РЕГУЛЯТОР ОСВЕЩЕННОСТИ Российский патент 1998 года по МПК H05B37/02 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для включения и автоматического выключения освещения в коридорах подъездов жилых зданий.

Известно устройство [1], содержащее нагрузку, выпрямительный мост, тиристор, схему управления, содержащую три резистора, конденсатор, однопереходный транзистор (см. рис.8.5 с.238 там же). Это устройство позволяет регулировать яркость свечения лампы в широком диапазоне, однако оно не может автоматически переходить из режима яркого свечения в режим слабого свечения лампы после заданного интервала времени.

Известно также устройство [2], содержащее нагрузку, выпрямительный мост, тиристор, четыре транзистора, восемь резисторов, диод, стабилитрон, конденсатор, переключатель. Это устройство позволяет включать лампы на полную яркость на интервал времени и автоматически выходить из этого режима, однако оно обладает следующими недостатками: нет режима слабого свечения ламп, необходимого для постоянного освещения коридора, время удержания ламп во включенном состоянии зависит от времени нажатия на переключатель, так как от этого зависит напряжение, до которого зарядится конденсатор, цепь управления имеет три провода.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что время удержания ламп в режиме яркого свечения зависит от количества импульсов с удвоенной частотой сети, поступающих на вход счетчика, что обеспечивает стабильный интервал времени яркого свечения и не приводит к перерасходу электроэнергии.

Питание схем, управляющих работой устройства, осуществляется через те же цепи, что и питание управляемых источников света, что не требует дополнительных проводов питания.

Кроме того, в предлагаемом устройстве предусмотрен режим слабого свечения ламп. Это составляет 25 - 30% от максимальной мощности, что экономит электроэнергию и ресурс ламп. В этом режиме света достаточно для ориентации в помещении при входе в подъезд с улицы, выходе из лифта или квартиры, что позволяет, нажав и отпустив одну из ближайших кнопок, перевести устройство на заданный интервал времени в режим яркого свечения ламп.

Кроме того, в устройство введен датчик освещенности для перевода устройства в режим полного отключения ламп при достаточном уровне естественного освещения.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - функциональная схема блока управления; на фиг.3 - функциональная схема ключа; на фиг. 4 - функциональная схема обнуления счетчика; на фиг.5 - функциональная схема датчика освещенности; на фиг.6 - функциональная схема включения тиристора; на фиг.7 - функциональная схема блока нагрузки; на фиг.8 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства в режиме слабого свечения ламп (а), в режиме яркого свечения ламп (б).

Устройство содержит схему включения тиристора 1, блок управления 2, первый конденсатор 3, первый 4 и второй 5 резисторы, диод 6, второй конденсатор 7, третий резистор 8, стабилитрон 9, N кнопок 10, выпрямительный мост 11, тиристор 12, блок нагрузки 13.

Блок управления 2 содержит первый ключ, конденсатор 15, второй ключ 16, схему обнуления счетчика 17, схему 2И-НЕ 18 (триггер Шмитта с элементом 2И на входе, например К561ТЛ1А), счетчик 19, схему МИ-НЕ 20, инвертор 21, датчик освещенности 22.

Ключ 14(16) содержит диод 23, первый резистор 24, транзистор 25, второй резистор 26.

Схема обнуления счетчика 17 содержит инвертор 27, конденсатор 28, схему 2И 29, два резистора 30 и 31.

Датчик освещенности 22 содержит первый резистор 32, первый 33 и второй 34 инверторы, второй резистор 35, фотодиод 36, третий резистор 37.

Схема включения тиристора 1 содержит однопереходный транзистор 38 и резистор 39.

Блок нагрузки 13 содержит фильтрующий конденсатор 40, симистор 41, два резистора блока нагрузка 42 и 43, нагрузку 44 (лампы).

Первый вывод схемы включения тиристора 1 (фиг.1) соединен с третьим выводом блока управления 2, первым выводом первого конденсатора 3, первым выводом первого резистора 4, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора 5, второй и третий выводы которого через диод 6 соединены с первым выводом второго конденсатора 7 и первым выводом блока управления 2, второй вывод которого соединен с анодом диода 6, первым выводом третьего резистора 8, катодом стабилитрона 9, вторым выводом схемы включения тиристора 1, третий вывод которой соединен с вторым выводом первого конденсатора 3, вторым выводом второго конденсатора 7, пятым выводом блока управления 2, через кнопки 10 - с четвертым выводом блока управления 2, минусовым выводом выпрямительного моста 11, анодом стабилитрона 9, катодом тиристора 12, управляющий электрод которого соединен с четвертым выводом схемы включения тиристора 1, а анод - со вторым выводом третьего резистора 8 и плюсовым выводом выпрямительного моста 11, первый и второй выводы для переменного тока которого соединены с первыми и четвертым выводами блока нагрузки 13 соответственно, второй и третий выводы которого соединены с линиями питания сети соответственно.

Первый выход первого ключа 14 блока управления 2 (фиг.2) соединен через конденсатор 15 с первым выходом второго ключа 16 и третьим выводом блока управления 2, второй выход первого ключа 14 соединен с вторым выходом второго ключа 16, пятым выводом блока управления 2, первым входом схемы сброса счетчика 17, первыми входами питания схемы 2И-НЕ 18, счетчика 19, схемы МИ-НЕ 20, инвертора 21 и первым входом датчика освещенности 22, второй выход которого соединен с входом первого ключа 14, первый выход - с четвертым входом схемы обнуления счетчика 17, а второй вход - с первым выводом блока управления 2, вторым входом схемы обнуления счетчика 17, вторыми входами питания схемы 2И-НЕ 18, счетчика 19, схемы МИ-НЕ 20, инвертора 21, выход которого соединен с входом второго ключа 16, а вход - с первым входом схемы 2И-НЕ 18 и выходом схемы МИ-НЕ 20. входы которой соединены с выходами счетчика 19 соответственно, вход обнуления которого соединен с выходом схемы обнуления счетчика 17, а синхровход - выходом схемы 2И-НЕ 18, второй вход которой соединен со вторым выводом блока управления 2, четвертый вывод которого соединен с третьим входом схемы обнуления счетчика 17.

Вход ключа 14(16) (фиг.3) через диод 23, первый резистор 24 соединен с базой транзистора 25 и через второй резистор 26 с эмиттером транзистора 25 и вторым выходом ключа 14(16), первый выход которого соединен с коллектором транзистора 25.

Первый вход схемы обнуления счетчика 17 (фиг.4) соединен с первым входом питания инвертора 27, первым выводом конденсатора 28,первым входом питания схемы 2И 29, выход которой соединен с выходом схемы обнуления счетчика 17, а второй вход питания - со вторым входом питания инвертора 27, третьим входом схемы обнуления счетчика 17 и через первый резистор 30 - с четвертым входом схемы обнуления счетчика 17 и входом инвертора 27, выход которого соединен с первым входом схемы 2И 29, второй вход которой соединен с вторым выводом конденсатора 28 и через второй резистор 31 со вторым входом схемы обнуления счетчика 17.

Первый вход датчика освещенности 22 (фиг.5) соединен с первым выводом первого резистора 32 и первыми входами питания первого 33 и второго 34 инверторов, выход последнего соединения со вторым выходом датчика освещенности 22 и через второй резистор 35 - со вторым выводом первого резистора 32 и анодом фотодиода 36, катод которого соединен с входом первого инвертора 33 и через третий резистор 37 - со вторым входом датчика освещенности 22, вторым входом питания первого 33 и второго 34 инверторов, вход последнего соединен с выходом первого инвертора 33 и первым выходом датчика освещенности 22.

Первый выход схемы включения тиристора 1 соединен с эмиттером однопереходного транзистора 38, первый базовый вывод которого соединен с первым входом схемы включения тиристора 1, а второй базовый вывод однопереходного транзистора 38 соединен с вторым выходом схемы включения тиристора 1 и через резистора 39 - со вторым выводом схемы включения тиристора 1, третий вывод которой через резистор 39 соединен с четвертым выводом схемы включения тиристора 1 и вторым базовым выводом однопереходного транзистора 38.

Первый вывод блока нагрузки 13 соединен через первый резистор 42 с катодом симистора 41, первым выводом фильтрующего конденсатора 40 и вторым выводом блока нагрузки, третий вывод которого соединен с вторым выводом фильтрующего конденсатора 40 и через нагрузку (лампы) с четвертым выводом блока нагрузки 13 и анодом симистора 41, управляющий электрод которого через второй резистор 43 соединен с первым выводом блока нагрузки.

Устройство работает в трех режимах: режим слабого свечения ламп, режим яркого свечения ламп, режим полного выключения ламп.

При включении питания конденсатор 7 через резистор 8, диод 6 заряжается до величины постоянного напряжения, определяемого напряжением стабилизации стабилитрона 9. При этом выходы счетчика 19 находятся в произвольном состоянии, при котором не на всех его выходах 1-М имеется высокий логический уровень (ВЛУ). На выходе схемы МИ-НЕ 20 - ВЛУ и импульсные сигналы с удвоенной частотой питающей сети, поступающие на второй вход схемы 2И-НЕ 18, проходят на ее выход и поступают на синхровход счетчика 19. При этом счетчик считает импульсы (описанная последовательность событий происходит независимо от уровня естественной освещенности в момент подключения устройства к питающей сети).

После достижения счетчиком 19 состояния, при котором на его 1-М выходах устанавливается ВЛУ, на выходе схемы МИ-НЕ 20 устанавливается НЛУ, чем запрещается прохождение сигнала через схему 2И-НЕ 18 на синхровход счетчика 19, счет импульсов счетчиком прекращается и устройство переходит в исходное состояние.

В случае, если уровень естественного освещения выше заданного, то напряжение на входе инвертора 33 датчика освещенности 22, снимаемое с делителя напряжения, состоящего из резистора 37, фотодиода 36 и резистора 32, ниже порогового. При этом на выходе первого инвертора 33-ВЛУ и на выходе второго инвертора 34-НЛУ сигнал с выхода первого инвертора поступает на вход ключа 16, при этом транзистор 25 этого ключа открыт и шунтирует конденсатор 3. В этом случае тиристор 12 и симистор 41 не открываются и через нагрузку (лампы) 44 ток не течет. Устройство находится в режиме полного выключения ламп. В этом режиме сигналом НЛУ с выхода инвертора 34 запрещается прохождение сигнала обнуления счетчика через схему 2И 29 и счетчик 19 находится в режиме ожидания.

При снижении уровня естественной освещенности напряжение на входе инвертора 33 повышается и в момент перехода через порог срабатывания инвертора 33 на его выходе появляется НЛУ, на выходе инвертора 34-ВЛУ и благодаря положительной обратной связи через резисторы 32 и 35 к пороговому уровню напряжения добавляется напряжение обратной связи, которое исключает дребезг сигнала на выходах инверторов 33 и 34. Появление НЛУ на выходе инвертора 33 переводит транзистор 25 ключа 16 в закрытое состояние. Так как устройство находится в исходном режиме, то на выходе схемы МИ-НЕ появляется 20-НЛУ, на выходе инвертора - 21-ВЛУ. При этом транзистор 25 ключа 14 открыт и момент времени включения тиристора 12 и симистора 41 определяется величиной резисторов 4 и 5 и конденсаторами 3 и 15. Их величина выбрана такой, чтобы тиристор 12 и симистор 41 включались в конце полупериода сетевого напряжения. При этом лампы 44 светятся слабым светом. Устройство находится в режиме слабого свечения ламп.

При переходе из режима полного отключения ламп в режим слабого свечения ламп сигнал ВЛУ с выхода инвертора 34 через резистор 31 поступает на вход схемы 2И 29 и только после заряда конденсатора 28 до напряжения порога срабатывании схемы 2И 29 разрешается прохождение через эту схему сигнала обнуления счетчика 19, формируемого кнопками 10 и инвертором 27. Это сделано для того, чтобы в момент перехода устройств из режима полного выключения ламп в режим яркого свечения, что может быть при нажатой в этот момент одной из кнопок 10, оно проходило через режим слабого свечения с целью разогрева нитей ламп для предотвращения преждевременного выхода их из строя. При нажатии одной из N кнопок 10 на входе инвертора 27 появляется НЛУ, а на его выходе - ВЛУ, и так как на втором входе схемы 2И 29-ВЛУ, на выходе 29 устанавливается ВЛУ, при этом обнуляется счетчик 19, на его выходах 1-М устанавливаются НЛУ, сигналом ВЛУ с выхода схемы МИ-НЕ 20 разрешается прохождение импульсов удвоенной частотой питающей сети через схему 2И-НЕ 18 на синхровход счетчика 19, который начинает считать поступающие на его вход импульсы. Сигнал НЛУ на выходе инвертора 21 закрывает транзистор 25 ключа 14, при этом время включения тиристора 12 и симистора 41 определяется величиной резисторов 4 и 5 и конденсатором 3. Величина конденсатора 3 выбрана такой, чтобы включение тиристора 12 и симистора 41 происходит в начале полупериода сетевого напряжения. В этом случае устройство работает в режиме яркого свечения ламп.

При достижении на выходах 1-М счетчика 19 состояния сигналов ВЛУ на выходе схемы МИ-НЕ 20 устанавливается НЛУ и устройство переход в режим слабого свечения ламп. Время нахождения устройства в режиме яркого свечения определяется количеством импульсов, поступающих на синхровход счетчика 19, и подключением входов схемы МИ-НЕ 20 к соответствующим выходам счетчика 19.

При повышении уровня естественной освещенности и достижения им порогового уровня откроется транзистор 25 ключа 16 и устройство перейдет в режим полного выключения ламп. При этом, если устройство находилось в режиме яркого свечения ламп, счетчик 19 доработает до состояния, когда на его выходах 1-М установятся ВЛУ, и перейдет в режим ожидания.

В режиме слабого свечения ламп заряд конденсатора 15 происходит через открытый транзистор 25 ключа 14, а разряд этого конденсатора происходит по цепи переход эмиттер - база однопереходного транзисторного 38, резистор 39 и управляющий электрод-катод тиристора 12, резистор 26 ключа 14, обратно смещенный переход база-коллектор транзистора 25 ключа 14.

Эффект, получаемый от использования изобретения, заключается в следующем:
1. Экономится электроэнергия, расходуемая на освещение.

2. Увеличивается срок службы ламп освещения.

3. Появляется возможность повысить освещенность помещений (в режиме яркого свечения ламп) за счет применения более мощных источников света без увеличения среднего расхода электроэнергии.

Изобретение относится к импульсной технике. Регулятор освещенности содержит блок нагрузки, выпрямительный мост, стабилитрон, конденсаторы, схему включения тиристора. Время удержания ламп в режиме яркого свечения зависит от количества импульсов с удвоенной частотой сети, поступающих на вход счетчика, что обеспечивает стабильный интервал времени яркого свечения и не приводит к перерасходу электроэнергии. 8 ил.

Регулятор освещенности, содержащий блок нагрузки, выпрямительный мост, тиристор, стабилитрон, первый конденсатор, три резистора, схему включения тиристора, состоящую из однопереходного транзистора и резистора, диод и первую кнопку, при этом эмиттер однопереходного транзистора соединен с первым выводом первого конденсатора и первым выводом первого резистора, второй и третий выводы второго резистора подключены к первому выводу третьего резистора, второй базовый вывод однопереходного транзистора через резистор схемы включения тиристора соединен с минусовым выводом выпрямительного моста, анодом стабилитрона и катодом тиристора, анодом подключенного к полюсовому выводу выпрямительного моста, первый входной вывод для переменного тока которого соединен с первым выводом блока нагрузки, подключенного вторым выводом к первой линии питающей сети, вторая линия питающей сети, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй конденсатор, N - 1 кнопка и блок управления, состоящий их схемы 2И - НЕ, счетчика, схемы МИ-НЕ, инвертора блока управления, датчика освещенности, конденсатора блока управления, двух ключей и схемы обнуления счетчика, состоящей из инвертора схемы обнуления, схемы 2И, двух резисторов и конденсатора схемы обнуления счетчика, а блок нагрузки выполнен в виде симистора, двух резисторов, ламп и фильтрующего конденсатора, при этом к упомянутому первому выводу блока нагрузки через один из резисторов блока нагрузки подключены катод симистора, первый вывод фильтрующего конденсатора и второй вывод блока нагрузки, вторая линия питающей сети соединена с третьим выводом блока нагрузки, который подключен к второму выводу фильтрующего конденсатора, а через лампы - к аноду симистора, управляющим электродом соединенного через другой резистор блока нагрузки с его первым выводом, четвертый вывод которого подключен к аноду симистора и второму входному выводу для переменного тока выпрямительного моста, плюсовой вывод которого соединен с вторым выводом третьего резистора, первым выводом подключенного к катоду стабилитрона, аноду диода и первому базовому выводу однопереходного транзистора схемы включения тиристора, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора, первый вывод конденсатора схемы обнуления счетчика, первые входы питания схемы 2И и инвертора схемы обнуления счетчика подключены к первому входу этой схемы, соединенному с вторыми выходами ключей, первыми входами питания схем 2И - НЕ и МИ - НЕ, счетчика, датчика освещенности и инвертора блока управления и пятым выводом блока управления, подключенными к вторым контактам кнопок, вторым выводам первого и второго конденсаторов и катоду тиристора, вторые входы питания схемы 2И и инвертора схемы обнуления счетчика подключены к второму входу схемы обнуления, соединенному с вторыми входами питания датчика освещенности, схем 2И - НЕ и МИ - НЕ, счетчика и инвертора блока управления и первым выводом блока управления, подключенным к катоду диода и первому выводу второго конденсатора, вход инвертора схемы обнуления счетчика подключен к третьему входу схемы обнуления счетчика, соединенному с четвертым выводом блока управления, и через один из резисторов схемы обнуления счетчика к второму ее входу, выход инвертора схемы обнуления счетчика подключен к первому входу схемы 2И, выход которой соединен с выходом схемы обнуления счетчика, подключенным к входу обнуления счетчика, синхровход которого соединен с выходом схемы 2И - НЕ, а выходы - с соответствующими входами схемы МИ - НЕ, выходом подключенной к первому входу схемы 2И - НЕ и входу инвертора блока управления, выход которого соединен с входом второго ключа, первым выходом подключенного через конденсатор блока управления к первому выходу первого ключа и третьему выводу блока управления, соединенного с первым выводом первого резистора, второй вход схемы 2И подключен к второму выводу конденсатора схемы обнуления счетчика и через другой резистор той же схемы - к четвертому входу схемы обнуления счетчика, соединенному с первым выходом датчика освещенности, второй выход которого подключен к входу первого ключа, второй вход схемы 2И - НЕ соединен с вторым выводом блока управления, подключенным к аноду диода, четвертый вывод блока управления соединен с первыми контактами упомянутых кнопок, а второй базовый вывод однопереходного транзистора дополнительно подключен к управляющему электроду тиристора.