Automatyczny wyłącznik oświetlenia

Działanie układu polega na samoczynnym odłączeniu obciążenia od sieci elektrycznej, po upływie ustalonego czasu. Układ ten jest montowany między wyłącznikiem a załączanymi przez niego lampami. W sytuacji, gdy obwód nie zostanie rozłączony wyłącznikiem, uczyni to niniejszy układ. Schemat wyłącznika automatycznego pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Schemat ideowy automatycznego wyłącznika oświetlenia

Składa się on z trzech bloków: zasilacza beztransformatorowego, multiwibratora monostabilnego i układu wykonawczego, który załącza sterowane lampy. Zasilacz dostarcza napięcia stałego 12 V. Rezystory R1 i R2 mają za zadanie rozładowanie kondensatora C1, a po odłączeniu zasilania - przypadkowe dotknięcie zacisków na odłączonej płytce mogłoby poskutkować porażeniem.

Z kolei rezystory R3...R5 ograniczają prąd płynący przez pojemność C1 podczas załączania układu do sieci. Rezystory te połączono szeregowo, aby zwiększyć ich wytrzymałość napięciową. Mostek Graetza BR1 prostuje napięcie dwupołówkowo, 12-woltowa dioda Zenera D1 stabilizuje je, a kondensatory C2 i C5 filtrują.

Rolę odmierzania zadanego czasu spełnia układ CMOS CD4046. W porównaniu z popularnym NE555 ma on dwie zalety. Po pierwsze, pobór prądu w stanie spoczynku jest na poziomie kilkudziesięciu mikroamperów, co ma znaczenie dla ograniczenia poboru prądu z sieci. Po drugie, do odmierzania długich odcinków czasu zostaje tutaj użyty obwód RC z kondensatorem ceramicznym (zamiast elektrolitycznym o pojemności zależnej od wielu czynników, w tym temperatury), który jest wielokrotnie ładowany i rozładowywany.

Wbudowany w układ scalony generator taktuje licznik modulo 2¹⁴, ponieważ układ wykonawczy dołączony jest do wyjścia Q14. Pojawienie się na nim stanu wysokiego powoduje wprowadzenie diody D2 w stan przewodnictwa, co z kolei blokuje działanie generatora. Licznik przestaje liczyć i zapamiętuje ten stan, aż do jego wyzerowania.

Kondensator C3 i rezystor R7 formują krótki impuls o wysokim poziomie logicznym, który zeruje licznik w momencie załączenia zasilania dla układu. Rezystor R6 rozładowuje kondensatory po odłączeniu zasilania, by mógł zostać prawidłowo uformowany kolejny impuls wyzwalający. Rezystor R9 zapobiega powstaniu zwarcia w gałęzi potencjometru P1, które mogłoby wystąpić przy skrajnym położeniu jego ślizgacza.

Układem wykonawczym jest triak BT137-800, który może przewodzić prąd o natężeniu do 8 A. Steruje nim optotriak MOC3063, który ma najmniejszy prąd potrzebny do prawidłowego uruchomienia wbudowanego emitera LED spośród całej rodziny MOC306x - wynosi on zaledwie 5 mA. Optotriak nie został tu wstawiony dla uzyskania izolacji galwanicznej (obydwie jego strony są połączone z siecią 230 V), ale po to, by w tani i prosty sposób rozwiązać problem wyzwalania triaka podczas przejścia napięcia przez zero oraz zmniejszyć prąd potrzebny do tego.

Rysunek 2. Schemat montażowy wyłącznika

Nota katalogowa BT137 podaje, że prąd bramki może wynosić do 50 mA. Dostarczenie tak dużego prądu za pośrednictwem C1 byłoby niewygodne, ponieważ kondensator ten byłby wówczas duży i drogi. Dlatego zdecydowano się na rozwiązanie, w którym układ US1 dostarcza ze swojego wyjścia prąd rzędu 6 mA dla załączenia emitera podczerwieni w US2, a o całe sterowanie triakiem troszczy się US2 w swojej typowej aplikacji.

Układ został zmontowany na jednostronnej płytce drukowanej o wymiarach 45 mm×39 mm, której wzór ścieżek widnieje na rysunku 2. Montaż należy zacząć od elementów lutowanych powierzchniowo, które znajdują się od spodniej strony płytki. Dopiero wtedy można przystąpić do montażu elementów przewlekanych, poczynając od dwóch zworek z drutu.

Prawidłowo zmontowany układ jest gotowy do pracy. Przewody prowadzące z wyłącznika sieciowego do żarówek oświetlających podłącza się do zacisków złącza J1, a same żarówki do złącza J2. Potencjometrem P1 ustala się czas, po którym żarówki zostaną samoczynnie odłączone. W układzie modelowym, czas ten zawierał się w przedziale od ok. 3 minut do ok. 1 godziny.

Zależności czasowe są ustalane przez wartości elementów RC, która cechuje się pewną tolerancją, dlatego w innym egzemplarzu te czasy mogą się różnić. Po wyłączeniu zasilania, układ potrzebuje kilkunastu sekund na rozładowanie kondensatorów i, tym samym, przygotowanie do kolejnego uruchomienia.

Przy sterowaniu obciążeniem o mocy przekraczającej 100 W zalecane jest założenie radiatora na triak. Z kolei, przy obciążeniach pobierających 400 W i więcej, rekomendowane jest pogrubienie ścieżek znajdujących się na płytce. Płytka bez radiatora mieści się w puszce instalacyjnej o średnicy 60 mm.

Michał Kurzela, EP