przedłużenie życia żarówki.pdf

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

PROJEKTY ZAGRANICZNE

Układ przedłużający czas

życia żarówki

Odpowiedü na pytanie, jak

czÍsto znajdowaliúmy siÍ

w†pokoju pogr¹øonym nagle

w†ciemnoúci - poniewaø

przepali³a siÍ øarÛwka -

brzmi ìraczej rzadko,

a†nawet wcaleî. Jest tak

dlatego, øe øarÛwki przepalaj¹

siÍ najczÍúciej w†chwili

zapalania úwiat³a, a nie po

jakimú czasie od jego

w³¹czenia. Zjawisko to nie

jest jednym z†przejawÛw

prawa Murphy'ego, a†moøna

je wyjaúniÊ analizuj¹c

dzia³anie w³Ûkien øarowych.

Gor¹ce w³Ûkno

Jak zapewne wie wiÍkszoúÊ

CzytelnikÛw, g³Ûwnym elementem

øarÛwki jest w³Ûkno øarowe (naj-

czÍúciej wolframowe) zamkniÍte

w†szklanej baÒce. Gdy przez w³Ûk-

no przep³ywa pr¹d o†duøyms na-

tÍøeniu, nagrzewa siÍ ono do

wysokiej temperatury i†úwieci pra-

wie bia³ym úwiat³em. Niestety,

wysoka temperatura powoduje tak-

øe powolne odparowywanie w³Ûk-

na, a†poniewaø proces ten nie

odbywa siÍ rÛwnomiernie na ca³ej

d³ugoúci w³Ûkna, w†miarÍ eks-

ploatacji w†pewnych miejscach

staje siÍ ono cieÒsze niø w†in-

nych. W†miejscach tych rezystan-

cja w³Ûkna jest wiÍksza, czemu

towarzyszy wiÍksze wydzielanie

mocy, lokalnie wyøsza temperatu-

ra, a†wiÍc wiÍksza intensywnoúÊ

parowania w³Ûkna. Pomimo to

producenci zapewniaj¹, øe w³Ûk-

no øarowe posiada dostateczn¹

úrednicÍ, by mog³o dzia³aÊ przez

1000 godzin, gwarantowane

w†przypadku wiÍkszoúci øarÛwek

uøywanych w†gospodarstwach do-

mowych.

czeniu w³Ûkno jest jednak zim-

ne, a jego rezystancja jest ma³a.

W†takiej sytuacji nie jest rzad-

koúci¹, øe natÍøenie pr¹du p³y-

n¹cego przez øarÛwkÍ 10-krotnie

przekracza natÍøenie nominalne.

W³Ûkno ma ma³e rozmiary i†jego

bezw³adnoúÊ cieplna jest ma³a,

tak wiÍc w†ci¹gu kilku cykli

napiÍcia sieciowego natÍøenie

pr¹du spada do wartoúci nomi-

nalnej, niemniej jednak przez

ten czas zd¹ø¹ powstaÊ uszko-

dzenia.

Gdy juø os³abione w³Ûkno øa-

rowe zostanie poddane silniej-

szym naprÍøeniom w†najs³abszym

punkcie, to przep³yw pr¹du o†du-

øym natÍøeniu moøe spowodowaÊ

przerwanie w³Ûkien i†przepalenie

øarÛwki. Nie nast¹pi³oby to przy

natÍøeniu pr¹du przep³ywaj¹cego

przez w³Ûkno øarowe znajduj¹ce

siÍ w†normalnej temperaturze pra-

cy. To wyjaúnia, dlaczego øarÛwki

najczÍúciej przepalaj¹ podczas

w³¹czania, nie zaú pÛüniej. Jeúli

wiÍc uda siÍ ograniczyÊ naprÍøe-

nie zwi¹zane z†w³¹czaniem, moø-

na bÍdzie przed³uøyÊ czas øycia

øarÛwki.

Czas øycia

Najistotniejszym czynnikiem

okreúlaj¹cym czas øycia øarÛwki

nie jest jednak szybkoúÊ paro-

wania w³Ûkna, a†liczba w³¹czeÒ

zimnego w³Ûkna. Temperaturo-

wy wspÛ³czynnik rezystancji

w³Ûkna øarowego jest dodatni,

co oznacza, øe w†miarÍ podgrze-

wania siÍ w³Ûkna jego rezystan-

cja roúnie. Przy pierwszym w³¹-

Rys. 1. Budowa optotriaka.

åciemniacz

Jednym ze sposobÛw pozwala-

j¹cych wyd³uøyÊ czas øycia øarÛ-

wek jest podgrzanie w³Ûkna øa-

rowego przez przepuszczanie prze-

zeÒ pr¹du o†niewielkim natÍøeniu

(nie powoduj¹cym úwiecenia)

w†okresie, gdy øarÛwka jest wy-

³¹czona. SposÛb ten jest czÍsto

wykorzystywany w†sytuacjach,

Rys. 2. Schemat blokowy

urządzenie przedłużającego czas

życia żarówki.

Rys. 3. Domowa instalacja oświetleniowa (a) i występujące w niej rozkłady

napięcia (b).

Elektronika Praktyczna 5/99

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Rys. 4. Schemat układu przedłużającego

czas życia żarówki.

W³¹czanie przy

przejúciu przez zero

NajwiÍksze natÍøenie

pr¹du wystÍpuje wtedy, kie-

dy w†momencie w³¹czenia

øarÛwki napiÍcie sieciowe

przyjmuje wartoúÊ maksy-

maln¹, co przydarza siÍ 100

razy w†ci¹gu sekundy przy

sieci 50Hz. Gdyby doprowa-

dziÊ do sytuacji, w†ktÛrej -

bez wzglÍdu na moment

uøycia w³¹cznika - øarÛwka

by³aby w³¹czana wtedy, kiedy

napiÍcie na niej by³oby zerowe

lub przynajmniej bardzo ma³e,

wtedy natÍøenie przep³ywaj¹cego

po w³¹czeniu pr¹du by³oby takøe

bardzo ma³e. Umoøliwi³oby to

podgrzanie siÍ w³Ûkna przez pier-

wsz¹ jedn¹ czwart¹ czÍúÊ okresu

poprzedzaj¹c¹ najbliøsze maksi-

mum sieci. MÛg³by wtedy nast¹-

piÊ znacz¹cy wzrost rezystancji

w³Ûkna, ktÛry doprowadzi³by do

znacznego ograniczenia natÍøenia

pr¹du, a†w†dalszej konsekwencji

do wyd³uøenia czasu øycia øarÛw-

ki. W†takim przypadku nie docho-

dzi³oby rÛwnieø do generacji za-

k³ÛceÒ a†wszystkie d³awiki i†kon-

densatory sta³yby siÍ niepotrzeb-

ne. Rozmiary uk³adu mog³yby byÊ

zredukowane i moøna by³oby

umieúciÊ go w†niewielkiej obudo-

wie, wygodnej do zastosowania

w†gospodarstwie domowym.

Rys. 5. Mozaika ścieżek druku

i rozmieszczenie elementów na

płytce układu przedłużającego

czas życia żarówki.

w†ktÛrych øarÛwki s¹ wci¹ø w³¹-

czane i†wy³¹czane, np. w†przy-

padku úwiate³ na skrzyøowaniach,

gdzie koszt wymiany øarÛwek

znacznie przewyøszy³by koszt do-

datkowo zuøytej energii elektrycz-

nej.

W†gospodarstwach domowych,

gdzie øarÛwki s¹ na ogÛ³ przez

wiÍksz¹ czÍúÊ dnia wy³¹czone

i†zostaj¹ w³¹czone na kilka go-

dzin wieczorem, rozwi¹zanie ta-

kie by³oby trudne do przyjÍcia,

poniewaø koszty dodatkowo zu-

øytej energii elektrycznej przekro-

czy³yby koszty wymiany øarÛ-

wek.

Inny sposÛb polega na stopnio-

wym doprowadzaniu øarÛwek do

úwiecenia z†pe³n¹ jasnoúci¹. Wy-

maga on zastosowania úciemnia-

cza. Niestety, urz¹dzenia takie

generuj¹ silne zak³Ûcenia wysoko-

czÍstotliwoúciowe, ktÛrych st³u-

mienie wymaga zastosowania doúÊ

drogich d³awikÛw. Moøna takøe

zastosowaÊ zwyk³y potencjometr,

ktÛry umoøliwi regulacjÍ jasnoúci

úwiecenia.

W†wielu sytuacjach úciemniacz

okazuje siÍ rozwi¹zaniem nie-

w³aúciwym i†zbyt kosztownym,

a†takøe niewygodnym w†eksploa-

tacji. Aby uzyskaÊ pe³ne oúwiet-

lenie, zamiast prostego naciúniÍ-

cia prze³¹cznika trzeba obrÛciÊ

potencjometr, a†uk³ad elektronicz-

ny, ktÛry mÛg³by tego dokonaÊ

w†sposÛb automatyczny, jest drogi

i†z³oøony.

Oczywiúcie, w³¹czanie bÍdzie

odbywaÊ siÍ nadal za poúrednic-

twem w³¹cznika niezaleønego od

potencjometru, jeúli jednak úciem-

niacz by³by pozostawiony w†po-

zycji maksymalnej jasnoúci, po

w³¹czeniu takøe pop³ynie pr¹d

o†bardzo duøym natÍøeniu. W†ta-

kiej sytuacji nie naleøa³oby ocze-

kiwaÊ istotnego wyd³uøenia czasu

øycia øarÛwki.

ciowego) do zera, co nastÍpuje

pod koniec kaødej po³Ûwki cyklu

sieci 50Hz.

W†przedstawianym zastosowa-

niu izolacja galwaniczna nie jest

szczegÛlnie istotna, poniewaø obie

jego czÍúci s¹ zasilane napiÍciem

sieciowym. Element TLP3041 ma

jednak jeszcze jedn¹ cechÍ - bar-

dzo cenn¹ z†punktu widzenia na-

szego zastosowania - a†mianowi-

cie zawiera uk³ady, ktÛre sprawia-

j¹, øe w³¹czenie optotriaka moøe

nast¹piÊ tylko wtedy, kiedy war-

toúÊ napiÍcia miÍdzy jego wypro-

wadzeniami nie przekracza 40V,

bez wzglÍdu na to czy dioda LED

úwieci, czy teø nie. Na pierwszy

rzut oka wydaje siÍ, øe 40V

znacznie rÛøni siÍ od 0, naleøy

jednak pamiÍtaÊ, øe jest to war-

toúÊ maksymalna i†w†przypadku

wiÍkszoúci elementÛw bÍdzie ona

mniejsza. 40V to takøe znacznie

mniej niø 325V, a†tyle wynosi

amplituda napiÍcia sieciowego,

i†tak dzia³aj¹cy uk³ad powinien

zapewniÊ znaczne wyd³uøenie cza-

su øycia øarÛwki.

Tak wiÍc wystarczy uøyÊ tego

samego w³¹cznika do sterowania

dzia³aniem diody LED, a†uk³ad

TLP3041 zapewni w³¹czenie foto-

triaka przy napiÍciu sieciowym

bliskim zeru, jak to pokazuje

schemat blokowy widoczny na

rys. 2 .

Izolacja

Przedstawiany uk³ad wykorzys-

tuje specjalny (choÊ ³atwo dostÍp-

ny) element - optotriak, zapewnia-

j¹cy w³¹czenie w†momencie przej-

úcia przemiennego napiÍcia zasi-

laj¹cego przez zero. Element ten

- TLP3041 - zawiera diodÍ LED

oraz fototriak, zamkniÍte w†6-nÛø-

kowej obudowie ( rys. 1 ).

Optotriak jest zazwyczaj wy-

korzystywany w†przekaünikach

zasilaj¹cych urz¹dzenia sieciowe

sterowane przez komputery lub

uk³ady logiczne, w†sytuacjach

gdzie wymagana jest izolacja gal-

waniczna obwodu sieciowego

i†niskonapiÍciowego uk³adu ste-

ruj¹cego.

Optotriak moøe zostaÊ w³¹-

czony po zaúwieceniu diody

LED. W†przypadku napiÍÊ prze-

miennych, z†ktÛrymi zazwyczaj

optotriak pracuje, zostaje on wy-

³¹czony w†momencie spadku na-

tÍøenia pr¹du przemiennego (sie-

Czy zero oznacza zero

W³¹czenie przy zerowym na-

piÍciu by³oby moøliwe, gdyby

by³o dostÍpne dodatkowe napiÍcie

sta³e, steruj¹ce dzia³aniem diody

LED, ale niestety tak nie jest. Aby

uk³ad nadawa³ siÍ do praktyczne-

go wykorzystania, do jego zasila-

nia musi wystarczyÊ standardowa

Elektronika Praktyczna 5/99

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

sieÊ dostÍpna w†gospodarstwie do-

mowym, poniewaø nikt nie bÍdzie

jej modyfikowa³ tylko po to, by

przed³uøyÊ czas øycia øarÛwek.

W†typowej domowej instalacji

elektrycznej przewody: gor¹cy

i†masy s¹ doprowadzone do kos-

tki lampy sufitowej, ktÛr¹ para

przewodÛw ³¹czy z†w³¹cznikiem.

Jeden z†kontaktÛw w³¹cznika jest

po³¹czony z przewodem gor¹cym,

drugi zaú (przez øarÛwkÍ) z†mas¹.

W†ten sposÛb w³¹cznik i†øarÛwka

s¹ po³¹czone szeregowo, a†na nie

jest podane napiÍcie sieciowe.

Oznacza to, øe jeúli w³¹cznik jest

otwarty, odk³ada siÍ na nim ca³e

napiÍcie sieciowe. Stosuj¹c odpo-

wiedni ogranicznik pr¹du napiÍ-

cie to moøna wykorzystaÊ do

zasilania niewielkiego uk³adu ste-

ruj¹cego prac¹ diody LED.

Zast¹pienie w³¹cznika triakiem

nie zmienia sytuacji. Triak powi-

nien byÊ wy³¹czony przy zero-

wym napiÍciu sieciowym. Ozna-

cza to jednak, øe nie bÍdziemy

dysponowaÊ w†tym momencie na-

piÍciem (jest przecieø rÛwne zeru)

i†trzeba pogodziÊ siÍ z tym, øe

triak nie zostanie w³¹czony w†mo-

mencie przejúcia napiÍcia siecio-

wego przez zero, a†nieco pÛüniej,

gdy napiÍcie wzroúnie do wartoú-

ci zapewniaj¹cej przep³yw przez

diodÍ LED pr¹du o†wystarczaj¹co

duøym natÍøeniu. Optotriak zosta-

je w³¹czony przy natÍøeniu pr¹du

diody LED wynosz¹cym oko³o

10mA, a†spadek napiÍcia na tej

diodzie jest wtedy rÛwny oko³o

1,5V. Oczekiwanie na w³¹czenie

triaka nie bÍdzie wiÍc szczegÛlnie

d³ugie, nie moøna jednak w³¹czyÊ

diody LED rÛwnolegle z†wypro-

wadzeniami optotriaka. Po w³¹-

czeniu triaka spadek napiÍcia wy-

niesie oko³o 1V lub 2V, co nie

powinno uszkodziÊ diody. Jeúli

jednak w³¹cznik zosta³by zamkniÍ-

ty w†momencie gdy wartoúÊ na-

piÍcia sieciowego bÍdzie wysoka

(np. 325V), dioda LED wyparuje

w†ob³oczku dymu, zanim zd¹øy

zaúwieciÊ. NatÍøenie pr¹du diody

LED musi zostaÊ ograniczone do

50mA, poniewaø tyle wynosi mak-

symalna, dopuszczalna wartoúÊ

pr¹du diody. Narzucaj¹cym siÍ

sposobem ograniczenia natÍøenia

pr¹du jest uøycie szeregowego

rezystora. Rezystancja 13k

kiej sytuacji jednak natÍøenie pr¹-

du osi¹gnÍ³oby wartoúÊ 10mA,

napiÍcie na diodzie i†rezystorze

musia³oby wzrosn¹Ê do 130V. Do

tego momentu oczywiúcie dzia³a

uk³ad blokuj¹cy w³¹czenie triaka

poza obszarem bliskim 0V, a†ca³y

w³¹cznik nigdy nie zosta³by w³¹-

czony. Nawet jeúli zaakceptujemy

maksymaln¹ wartoúÊ natÍøenia

pr¹du 50mA i†rezystancja szerego-

wego rezystora wyniesie ok.

6,8k

tylko przez po³owÍ cyklu. Trud-

noúÊ tÍ moøna pokonaÊ wprowa-

dzaj¹c do uk³adu prostownik mos-

tkowy, dziÍki ktÛremu dioda LED

bÍdzie zawsze przewodziÊ, bez

wzglÍdu na kierunek przep³ywu

pr¹du przez kondensator. Uøyte

mog¹ zostaÊ dowolne krzemowe

diody sygna³owe - maksymalne

natÍøenie pr¹du wyniesie przecieø

tylko oko³o 10mA, a†maksymalne

napiÍcie wsteczne bÍdzie rÛwne

napiÍciu przewodzenia diody LED,

a†wiÍc oko³o 2V.

Rozwi¹zanie praktyczne

Rozwi¹zanie przedstawione na

rys. 4 pozwoli na w³¹czenie tria-

ka, gdy napiÍcie na nim wyniesie

oko³o 40V. Przy takim napiÍciu

energia zgromadzona w†kondensa-

torze C1 jest wystarczaj¹ca, by

doprowadziÊ do uszkodzenia op-

totriaka (uk³adu IC1) po jego

w³¹czeniu, poniewaø nast¹pi wÛw-

czas zwarcie kondensatora przez

optotriak. Do uk³adu dodano wiÍc

rezystor R1, ktÛrego zadaniem jest

ograniczanie natÍøenia pr¹du p³y-

n¹cego przez optotriak. Rezystan-

cja R1 jest znacznie mniejsza od

reaktancji kondensatora C1, tak

wiÍc nie wp³ywa on na natÍøenie

pr¹du p³yn¹cego przez diodÍ LED.

Maksymalne dopuszczalne na-

tÍøenie pr¹du optotriaka (uk³adu

IC1) wynosi 100mA, co nie jest

wartoúci¹ wystarczaj¹c¹ w†przy-

padku domowych urz¹dzeÒ elek-

trycznych - odpowiada mocy tyl-

ko 25W. Optotriak zosta³ wiÍc

wykorzystany do w³¹czania triaka

mocy CSR1, w³¹czaj¹cego øarÛw-

kÍ. Maksymalne natÍøenie pr¹du

zastosowanego triaka wynosi 3A

(jeúli jest on wyposaøony w†od-

powiedni radiator), co odpowiada

mocy 750W, i†powinno byÊ wy-

starczaj¹ce do zasilania wszyst-

kich domowych urz¹dzeÒ oúwiet-

leniowych.

Ograniczanie

pojemnoúciowe

Na szczÍúcie w†przypadku za-

silania napiÍciem przemiennym

moøna do ograniczania natÍøenia

pr¹du wykorzystaÊ takøe konden-

sator. Kondensator posiada reak-

tancjÍ 1/(2

i†ogranicza

natÍøenie pr¹du do oko³o 10mA.

Ten rezultat wydaje siÍ na pier-

wszy rzut oka gorszy niø uzys-

kiwany w†przypadku rezystora,

naleøy jednak pamiÍtaÊ, øe kon-

densator - oprÛcz ograniczania

natÍøenia pr¹du - wprowadza tak-

øe przesuniÍcie fazowe 90 o , o†ktÛ-

re pr¹d p³yn¹cy przez pojemnoúÊ

wyprzedza powstaj¹ce na niej na-

piÍcie. Gdy napiÍcie sieciowe

przekracza zero, natÍøenie pr¹du

bÍdzie mia³o maksymaln¹ war-

toúÊ, czego w³aúnie potrzebujemy,

by spowodowaÊ w³¹czenie triaka.

To jednak jeszcze nie wszystko -

dioda LED úwieci przecieø tylko

wtedy, gdy przy³oøone do niej

napiÍcie ma odpowiedni¹ polary-

zacjÍ, a†wiÍc dioda bÍdzie úwieciÊ

ogra-

niczy przy napiÍciu 325V natÍøe-

nie pr¹du do oko³o 25mA. W†ta-

Rys. 6. Sposób podłączenia układu przedłużającego czas życia żarówki

do instalacji oświetleniowej.

Elektronika Praktyczna 5/99

, natÍøenie pr¹du diody

10mA zostanie osi¹gniÍte dopiero

dla napiÍcia 68V, co oznacza, øe

natÍøenie pr¹du diody powoduj¹-

ce w³¹czenie fototriaka pojawi siÍ

za pÛüno - napiÍcie sieciowe zna-

jdzie siÍ juø poza obszarem do-

puszczalnego okienka wokÛ³ zera.

fC), co w†przypadku

pojemnoúci 100nF i†czÍstotliwoúci

50Hz daje oko³o 32k

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Uk³ad jest po³¹czony z†prze-

³¹cznikiem S1 steruj¹cym prac¹

diody LED przez prostownik mos-

tkowy z†diodami D1..D4. Dioda

LED bÍdzie úwieciÊ, gdy prze³¹cz-

nik bÍdzie otwarty, gdy zaú bÍ-

dzie zamkniÍty, dioda bÍdzie wy-

³¹czona. Rozwi¹zanie takie zasto-

sowano chc¹c zapobiec impulsowi

pr¹du o†duøym natÍøeniu, ktÛry

pop³yn¹³by przez kondensator C1,

gdyby w³¹cznik umieszczony by³

szeregowo z†kondensatorem i†zo-

sta³ zamkniÍty przy kondensato-

rze roz³adowanym lub na³adowa-

nym do napiÍcia o†polaryzacji

przeciwnej do chwilowej fazy

przy³oøonego napiÍcia sieciowego.

Kondensator i†rezystor, ponie-

waø s¹ po³¹czone z†koÒcÛwkami

triaka, eliminuj¹ takøe wszelkie

impulsy mog¹ce wyst¹piÊ w†na-

piÍciu sieciowym. Impulsy napiÍ-

ciowe mog¹ spowodowaÊ przewo-

dzenie triaka albo przez przebicie,

albo dziÍki obecnoúci pojemnoúci

miÍdzy bramk¹ i†anod¹. Nie do-

prowadzi to do uszkodzenia tria-

ka, moøe jednak oznaczaÊ jego

w³¹czenie w†momencie cyklu rÛø-

nym od przejúcia przez zero,

a†tego w³aúnie chcemy unikn¹Ê

stosuj¹c omawiany uk³ad.

Przez uk³ad ca³y czas p³ynie

pr¹d o†niewielkim natÍøeniu (na-

wet gdy jest wy³¹czony), jednak

moc tracona w†ten sposÛb jest

znikoma, podobnie jak zwi¹zany

z†tym koszt.

Jak juø wspomniano, przy za-

stosowaniu uk³adu w³¹cznik

oúwietlenia pracuje odwrotnie, tj.

w³¹cza úwiat³o w†pozycji ìwy³¹-

czoneî i†vice versa. W³¹cznik ten

moøna zamontowaÊ odwrotnie

i†wszystko wrÛci do normy.

ze z³¹czk¹ przewodow¹ ma wy-

miary 4x2x2 cm i†moøe zostaÊ

umieszczony w†obudowie dowol-

nego w³¹cznika oúwietlenia.

Parametry diod i†rezystorÛw

nie s¹ krytyczne, natomiast kon-

densator i†triak pracuj¹ pod na-

piÍciem sieciowym i†musz¹ mieÊ

odpowiednie parametry. Moøna

uøyÊ dowolnego triaka o†napiÍciu

400V, a†zaproponowany w†wyka-

zie elementÛw jest chyba najtaÒ-

szy i†najszerzej stosowany. Posia-

da drobn¹ wadÍ, to jest brak

izolacji radiatora, ktÛry trzeba

zaizolowaÊ tak, by nie dotyka³

øadnych metalowych elementÛw

wewn¹trz obudowy w³¹cznika.

Moøna takøe zastosowaÊ triak

z†izolowanym radiatorem, zw³asz-

cza jeúli przewiduje siÍ zastoso-

wanie dodatkowego radiatora.

Triak bez radiatora powinien

prze³¹czaÊ moc do oko³o 300W,

co powinno wystarczyÊ do wiÍk-

szoúci zastosowaÒ. Jeúli potrzebne

s¹ wyøsze moce, naleøy zastoso-

waÊ triak o†maksymalnym pr¹dzie

8A, wyposaøony w†niewielki ra-

diator.

Kondensator C1 musi byÊ do-

stosowany do pracy z†przemien-

nym napiÍciem sieciowym 250V.

WiÍkszoúÊ kondensatorÛw ma po-

dane parametry dla napiÍcia sta-

³ego, w†zwi¹zku z†czym zwyk³y

kondensator o†maksymalnym na-

piÍciu 250V nie moøe byÊ uøyty,

poniewaø napiÍcie sieciowe osi¹-

ga wartoúÊ 370V, a†mog¹ siÍ

w†nim pojawiÊ impulsy znacznie

wyøsze. Nie naleøy uøywaÊ nawet

kondensatorÛw do pracy z†napiÍ-

ciem sta³ym 400V.

Uk³ad IC1 naleøy zamontowaÊ

na podstawce, obcinaj¹c nie wy-

korzystywane wyprowadzenie 5.

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

(0,25W, węglowe warstwowe)

R1: 1k

Ω

Kondensatory

C1: 100nF/250V, poliestrowy, X−

rated

Półprzewodniki

D1..D4: 1N4148

CSR1: TIC206D

IC1: TLP3041 lub MOC3041

Różne

Płytka drukowana, złączka

przewodowa podwójna,

podstawka 6−nóżkowa, małe

pudełko z tworzywa lub koszulka

termokurczliwa (patrz tekst)

obudowie, ale element ten nie

posiada uk³adu zapewniaj¹cego

w³¹czanie przy zerowym napiÍciu

zasilaj¹cym, w†zwi¹zku z†czym nie

nadaje siÍ do przedstawianego

zastosowania.

Naleøy takøe pamiÍtaÊ, øe

oznaczenie MOC stosowane jest

przez g³Ûwnego producenta uk³a-

du, natomiast te same elementy

oferowane przez innych produ-

centÛw mog¹ nosiÊ inne oznacze-

nie. Uk³ad MOC3040 jest niemal

identyczny z†MOC3041, jednak

jego optotriak jest w³¹czany przy

nieco wyøszym pr¹dzie diody

LED - podzespÛ³ ten moøe na-

dawaÊ siÍ do uøycia w†omawia-

nym urz¹dzeniu, ale nie zosta³o

to sprawdzone.

Z³¹czka przewodowa s³uøy do

po³¹czenia p³ytki z†øarÛwk¹ (czyli

dwoma przewodami wyprowadzo-

nymi ze úciany). W³¹cznik naleøy

po³¹czyÊ z†p³ytk¹ lutuj¹c dwa

przewody do punktÛw zaznaczo-

nych na p³ytce ( rys. 6 ). Moøe to

byÊ oryginalny w³¹cznik lub kaø-

dy inny, poniewaø bÍdzie przezeÒ

p³yn¹³ tylko pr¹d diody LED

o†niewielkim natÍøeniem. W³¹cz-

nik ten powinien jednak zapew-

niaÊ izolacjÍ.

Wykonanie

Poniewaø liczba uøytych ele-

mentÛw jest niewielka, wykonanie

uk³adu nie powinno nastrÍczaÊ

øadnych trudnoúci. Aby uk³ad

moøna by³o ³atwo zamontowaÊ

w†obudowie w³¹cznika oúwietle-

nia, jego rozmiary winny byÊ

niewielkie, a†wiÍc zalecane jest

uøycie p³ytki drukowanej, przed-

stawionej na rys. 5 .

Wykorzystanie p³ytki uniwer-

salnej byÊ moøe by³oby taÒsze, ale

wstawienie takiej p³ytki do obu-

dowy w³¹cznika mog³oby spra-

wiaÊ trudnoúci. Zmontowany na

proponowanej p³ytce uk³ad wraz

Optotriak

Typ uøytego optotriaka jest

bardzo waøny i†moøna uøyÊ tylko

podanych w†wykazie elementÛw,

tj. TLP3041 lub MOC3041, w³¹-

czanych przy przejúciu przez zero

napiÍcia. Na rynku dostÍpnych

jest wiele transoptorÛw, wszystkie

w†5†lub 6-nÛøkowych obudowach,

posiadaj¹ce jako element wyjúcio-

wy tranzystor lub tyrystor - wszys-

tkie takie podzespo³y ulegn¹

zniszczeniu, jeúli zostan¹ uøyte

w†omawianym uk³adzie.

Wielu producentÛw oferuje op-

totriak MOC3020 w†takiej samej

Instalacja

Po zakoÒczeniu montaøu uk³ad

naleøy dok³adnie sprawdziÊ. Pa-

miÍtajmy o†tym, øe uk³ad dzia³a

pod napiÍciem sieciowym 220V

i†wszelkie pomy³ki mog¹ spowo-

dowaÊ zniszczenie w³aúnie zbudo-

wanego urz¹dzenia!

Uk³ad pracuje pod napiÍciem

sieci i†nie wolno przeprowadzaÊ

Elektronika Praktyczna 5/99

Ω

R2: 100

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

na nim øadnych czynnoúci, gdy

jest pod napiÍciem. Przed przy-

st¹pieniem do montaøu lub usu-

wania usterek naleøy wy³¹czyÊ

odpowiedni bezpiecznik

w†skrzynce.

Po przetestowaniu i†stwierdze-

niu poprawnego dzia³ania uk³ad

naleøy zaizolowaÊ, by nie dotyka³

metalowych czÍúci obudowy

w³¹cznika. Najlepiej by³oby umieú-

ciÊ go w†niewielkim pude³ku

z†tworzywa sztucznego lub zalaÊ

øywic¹ (z wyj¹tkiem z³¹czki prze-

wodowej), moøna takøe umieúciÊ

go w†kawa³ku termokurczliwej ko-

szulki lub uøyÊ zwyk³ej taúmy

izolacyjnej.

Po zakoÒczeniu powyøszych

czynnoúci naleøy przyst¹piÊ do

zainstalowania urz¹dzenia. Dla za-

pewnienia bezpieczeÒstwa naleøy

postÍpowaÊ zgodnie z†nastÍpuj¹-

cymi zaleceniami:

1.WybraÊ element oúwietleniowy,

z†ktÛrym ma wspÛ³pracowaÊ

zainstalowane urz¹dzenie.

2.Wy³¹czyÊ sieÊ w†skrzynce bez-

piecznikowej, wyj¹Ê odpowied-

ni bezpiecznik i†w³oøyÊ go do

kieszeni.

3.UpewniÊ siÍ, øe wybrany ele-

ment oúwietlenia nie úwieci.

4.Zdj¹Ê w³¹cznik.

5.Pod³¹czyÊ dwa wyprowadzone

ze úciany przewody do z³¹czki

przewodowej p³ytki (sposÛb

pod³¹czenia nie jest istotny).

6.Po³¹czyÊ oba wolne przewody

wychodz¹ce z†p³ytki z†kontak-

tami w³¹cznika i†ponownie go

zainstalowaÊ.

7.WstawiÊ bezpiecznik w†gniaz-

do i†w³¹czyÊ sieÊ.

sprawdziÊ wyjmuj¹c z†uk³adu kon-

densator C1 i†pod³¹czaj¹c 9V ba-

teriÍ PP3 dodatnim biegunem do

wolnego wyprowadzenia rezystora

R1, ujemnym zaú do punktu L.

SposÛb doprowadzenia napiÍcia

nie powinien mieÊ znaczenia,

a†zamiana koÒcÛwek pozwoli

przekonaÊ siÍ, øe diody D1 i†D4

dzia³aj¹ poprawnie.

Podczas tych prÛb w³¹cznik

powinien zostaÊ od³¹czony lub

pozostawiony w†pozycji ìwy³¹czo-

neî. Po po³¹czeniu urz¹dzenia

z†instalacj¹ oúwietleniow¹ naleøy

pamiÍtaÊ, øe znajduje siÍ ono pod

napiÍciem sieciowym i†nie wolno

dotykaÊ øadnych czÍúci uk³adu.

Triak CSR1 moøna sprawdziÊ

w³¹czaj¹c prze³¹cznik miÍdzy

wyprowadzenia 4†i†6†uk³adu IC1

(optotriak). Zamykaniu prze³¹cz-

nika powinno towarzyszyÊ zapa-

lanie úwiat³a, otwieraniu - jego

gaúniÍcie.

Stosunkowo trudno jest stwier-

dziÊ, czy uk³ad poprawnie prze-

³¹cza w†chwili, gdy napiÍcie sie-

ciowe przechodzi przez zero, po-

niewaø wymaga³oby to przy³oøe-

nia napiÍcia sieciowego z†inn¹

faz¹, np. odpowiadaj¹c¹ wartoúci

maksymalnej. Poniewaø nie moø-

na tego dokonaÊ manualnie, na-

leøa³oby zbudowaÊ specjalny

uk³ad, a†koszt i†wysi³ek w³oøone

w†jego budowÍ by³yby niewspÛ³-

miernie wysokie w†porÛwnaniu

do korzyúci, zwaøywszy øe uk³ad

by³by wykorzystany tylko raz.

Moøna jednak w†inny sposÛb

przekonaÊ siÍ, øe uk³ad w³¹cza

øarÛwkÍ przy przejúciu przez ze-

ro napiÍcia sieciowego, opieraj¹c

siÍ na fakcie, øe prze³¹czanie

w†takich warunkach powoduje

bardzo niewielkie zak³Ûcenia wy-

sokoczÍstotliwoúciowe. WiÍkszoúÊ

naszych CzytelnikÛw zapewne za-

uwaøy³a, øe w³¹czeniu oúwietle-

nia w†pomieszczeniu, w†ktÛrym

pracuje odbiornik radiowy, towa-

rzyszy s³yszalny trzask w†g³oúni-

ku. Jest to spowodowane prze³¹-

czeniem pr¹du, z†czego wynika

powstanie wielu harmonicznych,

siÍgaj¹cych zakresu MHz, ktÛre

mog¹ zostaÊ odebrane przez od-

biornik. Poniewaø nasz uk³ad

prze³¹cza przy przejúciu napiÍcia

sieciowego przez zero, przebieg

pr¹du bÍdzie jedynie zmienia³ siÍ

sinusoidalnie wraz z†napiÍciem,

czemu nie bÍdzie towarzyszyÊ

generacja harmonicznych i†nie bÍ-

dzie s³ychaÊ trzaskÛw w†g³oúni-

ku. Poniewaø w†rzeczywistoúci

uk³ad prze³¹cza przy napiÍciu

nieco wyøszym od zera, powsta-

n¹ pewne zak³Ûcenia, jednak

o†poziomie znacznie niøszym niø

przy w³¹czaniu przypadkowym.

Poniewaø po³owa cyklu napiÍcia

sieciowego trwa znacznie d³uøej

niø okres, w†ktÛrym napiÍcie to

jest bliskie zeru, prawdopodo-

bieÒstwo w³¹czenia øarÛwki w†in-

nym momencie niø przekraczanie

przez napiÍcie wartoúci zerowej

jest duøe, tak wiÍc po zamonto-

waniu w³¹cznika bezpoúrednio

z†triakiem, przy w³¹czeniu po-

winny byÊ s³yszane g³oúne trzas-

ki w†g³oúniku. Moøna je porÛw-

naÊ z†efektami s³yszalnymi przy

w³¹czaniu øarÛwki przy pomocy

naszego uk³adu - powinny byÊ

one znacznie, znacznie cichsze,

jeúli w†ogÛle s³yszalne.

D³ugie fale, d³ugi czas

eksploatacji

Naleøy pamiÍtaÊ, by podczas

w³aúnie opisanego eksperymentu

odbiornik radiowy w³¹czony by³

na zakres fal d³ugich, poniewaø

wtedy w³aúnie jest najbardziej

wraøliwy na zak³Ûcenia o†czÍstot-

liwoúciach radiowych. Nasz uk³ad

moøe generowaÊ w†sposÛb ci¹g³y

zak³Ûcenia o†niskim poziomie, po-

niewaø w†rzeczywistoúci prze³¹-

cza nieco powyøej przejúcia na-

piÍcia sieciowego przez zero, jed-

nak efekty tego powinny byÊ

znacznie s³absze. Test ten nie jest

oczywiúcie rÛwnowaøny dok³ad-

nemu pomiarowi, moøe jednak

pozwoliÊ zorientowaÊ siÍ, øe

uk³ad prze³¹cza w†okolicy prze-

júcia napiÍcia sieciowego przez

zero i†øe natÍøenie pr¹du p³yn¹-

cego tuø po w³¹czeniu jest doúÊ

ma³e.

Najlepsza jest jednak weryfika-

cja praktyczna. Przeprowadzenie

dok³adnego pomiaru zabra³oby za-

pewne bardzo wiele czasu, szyb-

ciej zaú zdamy sobie sprawÍ, øe

juø od d³ugiego czasu nie musie-

liúmy wymieniaÊ øarÛwki w†lam-

pie!

Bart Trepak, EPE

Testowanie

Stosunkowo niewiele jest do

sprawdzenia w†zakresie funkcjo-

nowania urz¹dzenia oprÛcz tego,

czy moøna w³¹cznikiem w³¹czyÊ

oúwietlenie czy nie, poniewaø

wszystkie bardziej z³oøone opera-

cje realizuje uk³ad IC1. Jeúli

oúwietlenia nie moøna wy³¹czyÊ,

oznacza to, øe kontakty wyjúciowe

zosta³y zwarte lub øe triak CSR1

jest uszkodzony.

Jeúli oúwietlenia nie moøna

w³¹czyÊ, oznacza to, øe prawdo-

podobnie b³Ídnie wlutowano pod-

zespo³y, najpewniej diody D1 lub

D4. Znacznie mniej prawdopodob-

ne jest uszkodzenie elementu IC1

lub CSR1. Uk³ad IC1 moøna

Artyku³ publikujemy na pod-

stawie umowy z redakcj¹ mie-

siÍcznika "Everyday Practical

Electronics".

Elektronika Praktyczna 5/99

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: