Контроллер освещения при перепадах напряжения

Цель состоит в том, чтобы гарантировать, что лампы прослужат долго, чтобы свести к минимуму замену и техническое обслуживание системы. Плохо спроектированная схема приведет к раннему и частому выходу из строя лампы.Простые и легкодоступные компоненты с возможностью замены по мере необходимости.

Программирование компьютера не требуется. Количество каналов определяется перемычкой на плате; скорость света регулируется либо с помощью печатной платы (PCB), либо с помощью внешнего потенциометра.

Компоненты сквозного отверстия, которые можно легко припаять к печатной плате.

Твердотельное переключение.

Возможность эксплуатации в любых температурных режимах.

Простое тестирование и устранение неполадок.

Конечным результатом является моя система, показанная на фотографиях на Рисунке 1 .

РИСУНОК 1а. Внутри блока управления.

РИСУНОК 1б. Крупный план части схемы управления скоростью.

РИСУНОК 1с. Кнопка тестирования и вилки питания.

РИСУНОК 1d. Банк автоматических выключателей.

РИСУНОК 1д. Внешний дисплей.

Примечание. Показанная печатная плата является прототипом, который также выполняет функцию стоп-сигнала с двумя головками (не включена в эту конструкцию).

Эта схема работает при 120 В переменного тока, 60 Гц с некоммутируемой нейтралью. Это типично для электроустановок в Северной Америке. Такой уровень напряжения может привести к материальному ущербу, серьезным ожогам, травмам и, возможно, даже к смерти при неправильном использовании.

Вся внешняя проводка должна соответствовать вашим местным нормам и стандартам. Вам могут потребоваться услуги лицензированного электрика.

Подайте питание на контроллер от источника питания с предохранителями или прерывателями для защиты от перегрузки по току.

Использование этой системы регулируется местными нормами в вашем регионе. Если вы сомневаетесь, проконсультируйтесь с местным инспектором по электротехнике относительно любых дополнительных требований, не упомянутых в этой статье.

Хотя все силовые компоненты одобрены агентством (например, cRU), система в целом НЕ одобрена CSA или UL.

Скорость переключения необходимо тщательно контролировать, чтобы предотвратить возникновение эпилептических припадков.

Рисунок 2 представляет собой схему системы.

РИСУНОК 2. Схема системы.

Особенности и примечания следующие:

Все резисторы 1/4Вт 1% металлопленочные. Тем не менее, опубликованные значения не являются критическими, поэтому вы можете использовать 5%-ные резисторы из вашей мусорной коробки/лабораторного тайника, которые близки к опубликованным значениям.

PL1 подключается к стандартной заземленной бытовой розетке на 15 А. Вы можете подключить дополнительный однополюсный/однопозиционный переключатель (SPST) (SW1), чтобы обеспечить локальное управление включением/выключением системы. Убедитесь, что зеленый провод подключен к корпусу шасси!

CB1, T1, BR1, C1, C3 и U1 составляют защищенный источник питания с линейной стабилизацией, который обеспечивает управляющее напряжение 15 В постоянного тока (V+) на печатной плате. Из-за низкого потребления тока платой нет необходимости в резисторе, понижающем напряжение перед U1. Также U1 не требует дополнительного радиатора. Вместо LM7815 можно заменить импульсный стабилизатор.

R1 и LED1 обеспечивают индикацию мощности управления. Это необязательно; опустите эти компоненты, если хотите. Вы также можете установить LED1 снаружи на панель.

U2, C2, R2, P1, P2, R3, C4 и C5 создают секцию нестабильного генератора цепи. Диапазон колебаний схемы 0,13-4,96 Гц. C2 — танталовый фильтрующий конденсатор. Мне нравится использовать их, чтобы свести к минимуму любые эффекты электромагнитных (EMI) и радиочастотных (RFI) помех. Чтобы настроить частоту мигания, вы можете использовать либо P1, либо P2, но не оба одновременно. Если вы используете P2, что-то вроде Precision Electronics RV4 — отличный выбор, потому что вы можете зафиксировать положение потенциометра, как только вы будете удовлетворены частотой мигания системы.

U3 — последовательный непрерывный счетчик. R4 и C6 формируют функцию «сброса при включении питания» на контакт 15, поэтому 4017 всегда запускается с нулевого выхода. Затем диод D1 требуется для сопряжения и изоляции функции сброса схемы счетчика. Настройка J1 определяет количество активных каналов на плате, контролируя, какой выход 4017 подает на вывод сброса. Тактовые импульсы с контакта 3 U2 поступают на контакт 14 U3 через R11.

U4 — восьмиканальный драйвер массива Дарлингтона, в котором используются первые шесть выходов. Из-за инверторного действия микросхемы она замыкает клемму твердотельного реле A2- на землю всякий раз, когда канал активен. PB1 — это дополнительный внешний тестовый переключатель, который на мгновение включает все шесть каналов для быстрого поиска и устранения неисправностей действительно больших световых дисплеев. Когда нажата кнопка PB1, устройство потребляет ток полной нагрузки. Если вы используете максимальное количество светодиодных ламп мощностью 3 Вт, как описано в следующем разделе этой статьи, полная ожидаемая нагрузка составит 9,6 А.

SS1-SS6 — это полупроводниковые коммутационные реле, рассчитанные на ток до 2 А каждое. Напряжение срабатывания на клеммах A1+ и A2- меньше 15 В постоянного тока, поэтому резисторы R5-R10 обеспечивают необходимое последовательное падение напряжения. Эти реле также могут переключаться на частоте сети 50 Гц без каких-либо дополнительных изменений в схеме.

Каждый канал имеет автоматический выключатель на 2А для защиты реле и нагрузки от короткого замыкания. Не пропускайте эти компоненты.

Если вам нужно менее шести каналов, заполните только те каналы, которые вам нужны для вашего дисплея, начиная с OUT1. Пример: если вам нужно только четыре канала, не используйте CB6, CB7, SS5, SS6, R9 и R10 на печатной плате. Используются только OUT1, OUT2, OUT3 и OUT4 с их силовыми компонентами и резисторами.

Все компоненты имеют сквозное отверстие и устанавливаются на одну двустороннюю печатную плату размером 5,4 дюйма в длину и 5,45 дюйма в ширину. Плата монтируется в корпус с помощью четырех отверстий, рассчитанных на 4-40 аппаратных средств. На рисунках 3а и 3б показаны макеты платы.

РИСУНОК 3а. Разводка печатной платы, вид сверху.

РИСУНОК 3б. Разводка печатной платы, вид снизу.

Предлагаемый список деталей относится ко всей системе.

Все компоненты доступны в Digi-Key, но вы можете заменить их из других источников, если это удобно/необходимо. Вы можете использовать дополнительные разъемы для интегральных схем (ИС) для U2, U3 и U4 или припаять их непосредственно к плате. U1 крепится к плате с помощью крепежа 4-40.

Список деталей не включает внешнюю проводку за пределами PL2, розетки, лампы или любые вспомогательные средства. Это все зависит от вас и вашего творчества!

Следует иметь в виду, что светодиодные лампы должны включаться «мгновенно», без задержки включения внутренней электроники, чтобы эта система работала эффективно.

Настройка требует некоторого планирования с вашей стороны. Вы захотите набросать план, чтобы определить, как вы хотите, чтобы свет мигал, а затем определить необходимое количество лампочек. В моей схеме используются светодиодные лампочки мощностью 3 Вт, и эти лампочки яркие! Они подходят к стандартному патрону для лампы накаливания E26.

В моем прототипе использовались два светильника для ванных комнат с несколькими лампочками из местного магазина вторсырья. Реле способны выдерживать ток до 2 А, но я никогда не нагружаю цепь более чем на 80% от ее номинала; 1,6А в данном случае. Тогда максимальное количество лампочек мощностью 3 Вт на канал составляет:

#bulbs
   = (0,8 x максимальный ток канала) / (номинальная мощность лампы / 120 В переменного тока)
   = (0,8 x 2 А) / (3 Вт/лампа / 120 В переменного тока)
   = 1,6 А / 0,025 А/лампа
   = 64 лампы (или всего 384 лампочки равномерно распределены по всем шести каналам)

1. Используйте правильную проводку. Я предпочитаю многожильные медные кабели с подходящим изолированным напряжением. В зависимости от длины ваших участков вам, возможно, придется использовать провод №14 или №12 AWG, чтобы удерживать падение напряжения в пределах значений, указанных вашими местными электротехническими нормами. Это также предотвращает плохую работу системы. Некоторые лампочки в конце цепи могут не гореть должным образом или вообще не гореть.

2. Используйте надлежащие материалы и компоненты для всех внешних соединений и любых соединений проводки, необходимых в цепях. Это не работа для маскировки/клейкой ленты и тонкого провода динамика!

3. Соедините каналы проводами с цветовой маркировкой, чтобы упростить проводку и устранение неполадок. Я рекомендую использовать цветовой код резистора в следующем примере:

а. Канал 1: черный

б. Канал 2: Браун

в. Канал 3: Красный

д. Канал 4: оранжевый

е. Канал 5: желтый

ф. Канал 6: Синий

грамм. Используйте зеленый провод для любых требований к заземлению или соединению. Вот почему он не используется для канала 6.

час Используйте белый провод для нейтрали. Этот провод подключается ко всем патронам для лампочек. Соблюдайте полярность разъема, так как белый провод должен подключаться к металлической резьбе.

Программировать легко. Как упоминалось ранее, J1 устанавливает количество каналов, а P1 или P2 устанавливает частоту мигания. Установите J1 при обесточенной системе. Отрегулируйте P1 или P2, чтобы получить желаемую скорость переключения при подаче питания. Также отключайте питание устройства перед отключением каких-либо нагрузок или заменой перегоревших лампочек. Безопасность прежде всего!

Первое испытание прототипа было проведено на закрытой выставке блошиного рынка выходного дня. В течение 12 недель выставка работала по семь часов каждую субботу и воскресенье. При частоте переключения 0,5 секунды каждая лампа выдержала более 1,2 миллиона переключений без каких-либо сбоев.

Второй тест был у меня дома и установлен на переднем навесе как часть рождественской выставки. Скорость мигания была идентична настройке барахолки. Блок управления стоял в неотапливаемом сарае при температуре от -15°F до 40°F. Я запустил дисплей во второй половине дня 11 ноября и проработал систему круглосуточно и без выходных до 1 января (50 дней подряд, за исключением двух кратковременных отключений электроэнергии). Опять же, ни одна лампочка или компоненты системы не вышли из строя после примерно 8,6 миллиона переключений. В обоих тестах использовались одни и те же лампочки, рассчитанные на 9,8 миллиона переключений.

Это простая, надежная и экономичная схема, которая вам нужна, если вы ищете:

Создание или реконструкция театрального представления в старом стиле.

Простая анимация освещения для дисплеев.

Приложение, требующее непрерывной последовательности циклов для питания устройств переменного тока.

PARTS LIST

Ms. Tracy Winchester

 download