Домашняя электроника

 Устройства, изготовленные мной

Управление светом в туалете с помощью КМОП - логики и микросхемы К1182ПМ1Р

Схема и описание взяты со странички - http://ccuba.narod.ru/door_light.htm.

   Данное электронное устройство предназначено для плавного включения и выключения лампы накаливания в таких помещениях как туалетная комната, ванная комната, кладовая и т.п. Особенностью данного устройства является то, что в качестве выключателя света (лампы накаливания) используется входная дверь вместе со стандартным магнитоконтактным датчиком на основе геркона, который применяется в охранной сигнализации.

   Основу схемы управления, представленной на рис. 2 составляет микросхема фазового регулятора типа К1182ПМ1   Для тех, кто не читал эти источники, напомню, что основное применение этой микросхемы – плавное включение и выключение электрической ламп накаливания и регулировки их яркости свечения или для регулировки скорости вращения электродвигателей (например, вентиляторами) и для управления более мощными силовыми приборами (тиристорами, симисторами).   Она способна работать при сетевом напряжении 80...276 В и управлять нагрузкой мощностью до 150 Вт при максимальном токе через нее до 1,2 А.    Интересная особенность микросхемы – включается в цепь последовательно с нагрузкой, т.е. она является двухполюсником и конструкционно может объединяться, например, с выключателем и питается частью той мощности, которой сама и управляет.   Внутри ИС К1182ПМ1 состоит из двух высоковольтных тиристоров, включенных встречно - параллельно и блока управления. Выводы С+ и С- служат для подключения элементов управления (емкости, резистора, оптронной пары и т.д.). Для управления мощностью в нагрузке (лампе) необходимо изменять сопротивление между входами С+ и С– (выводы 6 и 3 соответственно).

   Работает схема, представленная на рис.2, следующим образом. Когда дверь закрыта, то контакты геркона под действием магнита замкнуты. Тогда вход сброса R микросхемы DD1.1 (вывод 4) замкнут через геркон с минусовым проводом питания и замыкает конденсатор С1. При этом на инверсном выходе (вывод 2) элемента DD1.1 будет логический 0, который подается на счетный вход элемента DD1.2. На инверсном выходе триггера DD1.2 (вывод 12) будет сигнал логической 1. Этот высокий уровень через резистор R3 подается на базу транзистора VT1, следовательно он открыт и замыкает вход управления С+ (вывод 6) микросхемы DA1 с входом С– (вывод 3) через резистор R4. При этом конденсатор С4 будет разряжен, так как ток разряда через относительно малое сопротивление R4 больше, чем ток заряда вытекающий из преобразователя микросхемы DD2. При этом через нагрузку (лампу) ток не идет и все напряжение сети прикладывается к выводам 10 (11) и 14 (15) микросхемы К1182ПМ1. Элемент DD1.1 триггера К561ТМ2 выполняет роль повторителя и формирователя импульсов с крутыми фронтами, необходимых для управления счетным входом элемента DD1.2. Дело в том, что фронт тактового импульса, приходящего на счетный вход триггера, не должен превышать 5 мкс. [5], для того чтобы не было ложных (многократных) срабатываний. А входы сброса R и установки S триггера не чувствительны к дребезгу контактов геркона. Поэтому элемент DD1.1 управляется уровнями напряжения по входу сброса – R. Элемент DD1.2 включен по типовой схеме делителя частоты на 2 при этом инверсный выход (вывод 12) замкнут с входом D (вывод 9).    Когда дверь открывают, то магнит, вместе с дверью отдаляется от геркона и контакты геркона размыкаются. Вход сброса R оказывается подключен через резистор R1 к плюсовому источнику питания. При этом на инверсном выходе (вывод 2) элемента DD1.1 появится сигнал логической 1, который своим фронтом переключит элемент DD1.2 в другое логическое состояние. Тогда на инверсном выходе триггера DD1.2 (вывод 12) появится сигнал логической 0, который через резистор R3 закроет транзистора VT1. После этого начнется заряд конденсатора С4 вытекающим током преобразователя микросхемы DD2. При этом будет плавно нарастать мощность, пропускаемая в нагрузку (лампу). Время плавного включения регулируется величиной емкости С4 и при величине 47 мкФ составляет примерно 3 сек.   Когда дверь снова закрывают, то элемент DD1.1 переключится, но это переключение не вызовет переключение триггера DD1.2 и лампа останется включенной.   Элементы R1 и C1 образуют фильтр с постоянной времени примерно 0,1 с.для подавления дребезга контактов геркона.

   Особый вопрос питание микросхемы DD1. Ток потребления триггера, включая ток через резисторы R1, R2, R3 составляет примерно 40…50 мкА, даже в моменты переключения микросхемы средний ток остается в этом диапазоне.    Основное потребление приходится на стабилитрон VD1, который выполняет скорее защитную функцию от превышения напряжения питания микросхемы DD1, чем функцию стабилизации определенного напряжения. По этой причине необходимо выбирать стабилитрон с малым током стабилизации.   Питание микросхемы подается через диодный мост с выводов 10 (11) и 14 (15) микросхемы DD2. В состав моста входят диоды VD2 и VD3, которые пропускают положительные полуволны сетевого напряжения. А диоды, которые пропускают отрицательные полуволны они входят в состав микросхемы DD2, катодами они соединяются с входом С– (вывод 3). (правда, если посмотреть принципиальную схему микросхемы DD2, то последовательно с одним из диодов стоит защитный резистор сопротивлением 10 кOм [4]).

   Устройство лучше сначала наладить на столе (стенде), хотя, правильно спаянная печатная плата сразу работает и в особом налаживание не нуждается. Но как показывает практика – от ошибок никто не застрахован. Сначала надо проверить правильность распайки платы, т.е. наличие всех связей, замыкание дорожек, полярность электролитических конденсаторов и т.д. Затем к выводам подключения геркона надо припаять датчик, а к выводам подключения нагрузки припаять специальную переноску, у которой есть патрон с лампой накаливания и сетевая вилка для подключения в розетку.

   Внимание! Прежде чем включить устройство в сеть Вы должны знать, что устройство не имеет развязку от электрической сети и все элементы схемы находятся под опасным для жизни напряжением. Поэтому не касайтесь схемы руками или инструментом с неизолированными рукоятками до тех пор пока устройство не будет отключено от электрической сети.

   Для испытаний лучше применить лампу накаливания мощностью не более 40Вт. Если вы будете при настройке использовать осциллограф, то тогда схему надо включать через специальный переходной трансформатор (т.е. 220 В. в 220 В.), чтобы вторичная обмотка была развязана от сети. Я все измерения производил обычным тестером типа DT-830B.

   Положите на герконовый датчик магнит, включите вилку переноски в розетку при этом лампа не должна загореть (хотя, при первом включении она вспыхивает на долю секунды), затем уберите магнит от геркона – лампа должна с увеличивающейся яркостью загореть. Проверьте напряжение питания микросхемы DD1, оно должно быть не меньше напряжения стабилизации стабилитрона VD1. Снова соедините магнит с герконом – лампа должна гореть, а при следующем удалении магнита лампа должна погаснуть и т.д. При манипуляциях с датчиком надо выяснить четко ли работает режим включения и выключения лампы. Если лампа никак не реагирует на поведение магнита, то надо смотреть напряжение на входах и выходах элементов DD1.1 и DD1.2 и на коллекторе транзистора VT1, т.е. проверить на каком из элементов не происходит переключение. При выключенной лампе напряжение на гасящем резисторе находится в пределах 170В., а при включенной лампе порядка 10 В. Какое - то время надо “погонять” схему в режиме испытания и посмотреть на сколько нагревается гасящий резистор R4, на сколько падает напряжение питания микросхемы DD1 при включенной лампе, при каком рабочем зазоре (расстоянии между магнитом и герконом) происходит срабатывание геркона.

   Предусмотрена возможность установить геркон прямо в электронную плату. Тем самым есть возможность установить вместо датчика саму электронную схему вместе с корпусом, тем более что размеры его позволяют. При этом уменьшается количество деталей и остается всего один провод, идущий от платы к питанию лампы.

   Датчик лучше закрепить не у самого края двери, а где-то посередине, чтобы срабатывание происходило при небольшом угле открытия двери для того, чтобы визуально контролировать включение и выключение света (хотя тут объяснить довольно сложно, но экспериментально я пришел к такому выводу). Провод от датчика лучше применить в двойной изоляции, потому что датчик не имеет развязку от электрической сети.

Рекомендую использовать следующие детали.
   Микросхема DD1 типа К561ТМ2 (можно применить и импортные аналоги), DD2 типа К1182ПМ1 (на сколько я знаю импортных аналогов у нее нет). Все резисторы, кроме R4, мощностью 0,125 Вт и установлены они вертикально. Мощность резистора R4 - 1 Вт этот показатель выбран с запасом, номинал можно взять от 82 кОм до 100 кОм (пробивное напряжение тоже имеет немаловажное значение). Диоды VD2, VD3 можно применить любые с обратным напряжением не менее 300 В и прямым током 0,1 А, лучше малогабаритные (я применил диоды типа КД243 и не потому что они так необходимы, а просто много их у меня, остались с хороших времен). Стабилитрон VD1 можно применить с напряжением стабилизации от 10 В до 13 В типа КС 210, КС213Б. Как я уже отмечал, что основное потребление приходится на стабилитрон VD1, который выполняет скорее защитную функцию от превышения напряжения питания микросхемы DD1, чем функцию стабилизации определенного напряжения. По этой причине необходимо выбирать стабилитрон с малым током стабилизации.   Транзистор VT1 типа КТ3102Е, может подойти любой маломощный низкочастотный с коэффициентом усиления не менее 100 и малым напряжением насыщения. Конденсаторы С1, С2 типа КМ5(6). Электролитические конденсаторы С3,С4 на напряжение не менее 16В, С5, С6 на напряжение не менее 6В.

   Из опыта эксплуатации устройства в туалете в течение шести месяцев могу сказать, что первые четыре месяца рука автоматически тянется к выключателю, причем у всех членов семьи. Поэтому лучше сразу замкнуть выключатель, а можно совсем убрать. Не соблюдение алгоритма открывания и закрывания двери приводит к тому, что приходится лишний раз «передергивать» дверь, но такие случаи крайне редки, да и подобным образом выключить свет ни сколько не труднее, чем тянуться к выключателю.