Срок службы осветительных ламп накаливания по сравнению, например, с люминесцентными невелик. К тому же продолжительность жизни лампы нередко оказывается значительно меньше ожидаемой по причине повышенного напряжения в сети или в результате больших бросков тока в момент включения. Предлагаемое простое устройство устраняет перегрузки, не позволяя току, текущему через лампу, превысить номинальное значение ни при каких обстоятельствах, даже во время пуска.
Ранее было предложено немало устройств для "мягкого" включения ламп накаливания [1-5], в основном на симисторах и тринисторах. Ни одно из них, конечно, не в состоянии предотвратить постепенную деградацию вольфрамовой нити, ведущую к ее перегоранию, однако реальный срок службы ламп с "замедлителями" все же возрастает в 1,5. ..3 раза.
Предлагается аналогичное устройство на дешевых высоковольтных транзисторах, которое, хотя и было первоначально предназначено для защиты лампы мощностью 15 Вт (подсветка холодильника), вполне обеспечивает мягкое включение любых ламп накаливания на 220 В мощностью до 60 Вт. Уникальная особенность рассматриваемого устройства - оно не позволит включить лампу мощностью больше той, на работу с которой было настроено. Например, если установить в оснащенный им холодильник вместо стандартной лампы на 15 Вт внешне очень похожую на нее мощностью 25 Вт и замкнуть выключатель, загорится не лампа, а светодиод "Перегрузка". Такое свойство очень полезно при пользовании распространенными сегодня светильниками из нетермостойкой пластмассы, предназначенными для ламп накаливания мощностью не более 40...60 Вт. Включение такого светильника с лампой большей мощности неизбежно приведет к его порче, а то и к пожару.
В отличие от других "замедлителей", предлагаемый готов к повторному включению немедленно после выключения, не требуя, например, ожидания полной разрядки времязадающего конденсатора или охлаждения до комнатной температуры нагревшегося терморезистора.
Устройство защиты собирают по схеме, показанной на рис. 1, и включают в разрыв любого из идущих к лампе EL1 сетевых проводов. После замыкания контактов выключателя SA1 переменное сетевое напряжение поступает на диодный мост VD1-VD4. В диагонали моста находится ключ на составном транзисторе VT1-VT3. Благодаря резистору R2 и большому коэффициенту передачи тока составного транзистора ключ открыт, цепь лампы EL1 замкнута.
Подстроечным резистором R6 устройство регулируют таким образом, чтобы тринистор VS1 открывался при падении напряжения на датчике тока - резисторе R7, чуть большем соответствующего номинальной для лампы EL1 амплитуде тока. Открывание тринистора приводит к закрыванию транзисторов и отсечке тока, текущего через лампу. Его небольшая часть, продолжающая течь через резистор R2 и открытый тринистор, для заметного нагрева нити накаливания недостаточна. Тринистор закроется, когда его ток на границе двух полупериодов уменьшится до нуля.
Сопротивление холодной вольфрамовой нити накаливания лампы EL1 во много раз меньше, чем разогретой до рабочей температуры. В результате в первом после замыкания контактов выключателя SA1 полупериоде отсечка происходит задолго до его окончания, так как ток очень быстро достигает установленного подстроечным резистором R6 предельного значения. В следующем полупериоде сопротивление слегка нагревшейся нити уже больше и отсечка происходит немного позже. Так продолжается до полного прогрева, когда ток уже не достигает порогового значения и лампа светит в полный накал.
Интегрирующая цепь C1R3 немного задерживает открывание тринистора VS1. Без нее в первых после замыкания выключателя SA1 полупериодах отсечка происходит настолько быстро, что нить накаливания не успевает заметно нагреться. В результате процесс зажигания лампы может затянуться на неопределенное время. Следует отметить, что разогрев идет сравнительно медленно, пока яркость лампы не достигнет приблизительно половины номинальной, после чего она возрастает скачком.
Напряжение на выходе диодного моста VD1-VD4 по достижении лампой EL1 мощностью 60 Вт максимальной яркости не превышает 5 В, что соответствует суммарной мощности, рассеиваемой всеми элементами устройства защиты, менее 2 Вт. Немного сниженное по сравнению с сетевым напряжение, приложенное к лампе, благоприятно влияет на срок ее службы, практически не сказываясь на яркости.
Устройство защиты смонтировано на односторонней печатной плате размерами 90x55 мм (рис. 2) и помещено в пластмассовый защитный корпус. Самый ответственный элемент конструкции - транзистор VT3. Он должен быть высоковольтным, выдерживать сравнительно большой ток и иметь достаточный коэффициент передачи тока базы (не менее 8 при Iк=1 А и UKэ=12 В). Подходят транзисторы серий КТ826, КТ809, КТ812, КТ840, КТ841, КТ845, КТ847, КТ848. Естественно, годятся и аналогичные транзисторы с префиксом 2 вместо К. Из импортных можно назвать 2SC2555, 2SC3306, BU526, BU931. Транзисторам в пластмассовом корпусе потребуется теплоотвод.
Транзисторы КТ940А при необходимости заменяют на КТ6135А, КТ969А, КТ9179А, 2SC2330, MJE340, BF459 с учетом различий в назначении выводов. Вместо диодов КД243Д пригодны КД209А, КД243Г, КД257Б, КД226Г, 1N4004 и другие аналогичные. Светодиод HL1 может быть любым, желательно красного свечения, ведь он сигнализирует о нештатной ситуации. Конденсатор С1 - К73-17 или К73-9, постоянные резисторы - С1-4, С2-23, МЛТ подстроечный R6 - СПЗ-386. Лампу EL1 предпочтительно взять новую, еще не работавшую.
Прежде чем подать сетевое напряжение, движок подстроечного резистора R6 установите в верхнее по схеме положение. Замкните выключатель SA1 и, плавно перемещая движок резистора R6, добейтесь загорания лампы. Желательно, чтобы свет лампы достигал полной яркости за 0,3...0,6 с. Можно добиться значительно более продолжительного нарастания яркости (до 3...5 с), но отрегулированное таким образом устройство будет слишком чувствительным к изменениям температуры окружающего воздуха и параметров защищаемой лампы в результате ее старения.
При правильной регулировке подключение параллельно горящей 40-ваттной лампе еще одной 15-ваттной должно приводить к погасанию или резкому уменьшению яркости ранее включенной.
Если устройство предполагается использовать для защиты ламп мощностью не менее 40 Вт, номинал резистора R7 допустимо уменьшить вдвое. Можно поступить и таким образом: правый (по схеме) вывод резистора R3 соединить непосредственно с эмиттером транзистора VT3, исключив подстроечный резистор R6. Постоянный резистор R7 заменить низкоомным подстроечным проволочным, например, ППБ-ЗА, СП5-50М, ППЗ-12, соединив его подвижный контакт с одним из крайних выводов. Это уменьшит до минимума падение напряжения на датчике тока и на приборе в целом.
Цепи и элементы устройства непосредственно связаны с сетью 220 В, при работе с ним необходимо соблюдать меры электробезопасности.
Литература
Автор: А.Бутов, с.Курба Ярославской обл.