Сумеречные выключатели освещения с гальванической развязкой (220В)

Принципиальные схемы сумеречных выключателей для управление ночным освещением. В простейшем случае это фотореле, включающее уличный или садовый фонарь снаступлением темноты, чуть сложнее -устройство с таймером, ограничивающим продолжительность ночного освещения (чтобы свет не горел всю ночь, а только вечером). Сейчас в продаже есть много таких устройств, особенно первого типа. Но, на мой взгляд, практически всем им свойственен существенный недостаток -наличие гальванической связи с электросетью, а это может привести к поражению электрическим током.

Первая схема

На рисунке 1 показана схема простого сумеречного выключателя, включающего уличный или садовый фонарь с наступлением темноты, и выключающий его на рассвете.

Светочувствительным элементом здесь является фотодиод FD1 типа ФД263, включенный по схеме фоторезистора, это когда он включен в обратном направлении по току, и его обратное сопротивление находится в обратной зависимости от уровня естественного света. Вместе с резистором R1 он образует делитель напряжения.

Рис.1. Принципиальная схема сумеречного выключателя освещения на микросхеме К561ЛЕ5.

Работает прибор следующим образом. Ночью, при низкой естественной освещен ности сопротивление фотодиода ED1, включенного как фоторезистор, высоко. Поэтому на соединенных вместе входах элемента D1.1 микросхемы D1 имеется напряжение, соответствующее логическому нулю.

Триггер Шмитта 01.1-01.2 находится в нулевом положении, и на выходе элемента D1.3 логическая единица, которая через резистор R3 поступает на транзисторный ключ VT1, в коллекторной цепи которого включено оптореле К1. Транзистор VT1 открывается и появляется ток через светодиод оптореле К1, которое открывается и включает лампу освещения, подключенную к розетке Х2.

Днем освещенность выше, поэтому сопротивление фотодиода FD1 низко. На соединенные вместе входы элемента поступает напряжение, соответствующее логической единице. На выходе элемента D1.3 будет ноль, который через резистор R3 поступает на транзисторный ключ VT1, в коллекторной цепи которого включено оптореле К1.

Транзистор VT1 закрывается и прекращается ток через светодиод оптореле К1, которое закрывается и выключает лампу освещения, подключенную к розетке Х2.

Так происходит каждые сутки. Конденсатор С1 немного затормаживает работу делителя напряжения на FD1 и R1, чтобы исключить переключения от резких изменений освещенности, например, фар проезжающего автомобиля, или от наводок, которые могут иметь место в определенных случаях. Световой порог «дня / ночи» регулируется, переменным резистором R1.

А от сопротивления R2 зависит гистерезис этого порога.

Гальванически низковольтная схема полностью развязана от электросети. Управление нагрузками осуществляется посредством оптической связи (через оптореле), а питание поступает через трансформатор Т1. Поэтому в случае попадания на органы управления воды или прикосновения к ним поражение током исключается, так как они не находятся под потенциалом электросети.

Пространственно фотодиод FD1 должен располагаться так, чтобы на него не попадал прямой свет от уличного или садового светильника, которым он управляет.

Вторая схема

Вторая схема сумеречного выключателя показана на рисунке 2. В ней есть таймер, ограничивающий продолжительность горения садового или уличного светильника, чтобы он горел не всю ночь, а только вечером некоторое время.

Рис.2. Схема сумеречного выключателя освещения на микросхемах К561ЛЕ5, К561ИЕ16.

Практически это таймер, запускаемый при понижении уровня внешней освещенности ниже установленного порога. Здесь используется такой же фотодатчик на фотодиоде FD1, образующий вместе с резистором R4 светозависмый делитель напряжения. Уровень света, при котором нужно включать садовый или уличный светильник устанавливается переменным резистором R4.

Когда естественного освещения достаточно сопротивление FD1 ниже сопротивления И4 и напряжение на выходе элемента D1.4 - логическая единица. Это устанавливает счетчик D2 в нулевое положение и удерживает его в этом положении, плюс, единица, поступающая на вывод 9 D1.3 устанавливает логический ноль на выходе D1.3. Транзистор VT1 закрыт, ток через светодиод оптореле К1 отсутствует и осветительная лампа выключена.

При снижении уровня естественной освещенности ниже установленного резистором R4 порога напряжение на входе R1.4 увеличивается и достигает порога логической единицы. При этом на выходе R1.4 устанавливается логический ноль. Так как на оба входа R1.3 теперь поступают логические нули, на его выходе устанавливается логическая единица. Транзистор VT1 открывается и появляется ток через светодиод оптореле К1, которое открывается и включает лампу дворового или уличного светильника.

Одновременно запускается таймер. Счетчик D2 начинает считать импульсы, поступающие на его вход от мультивибратора на элементах D1.1 и D1.2. Время, в течение которого будет работать искусственное освещение устанавливается переменным резистором R1 в пределах от одного до 6 часов.

R1 регулирует частоту импульсов, поступающих на счетчик, а от их частоты зависит то, как скоро счетчик досчитает до 8192. Как только заканчивается заданный временной интервал на выводе 3 D2 появляется логическая единица. Она поступает на вывод 8 D1.3 и на выходе D1.3 напряжение падает до логического нуля.

Транзистор VT1 закрывается и осветительная лама выключается. Одновременно единица с вывода 3 D2 поступает на вывод 2 D1.1 и блокирует мультивибратор D1.1-D1.2. Схема будет находиться в таком состоянии до наступления рассвета.

Гальванически низковольтная схема полностью развязана от электросети. Управление нагрузками осуществляется посредством оптической связи (через оптореле), а питание поступает через трансформатор Т1. Поэтому в случае попадания на органы управления воды или прикосновения к ним поражение током исключается, так как они не находятся под потенциалом электросети.

Пространственно фотодиод FD1 должен располагаться так, чтобы на него не попадал прямой свет от уличного или садового светильника, которым он управляет.

Детали схем

Источник питания выполнен на трансформаторе Т1 типа ТВК100Л. Это выходной трансформатор кадровой развертки от старого лампового черно-белого телевизора. Вместо него можно использовать любой маломощный силовой трансформатор, на вторичной обмотке которого есть переменное напряжение 7-10V при максимальном токе не ниже 100mA.

Например, использовать трансформатор от какого-то миниатюрного сетевого источника питания, например, от сетевого адаптера телевизионной игровой приставки или компьютерной периферии, или же намотать его самостоятельно.

Выпрямительный мост КЦ402 можно заменить любым маломощным выпрямительным мостом или собрать мост на четырех диодах, типа КД209, КД105, 1N4004 или других.

В схемах датчика света используется ИК-фотодиоды ФД263. Такие фотодиоды широко использовались в системах дистанционного управления старых отечественных телевизоров. Несмотря на то, что они предназначены для инфракрасного излучения, они очень хорошо реагируют и на видимый свет. Вместо ФД263 можно попробовать и другие фотодиоды. Либо поставить фоторезисторы.

При этом, возможно, номинальное сопротивление переменных резисторов И1 (рис.1) и R4 (рис.2) придется изменить.

Микросхемы К561ЛЕ5 можно заменить любыми КМОП микросхемами, в которых есть не меньше четырех ИЛИ-НЕ элементов, например, К176ЛЕ5, CD4001. Причем, микросхему D1 по рисунку 1 можно заменить любой ИМС КМОП с числом инверторов не менее 4-х, то есть, здесь может работать и такая микросхема как К561ЛН1, К561ЛН2, К561ЛА7, CD4011.

А вот D1 в схеме по рисунку 2 должна быть обязательно с элементами «ИЛИ-НЕ». Микросхему К561ИЕ16 (рис.2) можно заменить счетчиком CD4020 или CD4060, используя только счетчик этой микросхемы. Возможно использовать и счетчик с меньшим числом разрядов - К561ИЕ20 или CD4040.

В этом случае вместо вывода 3 используем вывод 1, и потребуется уменьшить частоту импульсов, генерируемых мультивибратором D1.1-D1.2 путем увеличения емкости конденсатора С2 в 4 раза.

Налаживание

Налаживание схемы по рис.2 заключается в установке пределов регулировки времени подбором R2, C2 и в градуировке шкалы времени. Чтобы облегчить этот процесс можно определять время по величине полного периода импульсов, вырабатываемых мультивибратором D1.1-D1.2, умножая его на 8192 (значение получится в секундах, которое затем нужно перевести в часы).

Лыжин Р. РК-2015-07.