Как использовать китайские мозги

     

Как-то под новый год заказали мне  три мощных световых контроллера для елок. Как всегда, времени в обрез, а требования по максимуму. Что делать? Как выйти из  положения? Покопался  я  в публикациях на новогоднюю тему – все не то, либо слишком сложно, либо слишком простые световые алгоритмы. Программировать микроконтроллер для этой задачи – дело хлопотное,  опыта и времени требует. Я  решил поискать готовое решение. Полез в инет на поиски и натолкнулся на публикации про китайские гирлянды. От советов, как всегда, уши вянут,  а по делу – дудки! Я гирляндой заинтересовался.

В ней реализовано плавное управление яркостью с помощью фазового управления углом открывания тиристорами,  автоматический перебор восьми программ. Набор алгоритмов управления – более, чем разнообразный.  Прибор растиражирован миллионами экземпляров, дешев и отработан. То, что нам требуется!

Купил несколько штук  и приступил к исследованиям. Вид контроллера приведен на фото 1,

Фото 1.

Рис. 2.

схема контроллера приведена на рис. 2. Основу контроллера управления гирлянды составляет небольшая плата, на которой размещены диодный мостик, микроконтроллер о десяти ногах, сделанный в виде  кусочка гетинакса с эпоксидной «кляксой», под которой и спрятан микрочип. Микроконтроллер содержит четыре выхода, которые через токоограничительные резисторы управляют четырьмя тиристорами MCR 100-6. О них стоит сказать отдельно. На фоне отечественной тиристорной элементной базы они выглядят «золушками». Цена – около 5 рублей, но при этом они рассчитаны на работу при анодном напряжении до 600В и токе 0,6-0,8А, управляются током менее 1 мА и это при том, они помещены в пластиковый корпус, подобный транзистору КТ31012 или КТ503. Сверхсовершенный прибор!

В некоторых дешевых приборах отсутствует входной диодный мостик, вместо него оставлен всего один диод, управляющие  электроды тиристоров подключены к выходам микроконтроллера напрямую без токоограничительных резисторов. Понятно, что в этом случае  тиристоры MCR 100-6 работают только на одной из полуволн переменного напряжения и выходное напряжение регулируются уже от 0 до примерно 110В.

По условиям задачи требовалось иметь контроллер с выходами по 25 ампер минимум. Для этого оставляем на плате сам микроконтроллер, тиристоры MCR 100-6 убираем и вместо них (см. ниже) ставим транзисторы КТ 3102.

Микроконтроллер гирлянды настолько маломощный, что управлять мощными симисторами не в состоянии.

Я решил запитать микроконтроллер отдельным маломощным источником с гальванической развязкой от сети. Для этого подойдет любой маломощный адаптер, рассчитанный на выходной ток в 50-100мА и напряжение 12В. Идеально подходит для этого адаптер для питания усилителя телевизионной антенны, он самый дешевый и содержит стабилизатор.

Я выбрал в качестве выходных симисторов BTA41-600B, которые привлекли меня тем, что, во-первых, имеют почти двухкратный запас по току и напряжению, во-вторых, имеют небольшие габариты и корпус, похожий на ТО-220, только чуть больше. Они легко крепятся к теплоотводу одним винтом, на теплоотводе их можно поместить сразу все, не прибегая к мерам изоляции, поскольку металлическая теплоотводящая «подошва» прибора изолирована от кристалла симистора.

Для сопряжения мощных симисторов с микроконтроллером я применил транзисторные ключи на основе транзисторов с большим коэффициентом усиления по току КТ3102Е, чтобы не перегружать выходы микроконтоллера. Для обеспечения гальванической развязки я применил специализированные микросхемы MOC3062, которые содержат светодиод на входе, маломощный симистор на выходе и схему синхронизации переключения в моменты перехода тока через «0». Последнее обстоятельство позволяет легко избежать помех коммутации.

В коллекторную цепь ключей на КТ 3102ЕМ  включены светодиоды MOC3062 через токоограничительные резисторы. С помощью выходных симисторов  MOC3062 легко открываются мощные выходные симисторы BTA41-600B.

Еще один нюанс: китайский микроконтроллер не работает, если на него не подан сигнал синхронизации от сети. Для этого на его вход необходимо подать «фазу» 220В через штатный резистор 2М. Провод «нейтрали» сети  необходимо соединить с общим проводом устройства.

Вся схема получилась максимально простая и надежная (см. рис. 3).

Рис. 3.

 Она достойна повторения.

Ай да китайцы! Хорошо помозговали. Их «мозги», а «сила» – наша.

Помним Левшу, который аглицкую блоху подковал.

      Заключение.

Одна голова – хорошо, а много… много лучше. Я не претендую на единственность схемного решения. Устройство можно совершенствовать либо по пути исключения вспомогательного источника питания 12В,  либо полной гальванической развязки устройства управления от сети.

У автора не было времени на подробные изыскания.

Естественно, что применений у получившегося  контроллера, кроме елки,  масса. Можно подумать и о запуске контроллера в режиме автогенерации, что будет полезно при использовании микроконтроллера в  сетях постоянного тока 12 и 24В в устройствах управления иллюминацией на светодиодах*.

Создание любого изделия – творческий процесс. Во время создания  изделия могут прийти в голову неожиданные идеи, решения, ассоциации.  Поделившись с Вами конкретными схемными  находками, автор рассчитывает на то, что у Вас тоже есть  чем поделиться.

 

Желаю успехов на поприще оформления новогодних елок!! Замечания и предложения высылайте по адресу:

 

432064 г. Ульяновск, а/я 2109 Шашарин С.А.    E-mail: shasharin@mail.ru

Опубликовано на сайте QRZ.ru 05.01.09г. см.стр. http://www.qrz.ru/schemes/detail/7591.html

 и журнале "Радиолюбитель" №12 за  2009г. стр. 17-18

_______________________

*См. ж. "Радио" №11 за 2009г. стр. 47 Мамичев Д. Игрушка- сувенир "Новогодняя елка".

 

P.S.

А новый год бывает каждый год! Прошло несколько лет. Китайские гирлянды подешевели и стали еще доступнее! За это время и моя схема немного изменилась.

При повторении схемы выяснилось, что при использовании менее мощных симисторов, чем BTA41 600B, например, BTA12 600B или BTA16 600B (они дешевле в 3 и соответственно 2 раза)  иногда возникают проблемы с их надежным открытием. Скорее всего, это связано со скоростью нарастания тока в цепи А1 - А2, которая у них значительно меньше и они не успевают надежно включиться за время протекания тока в оптопаре. Для увеличения длительности этих сигналов нужно менять микроконтроллер, который вообще расчитан на работу с другими тиристорами, с которыми он работает в штатном режиме  - MCR 100-6. Тогда мы отчего ушли - к тому и пришли! Пропадает вся прелесть применения готового микроконтроллера. Пробуем поднять ток управления светодиодом в оптопаре. Это помогает, но всегда, поскольку оно лишь увеличивает мощность воздействия светодиода в оптопаре на оптосимистор, а не время воздействия на него (поэтому, если есть возможность, лучше оставить в схеме симисторы BTA41-600B, которые из-за их скоростных характеристик открываются надежнее) .

Оказалось, что этому может препятствовать маломощный светодиод, включеннный последовательно с ней для индикации. Пришлось цепи индикации и цепи управления разделить. Ну и наконец пора избавиться от внешнего источника питания оптопар, который был применен в спешке. Для их засветки вполне хватает встроенного источника без гальванической развязки на балластном конденсаторе.

И еще: Схему можно упростить, убрав резисторы в цепи базы ключей на КТ3102, заменив их на полевые ключи 2N2000 (наш аналог КП501). Можно также убрать резисторы, включенные параллельно управляющей цепи симисторов. Такие "дошлифовки" оказались весьма полезными для надежного открывания менее мощных симисторов.

Итак, схема приобрела более законченный вид :

 

Вот фото платы управления:

DSCN0005-(2)

 Фото готового устройства управления (пульсатора) в диэлектрическом корпусе:

DSCN0004-(2)

Фото всего контроллера, собранного на штатной панели электрошкафа ЩМП-1:

панель-с-надписями

 Фото контроллера в сборе в шкафу ЩМП-1

DSCN0037

 

Я надеюсь, что это все, что можно сказать об этой схеме.

Впрочем, время покажет...

 

 

 

 

     
 
    Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru