Медленно гаснущая лампа

Автор: Antares, serega.starovoitov@mail.ru
Опубликовано 10.11.2015
Создано при помощи КотоРед.

Мяу, товарищи!) Всем доброго времени суток!) Вот и пришли холодные осенние дни, а с ними и вечереть стало раньше… Темно стало как-то идти от выключателя к кровати… Все по-разному приспосабливаются: кто-то и дальше в темноте наступает на мирно спящую возле кровати кошку, кто-то делает акустический выключатель, кто-то тянет дополнительные провода к кровати, чтобы можно было гасить свет и возле двери и возле кровати… Но у меня в загашнике нашлась парочка ионисторов, так что я решил идти своим путём, а именно сделал ничем не примечательную с первого взгляда светодиодную лампочку, которая светится несколько минут после отключения от сети 220В. Благодаря этому не нужно ни штробить стены, ни тянуть провода, ни пихать ничего в выключатель – просто ввернул лампочку в люстру вместе с обычной – и вуаля. Давайте перейдём от слов к делу и взглянем на схему лампы:

Питание схема получает от сети 220В, подключенной к плате в точках X1 и X2. Конденсатор C1 исполняет роль балластного сопротивления. Резисторы R1 – R3 предназначены для разрядки конденсатора C1 после снятия питающего напряжения. На диодах VD1 – VD4 построен сетевой выпрямитель. Резисторы R4 – R7 ограничивают бросок тока при включении лампы в сеть. Стабилитроны VD5 – VD7 ограничивают напряжение на ионисторах C2 – C4 соответственно. Резисторы R8 – R10 ограничивают ток через светодиоды HL1 – HL9. Резисторы R11 – R13 предотвращают свечение светодиодов HL1 – HL9 при отключенном питании, вызванном утечками тока в проводке.
С указанными на схеме номиналами лампа светит примерно как 15-ваттная лампочка накаливания, так что её вполне можно использовать в ночнике. После выключения питания лампа около двух минут горит за счёт энергии, запасённой в ионисторах. Этого вполне хватает, чтобы дойти до кровати.
При проектировании лампы я перебрал множество вариантов: с конденсаторами большой ёмкости, с применением драйверов широкого диапазона входных напряжений, с различными конфигурациями светодиодов, но в итоге остановился на варианте с ионисторами, как на самом оптимальном. Но это не значит, что конфигурация лампы может быть только такой, как у меня – всё зависит от того, что Вы хотите от лампы и чем располагаете для её сборки.
Изначально я не закладывал резисторы R11 – R13, но, как оказалось, тока утечки в проводке, равного 30мкА, достаточно, чтобы подсвечивать светодиоды настолько, чтобы они давали освещённость комнаты как при свете примерно четверти луны.

Конструкция и детали

Все резисторы в моей лампе – SMD, типоразмера 1206. Несмотря на то, что производители заявляют для них допустимую рассеиваемую мощность 0,25Вт и допустимое напряжение до 200В, в схеме они стоят с запасом. Для себя же лампа делается.
Резисторы R1 – R3 я рассчитывал так, чтобы при номинальном сетевом напряжении (220В) на каждом из них рассеивалось чуть меньше половины допустимой мощности, так что можно ставить сопротивлением 47 – 100кОм. Сопротивление меньше – резисторы греются сильнее, сопротивление больше – конденсатор C1 дольше разряжается.
Резисторы R4 – R7 я тоже подобрал так, чтобы на них в длительном режиме рассеивалось не более половины допускаемой производителем мощности. Можно ставить 47 – 100Ом.
Резисторы R8 – R10 задают ток через светодиоды. Их сопротивление рассчитывается по формуле R = (Uvd – Uled) / (Iled * n), где:
Uvd – напряжение стабилизации стабилитрона (VD5 – VD7),
Uled – падение напряжения на светодиоде (HL1 – HL9),
Iled – ток светодиода (HL1 – HL9),
n – количество светодиодов, включенных параллельно.
В моём случае Uvd = 5.1В, Uled = 3.3В, Iled = 0.01А, n = 3. Получается сопротивление 60Ом, берём что-нибудь похожее из ряда – 68Ом. Реально у меня светодиоды горят с «недокалом» (ниже расскажу, почему), так что эти резисторы реально стоят на 33Ом. Также следует помнить, что ионисторы обладают довольно большим внутренним сопротивлением (порядка 100Ом), так что при отключении питания светодиоды будут светиться тусклее, чем при подключенном сетевом питании.
Резисторы R11 – R13 должны с одной стороны быть меньшего сопротивления, чтобы брать на себя все токи утечки и, в то же время, не сильно ускорять разряд ионисторов после отключения питания. Я взял на сопротивление 8,2кОм, но можно поставить сопротивлением 4.7 – 22кОм.
Конденсатор C1 – плёночный, я использовал типа К73-17 0.68мкФ 400В. Устанавливается под углом около 45град. к плате. От ёмкости этого конденсатора зависит значение тока, протекающего через цепи лампы. Для указанных на схеме деталей надо 1мкФ, но я нашёл у себя только на 0.68мкФ, так что светодиоды горят у меня с «недокалом», и сопротивления резисторов, ограничивающих ток через светодиоды, занижено, что не есть хорошо, но мерцания светового потока я не заметил. Также следует брать этот конденсатор на напряжение не менее 630В, в крайнем случае – не менее 400В, иначе, в случае его пробоя, выгорит вся лампа.
Ионисторы C2 – C4 – 0.1Ф 5.5В. От их ёмкости зависит время свечения светодиодов. Моя лампа ярко светит в течении около двух минут и ещё около пяти тускло подсвечивает.
Диоды VD1 – VD4 – выпрямительные, на напряжение не менее 400В.
Стабилитроны VD5 – VD7 – на напряжение 4.3 – 5.1В. Чем больше напряжение стабилизации, тем дольше будет яркое свечение лампы, но не следует превышать максимальное напряжение на ионисторе – с ростом напряжения уменьшается срок его службы.
Светодиоды HL1 – HL9 я использовал SMD типоразмера 3528 (60мВт) из светодиодной ленты. Светят они (9 шт.) вполне нормально – по ощущениям, как лампочка накаливания на 15Вт – самое то для ночника.
Все детали смонтированы на двухсторонней печатной плате круглой формы, которая вставляется в корпус от сгоревшей энергосберегающей лампы. При вскрытии энергосберегалки нужно быть аккуратным, чтобы не повредить паз, на котором держится вторая половинка корпуса, так как в нём будет держаться плата.

Фотографии проекта в Altium Designer:

К сожалению, у меня на тот момент не было реалистичных 3D-моделей всех компонентов, так что извиняйте за конденсаторы вместо ионисторов, посадочные места светодиодов без 3D-моделей и конфликт между C1 и C3 - в реальности всё влезает на свои места без проблем.

Вот как выглядит лампа в корпусе:

К сожалению, забыл сфотографировать сторону с ионисторами. Не хочу разбирать лампу, т. к. боюсь повредить — уж больно плотно сидит в корпусе, так что извиняйте)
В будущем планирую залить плату герметиком для лучшего внешнего вида и изоляции от сетевого напряжения.
Внимание! В лампе присутствуют полное напряжение сети и гальваническая связь! Поэтому не прикасайтесь к проводникам платы и компонентам, когда лампа включена и в течении 15 секунд после её выключения! ЭТО СМЕРТЕЛЬНО ОПАСНО!!! Перед какими-либо работами с платой и (или) лампой убедитесь, что ОБА (!) питающих провода отключены от сети!
На этой оптимистичной ноте позвольте откланяться. В архиве прилагаю проект схемы и платы в Altium Designer и pdf. Вопросы в форум или на e-mail: serega.starovoitov@mail.ru

Файлы:
Проект платы

Все вопросы в Форум.