В качестве преобразователя высокого сетевого напряжения в низкое постоянное в блоке использован готовый драйвер от светодиодной лампы. Можно смело утверждать, что на сегодняшний день это самый маленький преобразователь такого рода. Драйвер от светодиодной лампы с цоколем GU10 на рис. 1 изображён в натуральную величину.
Но ведь есть светодиодные лампы и с цоколем GU5.3, которые гораздо меньше по размерам, а значит, находящиеся в них драйверы ещё меньше. Блок питания, изготовленный на их основе, во многих случаях можно поместить даже в батарейный отсек часов. Если добавить в него ионистор, часы после пропадания напряжения в сети продолжат идти несколько часов.
Светодиодные лампы давно и прочно вошли в наш быт. Многие из них уже успели выйти из строя. Чаше всего это результат перегорания одного или нескольких светодиодов, после которого драйвер остаётся исправным. В некоторых светодиодных лампах применён блок питания с гасяшим конденсатором. Естественно, использовать его для питания часов нельзя. Отличить такой блок просто — сразу заметен гасяший конденсатор довольно больших размеров, а напряжение на выходе —100…180 В.
Поскольку драйверы светодиодных ламп — ограничители тока, они не боятся замыканий выхода, что несомненное их достоинство. Для создания блока питания часов нужно использовать такой драйвер, который способен обеспечить необходимый ток нагрузке, без его ограничения. В нашем случае подойдёт любой, даже самый слаботочный, поскольку он будет работать практически без нагрузки.
Схема самого простого варианта блока питания часов изображена на рис. 2. С выхода модуля U1 (это и есть драйвер светодиодов) напряжение поступает на параметрический стабилизатор, состоящий из резистора R1 и светодиода HL1 АЛ307БМ. Поскольку механизм часов потребляет энергию от источника питания импульсами, для их сглаживания необходим конденсатор С1. Ёмкость его необязательно должна быть такой большой, как указано на схеме. Для работы часов вполне достаточно и 150…220 мкФ. Просто габариты конденсатора 1000 мкФ на 6,3 В, взятого из неисправного блока питания компьютера, оказались такими же, как у конденсатора ёмкостью 220 мкФ на 16 В. Желательно, чтобы этот конденсатор имел как можно меньший ток утечки.
Прежде всего, необходимо измерить выходное напряжение имеющегося драйвера, а затем рассчитать (или подобрать) сопротивление резистора R1 таким, чтобы через светодиод HL1 протекал ток 2…5 мА. Приведённые на схеме значения выходного напряжения драйвера и сопротивления резистора R1 относятся к имевшемуся у меня драйверу.
В справочниках указано, что прямое напряжение на светодиоде красного свечения не превышает 2
В. Измерения показывают, что при токе 2…5 мА оно не превышает 1,6…1,7 В. Причём это справедливо практически для всех светодиодов красного свечения, в том числе повышенной яркости. Падение напряжения на светодиодах другого свечения больше, самое большое оно у светодиодов белого свечения. Подробно о применении светодиодов для стабилизации напряжения можно прочитать в [1].
Вместо светодиода можно установить несколько обычных диодов, соединённых последовательно. Комбинируя обычные диоды с диодами Шоттки, необходимое напряжение можно подобрать довольно точно. Для питания электронно-механических часов оно должно находиться в пределах 1,1…1.8 В. Поскольку ход таких часов стабилизирован кварцевым резонатором. от значения напряжения питания он практически не зависит. Но минимальное рабочее напряжение у каждого экземпляра часов различно и может лежать в пределах 0,8… 1,2 В.
Эксперименты показали, что получить большой запас хода часов при пропадании напряжения сети, просто увеличивая ёмкость конденсатора С1, невозможно. Поэтому в блок питания был добавлен ионистор. Свойства ионисторов уникальны — большие удельная ёмкость, длительность и надёжность сохранения заряда. Они могут безотказно функционировать в цепях постоянного и пульсирующего тока. А выходное напряжение драйверов питания светодиодов очень часто именно пульсирующее, потому что производители стремятся применять в них оксидные конденсаторы минимально возможной ёмкости.
Блок литания, схема которого изображена на рис. 3, отличается от предыдущего наличием ионистора, служащего накопителем энергии. Естественно, чем большим напряжением его заряжать, тем больше энергии он накопит. Но его долговечность существенно зависит от условий эксплуатации и напряжения, до которого он заряжен [2]. Например, при зарядке до номинального напряжения и температуре +70 °С гарантированный срок службы ионистоpa всего 500 часов. При напряжении 80 % гарантированный срок службы увеличивается до 5000 часов, а при напряжении 60 %
номинального и температуре не выше +40 °С ионистор прослужит не менее 40000 часов.
Поэтому ионистор С1 с номинальным напряжением 5,5 В заряжается от параметрического стабилизатора R1VD1 с выходным напряжением 4,7 В. С учётом наличия диода VD2, напряжение на ионисторе не превысит 4…4,1 В. В принципе, этот диод не нужен. Но его лучше оставить, иначе, если на выходе драйвера U1 имеется оксидный конденсатор с большим током утечки, в отсутствие напряжения сети ионистор будет разряжать и этот ток. Естественно, у конденсатора С2 ток утечки должен быть как можно меньше.
Чтобы добиться максимальной длительности хода часов без сетевого питания, сопротивление резистора R2 желательно подобрать. Дело в том, что разные экземпляры часов потребляют разный ток. И чем меньше этот ток, тем большим может быть сопротивление резистора R2 и тем больше будет запас хода часов. Мой экземпляр часов работает в отсутствие сетевого напряжения пять с половиной часов при сопротивлении резистора R2 3 кОм. При этом напряжение на конденсаторе С2 — 1,4 В.
Понятно, что светодиод в этом режиме не светится и никак не стабилизирует подаваемое на часы напряжение. Но удалять его нельзя, иначе при отключённых часах конденсатор С2 зарядится до напряжения ионистора, оно будет подано на часы в момент их подключения и может их повредить.
Сопротивление резистора R1 выбирают таким, чтобы не был превышен допустимый ток нагрузки применяемого драйвера и максимально допустимый ток стабилитрона VD1. Диод VD2 — любой кремниевый. Ионистор я применил импортный. Из отечественных подойдут ионисторы К58-3 или К58-96. Понятно, что чем больше ёмкость ионистора, тем дольше будут идти часы в отсутствие сетевого напряжения. Для увеличения ёмкости ионисторы можно соединять параллельно. Но последовательно их соединять нельзя, для этого требуется их подборка по ёмкости и току утечки с точностью, недостижимой в любительских условиях. В зависимости от номинального напряжения применённого ионистора выбирают стабилитрон VD1 так, чтобы его напряжение стабилизации составляло 60…80 % этого напряжения.
Ионистор с низким номинальным напряжением (например, К58-3 на 2,5 В) можно установить в блок питания, собранный по схеме рис. 1, вместо конденсатора С1. Не забывайте, что продолжительность зарядки разряженного ионистора может достигать нескольких минут. Поэтому после подключения блока питания с ионистором к сети часы начинают идти не сразу.
