Устройство управления бытовым вентилятором

Андрей Петров, г. Днепропетровск
Для управления работой вентиляторов, например, в «электросушке» для рук, давно и часто используются реле времени. Электронные таймеры реализуют цифровой или аналоговый способ задания временных интервалов. Использование микросхем повышенной степени интеграции, например CD4060, позволяют упростить схемы цифровых таймеров, но и более распространенные аналоговые микросхемы, такие, как КР1006ВИ1 (555), позволяют решать те же задачи.


Аналоговый способ задания временных интервалов состоит в заряде (или разряде) времязадающего конденсатора через сопротивление (резистор) до момента срабатывания порогового элемента. В качестве порогового элемента в схеме рис.1
 
 используется микросхема DA1 типа КР1006ВИ1 или ее импортный аналог, например NE555R Если при подключении схемы к источнику питания микросхема DA1 устанавливается в состояние, при котором на ее выходе (вывод 3) присутствует единичный, почти равный напряжению питания, потенциал, то излучающий светодиод IC1.1 оптопары IC1 обесточен, а приемный оптосимистор IC1.2 (рис.2) находится в непроводящем состоянии.
 
 Силовой симистор VS1 будет заперт, а его нагрузка (двигатель вентилятора М1) -обесточена.
Это состояние схемы индицирует своим свечением светодиод HL1. Одновременно через диод VD3 быстро заряжается конденсатор С2, а через резистор R5 по входу TR (вывод 2) блокируется дальнейшая работа микросхемы таймера DA1.
При кратковременном касании сенсорной площадки Е1 на входе THR (вывод 6) микросхемы DA1 наводится положительный потенциал и микросхема переключается в состояние, при котором на ее выходе OUT (вывод 3) устанавливается нулевой потенциал. Диод VD3 запирается, прекращая под-заряд конденсатора С2. Светодиод HL1 погасает,
а светодиод оптопары IC1.1 зажигается. Соответственно, отпирается оптосимистор IC1.2, включается силовой симистор VS1 и двигатель вентилятора М1 получает питание и начинает работать. Одновременно конденсатор С2 начинает разряжаться через резистор R4. Входное сопротивление микросхемы DA1 по входу TR и сопротивление R5 очень велико и их влиянием на разряд конденсатор С2 в данной схеме можно пренебречь.
При напряжении на входе TR таймера DA1 лишь незначительно меньше 1/3 напряжения питания микросхемы он переключается, оптотиристор IC1.1 запирается, вентилятор М1 выключается. Таймер переходит в режим ожидания следующей команды на включение.
Для сенсорного управления таймером в схеме рис.1 используются сенсорные токопроводящие пластины-электроды. Они соединяются с выводами Е1 и Е2 печатной платы и подключаются к схеме через защитные резисторы R1 и R7, соответственно. Совместно с диодами VD1 и VD2 они защищают микросхему DA1 от повреждения по входу THR от большого потенциала на теле человека при сенсорном управлении. Возможно использование такой защиты и для входа TR (вывод 2 DA1).
Кроме защиты микросхемы DA1 резисторы R1 и R7 необходимы и для защиты потребителей при питании схемы от бестрансформаторного сетевого источника, как это сделано, например, в схеме рис.2.
Сенсорное управление таймером будет интересным и полезным читателям в их радиолюбительском творчестве.
Хронологически схема рис.1 была разработана на основе схемы рис.2. В этой схеме управление таймером осуществляется нажатием кнопок SB1 «Вкл.» и SB2 «Выкл.». Защитные диоды для входов HTR и TR микросхемы DA1 при этом, естественно, не нужны.
В зависимости от потребностей обладателя таймера выдержка времени может быть задана в очень
широких пределах. Для этого достаточно варьировать номинал емкости конденсатора С2. Так, при емкости 47 мкФ выдержка времени таймера составляет около 2 мин. Для таймера «сушки для рук» этого более, чем достаточно, но, если использовать таймер для других целей, то можно задать и большую выдержку. Так, при емкости конденсатора С2 470 мкФ на макете выдержка времени составляла более 12 минут. Это данные экспериментов со схемой, но фактические результаты могут, конечно, отличаться от вышеприведенных, т.к. электролитические конденсаторы имеют большой разброс номинальных емкостей, а номинал С2 специально не подбирался. Практически емкость электролитического конденсатора может отличаться от указанной более, чем на 20...50%.
Примечательно влияние на работу схемы (рис.1) диода VD4. Первоначально на макете его не было. При этом оказалось, что очень часто при включении питания устройств работа схем начинается не с паузы, а с отработки таймером временного интервала. Введение в схему диода VD4 обеспечивает очень быстрый разряд конденсатора С2 даже при кратковременных отключениях питания схемы и каждое последующее его включение теперь начинается с установки таймера в исходное состояние, при котором двигатель М1 обесточен.
Высокоомные резисторы R1 и R7 применены в схеме рис.1 для безопасной эксплуатации устройства в случае питания схемы от бестрансформаторного сетевого источника, как это сделано в схеме рис.2.
Номинал ограничительного резистора в цепи светодиода оптопар IC1 зависит от конкретного типа используемой оптопары. На макетах были испытаны более десяти оптореле разных типов -МОС3061...МОС3063, МОС3041...МОС3043, МОС3021... МОС3023. При этом любое из них срабатывало при токе светодиода не более 5 мА. Соответственно, номинал резистора R3 при питании микросхемы DA1 от 12 В может быть порядка 1,5 кОм... 2 кОм.
Оптореле типов МОС3061...МОС3061 более предпочтительно для использования в схеме из-за того, что включает силовую нагрузку в моменты начала полупериодов сетевого напряжения. Это снижает скачки напряжения в электрической сети и вызванные ими электромагнитные помехи.
Микросхема типа КР1006ВИ1 (555) допускает выходной ток до 200 мА, поэтому при необходимости можно вместо оптореле IC1 и силового симистора VS1 применить в схеме стандартное электромагнитное реле, например, типа JZC-20F(4088). Сопротивление его обмотки равно 400 Ом, рабочее напряжение - 12 В, допустимый коммутируемый ток- 10 А.
На фото показан внешний вид собранного макета по схеме рис. 1, а на рис.3 - макет по схеме рис.2. 
 
На рис.4 и рис.5- рисунки печатных плат этих схем и расположение радиокомпонентов на них.
 
 
Повышать напряжение питания схемы микросхем до 15 В теоретически возможно, но практически нецелесообразно, поскольку микросхемы таймеров этих серий некоторых производителей неустойчиво работают на максимально допустимых для них напряжениях.
РА7-8'2015

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Счетчик тИЦ и PR