Решения для дома.

        Новогодняя тема

    Данная статья посвящена электрическим ёлочным гирляндам и их переключателям в основном советских времен. Поскольку до нового года осталось немногим более двух месяцев, возможно, сейчас самое время заняться ремонтом неисправных ёлочных электрогирлянд и переключателей, либо их модернизацией, хотя это несколько нарушает давнюю традицию, ремонтировать гирлянды и переключатели вместе с установкой ёлки.

Ёлочные электрогирлянды.

    На сегодняшний день светодиодные гирлянды диковинкой не являются, за пару месяцев до Нового года они появляются в продаже наравне с традиционными гирляндами с миниатюрными лампами накаливания. Львиная доля ёлочных гирлянд представленных на рынке, китайского производства и не всегда хорошего качества, к достоинствам таких гирлянд, можно отнести сравнительно не высокую стоимость и наличие штатного переключателя (как правило, 2 или 4 канала). Миниатюрные лампы накаливания в большинстве китайских гирлянд имеют подвижный контакт, который перемыкается при перегорании нити накаливания, для гирлянд с большим числом ламп (более 25 в одной цепи), это возможно и преимущество, но когда ламп меньше это превращается в серьёзный недостаток. В моём случае китайская гирлянда (по 14 ламп в одной цепи), проработала три вечера до выхода двух ламп, затем в течение нескольких часов (без присмотра) по цепочки вышли из строя почти все лампы.

Рис.1

В данном разделе речь пойдёт о замене этих миниатюрных ламп накаливания светодиодами, в отечественных и китайских гирляндах. С начла об отечественных гирляндах, произведенных в основном в советское время, некоторые гирлянды того времени, выглядят вполне прилично, обладают светофильтрами достаточно хорошего качества в виде шаров, звёздочек, других фигур, как правило, все они оснащались миниатюрными лампами накаливания МН13.5 В, 0.16 А, в моём случае за       длительный       период     эксплуатации

гирлянды остались почти без ламп, идея замены ламп на светодиоды лежала на поверхности. Поскольку ''тупо'' заменить лампы на светодиоды не получится, нужно два решения схематическое и конструкционное, в качестве первого, решено было использовать выше приведенную типовую схему источника питания (Рис.1), выполненную по без трансформаторному принципу. Аналогичными источниками оснащаются не дорогие светодиодные лампы китайского производства. Данный источник питания достаточно прост, он не боятся коротких замыканий, ток ограничивается емкостным балластом. Роль емкостного балласта исполняет конденсатор C1, рабочее напряжение конденсатора C1 должно быть не менее 630В, при емкости 0,33 мкФ ток протекающий через светодиоды гирлянды 17-18 мА, что вполне достаточно для нормальной яркости свечения светодиодов. Обычно на аналогичных схемах емкость конденсатора C1 0,47 мкФ, рассчитана она на выходной ток 20 мА, конденсатор 0,47 мкФ вполне применим в представленной схеме, но меня устроили выше приведенные результаты, габаритные размеры у конденсатора 0,33 мкФ поменьше будут. Резистор R1 предназначен для разряда конденсатора C1 после отключения гирлянды от сети, резистор R2 служит ограничителем зарядного тока в момент включения, а также выполняет функцию предохранителя. Электролитический конденсатор C2 сглаживает пульсации напряжения от выпрямленного моста, а так же имитирует инертность ламп накаливания, при работе с переключателем гирлянд (данная гирлянда может работать только с релейным переключателем), рабочее напряжение конденсатора C2 160В выбрано для уменьшения габаритов. Стабилитрон VD2 нужен для защиты конденсатора C2 на случай обрыва в цепи светодиодов (напряжение стабилизации Д817В - 82В). Конструкционное решение заключается в способе замены миниатюрной лампы накаливания МН, на светодиод ARL2-5213UWC-25cd с диаметром линзы 5 мм, либо на светодиод ARL2-10103UWC с диаметром линзы 10 мм (Рис.2). Последний светодиод по геометрическим размерам ближе к лампе МН, но по яркости свечения и по стойкости к перегрузкам ARL2-5213UWC предпочтительнее. Для замены лампы МН, на светодиод нужно удалить патрон из гильзы, патрон заменяется пластиной из двухстороннего текстолита толщиной 1-2 мм, ширина пластины равна внутреннему диаметру гильзы, а длина пластины немногим меньше длины гильзы. Светодиод припаивается к пластине, ножки светодиода размещаются с разных сторон пластины, таким образом, чтобы линза светодиода находилась в предполагаемом центре светофильтра, с противоположной стороны от линзы припаиваются провода гирлянды (Рис.3), затем полностью собираем источник света, пластина вставляется в гильзу, поверх её одевается светофильтр. Аналогичным образом собираются остальные 19 источников света, собранная гирлянда подключаются к источнику питания. Источник питания гирлянды хорошо размещается в корпусе зарядного устройства о мобильного телефона. Как упоминалось выше, некоторые отечественные гирлянды, обладают светофильтрами достаточно хорошего качества, в моём случае светофильтры гирлянды выполнены в виде звёздочек, красного, синего, зеленого и желтого цвета (Рис.4), по этой причине в гирлянде применены светодиоды белого цвета свечения.

Рис.2

Рис.3

Рис.4

Рис.5

    Теперь о замене ламп накаливания светодиодами, в китайских гирляндах, в данном случае (Рис.5) светофильтры оказались не расцвеченные (использовались крашеные лампы), это минус, но зато лампы, применяемые в гирлянде, без цоколя и с гибкими выводами, это плюс. Сам процесс замены ламп на светодиоды проблем не вызывал, светодиоды с 5 миллиметровым диаметром линз, без проблем вставали в штатные гнёзда. Для решения вопросов цвета необходимо было подобрать светодиоды (аналогично светофильтрам) красного, синего, зеленого и желтого цвета, желательно с одинаковой яркостью свечения, учитывая, что разные света воспринимаются не одинаково задача не совсем простая. Наверное, оптимальным способом решения вопросов цвета является применение однотипных светодиодов нужных цветов со схожими показателями яркости. В справочнике имелись светодиоды нужных цветов и яркости, но в реальности пришлось использовать то, что нашлось:

  •     L-53(ARL2-5213UBC-3cd-12v)- синего цвета свечения, линза прозрачная, Iv 2500-4000mcd;

  •     L-53MGD- зеленого цвета свечения, линза цветная матовая, Iv 1000mcd;

  •     L-53SRD-E/ L-7113SRD-E- красного цвета свечения, линза цветная матовая, Iv 300-400mcd;

  •     L-53SYT(5Y3STB-2)- желтого цвета свечения, линза прозрачная цветная, Iv 1300-1500mcd;

    Параметры, Iv (яркость свечения) у зеленого и желтого светодиодов, сравнимы. Наибольшей яркостью обладает синий светодиод, падение напряжения на нем так же наибольшее, порядка 12 В, для компенсации данных параметров синие светодиоды зашунтированы резисторами 390 Ом. После замены всех ламп выше приведенными светодиодами и подключению гирлянды к источнику питания, мною были сделаны следующие выводы:

  •     сопротивление шунтирующих резисторов синих светодиодов можно уменьшить до 300 Ом;

  •     вопреки характеристикам свет от красных светодиодов (Iv 400mcd) несколько ярче, чем от зеленых светодиодов (Iv 1000mcd);

  •   цвета светодиодной гирлянды получились чище и сочнее чем у гирлянды с лампами накаливания, к тому же цвета светодиода не выгорают в отличие от ламп накаливания.

    В целом равномерность яркости свечения светодиодов получилась вполне приемлема, хотя светодиод L-53MGD- зеленого цвета можно и заменить, на светодиод с большей яркостью свечения.

    Как показала практика, цветные светодиоды есть смысл применять и в отечественных гирляндах оснащённых светофильтрами особенно красного и зеленого цвета. Совместно со светофильтрами красного цвета можно использовать светодиоды ARL-5213URC-8cd красного цвета свечения c прозрачной бесцветной линзой , Iv 5000-8000mcd. Со светофильтрами зеленого цвета можно использовать светодиоды L-53MGC(FYL-5013PGC) зеленого цвета свечения c прозрачной бесцветной линзой , Iv 10000mcd. Благодаря данному сочетанию красные и зеленые цвета получаются особенно сочные, не в какое сравнение не идут с цветами, получаемыми только при помощи светофильтра со светодиодами белого цвета свечения. Что касается светофильтров синего и желтого цвета, то применение светодиодов соответствующих цветов не даёт видимых преимуществ.

    Так же хотелось обратить внимания на малый (15-20°) видимый телесный угол у большинства светодиодов с высокой яркостью свечения, по этой причине применение в гирляндах данных светодиодов без рассеиваетелей не даёт должного эффекта.

Переключатели ёлочных электрогирлянд.

    Недостатком светодиодных гирлянд с большинством типов источников питания, является не возможность работать с электронными переключателями гирлянд, так как большинство данных переключателей работают при постоянном напряжении. Устранить указанный недостаток возможно как минимум двумя способами, для этого может служить источник питания постоянного тока с встроенным электронным переключателем гирлянд, либо старый добрый релейный переключатель советского производства.

Рис.6

Схема релейного переключателя ёлочных электрогирлянд приведена на Рис. 6. Данный переключатель производился в Советском Союзе в 80-х годах прошлого века, корпус у него был выполнен в виде «теремка» лампа Л1 имитировала свет в окошке. В общем, переключатель в виде «теремка» достаточно эффектно смотрелся под ёлкой (по крайней мере, так мне тогда казалось). В нашем доме такого переключателя не было, живьём я его мог видеть только в гостях, схема этого переключателя попалась мне на глаза гораздо позже.  В  те  далёкие времена

у нас дома эксплуатировался более совершенный тиристорный переключатель, его схема не сохранилась, а сам переключатель до сих пор живой. На этом небольшой экскурс в далёкие 80-е заканчиваю, возможно кому то приведенная схема понадобится для реставрации старого релейного переключателя, так же данная схема вполне пригодна для коммутации двух светодиодных гирлянд с источником питания собранных по схеме (Рис.1).

    Далее о электронных переключателях гирлянд, как упоминалось выше в гирляндах китайского производства они идут штатные, о современных переключателях гирлянд отечественного производства у меня нет ни какой информации. Однако в сети опубликовано большое количество различных схем от простых до схем на основе современных микропроцессоров. Повторение последних требует не только дополнительных навыков, но и специального оборудования. В журнале Радиолюбитель №6 за 1993 г. на странице 22 была опубликована статья автора А. Саковец « Автомат световых эффектов», в ней представлена схема 8-и канального устройства позволяющего получить до 64 различных программ. В основе автомата лежит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) К556РТ5, вся схема собрана всего на 4-х микросхемах. Таблица прошивки ПЗУ и печатная плата приведены в статье. Поскольку у меня не было программатора для прошивки ПЗУ, при повторении схемы я обратился за помощью к коллеге по работе, далее было делом техники. Автомат получился вполне работоспособен, все программы кроме одной работали чётко, в одной из программ наблюдается сбой последовательности переключения (очевидно ошибка в таблице прошивки ПЗУ) хотя на общем фоне данный сбой почти не заметен. После изготовления данного устройства выяснилось что для полноценной его работы необходимо либо 8 одинаковых электрогирлянд или специальный экран или хотя бы одна девяти проводная гирлянда. Мною был выбран третий вариант, гирлянда получилась достаточно громоздкая по этой причине она почти не использовалась. Восьми одинаковых электрогирлянд у меня не нашлось в любом случае далеко не в каждом доме устанавливается елка на которой органично разместится 8 гирлянд. По этой причине в данной статье представлены переключатели от 2-х до 4-х электрогирлянд. Релейный переключатель (Рис. 6) вполне может заменить электронный.

Рис.7

Схема переключателя гирлянд, который можно легко встроить в трансформаторный блок питания, приведена на Рис. 7. В качестве источника питания можно использовать штатный блок питания от советского арифметического, которые производились с 1982 по 1992 гг. Данный блок питания хорошо подходит для питания переключателя и светодиодных гирлянд, с минимальными   переделками

последнего. Переключатель содержит собранный на двух логических элементах микросхемы DD1 генератор прямоугольных импульсов. Частоту этих импульсов можно изменять с помощью переменного резистора R 2 в диапазоне от 0,4 Гц до 2 Гц. Питание генератора осуществляется параметрическим стабилизатором напряжения R5VD1. Импульсы напряжения с генераторов поступают на базы транзисторов VT1 и VT2. При проходе положительной полуволны на выходе 4 микросхемы DD1 будет высокий логический уровень (логическая 1), а на выходе 3,5,6 будет присутствовать низкий логический уровень (логический 0). Соответственно транзистор VT1 откроется и через него, а также резистор R6* будет протекать ток, светодиоды первой гирлянды HL1 будут светиться на полную яркость, одновременно транзистор VT2 будет закрыт и светодиоды второй гирлянды HL2 светиться не будут. При проходе отрицательной полуволны транзистор VT2 откроется, а транзистор VT1 будет закрыт, таким образом создаётся эффект поочередного мигания 2-х гирлянд. Электролитические конденсаторы C2 и C3 предназначены для имитации инертности ламп накаливания при поочередном мигании светодиодных гирлянд.

Рис.7а

Резисторы R6* и R7* служат для ограничения тока в цепях гирлянд, при равенстве падения напряжения на светодиодах гирлянды питающему напряжению, резисторы R6* и R7* можно исключить. Электролитические конденсаторы C2 и C3 также можно не использовать,   включив   транзисторы

VT1 и VT2 по схеме, приведённой на рис. 7а. Добавленная цепочка VD2, R3*, C2* позволяет получить, более плавное переключение гирлянд. При приведённых на схеме номиналах R3* и C2* гирлянда загорается, прочти мгновенно (с небольшим замедлением) и достаточно плавно гаснет, для ёлочной гирлянды вполне подходящий режим работы.

    Схема приведенного переключателя достаточно проста, не нуждается в наладке, при исправных деталях собранный переключатель работает сразу. Переключатель стабильно работает во всем диапазоне частот переключения гирлянд.

    При желании, практически на такой же элементной базе возможно, собрать переключатель трёх гирлянд позволяющий получить эффект «бегущие» огни. Схема такого переключателя приведена в закладке «Схемы и чертежи». Данная схема так же не нуждается в наладке, при исправных деталях работает сразу.

    И наконец о 4-х канальном переключателе светодиодных гирлянд. В сети и в различной литературе мне не раз попадалась схема под заголовком «Программируемый переключатель гирлянд» в редких случаях присутствовала ссылка на источник журнал Радио №11, за 1986 год и автора О. Желюк из города Костополь. Статья опубликована в разделе «радио начинающим» в ней довольно подробно описан принцип работы схемы и чертеж печатной платы. Схема собрана на 4-х микросхемах 155 серии, микросхемы этой серии достаточно древние, к тому же они «прожорливые», требовательны к напряжению питания (5В ± 5%) и вообще не совсем понятно, где теперь их брать. По этой причине решено было перевести программируемый переключатель О. Желюк на микросхемы 561 серии, они несколько моложе, достаточно экономичны, напряжение питания 3 - 15В, что позволяет значительно упростить схему питания, так же их ещё можно купить в радиомагазине, используемые в схеме стоят в приделах 5-и рублей. Схема программируемого переключателя 4-х гирлянд переведённая на микросхемы 561 серии приведена Рис. 8.

Рис.8

    Как уже упоминалось, в источнике (журнал Радио №11, 1986 г.) подробно описан принцип работы схемы, и по тому остановлюсь только на некоторых деталях, галетный переключатель SA1 предназначен для установки нужной программы работы переключателя гирлянд, кнопкой SB1 производится корректировка программы. Пример: Переключатель SA1 в положении 1 устанавливает программу «бегущие огни», при нажатии кнопки SB1 через некоторое время бежит два огня «бегущая лента», при дальнейшем удержании кнопки SB1 бежит три огня «бегущая тень», при постоянно нажатой аналогично положению 2 переключателя SA1 происходит последовательное зажигание всех гирлянд затем они последовательно гаснут. Считаю, в первом и втором положении переключателя SA1 реализуются самые эффектные программы особенно подходящие для ёлочных гирлянд. Поскольку кнопка SB1 полностью реализует возможности галетного переключателя SA1 в положениях 1 и 2, это даёт возможность существенно упростить схему с сохранением большинства основных эффектов. Схема упрощенного программируемого переключателя 4-х гирлянд приведена Рис. 9.

Рис.9

    В упрощенной схеме кроме галетного переключателя SA1 удалена микросхема DD1, которая эмитировала автоматическую смену программ. Вместо кнопки SB1 применён переключатель на 2 положения SA1 (тумблер), манипулируя переключателем SA1 можно получить все выше описанные эффекты. В упрощенном виде переключатель гирлянд получится значительно компактнее. При эксплуатации программируемый переключатель гирлянд собранный по схеме (Рис. 8) показал надёжную работу на всех режимах, однако мною обнаружен один возможно незначительный недостаток, на высоких частотах переключения наблюдается сбой работы программ переключения, хотя генератор прямоугольных импульсов на трёх логических элементах микросхемы DD2 работает стабильно во всём диапазоне частот. На практике диапазона частот, в котором схема работает стабильно, для переключения ёлочных электрогирлянд вполне достаточно.

    2012-10-28

Переход   Читать далее