СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 6/2016

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 52 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2016 Фотореле с нестандартным алгоритмом и функцией таймера В статье рассмотрен улучшенный вариант фотореле, полностью исключающий ложные срабатывания от посторонних засветок и не требующий оптической изоляции фотодатчика. Устройство дополнено функциями защиты лампы накаливания и регулятора мощности, что обеспечивает значительное увеличение срока службы лампы. Александр Одинец (г. Минск, Беларусь) О БЩИЕ СВЕДЕНИЯ Известные автору схемотехниче- ские решения фотореле с классиче- ским (стандартным) алгоритмом требу- ют оптической изоляции фотодатчика посредством расположения фотодиода на удалении от коммутируемой лампы, что требует дополнительной провод- ки. Кроме того, недостатком классиче- ских фотореле являются ложные сраба- тывания от посторонних засветок (при блеске молнии, засветке фарами авто- мобиля и т.п.), что является большим недостатком и значительно ухудшает технико-эксплуатационные характе- ристики устройства. Предлагаемый вариант фотореле с нестандартным алгоритмом полно- стью свободен от перечисленных недо- статков, благодаря реализации функ- ции таймера. Как и две базовые версии, рассмотренные в статьях «Фоторе- ле с нестандартным алгоритмом» [1] и «Фотореле со специальным алго- ритмом» [2], данное фотореле работа- ет в циклическом режиме с интервалом отсчёта 20…30 мин, при котором лам- па кратковременно (на десятые доли секунды) гаснет и включается вновь при условии, если уровень внешней освещённости оказывается ниже задан- ного порога. По сравнению с базовой версией [1], предназначенной для рабо- ты со светодиодной лампой, а также её усовершенствованным вариантом [2], предназначенным для работы с лампой накаливания, в данном варианте фото- реле значительно увеличена чувстви- тельность фотодатчика за счёт более высокого напряжения питания фото- диода (15 В вместо 5 В). Также добавле- на схема супервизора питания, улучша- ющая сброс таймера в исходное состоя- ние и полностью исключающая ложное 20-минутное включение в светлое вре- мя суток в случае длительных провалов напряжения в питающей сети. В отличие от известных конструкций фотореле, данный вариант дополнен функциями защиты (плавного включе- ния) лампы накаливания и регулятора яркости, что является особенно акту- альным в вечерние часы, когда число потребителей уменьшается и напря- жение в сети возрастает. Известно, что лампа выходит из строя в большин- стве случаев именно в момент включе- ния, вследствие большого броска тока, амплитудное значение которого может достигать нескольких ампер. Происхо- дит это из-за того, что сопротивление холодной нити в несколько раз мень- ше, чем в нагретом состоянии. Поэ- тому бросок тока большой амплиту- ды приводит к быстрому разрушению нити лампы накаливания. Также заме- чено, что если эксплуатировать лампу не на максимальной паспортной мощ- ности в 100%, а несколько снизив её до 70…80% за счёт встроенного регулято- ра яркости, то можно добиться значи- тельного увеличения срока службы лампы накаливания. Предлагаемое фотореле монтируется в корпусе све- тильника. При этом для нормальной работы устройства излучение комму- тируемой лампы должно падать непо- средственно на фотодиод. П РИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА Электрическая схема фотореле пока- зана на рисунке 1. Фотореле содержит: ● стабилизатор и фильтр питания на элементах R1, R2, VD2…VD4, DA1, С1…C3; ● схему защиты и фазовый регулятор яркости на элементах DD1.1…DD1.4, VT1, VD5…VD7, C4…C7, R7…R13; ● фотодиодный усилитель на транзи- сторах VT3, VT4; ● супервизор питания на транзисто- рах VT5…VT7; ● две RC-цепочки сброса на элементах R17, C8 и R31, C9; ● генератор прямоугольных импульсов на основе триггера Шмитта DD2.4; ● счётчик-делитель на 2048 на микро- схеме DD3; ● ключевой транзистор VT2 и комму- тирующий симистор VS1. При первом включении питания в светлое время суток фотореле включа- ет лампу на две секунды, а затем перехо- дит в режим ожидания до момента сни- жения уровня освещённости до задан- ного порога. При включении в тёмное время суток лампа также включается на две секунды, но затем фотореле пере- ходит в нормальный рабочий режим с интервалом отсчёта таймера 20 минут до момента возрастания внешней осве- щённости до заданного порога. Рассмотрим работу фотореле, считая, что оно было первоначально включе- но в светлое время суток. В начальный момент времени конденсаторы C8, С9 разряжены. При подключении к сети питающее напряжение на выходе ста- билизатора появляется не мгновенно, а нарастает от 0 до 15 В в течение деся- тых долей секунды. В это время сраба- тывает супервизор, собранный на тран- зисторах VT5…VT7, который формиру- ет короткий отрицательный импульс при изменении питающего напряже- ния от 1,5 до 10 В. Такой же отрицатель- ный импульс формируется на выхо- де супервизора (на коллекторе VT5) и при снижении питающего напряже- ния от 10 до 1,5 В. В этом промежутке изменения питающих напряжений на выходе элемента DD2.1 поддерживает- ся уровень логической «1». Конденса- торы C8 и C9 остаются разряженны- ми благодаря току через диоды VD9 и VD10. После достижения питающим напряжением уровня 10 В и выше тран- зистор VT7 супервизора открывается, а VT6 и VT5 – закрываются. Диоды VD9 и VD10 закрываются и на дальнейшую работу схемы влияния не оказывают. Конденсатор C8 начинает заряжать- ся через резистор R17, а левая по схе- ме обкладка конденсатора C9 оказы- вается подключённой к напряжению источника питания через резистор R26. Теперь конденсатор C9 начинает