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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Intelligenter Lichtschalter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Beleuchtung Das Gerät dient zum Ein- und Ausschalten des Lichts in selten besuchten Hauswirtschaftsräumen. Es implementiert einen verzweigten Betriebsalgorithmus. Tatsache ist, dass Hauswirtschaftsräume hauptsächlich zu zwei Zwecken besucht werden – „für lange Zeit“ und „für kurze Zeit“. Wenn Menschen einen Raum „für längere Zeit“ betreten, schließen sie in der Regel sofort die Tür hinter sich. Wenn sie den Raum „für kurze Zeit“ betreten (z. B. in die Speisekammer für ein Gurkenglas), wird die Tür normalerweise offen gelassen, damit sie beim Verlassen die geschlossene Tür nicht „küssen“ müssen. Daher arbeitet das Gerät nach zwei Algorithmen:
In beiden Modi schaltet sich das Licht erst nach dem Schließen der Tür aus. Als Türpositionssensor wird der SB1-Knopf (Abb. 1) vom Typ MP-9 mit Drücker verwendet (er wurde häufig in den Bandtransportmechanismen sowjetischer Tonbandgeräte verwendet).
Der Taster kann durch ein Magnet-Reed-Schalter-Paar ersetzt werden, aber wenn der Reed-Schalter schließende (statt schaltende) Kontakte hat, muss dem Stromkreis ein weiterer Widerstand hinzugefügt werden (Abb. 2).
Schmitt-Trigger DD1.1 (Abb. 1) dämpft das Prellen der Kontakte der SB1-Taste; Von seinem Ausgang wird das Signal dem Eingang des DD1.2-Elements zugeführt, das die Last (Glühlampe) und den logischen Teil des Geräts steuert. Bei geschlossener Tür liegt am Ausgang des Elements DD1.1 eine logische „1“ an, bei geöffneter Tür erscheint dort eine logische „0“, die das Element DD1.2 so setzt, dass an dessen Ausgang eine „1“ erscheint Ausgang, der die Last (Lampe EL1) einschaltet, einen Generator basierend auf dem Element DD1.3 und den Betrieb des Zählers DD2 ermöglicht. Gleichzeitig wird der Trigger DD3 über die Differenzierkette C3-R3.1 zurückgesetzt. Am direkten Ausgang von DD3.1 erscheint eine logische „0“, sie ermöglicht die Betätigung des DD3.2-Triggers am Eingang C und unterstützt eine logische „1“ am DD1.2-Pin unabhängig von der SB1-Taste, d.h. Die Lampe leuchtet weiterhin. Nach etwa 3 s (mit der Position des SA1-Schalters im Diagramm angegeben) erscheint am Eingang C des DD3.1-Triggers eine „einzelne“ Impulsfront, und Informationen über die Position des Kontakts der SB1-Taste werden geschrieben zum Auslöser. Ist die Tür noch offen, erscheint am Triggerausgang eine „1“ und sobald die Tür schließt, erlischt die Lampe EL1. Wenn die Tür zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist, ändert sich der Zustand des direkten Ausgangs des Triggers DD3.1 nicht (logisch "0") und die Lampe brennt weiter. Unmittelbar nach dem Schließen der Tür erscheint am Ausgang des DD1.1-Elements ein positiver Spannungsabfall und am direkten Ausgang des Zähltriggers DD3.2 wird eine logische "0" gesetzt. Lampe EL1 leuchtet weiter. So wird es sein, bis man sich wieder an die Existenz der Tür erinnert. Beim Öffnen passiert nichts und beim Schließen mit dem nächsten Impuls wird am Ausgang des Triggers DD3.2 die logische „1“ gesetzt. Dank der Differenzierkette C4-R4 erscheint am Ausgang des Triggers DD3.1 der gleiche Pegel. An beiden Eingängen des Elements DD1.2 - "1", an seinem Ausgang - "0". Die Lampe erlischt, der Generator stoppt, der Zähler wird zurückgesetzt. Dem Gerät wurde ein sogenannter „Watchdog-Timer“ hinzugefügt. Es wird benötigt, um die Glühzeit der EL1-Lampe zu begrenzen, d.h. um Strom zu sparen. Die Funktion des Watchdog-Timers führt der Trigger DD3.2 zusammen mit dem Zähler DD2 aus. Die maximale Lampenbetriebsdauer hängt von der Stellung des Schalters SA2 ab und kann 7, 14 oder 28 Minuten betragen. Sobald das Zeitlimit abgelaufen ist, erscheint am entsprechenden Ausgang des Zählers DD2 eine "1". Über die VD1-Diode wird es in den DD3.2-Trigger geschrieben und schaltet über die C4-R4-Kette den DD3.1-Trigger, der die Lampe löscht. Der Hochspannungsteil des Geräts besteht aus einem Triac VS1, einem Hochspannungstransistor VT1 und einer Diodenbrücke VD2 ... VD5. Diese Schaltungskonfiguration wurde gewählt, um einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen und den Steuerstrom zu reduzieren. Obwohl der minimale Entriegelungsstrom für den in der Schaltung verwendeten Triac (TC106-10) 10 ... 30 mA beträgt, überschreitet der Kurzschlussstrom der Brückendiagonale an den Dioden VD2 ... VD5 0,5 mA nicht. Dies liegt an einem der Merkmale von Thyristoren: Um sie in den offenen Zustand zu überführen, ist ein sehr kurzer Stromimpuls erforderlich, wonach die Spannung an der Steuerelektrode 1 V kleiner als die Spannung an der Anode wird. Das heißt, in dieser Schaltung fließt nur zu Beginn jeder Halbwelle (etwa 1/20 Teil) ein erheblicher Strom durch den Transistor VT30 (1 ... 40 mA), und der Rest des Triac ist offen und Der durch den Transistor fließende Strom ist nahe Null. Daher ist der Mittelwert des Öffnungsstroms für die Halbwelle um den Faktor 40 "verringert". All dies gilt nur, wenn der Transistor VT1 im Schlüsselmodus arbeitet. Wenn der Widerstand seines Kollektorübergangs gleichmäßig abnimmt, beträgt der Durchschnittswert des durch ihn fließenden Stroms bei einem "halboffenen" Transistor viel mehr als 0,5 mA und er erwärmt sich stärker. Der Hochspannungsteil der Schaltung funktioniert so. Bei einem hohen Pegel am Ausgang des Elements DD1.2 wird der Kondensator C5 langsam über den Widerstand R5 aufgeladen, der Widerstand des Kollektor-Emitter-Übergangs des Transistors VT1 nimmt allmählich ab und die Lampe EL1 leuchtet allmählich auf. Während des Ein- und Ausschaltens der Lampe wird am Transistor VT1 eine ziemlich erhebliche Leistung freigesetzt, wenn Sie jedoch die Kapazität des Kondensators C5 nicht erhöhen und das Intervall zwischen dem Einschalten der Lampe länger als 2 ... 3 einhalten s, ein Heizkörper wird dafür nicht benötigt. Wenn die Lampe bei voller Hitze leuchtet, steigt die Temperatur des Transistorkörpers um etwa 15 ° C. Der Widerstandswert des Widerstands R5 sollte so hoch wie möglich sein, aber so, dass die Lampe EL1 ihre volle Wärme erreicht. Der Widerstand R6 kann nicht entfernt werden - ohne ihn brennt die Lampe nur halbherzig. Die Kapazität des Kondensators C5 kann reduziert werden, aber es ist unerwünscht, ihn zu entfernen, weil. Am Ausgang des DD1.2-Elements werden Impulse mit plötzlichen Spannungsabfällen gebildet, die die Lampe „ziehen“, was sich negativ auf ihre „Lebensdauer“ auswirkt. Das Gerät wird direkt vom Wechselstromnetz über einen einfachen Gleichrichter mit einer VD6-Diode und einem Strombegrenzer – Widerstand R7 – gespeist. Der vom Gerät verbrauchte Strom ist äußerst gering: von nahezu Null im „Schlafmodus“ bis zu 350 μA bei eingeschalteter Lampe. Dadurch war es möglich, einen relativ hochohmigen Widerstand R7 zu wählen. Die Verlustleistung beträgt etwas mehr als 0,05 W, aber die Leistung dieses Widerstands sollte 0,25 W oder mehr betragen – dann besteht eine größere Chance, dass er nicht durch Hochspannung beschädigt wird. Der Widerstandswert des Widerstands R7 kann auf 300 kOhm erhöht werden. In der Schaltung verwendete der Autor als DD1 den HEF4093BT-Chip f. Philips in einem oberflächenmontierten Gehäuse. Ein Merkmal dieser Mikroschaltung ist ein sehr geringer Durchgangsstrom beim Schalten, wodurch ein Arbeitsgenerator am DD1.3-Element bei einer Versorgungsspannung von 7,2 V weniger als 0,1 mA verbraucht. Derselbe Generator, der jedoch auf dem Haushaltsanalog K561TL1 montiert ist, verbraucht unter denselben Bedingungen mehr als 1 mA. Dies liegt daran, dass digitale CMOS-Mikroschaltungen nicht dafür ausgelegt sind, mit einem sich gleichmäßig ändernden (analogen) Signal zu arbeiten, und dass bei einer bestimmten "durchschnittlichen" Eingangsspannung Durchgangsströme auftreten. Schmitt-Trigger haben eine Schalthysterese, sodass in ihren Endstufen kein Durchgangsstrom fließt. Das gilt aber leider nicht für deren Eingangsstufen. Wenn Sie also einen Haushaltsmikroschaltkreis verwenden, müssen Sie den Widerstand R5 möglicherweise um das 10- bis 7-fache reduzieren. Gleichzeitig steigen die von ihm verbrauchte Leistung und der vom Gerät verbrauchte Strom stark an. Wenn das Gerät an das Netz angeschlossen wird, ist die Spannung am Kondensator C6 aufgrund der erheblichen Zeitkonstante τ = R7-C6 steigt langsam an. An diesem Punkt ist der direkte Ausgang des Triggers DD3.1 niedrig, d. h. EL1-Lampe leuchtet. Da die Versorgungsspannung sehr langsam ansteigt, steigt auch der Basisstrom des Transistors VT1 langsam an. Die Verlustleistung des Kollektorübergangs des Transistors ist genau dann maximal, wenn er "halb geöffnet" ist, und kann in dieser Schaltung 5 ... 10 Watt erreichen. Diese. der Transistor kann einfach "durchbrennen". Daher ist es ratsam, das Gerät im Netzwerk mit abgeschraubter EL1-Lampe einzuschalten. Es kann erst nach 5 ... 10 s nach dem Einschalten in die Kartusche eingeschraubt werden. Bei den im Diagramm angegebenen Nennwerten R5 ... R7, C5, C6 und einer langsam flackernden Lampe steigt die Temperatur des Transistorgehäuses (ohne Kühler) jedoch um etwa 60 ... 70 ° C. Ein aus wartungsfähigen Teilen korrekt zusammengesetztes Gerät muss nicht konfiguriert werden. Wenn Sie einen DD1-Chip eines anderen Unternehmens verwenden (alle anderen Mikroschaltungen können beliebige CMOS-Strukturen sein), müssen Sie die VD7-Zenerdiode zunächst nicht löten. Die Schaltung wird über ein Milliamperemeter von einer Konstantspannungsquelle (entsprechend der Stabilisierungsspannung der Zenerdiode) mit Strom versorgt, und die Eingänge des DD1.1-Elements sind mit dem "+ U" -Draht verbunden. Mit Hilfe einer LED oder auf andere Weise überzeugen sie sich von der Funktion des DD1.3-Generators, woraufhin die Messwerte des Geräts ausgelesen werden. Der Widerstandswert des Widerstands R7 wird nach folgender Formel berechnet: R7 = 100/I (KOm), wobei I der Strom in mA ist. Es empfiehlt sich, den resultierenden Widerstandswert abzurunden – schließlich muss auch die VD7-Zenerdiode etwas „fressen“. Die Versorgungsspannung der Schaltung hängt nur von der Stabilisierungsspannung der Zenerdiode VD7 ab und kann zwischen 3 und 18 V liegen. Je niedriger die Versorgungsspannung, desto weniger Strom verbraucht der DD1.3-Generator. Seine Frequenz steigt mit abnehmender Versorgungsspannung. Wenn Sie die Versorgungsspannung ändern, müssen Sie den Widerstandswert des Widerstands R5 in die gleiche Richtung ändern (die Auswahl seines Wertes wurde oben besprochen). Die Kapazität des Kondensators C1 muss so bemessen sein, dass das Element DD1.1 das Prellen der Kontakte der Taste SB1 vollständig unterdrückt; es ist nicht ratsam, es zu reduzieren. Die Werte des Widerstands R1 und beider Ketten C3-R3 und C4-R4 können in jedem der im Diagramm angegebenen Bereiche liegen – nichts hängt von ihnen ab. Die Dioden VD2...VD6 können beliebig sein und sind für eine Sperrspannung von mindestens 400 V und einen Durchlassstrom von mehr als 0,1 A ausgelegt. Der Transistor VT1 kann durch KT9115, der Triac VS1 durch jeden anderen ersetzt werden. Wenn die Leistung der Glühlampe EL1 weniger als 200...300 W beträgt, ist ein Strahler für den Triac nicht erforderlich. Anstelle des Bipolartransistors VT1 können Sie jeden Hochspannungs-Feldeffekttransistor mit einem n-Typ-Kanal verwenden. In diesem Fall sind keine Änderungen am Schema erforderlich. Dann kann der Widerstand R6 kurzgeschlossen werden und der Widerstandswert des Widerstands R5 um ein Vielfaches erhöht werden. In diesem Fall ist es notwendig, die Kapazität von C5 um den gleichen Betrag zu reduzieren. Es (C5) kann jedoch vollständig entfernt werden – bei modernen Feldeffekttransistoren ist die Steigung der Kennlinie recht groß und es ist schwierig, den Effekt eines sanften „Abbrennens“ der Glühbirne zu erzielen. Wenn Sie einen leistungsstarken Bipolar- oder Feldeffekttransistor verwenden, ist der Triac VS1 nicht erforderlich. Dann müssen Sie aber zusätzlich zum Transistor auch Dioden am Strahler installieren. Die Schalter SA1 und SA2 sind in Form von Bahnen ausgeführt, die auf der Leiterplatte in der Nähe der entsprechenden Ausgänge des DD2-Chips verlaufen. Ihre "Kontakte" werden mit einem Lötkolben mit einem Tropfen Lötzinn geschlossen. Es ist nicht möglich, mehrere Ausgänge des DD2-Chips miteinander zu verbinden! Das Gerät hat eine transformatorlose Netzversorgung. Seien Sie vorsichtig beim Einrichten. Der gemeinsame Draht (Körper) im Diagramm wird gezeichnet, um die Grafik zu vereinfachen. Auf keinen Fall darf es mit dem Gerätegehäuse verbunden oder geerdet werden. Autor: A.Koldunov, Grodno; Veröffentlichung: radioradar.net
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