Elektronika - baza wiedzy

Dotykowy regulator oświetlenia


Proponowany układ jest kolejnym urządzeniem umożliwiającym płynną regulację natężenia oświetlenia elektrycznego, a ścislejej mówiąc prądu pobieranego przez odbiornik energii elektrycznej. Takich układów wykonaliśmy już kilka, pracujących zarówno na zasadzie regulacji kąta fazowego przepływu prądu, jak i sterowania grupowego. Jednakproponowany układ od innych, popularnych "sciemniaczy" odróżniają dwie cechy: 1. Regulacji dokonujemy bez stosowania jakichkolwiek, zużywających się i zawod- nych elementów mechanicznych. Dotkniecie palcem sensora powoduje włączenie lub wy- uczenie oświetlenia. Dłuższe przytrzymanie palca na sensorze wywoła, w zależności od sposobu skonfigurowania układu, powolne zmniejszanie natężenia lub, po kolejnym do- tknięciu, jego zwiększanie. W drugim trybie pracy po zmniejszeniu natężenia oświetlenia do minimum dalsze dotykanie sensora powoduje zwiększanie siły światła, a po dojściu do maksimum ponowne zmniejszanie. 2. Popularne ściemniacze wykorzystujące fazową regulację natężenia oświetlenia nadawały się doskonale do zasilania żarówek lub grzałek, czyli elementów o malej indukcyjności. Zasilanie odbiorników energii o dużej indukcyjności, jakimi są na przy- kład transformatory zasilające popularne żarówki halogenowe, było utrudnione, a czasa- mi niemożliwe. Zastosowanie wyspecjalizowanego układu scalonego typu SLB0587, przeznaczonego głównie do sterowania zasilaniem obciążeń indukcyjnych pozwoliło na realizację regulacji mocy niskonapięciowych, typowo zasilanych z transformatorów, żarówek halogenowych i silników prądu zmiennego.Po wyłączeniu oświetlenia uklad potrafi zapamiętać (w jednym z trybów pracy) ostatnio ustawione natężenie siły światła i po po- nownym włączeniu przywrócić jego pierwotną wartość.Proponowany układ jest stosunkowo prosty, ale jego wykonanie można polecić wyłącznie tym Kolegom, którzy mają już doświadczenie z realizacją układów zasilanych bezpośrednio z sieci energetycznej 220 VAC. Jeżeli ktokolwiek z Was będzie miał choćby najmniejsze wątpliwości co do swoich umiejętności, to powinien poprosićo pomoc bardziej doświadczonego kon- struktora. Przypominam także, że prac związanych z uruchamianiem układów zasi- lanych bezpośrednio z sieci nie wolno wyonywać podczas nieobecności innych do- mowników w mieszkaniu i że towarzyszyć nam powinna osoba znająca choćby w mini- malnym stopniu zasady udzielania pierwszej pomocy. Musimy pamiętać także o jednym: użytkowanie sciemniaczy dotykowych oraz innych urządzeń, które mogą wywołać przepływ prądu przemiennego przez cia- ło człowieka, nawet jeżeli, tak jak w przypadku naszego ściemniacza, byłby to prąd o pomijalnie małej wartości, jest stanowczo zabronione osobom z wszczepionymi rozrusznikami serca. A tak na marginesie, pewnie nieraz zastanawialiście się skąd wziął się taki rygorystyczny zakaz? Otóż, przepływ prądu przemiennego o nawet bar- dzo małej wartości, która i tak będzie co najmniej porównywalna z natężeniem prą- dów czynnościowych serca, może wywołać sytuację, kiedy to symulator może zacząć "próbować" dostroić częstotliwość pracy serca do mylnie odebranej częstotliwości 50Hz. Nawet u zupełnie zdrowego, wysportowanego człowieka maksymalna częstotli- wość tętna nie może przekraczać 4 ... 5Hz, a drastyczne zwiększenie tej częstotliwości mogłoby mieć tragiczne następstwa, podobne do skutków porażenia prądem przemiennym. Jak to działa? Schemat elektryczny ściemniacza dotykowego został pokazany na rysunku l. Napięcie sieci prostowane jest za pomocą prostownika- podwajacza napięcia zbudowanego z diod Dl, D2 i stabilizowane do poziomu ok.5VDC za pomocą diody Zenera D3. Rezystor R2 i kondensator Cl ograniczają prąd płynący do zasilacza do bezpiecznej dla układu wartości. Filtr przeciwzakłóceniowy został, zgodnie z zaleceniami firmy SIEMENS - producenta układu SLB0587, zbudowany z wykorzystaniem rezystora R l i kondensa- torów C4 i C3. Jednak taki filtr, pomimo zapewnień producenta, okazał się mało sku- teczny i dlatego dodałem do niego dodatkowy element: dławik LI. Po takim uzupełnie- niu układu skuteczność tłumienia zakłóceń wywoływanych włączaniem triaka znacznie wzrosła. Zasada fazowej regulacji napięcia jest chyba znana wszystkim Czytelnikom i dlatego przypomnijmy ją tylko w największym skrócie. Moc oddawana do odbiornika zależy od momentu, w którym po przejściu napięcia sieci przez zero, zostanie włączony triak. Sądzę, że rysunek 2 wystarczająco jasno ilu- struje ten sposób regulacji.Sercem układu naszego regulatora jest ko- stka SLB0587 produkcji firmy SIEMENS. Jest to wyjątkowo interesujący układ, kryjący w swoim wnętrzu spore możliwości i zaprojektowany bardzo przemyślnie. W zasadzie SLB0587 został zaprojektowany do sterowania obciążeń o charakterze indukcyjnymi, a konkretnie do zasilania żarówek halogenowych za pośrednictwem transformatora sieciowego. Nic jednak nie stoi na przeszkodzie, aby zastosować go do zasilania zwkłych żarówek, pamiętając o możliwości do- łączania do układu obciążeń zawierających duże indukcyjności.Poza podstawowymi funkcjami, które omówimy SLB0587 posiada wbudowany układ tzw. "miękkiego startu". Oznacza to, że obciążenie wtaczane jest stopniowo, aczkolwiek w sposób niezauważalny dla obserwa- tora, co likwiduje szoki prądowe występujące podczas dołączania do sieci żarówek z zimnym włóknem, Układ SLB8587 sterowany jest alterna- tywnie z jednego z dwóch wejść: ISEN lub IEXT. Wejście IEXT nie jest w na- szym układzie wykorzystywane, a do weścia ISEN za pośrednictwem rezystorów zabezpieczających przed porażeniem prądem dołączony jest czujnik dotykowy. Reakcje układu na dotkniecie czujnika, w zależności od położenia jumpera JP1, są następujące: Jumper rozwarty Krótkie dotknięcie - Naprzemienne włączanie i wyłączanie oświetlenia. Ostatnio usta- wione natężenie światła jest zapamiętywane. Dotknięcie i przytrzymanie - Układ rozpo- czyna rozjaśnianie oświetlenia, które trwa aż do momentu odsunięcia palca od sensora. Ponowne dotknięcie i przytrzymanie sensora powoduje ściemnianie, kolejne ponowne roz- jaśnianie oświetlenia. Dotknięcie i długotrwałe przytrzymanie.Długotrwałe przytrzymywanie palca na sensorze powoduje naprzemienne rozjaśnianie i ściemnianie oświetlenia w pełnym zakresie zmian. Jumper w pozycji A Krótkie dotknięcie - Krótkotrwałe dotknięcie sensora powoduje naprzemienne włą- czanie i wyłącznie oświetlenia z pełną mocą. Dotknięcie i przytrzymanie - Przy wy- łączonym oświetleniu powoduje jego włączenie z minimalną mocą i stopniowe roz- jaśnianie aż do osiągnięcia pełnej mocy. Przy włączonym oświetleniu dotknięcie i przytrzymanie sensora powoduje rozjaśnianie lub naprzemienne ściemnianie oświetlenia.Dotknięcie i długotrwale przytrzymanie Długotrwałe przytrzymywanie palca na sen- sorze powoduje naprzemienne rozjaśnianie i ściemnianie oświetlenia w pełnym zakresie zmian. Jumper w pozycji B Krótkie dotknięcie - Krótkotrwałe dotknięcie sensora powoduje naprzemienne włączanie i wyłączanie oświetlenia z pełną mocą. Dotknięcie i przytrzymanie - Przy wyłączonym oświetleniu powoduje jego włączenie z minimalną mocą i stopniowe rozjaśnianie aż do osiągnięcia pełnej mocy, Przy włączonym oświetleniu powoduje zmiany jasności odbywające się "w jednym kierunku". Kolejne dotykanie i przytrzy- mywanie sensora powoduje etapowe rozjaśnianie oświetlenia. Dopiero po dojściu do pełnej mocy kierunek zmian zostaje odwrócony i następne dotknięcia sensora po- wodują stopniowe ściemnianie oświetlenia.Kierunek zmian zostaje .ponownie od- wrócony po kolejnym dojściu mocy światła do maksimum. Dotknięcie i długotrwałe przytrzymanie.Długotrwale przytrzymywanie palca na sen- sorze powoduje naprzemienne rozjaśnianie i ściemnianie oświetlenia w pełnym zakresie zmian. Jak więc widzicie, pomimo prostoty zarówno naszego układu, jak i kostki SLB0587, możliwości naszego ściemniacza są spore i prawdę mówiąc, największy problem może- cie mieć nie z jego budową, ale z wyborem trybu pracy. Osobiście najbardziej polecam tryb l, z rozwartym jumperem. Montaż i uruchomienie Na rysunku 3 została pokazana mozaika ścieżek płytki obwodu drukowanego układu regulatora. Płytka ta ma obrys okrągły i została zwymiarowana tak, aby zmontowany układ mieścił się w typowej elektrotechnicznej puszce instalacyjnej. Montaż i uruchomienie układu nie są trudne. Projekt oznaczono trzema gwiazd- kami tylko ze względu na problem bezpieczeństwa oraz zagrożenie dla osób z rozru- sznikiem serca. Wykonania układu powinny się podejmować osoby znające zasady bezpieczeństwa.Montaż rozpoczniemy od układu regulatora, wykonując go w typowy sposób, rozpoczynając od elementów o najmniejszych wymiarach, a kończąc na wlutowa- niu w płytkę triaka i większych kondensatorów. Musimy pamiętać, że nasz układ będzie pracował pod napięciem 220V i montaż trzeba wykonać szczegól- nie starannie, stosując spoiwo lutowalne o dobrej jakości. Pewnym problem będzie wykonanie dławika LI. Jak już wspominałem, jest to element opcjonalny, nie zalecany przez producenta układu SLB0587, ale w pewnym stopniu zmniejszający nieuniknione zakłócenia ra- diolelektryczne generowane przez nasz reguor. Można go wykonać nawijając na odcinku pręta ze starej anteny ferrytowej kilkanaście zwoi izolowanego drutu, o średnicy mm. W układzie prototypowy triak zamontony był bez jakiegokolwiek radiatora i doświadczalnie stwierdziłem, że nawet po dołączeniu do układu żarówki 150W, na- grzewanie się tego elementu było pomijał nie małe. Jednak jeżeli będziecie mieli za- miar sterować obciążeniami o większej wartości, to triak można wyposażyć w nie- wielki radiator, wykonany np. z kawałka blachy duralowej. W układzie modelowym, z natury rzeczy przeznaczonym do testowania układu w warunkach laboratoryjnych, czujnik dotykowy wykonany był po prostu z kawałka drutu.W wykonaniu praktycznym w miarę efek- towny czujnik można wykonać z łebka uszkodzonego tranzystora BC211 - 313 lub innego w podobnej obudowie.Zmontowany układ należy umieścić we- wnątrz nasciennej puszki elektrotechniczne i zasłonić płytą czołową wykonaną z przero- bionego włącznika sieciowego. Wszystkie czynności związane z dołączeniem układu do sieci należy bezwzględnie wykonywać przy wyłączonych bezpiecznikach.


Wykaz elementów
Kondensatory
C1...................................150nF/400
C2...................................1OOnF
C3.C4 .............................47nF/400
C5 ....................................4,7nF
C7 ....................................100 mikroF/16V
Rezystory
R1, R2..............................150 Ohmów /0,5W
R3 ....................................1,5MOhma
R4,R5 ..............................4,7MOhma
R6 .....................................220KOhma
R7.....................................10MOhma
Półprzewodniki
D1,D2 ..............................1N4007
D3 ........ .......................... dioda Zenera 5,1 V
D4.....................................1N4148
IC1 ...................................SLB0587
Q1 ............................... ....triak BT136/400
Pozostałe
CON1 ...............................złącze ARK2
JP1 ....... ..........................3 x goldpin + jumper
L1 ........ ...........................wg opisu w tekście