Применение диодных сумматоров в светотехнике

В предлагаемом материале речь пойдет о световых полосах или световых указателях. Они часто применяются в световой рекламе, празд­ничных украшениях, указателях направления на промышленном транспорте и еще во многих дру­гих случаях.На рис.1 показан пример одного из уст­ройств, используемого в качестве светового ука­зателя направления на промтранспорте. Легко заметить, глядя на схему, что будет обеспечивать сплошное свечение без разрывов только лишь горизонтальная полоса, а косые — левая и пра­вая — будут в приводимой схеме «гореть» с разры­вами. Это резко снижает эстетичность восприя­тия. Чтобы избежать подобных неприятных явле­ний, обычно прибегают к разным ухищрениям.

Рис. 1

Например, в центральном излучателе разме­щают по одной дополнительной лампе от каждой косой полосы. Такие нестандартные решения, легко реализуемые в заводских условиях, тем не менее, требуют изготовления специальных меха­нических или оптических изделий, а это дорого. Поэтому было бы правильным предположить, что гораздо проще это можно реализовать схемотехнически, т.е. не на уровне оптики или на уровне «железа», а на уровне электроники.

Рис. 2

На рис.2 показана схема, «вырезанная» из промышленного устройства и адаптированная для подключения к схеме на рис.3, также исполь­зуемая на промтранспорте. Контакты К1.1 и К1.2 предназначены для подключения питающего напряжения. При обесточенном реле К2 и КЗ пи­тание подается на центральную лампу и канал С. Когда сработает реле КЗ, то вместе с лампой Centr включится канал В, а при срабатывании ре­ле К2 — канал А.

Рис. 3

Однако данную схему (рис.3), при ее крайней простоте, предлагается несколько усовершенст­вовать. Для этого соединения ламп подвергают­ся некоторой модернизации. В своем закончен­ном виде схема показана на рис.4.

Рис. 4

При этом видно, что немногочисленные переделки заклю­чаются в отсоединении лампы Centr от проводни­ка GND и подключении между устройством уп­равления (рис.2) и оптическим устройством рис.4) еще одного устройства, схема которого показана на рис.5.

Рис. 5

Она является обычным диодным сумматором, который, в свою очередь, представляет собой не что иное, как модифицированный диодный мост. Принцип его работы показан на рис.6. Лампа Centr включена в диагональ моста, а в его ветви — общий проводник GND и проводники, подключа­ющие каналы А, В, С. При подаче питания на один из каналов задействованной оказывается имен­но его ветвь, а остальные автоматически исклю­ченными. Чтобы лучше понять вышесказанное, нужно мысленно представить, как ветвь канала А от точек X и Y отключается, а ветви каналов В или С к этим точкам подключаются. При этом цент­ральная лампа работает со всеми каналами, и на­пряжение ее питания формируется из напряже­ния питания задействованного канала.

Рис. 6

Таким образом, функция диодного моста за­ключается не только в выпрямлении тока, хотя это также немаловажно (ведь HL Centr получает двухполупериодное питание), айв его перенаправле­нии — для исключения засветки «неработающих» световых полос. При замкнутых контактах К1.1 и К1.2 зажигается канал С и по цепочке С — VD3 — HL Centr — VD2 — GND включается лампа Centr. При замкнутых контактах К1.1 и К1.2 и КЗ загораются лампы канала В и по цепочке В — VD5 — HL Centr — VD2 — GND включается лампа Centr. При замкну­тых контактах К1.1 и К1.2 и К2 зажигается канал А и по цепочке А — VD7 — HL Centr — VD2 — GND включается лампа Centr. Диоды VD3, VD5, VD7, работают при положительной полуволне, а дио­ды VD4, VD6, VD8 — при отрицательной полувол­не, поэтому через лампу Centr протекают обе по­луволны питающего напряжения. Если сравнить промышленную схему подключения и предлагае­мую, то можно заметить, что схема, показанная на рис.2, подключается к оптическому устройст­ву, показанному на рис.3, с помощью 5 провод­ников. По предлагаемой схеме устройство, показанное на рис.2, подключается к оптическому ус­тройству, показанному на рис.4, всего лишь с по­мощью 4 проводников. Проводник, подключаемый к точке Z (рис.2), оказывается «ненужным». Это возможно только в том случае, если диодный сум­матор установлен внутри оптического устройства.

Устройство управления может быть удалено от оптического блока на десятки и даже сотни метров. Учитывая нынешние цены на кабельно-про­водниковую продукцию, предлагаемая доработка сулит значительную финансовую экономию. Еще один вариант использования предлагаемого схемного узла — он может быть полезен при выхо­де из строя жилы кабеля, которую отремонтировать «здесь и сейчас» по какой-то причине не представляется возможным. В этом случае, с уче­том вышедшей из строя жилы, изменяют их под­ключение и добавляют в схему сумматор. Работа устройства будет полностью восстановлена.

Теперь несколько слов о диодах. Сразу нужно обратить внимание на то, что при их установке внутри оптического устройства, которое, как это нередко бывает, работает под открытым небом зимой и летом, в стужу и зной, под снегом и дож­дем, на диодах возможно появление конденсата, что при наличии на выводах переменного напряжения 220 В грозит выходом их из строя. Для исклю­чения подобных не­приятностей необ­ходимо перед уста­новкой к выводу каждого диода при­паять кусок мон­тажного провода необходимой для монтажа длины. Затем, уложив их на дно подходящей коробки из изоляционного материала, исключая их касание между собой как при укладке, так и в дальнейшем, залить всю конструкцию расплав­ленной смесью парафина и пчелиного воска (можно использовать и другой компаунд, например эпоксидную смолу). После остывания рас­плава приступают к мон­тажу.

Диоды должны быть рассчитаны, для надеж­ности, на номинальный ток 2I_ламп и на напряжение не ниже 400 В. Нуж­но иметь в виду, что представленная на ри­сунках, приведенных вы­ше, схема подключения ламп в виде «снежинки» изображена таким обра­зом всего лишь для по­яснения принципов ра­боты предлагаемого уст­ройства. На практике же «снежинки» встречаются не всегда. Часто свето­вые указатели выполне­ны, например, в виде знаков или букв (рис.7). В этом случае может оказаться, что некото­рые лампы будут являться общими для разных знаков. Подключив их по предлагаемой схеме с помощью диодного сум­матора, можно значительно упростить оптичес­кое устройство и уменьшить количество провод­ников, соединяющих блок управления и световой указатель.

Рис. 7

А теперь несколько слов о «снежинке». В про­цессе работы над материалом неожиданно вы­светился еще один ракурс проблемы. Даже неискушенные в электротехнике люди, видевшие схе­му «снежинки», практически все восклицали: «Так это же цветомузыка» или «Так это же бегущие ог­ни». Поэтому, наверное, есть смысл рассказать о подключении центральной лампы в 3-канальной ЦМУ (СДУ). Схема подключения вместе с сило­вой и оптической частью ЦМУ (СДУ) показана на рис.8. В этом случае оптическое устройство яв­ляется, по сути, гирляндой, набранной из низко­вольтных ламп накаливания, включенных после­довательно. HL Centr также является низковольт­ной малогабаритной лампой, однотипной с лам­пами гирлянд. Она получает питание от вторич­ной обмотки трансформатора, напряжение на ко­торой должно быть не более U_{ном.ламп}+U_{пад.диод.}, где U_{ном.ламп} — падение напряжения на диодах VD1 -VD4.

Рис. 8

Диодный сумматор реализован в этой схеме на элементах VD5-VD7. Эти компоненты должны быть рассчитаны на двукратный ток, потребляе­мый лампой HL Centr, и напряжение не менее 400 В. Диоды VD1-VD4 выбирают на такой же ток, что и VD5-VD7, и на рабочее напряжение не ниже чем 2·( U_{ном.ламп}+U_{пад.диод}).

Долгие поиски схем применения диодных сумматоров в светотехнике дали более чем скромный результат. Например, в [1] представлено описание для реализации в 3-канальной ЦМУ (СДУ) дополнительных каналов излучения для улучшения эстетического восприятия световой и цветовой динамики. В статье излагается принцип, который позволяет из 3-х основных каналов получить еще 6 вспомогательных. В нашем же случае, наоборот, из нескольких каналов нужно получить 1 дополнительный. Хочется надеяться, что это не предел для применения подобных схемотехнических узлов.

Сумматор, описанный в данном материале, был разработан для «ремонтной» реализации в указателе типа «световая полоса» и эксплуатируется с августа 2010 года. При этом применялись методики подбора и установки диодов, о которых рассказывалось выше. В нашем изделии в 2-х световых полосах использовались по 3 лампы 40 Вт/220 В каждая и центральная лампа такого же типа. Были выбраны диоды типа FR207, максимальный ток 2 А, напряжение 1000 В. Перед установкой они были уложены на дно ванночки из пластмассы и залиты компаундом, как описано выше. За истекший период схема прошла «всепогодную» проверку. Отказов в работе не наблюдалось.

Литература

1. Шелехов В. Расширение возможностей СДУ// Радио. – 1984. — №7.

Автор: Геннадий Котов, г. Антрацит, Луганской обл.