerte an den auf den Anzeigen angezeigten Wert an. Drücken Sie die Schaltfläche „Einstellen“. In diesem Moment speichert der Mikrocontroller im nichtflüchtigen Speicher den Wert der Impulsfrequenz, der zum Erreichen der angegebenen Spannung erforderlich ist, und erhöht die Zahl auf den Anzeigen um 1. Stellen Sie mit den Tasten „Up“ und „Dw“ die Ausgangsspannung erneut ein und drücken Sie die Taste „Set“. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, wie erforderlich. Verlassen Sie den Kalibrierungsmodus, indem Sie die „Set“-Taste länger als eine Sekunde gedrückt halten. Sie sollten die Quelle nicht früher als eine Minute nach dem Ausschalten wieder einschalten. Autoren: V.Sekrieru, E.Munteanu, Chisinau, Moldawien
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