- Сенсорний вимикач 220В керує світлодіодним лампою
- Схема силової частини сенсорного вимикача світла 220В
Хочу повернутися до теми, яка вже не раз піднімалася на сторінках журналу. Це сенсорні вимикачі, що реагують на дотик руки до сенсорного контакту. Взагалі, сенсорний вимикач - дуже непогана річ, особливо якщо він малогабаритний. Його можна вбудувати в багато побутові прилади і вмикати / вимикати їх дотиком пальця до металевої деталі на корпусі (іноді вона може бути непомітною).
Для цього найбільше підходять сенсорні вимикачі, керовані дотиком до одиночного сенсора. Такі конструкції, побудовані на мікросхемах серії К561, описані, наприклад, в [1] і [2]. У багатьох радіоаматорів досі збереглися запаси функціонально аналогічних, але морально застарілих мікросхем серії 176. Однак спроби просто замінити ними в згаданих конструкціях мікросхеми серії К561 не привели до позитивних результатів.
Нещодавно мені треба було виготовити кілька сенсорних вимикачів, а в наявності були тільки мікросхеми К176ТМ2 і К176ТМ1. Купувати спеціально для вимикачів мікросхеми К561ТМ2 не хотілося, тому було вирішено зробити вимикачі на мікросхемах серії К176.
Знайшлося також багато тринисторов КУ221Г, що використовувалися в кольорових телевізорах. При перевірці двох десятків таких тринисторов виявилося, що всього три з них мають керуючий струм відкривання 30 ... 40 мА, інші відкривалися струмом 80 ... 150 мА. Але оскільки тріністори КУ221Г, ймовірно, є в наявності не тільки у мене, було вирішено застосувати такий тринистор в сенсорному вимикачі.
За основу була взята «сенсорна» частина конструкції, описаної в [1]. Силова частина була повністю перероблена, причому в різних варіантах. Залежно від того, де буде застосовуватися вимикач, можна вибрати транзисторний, тріністорний або сімісторний варіанти.
Є і варіант з використанням мікросхеми К1182ПМ1, що дозволяє плавно включати і вимикати лампу розжарювання. Щоб керувати потужним електроприладом, вихідний силовий прилад вимикача повинен бути забезпечений відповідним теплоотводом. Але при комутованій потужності менше 100 Вт тепловідвід не обов'язковий.
Отже, сенсорний пристрій за схемою зі статті [1] було зібрано на мікросхемі К176ТМ2, але не запрацювало. Його дослідження за допомогою осцилографа показало, що при дотику руки до сенсорного контакту імпульсів на виході формувача імпульсів на тригері DD1.1 немає, хоча на його вході присутній наведене тілом людини змінну напругу розмахом 1,7В.
Отже, для перемикання тригера К176ТМ2 цього мало. Після додавання на вході емітерного повторювача на транзисторі амплітуда сигналу на вході тригера зросла майже до напруги харчування і з'явилися імпульси на його виході. Але чіткого перемикання тригера DD1.2 в рахунковому режимі все одно не було.
Була встановлена інтегруюча RC-ланцюг з інверсного виходу тригера на його вхід D для затримки цього сигналу. Після цього пристрій стало стійко працювати. Як показали подальші експерименти, конденсатор з цього ланцюга можна взагалі виключити, цілком достатньо ємності входу D-тригера, яка спільно з резистором забезпечує необхідний час затримки сигналу.
Отримана схема сенсорної частини цього варіанту вимикача представлена на рис. 1 (зліва від штрихпунктирной лінії). Хочу особливо відзначити, що в моїй конструкції при підключенні резистора R5 до інверсного виходу (висновку 2) тригера DD1.2 вимикач працював нестійка. В якості заміни транзистора КТ312Б підійде будь-який малопотужний транзистор структури п-р-п, наприклад, серій КТ312, КТ315, КТ3102.
Тепер про силовий частини цього варіанту вимикача (на рис. 1 праворуч від штрихпунктирной лінії). Як було згадано вище, керуючий струм, необхідний для відкривання тринистора КУ221Г, може досягати 130 ... 150мА. Але в даному випадку він тече через коммутируемую лампу EL1, резистор R7 і складовою транзистор VT2-VT4 і не навантажує параметричний стабілізатор на стабілітроні VD3, що живить лише транзистор VT1 і мікросхему DD1. Завдяки цьому опір резистора R6 може бути досить великим.
Розсіюється їм потужність не перевищує 0,5 Вт. Складовою транзистор застосований для управління тріністором через те, що високовольтні транзистори 13001 мають коефіцієнт передачі струму бази не більше 40. Використання в ньому трьох транзисторів - НЕ перестраховка. При двох транзисторах для надійного відкривання тринистора VS1 доводилося зменшувати опір резистора R5 до 1 кОм. Це не тільки перевантажували вихід тригера, але і вимагало зменшити опір резистора R6 до 62 кОм і збільшувати його потужність до 1 Вт.
В такий варіант вимикача були внесені зміни, необхідні для використання в ньому мікросхеми К176ТМ1, а його силова частина була побудована на сімісторов ВТ134-600. Схема цього варіанту зображена на рис. 2.
Тут на тригері DD1.1 зібраний одновібратор. Тому принцип керування вимикачем став іншим. Розглянутий вище вимикач на мікросхемі К561ТМ2 переходить в протилежний стан в момент дотику до сенсора Е1, подальше утримання пальця на ньому ролі не грає. У варіанті з одновібратором дотик до сенсора для перекладу вимикача в протилежний стан має бути коротким.
Якщо ж затримати палець на сенсорі, то через деякий час, залежне від ємності конденсатора С2, одновибратор сформує наступний імпульс, потім ще один і так далі. Кожен з цих імпульсів буде перемикати тригер DD1.2. Вважати це недоліком не можна, подібний алгоритм реалізований, наприклад, в мікросхемі К145АП2. Там короткі торкання сенсора включають і вимикають лампу, а утримання пальця на сенсорі призводить до зменшення або збільшення яскравості її світіння.
Зрозуміло, що в цьому варіанті вимикача може працювати і мікросхема К176ТМ2, якщо входи S її тригерів (висновки 6 і 8) з'єднати з загальним проводом. Хоча в цьому випадку імпульси на виході одновібратора на тригері DD1.1 мають круті перепади, без затримки сигналу, що надходить з інверсного виходу тригера DD1.2 на його вхід D, обійтися не вдалося. Зате вкажіть необхідний час затримки в цьому випадку вносить вхідна ємність силової частини вимикача. Саме тому резистор R4 підключений до інверсного (висновок 2), а не до прямого виходу тригера.
Цей варіант сенсорної частини вимикача найбільш універсальний, оскільки в ньому працюють як мікросхеми К176ТМ1 і К176ТМ2, так і К561ТМ2. В останньому випадку можна відмовитися від емітерного повторювача на транзисторі VT1. Тепер докладніше про пропоновані варіанти силової частини. Варіант з тріністором, представлений на рис. 1, докладно описаний раніше.
Зрозуміло, що замість КУ221Г можна застосувати будь-який інший тринистор з допустимою напругою в закритому стані не менше 400 В і допустимим струмом у відкритому стані, не меншим, ніж струм комутованій навантаження. При застосуванні більш чутливого тринистора можна збільшити опір резистора R7 аж до декількох кіло.
Можливо, в цьому випадку вдасться прибрати один з транзисторів VT2-VT4. При монтажі обов'язково перевіряйте призначення висновків транзисторів 13001, воно буває різним. Замість діодів КД522Б можна використовувати КД522А або будь-які інші малопотужні кремнієві діоди. Діоди 1N4007 замінюються будь-якими випрямними діодами із зворотним напругою не менше 400 В і допустимим прямим струмом, що не меншим струму навантаження. Допускається використовувати і випрямні мости з відповідними параметрами, наприклад, КЦ402 з індексами А-Г, Ж, І, КЦ405 з такими ж індексами або імпортні мости 2W10M, BR810, RC207.
Замість стабілітрона Д814Б можна встановити будь-який інший з напругою стабілізації 7 ... 9 В, наприклад, Д814А або 1N4737A, 1N4787A, 1N4797A. Для комутації потужної навантаження цей варіант не зовсім зручний, оскільки, крім застосування більш потужного тринистора з теплоотводом, будуть потрібні і більш потужні випрямні діоди теж з тепловідведення.
Сенсорний вимикач 220В керує світлодіодним лампою
Якщо планується управляти тільки енергозберігаючої або світлодіодним лампою потужністю не більше 15 ... 20 Вт або лампою розжарювання потужністю не більше 60 ... 75 Вт, можна взагалі виключити тринистор, а транзистор VT4 13001 замінити більш потужним 13003. При цьому тепловідвід не буде потрібно. Але перевищувати зазначені вище значення потужності можна.
Під час експериментів транзистор 13003 миттєво згорів від пускового струму лампи розжарювання потужністю 150 Вт (близько 10 А). Такий же транзистор згорів при включенні енергозберігаючої лампи потужністю 30 Вт. Вимикач з варіантом силової частини, зображений на рис. 2, завдяки застосуванню чутливого симистора ВТ 134-600 має найменше число деталей і невеликі габарити. У ньому можуть бути застосовані й інші сімістори з малим струмом відкривання, наприклад, ВТ 136-600, ВТА06-600, ВТА10-600 і інші.
Якщо використовувати симистор КУ208Г, то бажано вибрати його екземпляр з найменшим струмом відкривання. При струмі відкривання більше 5 ... 10 мА доведеться зменшувати опір резистора R5 в ланцюзі керуючого електрода симистора. А якщо напруга живлення мікросхеми DD1 при відкритому сімісторов буде падати нижче 3 В, слід збільшити ємність конденсатора С5. При цьому не можна забувати і про коефіцієнт передачі струму бази транзистора VT2, керуючого симистором. Він не повинен бути менше 150 ... 200.
Діод КД105Б може бути замінений таким же, але з іншим буквеним індексом або будь-яким випрямним діодом з допустимим зворотним напругою не менше 400 В і допустимим випрямленою струмом не менше 0,1 А. Про заміну діодів КД522Б і стабілітрона Д814Б було сказано вище. Цей варіант силової частини вимикача найбільш підходить для управління потужної навантаженням. Тому переконайтеся, що застосовується симистор розрахований на споживаний навантаженням струм, і при необхідності встановіть його на тепловідвід з достатньою площею поверхні розсіювання.
Якщо планується використовувати вимикач для управління звичайною лампою розжарювання, краще зібрати його силову частину на мікросхемі фазового регулятора К1182ПМ1. Вона спеціально призначена для плавного включення і виключення ламп розжарювання, а також регулювання їх яскравості. Плавне включення продовжить життя лампі, а плавне вимикання додасть комфорту при користуванні світильником.
Схема силової частини сенсорного вимикача світла 220В
Схема цього варіанту силової частини вимикача представлена на рис. 3. Детальний опис фазового регулятора К1182ПМ1 мається на [3] і [4]. Звичайно, він може і безпосередньо управляти лампою (допустимий струм - 1,2 А), але якщо вона занадто потужна, мікросхема може згоріти (пусковий струм лампи розжарювання в декілька разів більше робочого). Тому для підвищення надійності в розглянутий варіант силової частини вимикача доданий симистор VS1. Він може бути будь-яким, головне, щоб відкриває струм управління їм не перевищував 1,2 А.
Чим більше цей струм, тим менше повинно бути опір резистора R4, аж до повного його виключення. Тут можна використовувати і симистор КУ208Г, причому його добірка по току відкривання не обов'язкова, але потрібно зменшити опір резистора R4 до 470 Ом. Більш докладно про вибір симистора можна прочитати в [5]. Кілька слів про резисторі R5.
Для потужних сімісторов, в тому числі і КУ208Г, він не потрібен. А ось при застосуванні імпортних сімісторов з малим струмом відкривання (наприклад, серії ВТ134) обійтися без нього не вдасться - симистор буде відкриватися і при відсутності дозволяючого сигналу. Ймовірно, у мікросхеми К118ПМ1 струм витоку в закритому стані можна порівняти з струмом відкривання цих сімісторов.
Щоб визначити потрібну опір резистора R5, необхідно замість нього тимчасово встановити змінний резистор опором 1 кОм. Потім з'єднати висновки 6 і 3 мікросхеми К118ПМ1 і зменшувати опір змінного резистора, поки лампа EL1 згасне. Після цього виміряти введене опір змінного резистора і замінити його постійним резистором найближчого (в меншу сторону) номіналу.
Після вибірки резистора R5 необхідно переконатися, що в «розімкнутому» стані вимикача симистор повністю закритий, а напруга на лампі EL1 відсутня. Справа в тому, що при занадто великому опорі резистора R2 на лампу EL1 може надходити напруга, навіть коли транзистор VT1 повністю відкритий. Якщо ця напруга менше, ніж необхідно для світіння лампи, ви навіть не будете знати, що в вимкненому стані ваша настільна лампа споживає струм, можливо, і не маленький. Для усунення цього дефекту опір резистора R2 необхідно зменшувати.
Не зайве буде виміряти напругу на лампі і при «замкнутому» вимикачі. Воно повинно бути менше напруги в мережі не більше ніж на 2 ... 3 В. Якщо воно менше на п'ять і більше вольт, значить, конденсатор С1 має великий струм витоку, і його необхідно замінити. Для істотного збільшення терміну служби лампи розжарювання потрібно виконати дві умови. По-перше, її включення повинно тривати не менше 2 ... 3 с. Це час встановлюють підбіркою ємності конденсатора С1. Чим вона більше, тим повільніше включається лампа.
По-друге, живити лампу потрібно напругою 210 ... 215 В, якщо це допустимо за умовами освітлення. Для обмеження максимальної напруги паралельно конденсатору С1 підключений не показаний на схемі резистор. Його опір, в залежності від екземпляра мікросхеми К1182ПМ1, може лежати в межах 82 ... 510кОм. Підбирають його експериментально, дивлячись на свідчення підключеного паралельно лампі вольтметра, що вимірює справжнє діюче значення змінної напруги. Її яскравість, звичайно, трохи знизиться, але термін служби збільшиться значно.
Якщо замість цього постійного резистора застосувати змінний, отримаємо сенсорний вимикач з регулюванням яскравості. Вимикач з тріністором або симистором може стати джерелом перешкод, тому необхідно включити послідовно з ним помехоподавляющий дросель, що містить п'ять шарів обмотувального дроту діаметром 0,6 ... 0,7 мм, намотаних виток до витка на феритових стержні діаметром 8 ... 10 мм і довжиною 25 ... 30 мм. Всі запропоновані варіанти сенсорних і силових частин вимикачів взаємозамінні і стикуються між собою.
Необхідний варіант може бути обраний в залежності від наявності деталей і потужності навантаження, а також за принципом управління вимикачем. Оскільки пристрій має гальванічний зв'язок з мережею, під час налагодження слід дотримуватися обережності, всі зміни виробляти тільки після його відключення від мережі. Бажано під час налагодження пристрою живити його через розв'язують трансформатор. Це убезпечить і від ударів електричним струмом, і від пошкодження деталей при випадкових замикань на заземлені предмети.