Устройство для плавного включения ламп накаливания

Автор: El-Eng
Опубликовано 29.11.2012
Создано при помощи КотоРед.

Захотелось мне тут поделиться с общественностью одной своей старой разработкой. Как понятно из названия статьи, речь пойдет об устройстве для плавного включения ламп накаливания с целью продления срока их службы. Но, прежде чем перейти к описанию устройства, сделаю необходимое предупреждение:

Внимание! Данное устройство предназначено для работы в первичной электросети 220В, не имеющей гальванической развязки. Все работы по проверке и исследованию устройства обязательно проводить с использованием разделительного трансформатора. При работе, устройство находится под опасным для жизни напряжением. Автор не несет никакой ответственности за последствия, наступившие в результате повторения этого устройства.

Устройство разработано на базе микросхемы фазового регулятора КР1182ПМ1(Р). Оно включается последовательно с защищаемой лампой или группой ламп. Принципиальная схема устройства представлена на рисунке:

Легко видеть, что в устройстве используется рекомендованная производителем схема, главной особенностью является использование, вместо механического выключателя, электронного ключа на базе n-канального полевого транзистора с p-n переходом.

Работает устройство следующим образом. Когда выключатель освещения находится в положении «Выключено», напряжение на затворе транзистора Q1 равно напряжению на истоке, канал транзистора открыт, и конденсатор C3 полностью разряжен. При включении освещения, на катоде диода D1, относительно истока транзистора Q1, появляется пульсирующее напряжение с отрицательной амплитудой примерно -25В (это было обнаружено путем моделирования работы схемы на PSPICE, реальное напряжение не измерялось).

Это напряжение, через диод D1, заряжает конденсатор C4, транзистор Q1 запирается, и устройство начинает работать в соответствии с описанием производителя микросхемы. После выключения освещения, конденсатор C4 разряжается через резистор R3, канал транзистора открывается, и конденсатор C3 разряжается через открытый канал. Этот процесс занимает несколько секунд, после чего устройство готово к новому циклу работы.

В устройстве может быть применен любой подходящий симистор. Для надежности, он должен кратковременно выдерживать ток, вызывающий срабатывание сетевого автомата защиты. Дело в том, что достаточно часто, в результате длительной эксплуатации, баллон защищаемой лампы отклеивается от цоколя, это может привести к короткому замыканию и выходу из строя симистора, не рассчитанного на кратковременный бросок тока большой силы.

Полевой транзистор может быть любым n-канальным с p-n переходом и допустимым напряжением затвор-исток не менее -30В. Напряжение отсечки должно быть в диапазоне -1…-15В.

Конденсаторы C1 и C2 могут иметь большую емкость (в соответствии с рекомендациями производителя), конденсатор C3 определяет время плавного включения ламп, его не следует выбирать более 100мкф – становится заметной задержка между поворотом выключателя освещения и началом зажигания ламп.

Устройство монтируется на односторонней печатной плате методом поверхностного монтажа. Отсутствие сквозных отверстий позволяет устанавливать смонтированную плату внутрь цоколя люстры при помощи двухсторонней липкой ленты. Чертежи печатной платы (в зеркальном отображении) и расположения компонентов даны в приложении. Типоразмер резисторов и керамических конденсаторов – 1206, конденсатор C3 – электролитический алюминиевый, диаметром 6.3мм. Типы корпусов остальных компонентов указаны на принципиальной схеме. Микросхему следует подготовить перед монтажом – удалить тонкие части выводов как показано на рисунке.

Выводы транзистора и симистора следует укоротить и изогнуть так, чтобы обеспечить их монтаж в лежачем положении. Корпус симистора следует припаять к плате. В приложении даны два варианта платы: для транзистора с расположением выводов сток-затвор-исток (DGS) и сток-исток-затвор (DSG). Транзистор 2SK301 относится к первому типу (именно он был использован в реальных устройствах). К сожалению, сейчас он попал в разряд малодоступных, поэтому плата была модифицирована для использования транзисторов 2N5638/39 (второй тип). Этот вариант не изготавливался, было проведено только моделирование.

Главным недостатком устройства является то, что при включении освещения в момент, когда сетевое напряжение находится в такой фазе, что появляющееся между выводами J2 и J1 напряжение отрицательно,  микросхема ошибочно открывает симистор на один полупериод, что приводит к кратковременному вспыхиванию ламп перед началом плавного включения. (Этот эффект присутствует и при моделировании в PSPICE). Однако, визуально, это происходит достаточно редко, и, как показал опыт эксплуатации, практически не влияет на продление срока службы ламп.

Десять экземпляров данного устройства уже почти десять лет исправно выполняют свою функцию. За это время ни одна из семи ламп с цоколем E27 не вышла из строя. Эти лампы находятся во вспомогательных помещениях и работают в режиме «сравнительно частое включение-выключение, короткое время работы». Основное освещение обеспечивается лампами с цоколем E14. Двадцать таких ламп работают в режиме «сравнительно редкое включение-выключение, длительное время работы». Периодичность выхода из строя этих ламп – в среднем одна лампа в два месяца (часто из-за отклеивания баллона от цоколя), что примерно соответствует трехкратному продлению срока их службы.

Как обычно – все вопросы в форум.

Файлы:
01.zip
02.zip

Все вопросы в Форум.