СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №8/2016

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 80 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2016 Цифровые автоматы защиты лампы накаливания с фазоимпульсным и ШИМ-управлением В статье рассматриваются два автомата, обеспечивающие плавное линейное нарастание среднего значения тока лампы накаливания в течение нескольких секунд. Возможно применение данных устройств в качестве цифровых регуляторов мощности. Александр Одинец (г. Минск, Беларусь) Как известно, срок службы лампы накаливания во многом зависит от режима её работы. Нить лампы нака- ливания наиболее подвержена разру- шению именно в момент включения, когда её сопротивление в холодном состоянии в несколько раз меньше, чем в нагретом. Плавное увеличение тока в момент включения позволяет избежать разрушения нити и значи- тельно продлить срок службы лам- пы накаливания. Известные автору аналоговые конструкции автоматов защиты ламп накаливания на самом деле обеспечивают лавинообразное нарастание тока в момент включе- ния. Дело в том, что вольтамперная характеристика коммутирующего биполярного или полевого транзи- стора имеет нелинейный вид. Факти- чески, в начальный момент времени, при включении в сеть, ток через лампу накаливания имеет очень малое зна- чение. Далее ток возрастает нелиней- но и лавинообразно, пока коммутиру- ющий транзистор не войдёт в режим насыщения, соответствующий макси- мальной яркости лампы накаливания. Таким образом не удаётся полностью избежать броска тока в момент вклю- чения даже при относительно боль- шом значении времени задержки включения. В результате лампа дол- го не загорается, а затем выходит на максимальный уровень яркости очень быстро, за доли секунды. Кроме того, данный режим неблагоприятно ска- зывается и на работе самих коммути- рующих элементов. Применение цифровых методов управления коммутирующими сило- выми элементами с использовани- ем фазоимпульсной модуляции и ШИМ-модуляции позволяет добить- ся действительно линейного нарас- тания среднего значения тока через лампу накаливания в момент включе- ния и, тем самым, обеспечить наибо- лее благоприятный режим её работы. Кроме того, благодаря функции регу- лятора мощности, можно ограничить максимальную мощность лампы нака- ливания, которая обычно возрастает в вечерние часы, когда число потре- бителей уменьшается, и напряжение в сети возрастает, и тем самым, ещё больше увеличить ресурс лампы нака- ливания. Электрическая схема первого вари- анта автомата приведена на рисун- ке 1. В данном автомате реализова- но управление мощностью методом фазоимпульсной модуляции. При этом время нарастания яркости от нуля до максимума может выбираться в пределах от долей секунды до десят- ков секунд. Сущность фазоимпульсного мето- да заключается в изменении време- ни задержки открывания симистора, считая с момента перехода сетевым напряжением нулевого значения. Чем больше время задержки, тем больше времени симистор находится в закры- том состоянии, тем меньше яркость, и, наоборот, чем раньше открывается симистор, тем больше яркость лампы накаливания. Схема устройства содержит: ● параметрический стабилизатор на элементах R1, R2, VD2, интеграль- ный стабилизатор DA1 напряже- ния «5 В» и конденсаторы фильтра C1…C4; ● задающий НЧ-генератор на тригге- ре Шмитта DD2.1; ● одновибратор-схему выделения моментов перехода сетевого напря- жения через ноль на элементах DD1.1, DD1.2; ● RS-триггер управления симистором на элементах DD5.2, DD5.3; ● усилительный каскад на транзисто- ре VT1; ● ВЧ-генератор прямоугольных им- пульсов на элементах DD2.3, DD2.4; ● схему формирования кодовых ком- бинаций фазового угла управле- ния симистором, в состав которой входят: двоичные счётчики DD3.1, DD3.2, а также реверсивные счёт- чики DD6 и DD7. Рассмотрим работу автомата, счи- тая с момента перехода напряжением сети нулевого значения. При этом ток через стабилитрон VD2 уменьшается до нуля и на его катоде (относительно анода) формируется отрицательный импульс пилообразной формы ампли- тудой 10 В. Этот импульс через рези- стивный делитель R5–R6 поступает на вход одновибратора на элементах DD1.1, DD1.2, который формирует из него стабильный по длительности, но уже прямоугольный отрицательный импульс. Этот импульс после инверти- рования элементом DD1.4 устанавли- вает RS-триггер в исходное состояние и одновременно обеспечивает загруз- ку двоичной комбинации с выходов счётчиков DD3.1 и DD3.2 в собствен- ные двоичные разряды счётчиков DD6 и DD7. По входам «D0…D3» счёт- чиков DD6 и DD7 сразу же после вклю- чения питания будет записана двоич- ная комбинация «00000000», так как счётчики DD3.1 и DD3.2 были уста- новлены в исходное нулевое состоя- ние благодаря интегрирующей цепоч- ке C10–R15. С каждым выходным импуль- сом ВЧ-генератора (DD2.3, DD2.4), поступающим на вход суммирования (вывод 5) счётчика DD6, происходит увеличение его состояния, а вслед за ним – и DD7. Как только второй из них (DD7) достигнет пятнадцатого состо- яния, то следующий отрицательный импульс на его суммирующем вхо- де вызовет появление на его выходе переноса «+CR» (вывод 12) коротко- го отрицательного импульса и пере-