ЭКОНОМАЙЗЕР ДЛЯ БЫТОВОЙ АППАРАТУРЫ

Существует целый класс электронных устройств, которые работают в дежурном режиме, «просыпаясь» лишь на короткое время для выполнения поставленных перед ними задач, например квартирный звонок, несложные системы охраны, автоматические поливальные установки комнатных растений и некоторые другие Для таких устройств в целях экономии электроэнергии желательно снижение напряжения питания, когда они «отдыхают».

Допустим, что радиолюбитель установил звонок со стереофоническим звучанием на восьмиразрядном микропроцессоре, микроконтроллере или музыкальном сопроцессоре, которому для запоминания настроек и, собственно, для работы напряжение питания требуется постоянно Естественно, его оснащают трансформаторным блоком питания, который в дежурном режиме потребляет от сети мощность 8 Вт, а во время воспроизведения мелодии на полной громкости — 13 Вт (U = 220 В, I = 60 мА) Так как период активной работы звонка составляет всего несколько секунд, после которого следует долгая пауза, то вполне достаточно понижающего трансформатора мощностью 10 Вт. А дежурные 8 Вт — много это или мало?

И да и нет За несколько лет непрерывной работы, например, такое устройство «съест» немало энергии и ощутимо «усечет» семейный бюджет. Но не все так просто.

Во-первых, откуда берутся эти 8 Вт, если микропроцессорная часть звонка и УНЧ в режиме ожидания потребляют мощность не более 1 Вт? Эти дополнительные 7 Вт набегают в результате потерь в понижающем трансформаторе и стабилизаторе напряжения.

Во-вторых, напряжение в сети не всегда 220 В, нередко, особенно в ночное время, оно может достигать 240…280 В. Если большинство устройств напряжение переменного тока 250 В еще могут относительно длительное время выдержать без повреждений, то уже 280 В для многих из них может стать фатальным. Поэтому, если снизить напряжение в режиме ожидания, то это не только уменьшит ток холостого хода трансформатора и потери мощности на линейном стабилизаторе напряжения, но и повысит надежность всей конструкции в целом при несанкционированном увеличении сетевого напряжения питания сверх положенных 220 В.

Энергосберегающие устройства для решения таких задач называют экономайзерами.

До какого значения можно понижать напряжение питания? В общем случае дать однозначный ответ практически невозможно, ведь часто для работы аппарата в дежурном режиме на первичной обмотке понижающего трансформатора достаточно напряжения 150…170 В, а иногда и 120…150 В.

Принципиальная электрическая схема автоматического экономайзера

На рисунке представлена разработанная автором принципиальная электросхема одного из возможных вариантов автоматического устройства, уменьшающего мощность потребления от сети напряжением 220. Пунктиром на рисунке обведена обобщенная схема штатного блока питания устройства Не обязательно, чтобы его выходное напряжение было 5 В. Если звонок (как пример устройства, для которого нужно сберечь энергию) работает в дежурном режиме (а так большую часть времени оно и есть), то его динамик молчит. Амплитуда переменного напряжения на выходе микрофона и, соответственно, на коллекторе транзистора VТ2 недостаточна для заряда конденсатора С1 до напряжения больше порогового, открывающего затвор — исток полевого транзистора VТ1. Транзистор VТ1 закрыт, ток через светодиод тринисторного оптрона не протекает, тиристор оптрона АОY103В1 закрыт, трансформатор питается пониженным сетевым напряжением через гасящие резисторы R1, R2. Как только динамическая головка звонка издаст первые звуки, конденсатор С1 быстро зарядится до напряжения 2…3 В, транзистор VТ1 откроется, следовательно, откроется и тиристор оптрона, на первичную обмотку трансформатора поступит почти полное напряжение питания.

Стабилитрон VD2 и резистор R4 способствуют полному закрыванию тиристора оптрона, а резистор R3 ограничивает импульсный ток через него. Время, в течение которого продолжается подача на трансформатор полного напряжения после перехода аппарата в дежурный режим, зависит от параметров цепочки R6, С1. Обычно достаточно 5…10 с.

Детали и конструкция

Оптрон можно заменить на ЗОУ103 с индексами А—В, АОУ103Б или, еще лучше, на ЗОУ103Г Диодный мост VD1—КЦ422Г, КЦ402, КЦ405 с индексами А—Д Транзистор \/Т1 можно заменить на КП501А (или Б), ZVN2120, желательно с пороговым напряжением открывания не более 1,5 В. Транзистор VТ2 — на любой маломощный n-p-n, например, серий КТ342, КТ3102, SS9014. Диоды VD3, VD4— типа КД503, КД103, КД521, IN4148. Стабилитрон VD2 можно использовать серий КС139, КС147 Конденсаторы—типа К50-35, неполярный конденсатор—типа К10-17, КМ-5. Резисторы соответствующей мощности типа МЛТ, С2-23, С2-13 В большинстве случаев можно обойтись без микрофона, если правый вывод конденсатора С3 подключить к сигнальному выводу динамика через резистор сопротивлением 10 кОм. Когда амплитуда НЧ напряжения на выводах динамика не опускается ниже 3 В, то можно обойтись без каскада на транзисторе VТ2, а сигнал подавать на правый по схеме вывод конденсатора С2. Разобравшись с принципом действия дорабатываемого устройства, можно исключить из схемы элементы R7, С2, VD4, VT2, R8, С3, ВМ1, а для управления транзистором VТ1 через диод VD3 нужно подать напряжение 2,5 ..10 В с основной платы устройства Но не всегда такие упрощения возможны и доступны, поэтому на рисунке представлен вариант схемы с микрофоном. Узел может быть смонтирован на плате размерами 70×30 мм любым удобным видом монтажа. Микрофон следует разместить вблизи диффузора динамической головки.

Наладка сводится к подбору сопротивления резисторов R1, R2 до желаемого уровня снижения напряжения питания. Эти резисторы выбираются на мощность с запасом не менее чем в 2…2,5 раза. Иногда удобно ориентироваться по напряжению на конденсаторе фильтра, условно обозначенного как Са.

Чтобы в момент перехода устройства из дежурного режима в активный не было сильной «просадки» выпрямленного стабилизированного напряжения, емкость конденсаторов Са, Сб должна быть достаточно большой—вполне приемлемы оксидные конденсаторы емкостью 2200 мкФ. Для управления более мощной нагрузкой следует использовать соответствующие тринисторные или симисторные оптоэлектронные реле.

А. КАШКАРОВ