В интернете и радиолюбительской литературе можно найти множество описаний устройств плавного включения ламп накаливания. Но они, как правило, несовершенны в силу того, что просто затягивают процесс включения, не контролируя текущий через лампу в течение этого процесса ток. Он априори считается сниженным до безопасного уровня.
Управление освещением на микроконтроллере
Это приводит либо к недостаточной защите, либо к чрезмерной задержке достижения полной яркости свечения. Предлагаемое устройство в процессе включения лампы контролирует среднеквадратичное значение текущего через неё тока и не допускает превышения его номинального значения. Устройство корректно работает с лампами мощностью от 15 до 150 Вт.
При необходимости оно может наращивать яркость свечения лампы медленнее, чем это необходимо для ограничения тока, что выглядит как “плавное” включение. Ток через лампу устройство регулирует в каждом полупериоде сетевого напряжения изменением угла включения тринистора, через который она питается.
Для каждого фиксированного угла включения заранее вычислены и занесены в массив коэффициенты, с помощью которых программа микроконтроллера легко вычисляет среднеквадратичное значение тока через лампу по его значению, измеренному сразу после открывания тринистора. Угол открывания программа изменяет так, чтобы ток не превышал номинального значения более чем на 30 % в течение всего процесса включения лампы.
Основные технические характеристики
Напряжение сети, В . . . . . . . . .180…250
Мощность лампы, Вт . . . . . . . . .15…150
Дополнительное увеличение
продолжительности включения, с . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0…4
Схема устройства представлена на рис. 1. Напряжение сети 230В через плавкую вставку FU1 поступает на диодный мост VD1 —VD4, а с него в виде пульсирующего положительного напряжения — на остальные узлы устройства. На лампу накаливания EL1 это напряжение подано через тринистор VS1, которым управляет сигнал с выхода GP0 микроконтроллера DD1.
Резистор R9 — датчик тока через лампу. Падающее на нём напряжение поступает на вход AN 1 микроконтроллера, служащий входом его АЦП. На вход INT микроконтроллера подана с резистивного делителя R3—R5 часть выпрямленного мостом VD1—VD4 напряжения.
Это приводит к формированию запросов прерывания программы в начале каждого полупериода сетевого напряжения, когда выпрямленное напряжение достигает 9… 10 В. Поэтому обработка прерывания начинается с задержкой приблизительно на 50 мкс относительно момента перехода мгновенного значения сетевого напряжения через ноль. Светодиод HL1 сигнализирует о перегрузке, если мощность лампы EL1 более 200 Вт. При этом лампа отключается от сети. Выйти из этого состояния можно лишь выключением и повторным включением сетевого напряжения, питающего устройство и лампу.
Микроконтроллер DD1 питается напряжением около 5В от параметрического стабилизатора R1R2VD5. Диод VD6 защищает управляющий электрод тринистора от обратного напряжения. Резистор R8 ограничивает ток входа AN1 микроконтроллера при обрыве резистора R9, что возможно при коротком замыкании в лампе EL1, нередко сопровождающем её перегорание.
Для надёжности защиты сопротивление резистора R8 (10 кОм) выбрано значительно большим рекомендованного производителем микроконтроллера (2,5 кОм), что может привести к дополнительной ошибке результата работы АЦП не более чем на единицу младшего разряда. В данном случае это вполне допустимо.
Микроконтроллер тактируется от внутреннего генератора частотой 4 МГц. В программе предусмотрена обработка двух прерываний. Во внешнем прерывании INT фиксируется начало каждого нового полупериода сетевого напряжения. Прерывания по переполнению от таймера TMR0, которые следуют с периодом 500 мкс, используются для отсчёта интервалов времени.
Первоначально импульс включения тринистора длительностью 200 мкс программа формирует спустя 9 мс с момента перехода сетевого напряжения через ноль, что соответствует приложенному к лампе напряжению не более 5 % номинального. В следующих полупериодах задержка уменьшается до 8,5 мс, затем до 8 мс и так далее до нуля. При каждом открывании тринистора программа измеряет текущий через лампу EL1 ток и вычисляет его среднеквадратичное значение.
Необходимое условие уменьшения задержки в следующем полупериоде — среднеквадратичное значение тока в текущем полупериоде меньше номинального. Полное включение лампы обычно происходит приблизительно за 0,4 с. Имеется возможность добавить в каждом полупериоде дополнительно от 0 до 400 мс, что затягивает процесс включения лампы максимум на 4 с.
Для введения дополнительной задержки или перехода к её следующему по кругу значению (0, 1,2,3 или 4 с) достаточно выключить прибор менее чем через 5 с после включения. При последующем включении питания будет автоматически принято её очередное значение.
Через 6 с после включения происходят измерение и запись в память микроконтроллера значения тока лампы EL1, принимаемого за номинальное. Поэтому после замены лампы на более или менее мощную первое её включение может оказаться некорректным, поскольку используется старое значение номинального тока. Необходимо подождать не менее 10 с и выключить прибор.
Значение будет обновлено, и последующие включения станут выполняться корректно. Устройство собрано на печатной плате размерами 90×26 мм из стеклотекстолита с односторонней металлизацией.
Её чертёж и схема расположения деталей показаны на рис. 2, а внешний вид изготовленной платы — на рис. 3. Для микроконтроллера DD1 на плате установлена панель. Для подключения к сети и лампе накаливания применены зажимные двухконтактные винтовые колодки с шагом контактов 5 мм.
Тринистор ВТ151-800 можно заменить на ВТ151-600 или ВТ151-500. Отечественные тринисторы серии КУ202 не подойдут из-за слишком больших значений управляющего тока включения и тока удержания. Вместо диодов 1N4007 пригодны любые выпрямительные диоды с допустимыми выпрямленным током не менее 1 А и обратным напряжением не менее 400 В.
Удобно заменить все четыре диода готовым мостом 2W08G. Стабилитрон BZX55C5V1 может быть заменён любым маломощным с напряжением стабилизации 5,1 В. Замена диода HER107 — выпрямительный диод с быстрым восстановлением и обратным напряжением не менее 400 В, например FR105—FR107.
Ёмкость конденсатора С1 не следует чрезмерно увеличивать, поскольку из-за медленного нарастания питающего напряжения микроконтроллер может не стартовать. Никакого налаживания устройство не требует. Программа микроконтроллера написана на языке С и откомпилирована в среде MikroC. Чтобы программа правильно выдерживала необходимые интервалы времени, перед её загрузкой в микроконтроллер следует позаботиться о сохранении записанной в последней ячейке его программной памяти калибровочной константы встроенного тактового RC-генератора.
Она имеет вид 0х34ХХ, где XX — собственно значение константы. Её нужно прочитать с помощью программатора из микроконтроллера до стирания старого содержимого его программной памяти, а после загрузки в буфер программатора кодов из файла lamp.hex вручную записать прочитанную константу в этот буфер на старое место. Только после этого можно начинать запись кодов из буфера в микроконтроллер. 
Некоторые программаторы, например PicKit, делают всё это автоматически. Если константа всё- таки утеряна, программа обнаружит это и применит её среднее значение 0x80. При этом тактовая частота может быть установлена с довольно значительной погрешностью.
