Ściemniacz z opóźnionym odcięciem fazy Typ DI 300. Nr zam INSTRUKCJA MONTAŻU I EKSPLOATACJI

Transkrypt

1 Ściemniacz z opóźnionym odcięciem fazy Typ DI 300 Nr zam INSTRUKCJA MONTAŻU I EKSPLOATACJI Przy pomocy tych nowych ściemniaczy z opóźnionym odcięciem fazy możliwe jest ściemnianie i przełączanie za naciśnięciem przycisku zarówno lamp halogenowych z podłączonym wstępnie transformatorem elektronicznym jak również zwykłych żarówek oraz wysokonapięciowych lamp halogenowych. Ogólne informacje Lampy halogenowe cieszą się wielką popularnością ze względu na swą dużą wydajność świetlną przy niewielkiej mocy pobieranej oraz małych wymiarach i można je dzisiaj spotkać w niemal każdym domu. Jako, że zasilanie odbywa się przy pomocy napięcia przemiennego 12 V, konieczne jest tu obniżenie napięcia sieci 230 V do poziomu 12 V przy pomocy odpowiedniego transformatora. W funkcji transformatorów wstępnych stosowane są zarówno tradycyjne transformatory, tzn. transformatory z rdzeniem pierścieniowym lub żelaznym, jak też w coraz większym stopniu transformatory elektroniczne, które wyróżniają się elektronicznie regulowanym napięciem wyjściowych oraz niewielkimi wymiarami. Dzięki swej płaskiej budowie transformatory elektroniczne wyśmienicie nadają się do wmontowania w stropy podwieszane (np. w łazience czy w pokoju dziennym). Jeżeli jasność podłączonych lamp ma być regulowana, generalnie pomiędzy napięciem sieciowym 230 V i transformatorem przyłączany jest ściemniacz, patrz rysunek 1. Rysunek 1. Do sterowania jasności oświetlenia podłączany jest wstępnie ściemniacz. Rysunek 2. Zasada działania ściemniacza z zerowym odcięciem fazy Napięcie sieci Napięcie w urządzeniu odbiorczym

2 Rysunek 4. Zasada działania ściemniacza z opóźnionym odcięciem fazy Napięcie sieci Napięcie w urządzeniu odbiorczym Rysunek 3. Schemat ideowy ściemniacza z zerowym odcięciem fazy w układzie z triakiem napięcie sieci ściemniacz z zerowym odcięciem fazy triak układ logiczny sterujący transformator standardowy lampa halogenowa Jednakże transformatory tradycyjne i elektroniczne stawiają jak wyjaśniono poniżej różne wymagania wobec wstępnie podłączonych ściemniaczy. Ściemniacze z zerowym odcięciem fazy Przy użyciu transformatorów tradycyjnych ściemnianie odbywa się zgodnie z zasadą sterowania odcinaniem fazy. Napięcie przełączane jest wtedy na odbiornik mocy jedynie na określony czas każdego z okresów sieciowych, patrz rysunek 2. Moc przetwarzana połowicznie (tu 50%) całkowitego obciążenia) wyznaczana jest długością przedziału czasu. Przy zerowym odcięciu fazy (tzn. odcięciu fazy w punkcie 0) urządzenie odbiorcze pozostaje najpierw po przepływie przez punkt zerowy sieci nie obciążone napięciem. Po upływie nastawionego czasu następuje zapłon (wyzwolenie) wbudowanego w ściemniacz triaka, który powoduje włączenie napięcia sieciowego. Przy najbliższym przejściu przez punkt zerowy uzyskuje się wartość prądu wstrzymującego triaka i odłączenie napięcia. Opisany

3 powyżej proces powtarza się po każdym przejściu punktu zerowego osi. Rysunek 3 przedstawia zasadę konstrukcji ściemniacza z zerowym odcięciem fazy. Tradycyjne transformatory stanowią dla ściemniacza obciążenie indukcyjne, w wyniku którego powstaje przesunięcie fazowe pomiędzy napięciem a prądem. Podczas gdy nastąpił już przepływ zerowy napięcia, prąd nie uzyskał jeszcze wartości 0. Zwykłe ściemniacze z zerowym odcięciem fazy nie są dostosowane do takiego spadku obciążenia gdyż sterowanie triaka nie odbywa się odpowiednio do wartości prądu. O ile ściemniacz wyśle impuls wyzwalający, zanim natężenie prądu uzyska wartość zerową, będzie on nieskuteczny. W efekcie dojdzie do tzw. pracy półokresowej (półfalowej), która szybko doprowadzi do nasycenia i generalnie do uszkodzenia transformatora. Dlatego do przyciemniania lamp halogenowych z transformatorami tradycyjnymi konieczne są specjalne ściemniacze z zerowym odcięciem fazy, które poprzez pomiar prądu i napięcia wzgl. ustalenie przejść zerowych rozpoznają przesunięcie fazowe oraz automatycznie dostosują moment impulsu wyzwalającego. Ściemniaczami spełniającymi te wymagania są np. ściemniacze pierwotne do lamp halogenowych opisane w ELVjournal (nr 5/93 lub ściemniacze w systemie przełączania radiowego ELV FS-10. Ściemniacze z opóźnionym odcięciem fazy Większość transformatorów elektronicznych wymaga do ściemniania tzw. ściemniacza z opóźnionym odcięciem fazy. Na tabliczce znamionowej lub w instrukcji obsługi transformatora umieszcza się wówczas wskazówkę z możliwością przyciemniania ( dimmbar ) lub z możliwością przyciemniania ściemniaczem z opóźnionym odcięciem fazy ( dimmbar mit Phasenabschnittdimmer ). Ponadto przy pomocy ściemniaczy z opóźnionym odcięciem fazy możliwe jest przyciemnianie bez problemów standardowych żarówek oraz wysokonapięciowych lamp halogenowych. W przeciwieństwie do ściemniacza z zerowym odcięciem fazy ściemniacz z opóźnionym odcięciem fazy włącza napięcie zasilania bezpośrednio w punkcie przejścia przez zero (w momencie włączenia) i wyłącza je ponownie po upływie nastawialnego czasu, patrz rysunek 4. Ze względu na to, że wyłączenie napięcia w obrębie półfali nie jest możliwe przy pomocy zwykłego triaka, należy obrać zupełnie inną drogę przy opracowaniu tego typu ściemniacza. Rysunek 5 przedstawia schemat ideowy opracowanego przez firmę ELV ściemniacza z opóźnionym odcięciem fazy. W funkcji przełącznika zastosowano tu wysokonapięciowy tranzystor polowy MOS. Jako, że tranzystory polowe MOS nadają się jedynie do przełączania napięć stałych, napięcie sieci prostowane jest najpierw przy pomocy mostka prostownikowego. Układ logiczny sterujący - w tym wypadku mikrosterownik - wyznacza przejścia zerowe napięcia zasilania oraz włącza tranzystor polowy MOS w punkcie przejścia zerowego. W takiej właśnie postaci napięcie z sieci doprowadzane jest do urządzenia odbiorczego, w tym wypadku transformatora elektronicznego. Po upływie nastawionego czasu następuje wyłączenie tranzystora MOS-FET i urządzenie odbiorcze znajduje się w stanie nie obciążonym napięciem. Proces ten powtarza się po każdym przejściu punktu zerowego sieci, co w efekcie pozwala uzyskać dla urządzenia odbiorczego przebieg napięcia przedstawiony na rysunku 4. Przycisk włączony w rysunek 5 służy do sterowania, tzn. do włączania i wyłączania oraz do przyciemniania. Nowa technologia CoolMOS firmy Siemens W nowym ściemniaczu ELV z opóźnionym odcięciem fazy zastosowano wysokonapięciowe tranzystory MOS-FET najnowszej generacji, tzw. serię CoolMOS firmy Siemens. Po tym, jak ogólnie znana struktura tranzystorów MOS natrafiła na barierę rozwojową, a oporność włączenia R DS(on), wpływająca zasadniczo na moc straconą, pozwalała się zredukować jeszcze tylko przez zwiększanie powierzchni struktury krzemowej, nowa technologia CoolMOS firmy Siemens umożliwia teraz 5-, a nawet 10-krotną, redukcję oporności R DS(on), przy tej samej powierzchni chipu. Powoduje to znaczne zmniejszenie straty mocy tranzystora w stanie włączonym. Ponadto technologia CoolMOS wytycza kierunek rozwoju w odniesieniu do częstotliwości przełączania, mocy wzbudzenia, strat dynamicznych i wielkości. W opisywanym układzie ściemniacza zastosowano układ SPP 20N60S5 w obudowie TO 220. Wytrzymałość napięciowa wynosi 600 V, prąd maksymalny 20 A, a R DS(on) - zaledwie 0,19 Ω. Ponadto zintegrowano tu już diodę drgań swobodnych. Tranzystor o porównywalnych parametrach był przedtem dostępny jedynie o obudowie TO 264 lub w obudowie izotopowej. Rysunek 5. Schemat ideowy ściemniacza z opóźnionym odcięciem fazy w kombinacji tranzystorem polowym MOS

4 sterowanie zewnętrzne napięcie sieci ściemniacz z opóźnionym odcięciem fazy układ logiczny sterujący transformator elektroniczny lampa halogenowa Ściemniacz z opóźnionym odcięciem fazy typu DI 300 Technika oprzewodowania ściemniacza z opóźnionym odcięciem fazy typu DI 300 została opracowana do pracy dwuprzewodowej, dzięki czemu możliwa jest bezproblemowa wymiana na przełącznik lub ściemniacz standardowy. Włączanie wzgl. wyłączanie oraz ściemnianie odbywa się przy pomocy jednego lub kilku przycisków równoległych. Możliwość podłączenia kilku przycisków zewnętrznych pozwala na przejęcie przez ściemniacz funkcji przekaźnika impulsującego. Dzięki temu można zamontować po jednym przycisku w różnych miejscach, z których można będzie teraz wyłączać i przyciemniać lampę. Wymiary płytki obwodu drukowanego (średnica 55 mm, wysokość 16,5 mm) zostały dobrane w taki sposób, by umożliwić montaż w dostępnej w ogólnej sprzedaży puszce podtynkowej. Ewentualnie możliwy jest montaż nawet bezpośrednio za przyciskiem przełączania. W tego typu instalacji należy jednak bezwzględnie zapewnić odpowiednią izolację i należyte odprowadzanie ciepła. Kolejną zaletą tego ściemniacza jest w porównaniu z tradycyjnymi ściemniaczami z zerowym odcięciem fazy niemal bezszmerowa praca, gdyż można tu było zrezygnować z zastosowania dławika przeciwzakłóceniowego. Jasność podłączonej lampy regulowana jest poprzez czas naciskania na przycisk. Poprzez krótkie naciśnięcie przycisku (od 50 do 400 ms) uzyskuje się włączenie lub wyłączenie. Przytrzymywanie wciśniętego przycisku dłużej 400 ms powoduje zmianę jasności świecenia lampy. Jeżeli np. lampa została włączona przy pełnej jasności, po upływie 400 ms naciskania na przycisk rozpoczyna się ściemnianie. Po osiągnięciu jasności minimalnej następuje zmiana kierunku regulacji światła itd. Jeżeli zwolni się przycisk na krótko, a następnie ponownie naciśnie i przytrzyma wciśnięty przez ponad 400 ms, spowoduje to również zmianę kierunku regulacji światła. Bezpośrednio po włączeniu ściemniacz automatycznie rozpoczyna pracę, podtrzymując jasność na poziomie ostatnio nastawionej wartości (przed włączeniem). Ściemniacz DI 300 dysponuje również funkcją specjalną, która umożliwia włączenie oświetlenia z pełną jasnością, niezależnie od aktywowanej ostatnio nastawy. W tym celu wystarczy tylko przy włączeniu przytrzymać wciśnięty przycisk dłużej niż 400 ms. Dane techniczne ściemniacza DI 300 Zasilanie: 230 V/ 50 Hz Moc przyłączowa: 25 W do 300 W* Urządzenia odbiorcze: transformatory elektroniczne do lamp halogenowych, żarówki, wysokonapięciowe lampy halogenowe Funkcje: włączanie, wyłączanie, ściemnianie

5 Sterowanie: Czasy sterowania: Wymiary ( x wys.): jeden lub kilka przycisków ms: włączanie/wyłączanie > 400 ms: regulacja światła 55 x 16,5 mm * w zależności od sposobu montażu, patrz tekst Układ połączeń Rysunek 6 (str. 5) przedstawia przejrzysty, złożony z niewielu podzespołów układ połączeń ściemniacza ELV z opóźnionym odcięciem fazy. W stanie wyłączonym napięcie zasilania przyłożone jest poprzez urządzenie odbiorcze do zacisku KL 1. Poprzez bezpiecznik SI jest ono doprowadzane do złożonego z diod D1 do D4 mostka prostownikowego W odniesieniu do punktu masy prostownika (anody D2 i D4) na katodach D 1 i D3 istnieje wyprostowane napięcie przemienne, doprowadzane do wysokonapięciowego tranzystora MOS-FET T 1 oraz do rezystora R9. W momencie, gdy opisany poniżej układ logiczny dokona przełączenia tranzystora polowego MOS T1 następuje zasilanie napięciem urządzenia odbiorczego. Sam ściemniacz wymaga dwóch napięć zasilania. Do sterowania tranzystora polowego MOS wymagane jest napięcie 10 V, podczas gdy zasilanie procesora wymaga tylko 3,6 V. Oba te napięcia generowane są w następujący sposób. Łańcuch rezystorów R 9, R 10 i R 11 obniża wyprostowane napięcie z sieci, dioda Zenera D7 ogranicza je do maksymalnie 10 V. Kondensator elektrolityczny C 4 służy do filtrowania. Dioda D 1 zapobiega rozładowaniu kondensatora C 4 podczas włączenia tranzystora polowego MOS. Regulator napięcia IC 1 (HT 1036) dostarcza na swym wyjściu (wyprowadzenie 3) napięcia ustabilizowanego o wartości 3,6 V, przy pomocy którego zasilany jest procesor IC 2 na wyprowadzeniu 2. Kondensatory C 7 i C 8 służą tu do dalszej filtracji. Szczególnie ważna jest dokładna i niezależna od nastawionego kąta fazowego identyfikacja przejścia zerowego. W tym celu poprzez rezystor R4 przechwytywane jest przyłożone przed mostkiem prostownikowym napięcie wejściowe oraz ograniczone przy pomocy diody Zenera D 5 do 3,9 V. Jak można zorientować się ze schematu połączeń, jedynie zbocze ujemne krzywej napięcia wyprowadzanego na diodę Zenera D 5 pozostaje okresowo niezmienione przy różnych kątach fazowych. Poprzez rezystor R 5 sygnał ten doprowadzany jest do mikrosterownika IC 2. Jak łatwo zauważyć, ujemne zbocze krzywej występuje tylko jednokrotnie w ciągu każdego z okresów, natomiast wysterowanie tranzystora polowego MOS musi odbywać się dwukrotnie dla każdego z okresów krzywej napięcia zasilania. W tym celu położenie drugiego przejścia przez zero wyliczane jest przez sam mikrosterownik. Mikrosterownik ELV typu PIC 12C508 połączony jest w ramach tej aplikacji z oscylatorem ceramicznym Q 1, o częstotliwości drgań 455 khz. Ta stosunkowo mała częstotliwość robocza jest na tyle korzystna, że zużycie prądu sterownika ograniczone jest do jedynie 150 µa, co umożliwiło tym samym odpowiednio energooszczędne wykonanie zasilacza sieciowego. Tranzystory polowe MOS sterowane są ze sterownika poprzez tranzystor T 2. Napięcie zasilania 10 V doprowadzane jest na bramkę tranzystora polowego MOS poprzez rezystory R 8 i R 7. W celu wyłączenia tranzystora polowego MOS następuje przełączenie T 2 przez sterownik za pośrednictwem rezystora R 6, wskutek czego bramka przełączana jest na potencjał masy. Dzięki kombinacji rezystora R 7 z kondensatorem C3 oraz pojemności bramki tranzystora polowego MOS zbocze krzywej wyłączania zostaje nastawione (tzn. sztucznie spowolnione) w taki sposób, że nie są już potrzebne żadne inne środki przeciwzakłóceniowe w odniesieniu do wymogów tolerancji elektromagnetycznej. Pozwala to wyeliminować dławik przeciwzakłóceniowy triaka, niezbędny w tradycyjnych ściemniaczach z zerowym odcięciem fazy. Na zakończenie omówienia układu należy jeszcze pokrótce wyjaśnić funkcjonowanie przycisku. Przycisk lub przyciski, podłączone do zacisku KL 2, przełączają się przy uruchomieniu fazy na rezystor R 1. Przebieg napięcia odpowiada przebiegowi napięcia na zacisku KL 1. Doprowadzane impulsy napięciowe przejmowane są przez C 1 i doprowadzane do procesora poprzez rezystor R 3. Sam procesor koncentruje napięcie na końcówce portu GP 2 (pin 5) poprzez wewnętrzne diody zabezpieczające. W zależności od czasu przytrzymywania przycisku następuje zmiana stanu przełączenia wzgl. regulacji światła. Rysunek 6. Schemat połączeń ściemniacza z opóźnionym odcięciem fazy typu DI 300

6 Ein = włączony Aus = wyłączony Montaż Niezależnie od tego, że zestaw wyposażenia układu stanowi mieszaninę złożoną z układów do montażu powierzchniowego oraz podzespołów okablowanych, montaż ściemniacza z opóźnionym odcięciem fazy nie nastręcza problemów i może być wykonany szybko. Uwaga Ze względu na swobodne poprowadzenie w obrębie urządzenia napięcia zasilania, stanowiącego zagrożenie dla życia, montaż, uruchomienie oraz instalacja mogą zostać przeprowadzone wyłącznie przez wykwalifikowanych elektryków, posiadających odpowiednie uprawnienia zawodowe. Należy bezwzględnie przestrzegać odnośnych przepisów bezpieczeństwa pracy oraz przepisów VDE. Zgodnie z niniejszą instrukcją oraz w oparciu o schemat montażowy, zdjęcie płytki i listę części należy najpierw zamontować po stronie lutowania na jednostronnie drukowanej płytce o średnicy 55 mm układy do montażu powierzchniowego (= SMD). W tym celu zaleca się stosować lutownicę z grotem o parametrach zbliżonych do ostrza ołówka. Należy bezwzględnie zadbać o czystość lutowania. Podczas montażu elementów do montażu powierzchniowego obowiązuje następujący tryb postępowania: W pierwszym rzędzie należy lekko ocynować wstępnie odpowiednie pole kontaktowe. Następnie, posługując się pęsetą, należy odpowiednio umieścić element, przytrzymać i przylutować najpierw po jednej stronie. Przed przylutowaniem po obu stronach skontrolować prawidłowe usytuowanie elementu. Dla montażu układów SMD należy przestrzegać następującej kolejności: rezystory i mostki 0Ω, kondensatory, tranzystor, diody, regulator napięcia. Podczas montażu na płytce półprzewodników należy identycznie, jak w przypadku omówionego poniżej montażu mikrosterownika IC 2, koniecznie zachować prawidłową pozycję montażową, tzn. oznaczenia na nadruku montażowym muszą być zgodne z oznaczeniami umieszczonymi na elementach.

7 Po zakończeniu montażu układów SMD na płytce należy wmontować po stronie montażowej w pierwszej kolejności rezystory i kondensatory, a następnie rezonator ceramiczny, połówki podstawy bezpiecznika oraz diodę Zenera. Diody D 1 do D 4 należy zamontować w pozycji stojącej, tak jak to widać na zdjęciu schematu montażowego. Podczas montażu listew zacisków śrubowych należy uważać, by przylegały one płasko do płytki, a otwory skierowane były na zewnątrz. Po odgięciu do tyłu pod kątem 90 nóżek tranzystora polowego MOS w odległości 3 mm od obudowy można rozpocząć właściwy montaż urządzenia. Przez odpowiedni otwór w płytce należy wsunąć od dołu śrubę z łbem walcowym. Od strony montażowej należy najpierw nasadzić radiator oraz tranzystor polowy MOS, a następnie zamontować podkładkę zębatą i nakrętkę M3. Po dokręceniu śruby można teraz zalutować tranzystor. Po wstawieniu bezpiecznika w podstawę montaż jest zakończony. Należy teraz skontrolować prawidłowość zamontowania elementów na płytce. Usunąć ewentualne mostki lutownicze. Lista części ściemniacza z opóźnionym odcięciem fazy Rezystory: 0Ω/SMD 10kΩ/SMD 22kΩ 47kΩ/SMD 560kΩ/SMD 100kΩ/SMD 1MΩ/SMD Kondensatory: 68pF/SMD 100pF/SMD 4,7nF/SMD 100nF 100nF/SMD 100µF/16V Półprzewodniki: HT1036/SMD ELV99113/SMD SPP20N60SS BC848 1N5407 ZPD3,9V/SMD LL4148 ZPD10V/1,3W BR1-BR6 R8 R9-R11 R6, R7 R1 R5 R2-R4 C5, C6 C2 C3 C1 C8 C4, C7 IC1 IC2 T1 T2 D1-D4 D5 D6 D7 Pozostałe: Oscylator ceramiczny, 455 khz Q1 Zaciski śrubowe, 2-biegunoweKL1, KL2 Bezpiecznik, 1,6 A, zwłoczny SI1 1 podstawa bezpiecznika (2 połowy) 1 radiator, SK13 1 śruba z łbem walcowym, M3 x 8 mm 1 nakrętka, M3 1 podkładka podatna płatkowa, ząbkowana

8 Rysunek 7. Instalacja ściemniacza DI 300 ściemniacz z opóźnionym odcięciem fazy transformator elektroniczny przycisk lampy halogenowe Instalacja Rysunek 7 przedstawia schemat ideowy przyłączenia ściemniacza. Poprzez zacisk KL 1 ściemniacz włączany jest do obwodu elektrycznego lamp. Do prawego bloku zacisku KL 1 podłączana jest faza dochodząca L, podczas gdy do bloku lewego L należy podłączyć urządzenie odbiorcze. Przewód zerowy N nie jest potrzebny ze względu na pracę dwuprzewodową samego ściemniacza. Do zacisku KL 2 można podłączyć jeden lub kilka przycisków. Jak to pokazano na rysunku 6, faza L przełączana jest wewnętrznie przez ściemniacz z KL 1 na KL 2. Przy naciśnięciu przycisku faza L przełączana jest na wejście sterujące. Przełączania fazy ma tę zaletę, że konieczny jest tylko jeden przewód sterowniczy, o ile dysponuje się fazą w miejscu zamontowania przycisku. Ważne jest jedynie, by była to jedna i ta sama faza (!), a przycisk był dopuszczony do tego typu instalacji 230 V. Wymiary ściemniacza zostały dobrane w taki sposób, by umożliwić montaż płytki obwodu drukowanego (średnica 55 mm, wysokość 16,5 mm) w ogólnodostępnej puszce podtynkowej. Ewentualnie możliwy jest montaż nawet bezpośrednio za przyciskiem przełączania. W tego typu instalacji należy jednak bezwzględnie zapewnić odpowiednią izolację i należyte odprowadzanie ciepła. Maksymalna moc przyłączowa 300 W może ulec znacznemu zmniejszeniu w zależności od miejsca zamontowania. Alternatywę stanowi montaż w odpowiedniej obudowie w dowolnym miejscu, np. w stropie podwieszanym bezpośrednio przed transformatorem. Także w tym wypadku ważna jest dostateczna izolacja i możliwość odprowadzania ciepła.