Несколько десятилетий назад различные устройства для управления ёлочными гирляндами, реализующие несколько световых эффектов, представляли собой весьма сложные конструкции из большого числа логических микросхем малой степени интеграции, обычно серий К155, К176, К561.
Схема елочной гирлянды на тринисторах
Заметно упростило такие автоматы применение программируемых ПЗУ, например, серий КР556 и КР573, с которыми можно было придумывать эффекты на свой вкус. Тем не менее реализация эффектов с независимым управлением яркостью нескольких гирлянд оставалась труднореализуемой, а узлы управления тринисторами и симисторами потребляли относительно большой ток.
Но сегодня очень популярны дешёвые ёлочные гирлянды с контроллером, построенным всего на одной микросхеме и управляющим с помощью тринисторов четырьмя гирляндами с общим числом маломощных ламп накаливания, достигающим 200.
Число световых эффектов, реализуемых таким контроллером, достигает нескольких десятков. С небольшими доработками его можно применить и для управления другими гирляндами. Например, собранными из светодиодов или из ламп накаливания большой мощности.
На рис. 5 представлена восстановленная по печатной плате принципиальная схема такого контроллера, к которому в заводском исполнении подключены четыре гирлянды: 1EL1 —1ELN, 2EL1-2ELN, 3EL1-3ELN, 4EL1 —4ELN — каждая из N миниатюрных ламп накаливания. Поскольку на печатной плате никаких надписей нет, я дал его элементам собственные позиционные обозначения. Детали, добавленные мной при доработке, изображены утолщёнными линиями, а их позиционные обозначения, номиналы и типы — полужирным шрифтом.
Тип микросхемы DD1 остался неизвестным, надпись на её корпусе затёрта. Видны только цифры 803. Вероятно, это — номер “прошивки” микроконтроллера с однократным программированием. Сама микросхема представляет собой кристалл, залитый на плате эпоксидным компаундом. Нумерация выводов — условная.
Чтобы иметь возможность подключать к контроллеру более мощные гирлянды, диоды HER105 были заменены на HER205. На место конденсатора С1 ёмкостью 10 мкФ установлен конденсатор на 47 мкФ, параллельно которому добавлен керамический конденсатор С2. Введён также защитный стабилитрон VD5.
На случай, если контроллер находится в одном помещении, а сами гирлянды в другом, добавлены контрольные светодиоды HL1—HL4. Резисторы R3—R10 ограничивают ток через них, а резисторы R11 —R14 устраняют возможное слабое свечение светодиодов при закрытых тринисторах VS1—VS4.
Установлен плавкий предохранитель FU1. Кнопка SB1 заменена такой же, но с более длинным толкателем. Печатный проводник, идущий от выводов катодов тринисторов (точки F на схеме) к минусовому выводу диодного моста VD1—VD4, с платы удалён. Он заменён монтажным проводом сечением по меди не менее 0,5 мм2. Печатный проводник, идущий от плюсового вывода диодного моста к точке А, в которой соединяются гирлянды, также удалён и заменён монтажным проводом.
Дело в том, что он проходил с небольшим зазором параллельно другому печатному проводнику. Ввиду большой разности потенциалов между этими проводниками существовала опасность пробоя по поверхности платы и её возгорания.
При доработке можно применить резисторы МЛТ, ОМЯТ, РПМ, С2-23, С2-33. Каждую соединённую последовательно пару резисторов R3—R10 можно заменить одним резистором удвоенного сопротивления мощностью 1 Вт или 2 Вт. Конденсатор С2 — керамический SMD.
Вместо диодов HER205 можно использовать диоды HER206, HER207, FR204—FR207, FM204—FM207, BYD31G—BYD31M, BYM56B—BYM56E. Вместо светодиодов АЛ307КМ подойдут любые общего применения, желательно с повышенной светоотдачей.
Например, из серий КИПД21, КИПД36, КИПД66, L-1513. Можно применить светодиоды различных цветов свечения в соответствии с цветом ламп соответствующей гирлянды. Стабилитрон B2V55C5V1 можно заменить любым из серий 1N4734A, TZMC-5V6, 2С151Т1, КС156Г, 2С156В.
Доработанная плата контроллера помещена в пластмассовый корпус размерами 70x62x28 мм от телевизионного антенного усилителя, как показано на рис. 6. Там же установлена плата размерами 50×30 мм с резисторами R3— R10. Светодиоды HL1 —HL4 приклеены к верхней крышке корпуса. Для лучшей адгезии клея внутренней поверхности корпуса в местах его нанесения придана шероховатость. Внешний вид конструкции в сборе показан на рис. 7.
Суммарная мощность ламп накаливания каждой гирлянды, подключаемой к доработанному описанным образом контроллеру, не должна превышать 40 Вт. Но этот контроллер можно питать не только от сети -230 В, но и меньшим напряжением. Например, для его питания напряжением -12…15 В сопротивление резистора R1 нужно уменьшить до 6,2 кОм, а резисторов R3—R10 — до 510 Ом. Каждая гирлянда в этом случае может состоять из нескольких соединённых последовательно светодиодов и ограничивающего ток резистора.
Для увеличения числа светодиодов, управляемых одним выходом контроллера, несколько гирлянд можно подключать к нему параллельно. Но максимальный ток нагрузки каждого выхода не должен превышать 300 мА. Низковольтное питание с трансформаторной развязкой от сети значительно улучшает электрическую и пожарную безопасность гирлянд.
Чтобы иметь возможность использовать с этим контроллером гирлянды из ламп накаливания большой мощности, нужно заменить маломощные тринисторы PCR406 более мощными тринисторами или симисторами. Их подключают к выходам микросхемы DD1 (точкам В— Е на схеме рис. 1) по схемам, изображённым на рис. 8—рис. 10.
С тринисторными ключами, собранными по схемам рис. 8 и рис. 9, применять гирлянды мощностью более 200 Вт нежелательно. Иначе потребуется установить в контроллере весьма мощный выпрямительный мост, на котором будет выделяться много тепла. В этом случае предпочтительна схема, изображённая на рис. 10, согласно которой цепи питания контроллера и гирлянд разделены, а мощный выпрямительный мост не требуется.
Допустимую мощность гирлянд определяют исходя из допустимого для применяемого тринистора (симистора) тока в открытом состоянии, помня при этом, что пусковой ток ламп накаливания в несколько раз больше их тока после разогрева нити. При необходимости ключи снабжают теплоотводами, может потребоваться и принудительный обдув.
Биполярные высоковольтные транзисторы устанавливают там, где температура наименьшая. Следует помнить, что тринисторы и симисторы большой мощности могут не удерживаться в открытом состоянии, если к ним подключены лишь контрольные светодиоды.
При питании от сети -230 В гирлянды следует изготавливать из ламп накаливания с суммарным номинальным напряжением 280…350 В, например, включая последовательно по три лампы на 110 В. Это не только значительно увеличит срок службы ламп, но и предохранит коммутирующие их элементы от последствий дугового разряда, который может возникнуть в лампе в момент перегорания нити накаливания.
Для уменьшения помех, создаваемых в питающей сети работающими тринисторами или симисторами, подключать к ней контроллер с гирляндами желательно через LC-фильтр. Подойдёт, например, сетевой помехоподавляющий фильтр от стиральной машины или микроволновой печи, обычно рассчитанный на ток 5… 15 А.
