Электронный рубильник

И скрообразование, ускоренный износ трущихся контактов, ненадежность — характерны для бытовых выключателей и рубильников на распределительных щитах электросетей. Этих недостатков лишены электронные рубильники, способные управлять нагрузками мощностью от единиц ватт до десятков киловатт. Но и у них есть слабое место — их узлы управления потребляют значительные токи как при включенных, так и обесточенных нагрузках. Особенно расточительны те из них, нагрузки которых большую часть времени остаются выключенными. Вот почему представляется целесообразным поиск вариантов электронных рубильников, требующих для своей работы возможно минимального потребляемого тока.

В предлагаемом варианте такого устройства (см. схему) функцию коммутирующего элемента выполняет симистор VS1, управляемый генератором импульсов большой скважности и частоты следования. При этом максимальная скважность импульсов (а значит, и максимальная экономичность) ограничивается лишь таким параметром симистора, как время включения. Для симистора КУ208Г длительность управляющих импульсов должна быть не менее 10 мкс. В этом случае минимальная частота импульсов генератора, определяющая экономичность устройства, ограничивается, в свою очередь, потерями и требуемым качеством выходного напряжения.

В описанном здесь для повторения электронном выключателе генератор, собранный на логических элементах DD1.3 и DD1.4 микросхемы К176ЛА7, вырабатывает импульсы скважностью 10, следующие с частотой 10 кГц.

В узел управления входят также источник питания, образованный стабилитроном VD1 с конденсатором С1, диодом VD2 и резисторами Rl, R2, усилитель мощности импульсов генератора и RS-триггер на элементах DD1.1, DD 1.2, позволяющий использовать устройство в качестве сетевого выключателя. Потребляемый им ток в режиме Выключено не превышает 1 мА, в режиме Включено — около 5 мА. Устройство пригодно для коммутации нагрузки мощностью от 20 Вт до 1 кВт. Пределы мощности нагрузки ограничиваются удерживающим током и максимальным током симистора в открытом состоянии.

Ток, потребляемый устройством в выключенном (кнопкой SB2 Выкл.) состоянии, мал — он необходим лишь для удержания RS-триггера в нулевом состоянии. При нажатии на кнопку SB1 Вкл. триггер напряжением высокого уровня на прямом выходе (вывод 3 элемента DD1.1) запускает генератор импульсов, который вместе с усилителем мощности требуют гораздо большего тока для питания. В первый момент этот ток поддерживается напряжением на заряжающемся конденсаторе С1. Затем открываются симистор и (через резистор R8) транзистор VT1. Открытый транзистор шунтирует резистор R2 и тем самым обеспечивает узлу управления еще больший ток питания. Одновременно включается светодиод HL1, сигнализируя о включении нагрузки.

Конденсатор СЗ подавляет возможные радиопомехи и улучшает форму выходного напряжения. Подборкой резистора R9 добиваются надежного открывания симистора при открытом транзисторе VT2. В случае замены транзистора VT2 другим может понадобиться подборка резистора R7.

Транзистор VT2 — любой из серии КТ315. Диод VD3 — импульсный маломощный. Диод КД105В (VD2) заменим на КД105Г или, в крайнем случае, на КД105Б; подойдет также любой другой диод с обратным напряжением не менее 400...500 В.

Стабилитрон VD1 — маломощный на напряжение стабилизации около 9 В. Транзистор КТ940А заменим на КТ605Б, но он будет работать на пределе допустимого напряжения коллектор—эмиттер.

Оксидный конденсатор С1 — К50-1 или К50-6, К50-16 с минимальным током утечки. Конденсатор С3 на номинальное напряжение не менее 500 В, желательно малогабаритный, например К73-17. Светодиод — любой на ток около 5 мА. Предохранитель FU1 выбирают по току в зависимости от мощности нагрузки. Если выключатель предполагается использовать для коммутации нагрузки мощностью 500 Вт и более, симистор необходимо установить на теплоотвод. Кнопки SB1 и SB2 — любые малогабаритные.

Вообще, цепь R8 VT1 HL1 можно заменить проволочной перемычкой, соединяющей общую точку резисторов R1 и R2 непосредственно с выходным контактом X1. Но тогда ток, потребляемый выключателем в режиме Выключено, возрастет до 5 мА.

Критерием полной работоспособности устройства является наличие напряжения на его выходе, практически равного входному. Это можно проверить, подключив параллельно нагрузке R_H (лампа накаливания небольшой мощности) вольтметр переменного тока или осциллограф.

Несомненное достоинство описанного устройства — возможность управления им как активной, так и индуктивной нагрузкой (трансформаторы, электродвигатели переменного тока, контакторы и т. п.), например, для коммутации бытового электроприбора. Такой выключатель встраивают в люстру, в телевизор, магнитофон и др.

Его нетрудно приспособить и для работы с иной системой управления. В таком случае RS-триггер заменяют источником управляющего сигнала, подаваемого на входной вывод 8 элемента DD1.3 генератора импульсов, например, с какого-либо датчика. Источником питания такого дополнительного узла станет та же цепь питания выключателя. При необходимости его мощность повышают уменьшением сопротивления резисторов Rl, R2 и увеличением емкости конденсатора С1.