Индикатор включения нагрузки переменного тока. Индикатор выходной мощности на светодиодах

Приблизительно год назад загорелся идеей собрать преобразователь напряжения 12-220 вольт. Для реализации понадобился трансформатор. Поиски привели в гараж, где был найден усилитель Солнцева, собранный мною лет 20 назад. Просто извлечь трансформатор и таким образом уничтожить усилитель не поднялась рука. Родилась идея его реанимировать. В процессе оживления усилителя многое подверглось изменениям. В том числе индикатор выходной мощности. Схема прежнего индикатора была громоздкой, собрана на К155ЛА3 и т.д. Найти ее не помог даже интернет. Зато была найдена другая очень простая, но от того не менее эффективная схема индикатора выходной мощности.

Схема LED индикатора

Данная схема достаточно хорошо описана на просторах интернета. Здесь лишь вкратце расскажу (перескажу) о ее работе. Индикатор выходной мощности собран на микросхеме LM3915. Десять светодиодов подключены к мощным выходам компараторов микросхемы. Выходной ток компараторов стабилизирован, поэтому отпадает необходимость в гасящих резисторах. Напряжение питания микросхемы может находиться в пределах 6...20 В. Индикатор реагирует на мгновенные значения звукового напряжения. У микросхемы делитель рассчитан так, что включение каждого последующего светодиода происходит при увеличении напряжения входного сигнала в v2 раз (на 3 дБ), что удобно для контроля мощности УМЗЧ.

Сигнал снимается непосредственно с нагрузки - акустической системы УМЗЧ - через делитель R*/10k. Указанный на схеме ряд мощностей 0,2-0,4-0,8-1,6-3-6-12-25-50-100 Вт соответствует действительности, если сопротивление резистора R*=5,6 кОм для Rн=2 Ом, R*= 10 кОм для Rн=4 Ом, R*= 18 кОм для Rн=8 Ом и R*=30 кОм для Rн=16 Ом. LM3915 дает возможность легко менять режимы индикации. Достаточно лишь подать на вывод 9 ИМС LM3915 напряжение, и она перейдет с одного режима индикации в другой. Для этого служат контакты 1 и 2. Если их соединить, то ИМС перейдет в режим индикации "Светящийся столбик", если оставить свободными - "Бегущая точка". Если индикатор будет эксплуатироваться с УМЗЧ с иной максимальной выходной мощностью, то нужно подобрать лишь сопротивление резистора R*, чтобы светодиод, подключенный к выводу 10 ИМС, светился при максимальной мощности УМЗЧ.

Как видите, схема проста и не требует сложной настройки. Благодаря широкому диапазону питающих напряжений для ее работы использовал одно плечо импульсного двухполярного блок питания УМЗЧ +15 вольт. На входе сигнала вместо подбора отдельных резисторов R* установил переменное сопротивление номиналом 20 кОм, что сделало индикатор универсальным для акустики разного сопротивления.

Для смены режимов индикации предусмотрел установку перемычки или кнопки с фиксацией. В финале замкнул перемычкой.

Устройство предназначено для дискретной индикации тока, потребляемого нагрузками, работающими в сети переменного тока 220 В. Индикация осуществляется с помощью трёх светодиодов, сигнализирующих о том, что потребляемый нагрузками ток превысил заданные для них значения включения. Благодаря компактным размерам, малому потреблению электроэнергии, малым потерям мощности в цепи 220В, может быть легко встроено в сетевую электророзетку, удлинитель-разветвитель, автоматический термо/электромагнитный выключатель. Индикация потребляемого тока от сети 220 В позволяет отследить не только наличие большого тока в цепи питания сетевых устройств, что может быть опасным для электропроводки, электророзеток, но и быстро зафиксировать случившийся пробой обмоток электродвигателей или повышенную механическую нагрузку на используемый электроинструмент.

Датчик потребляемого тока выполнен на самодельных герконовых реле К1 - КЗ, обмотки которых содержат разное количество витков, следовательно, контакты герконов будут замыкаться при разных значениях тока, протекающего через обмотки. В этой конструкции обмотка реле К1 имеет большее количество витков, следовательно, контакты геркона К1.1 будут замыкаться раньше контактов других герконов. При потребляемом нагрузками токе более 2 А, но меньше 4 А будет светиться только светодиод HL1. При замкнутых контактах К1.1, но разомкнутых контактов остальных герконов, ток питания светодиода HL1 будет протекать по диодным цепочкам VD9 - VD12 и VD13 - VD16. При увеличении потребляемого тока более 4 А начнут замыкаться контакты геркона К2.1, совместно со светодиодом HL1 будет светить светодиод HL2. При разомкнутых контактах геркона КЗ ток питания светодиодов HL1, HL2 будет протекать через диодную цепочку VD13 - VD16. Обмотка реле КЗ содержит наименьшее количество витков, число которых подобраны так, чтобы контакты геркона К3.1 замыкались при токе нагрузки более 8 А, что соответствует потребляемой нагрузкой от сети мощности около 1760Вт. Диодная цепочка VD5 - VD8 предотвращает неконтролируемый рост напряжения на обкладках конденсатора С2 при разомкнутых контактах герконов, для этой же цели служат и последовательно включенные диоды VD9 - VD16. Поскольку светодиоды в этой конструкции включены последовательно, то это дало возможность установить конденсатор С1 небольшой ёмкости, это делает конструкцию более экономичной, что актуально, поскольку весьма вероятна возможность её круглосуточной эксплуатации. Благодаря тому, что обмотки самодельных герконовых реле содержат малое количество витков, нагрев обмоток практически отсутствует при токе нагрузки до 12... 16 А, на нагрузку поступает полное напряжение питания. Узел светодиодного индикатора тока получает питание от бестрансформаторного источника напряжения постоянного тока, выполненного на балансном конденсаторе С1, токоограничительных резисторах R1, R2, мостовом диодном выпрямителе VD1 -VD4. Конденсатор С2 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

Все детали устройства кроме светодиодов могут быть смонтированы на печатной плате размерами 55x55 мм, рис.2. Светодиоды подсоединяют с помощью гибких многожильных проводов необходимой длины в ПВХ или фторопластовой изоляции. Все печатные дорожки, по которым протекает ток подключенной нагрузки, усилены медным одножильным проводом диаметром 1,2 мм, припаянным к дорожкам большим количеством припоя. Контакты герконов К1.1, К2.1 припаяны к печатным дорожкам тонкими гибкими проводами в ПВХ изоляции. В индикаторе тока использованы герконы типа КЭМ-2 со свободно разомкнутой группой контактов. Длина такого геркона около 21 мм, диаметр около 3,2 мм. Катушки герконов намотаны обмоточным проводом диаметром 0,82 мм в один ряд. Чтобы не раздавить стеклянный корпус геркона, витки обмоток удобнее формировать на гладкой части стального сверла диаметром 3,2...3,3 мм. Расстояние между витками провода около 0,5 мм. Катушка реле К1 содержит 11 витков, катушка реле К2 - 6 витков, катушка реле КЗ - 4 витка. Ток срабатывания контактов реле зависит не только от количества витков катушки, но и от конкретного экземпляра геркона и места расположения катушки на баллоне геркона, когда катушка расположена посередине корпуса геркона, чувствительность максимальная. Резисторы можно применять любого типа общего применения, например, МЛТ, РПМ, С1-4, С2-22, С2-23. Конденсатор С1 плёночный на рабочее напряжение постоянного тока 630 В, например, типа К73-17, К73-24, К73-29 или импортный на рабочее напряжение 275 В переменного тока. Вместо одного конденсатора на 630 В 0,047 мкФ при его отсутствии можно установить два аналогичных на напряжение 250 В ёмкостью 0,1 мкФ, включенных последовательно. Конденсатор С2 типа К50-35, К50-68, К53-19 или импортный аналог. Диоды 1N4148 можно заменить любыми из 1 N914, 1SS176, 1SS244, КД510, КД521, КД522. Вместо трёх цепочек последовательно включенных диодов VD5 - VD8, VD9 - VD12, VD13 - VD16 можно установить по одному маломощному стабилитрону, например, BZV55C-2V7, TZMC-2V7, при этом, выводы катодов стабилитронов должны быть подключены к выводам анодов соответствующих светодиодов. Светодиоды АЛ307КМ красного цвета свечения можно заменить любыми аналогичными с прямым рабочим напряжением не более 2,0 В при токе 20 мА, например, АЛ307 Л-М, КИПД66Т-К, КИПД66Е2-К, КИПД24Н-К, L-63SRC, DB5-436DR, RL50-UR543. Все эти светодиоды красного цвета свечения. При применении аналогичных светодиодов жёлтого или зелёного цвета свечения из упомянутых серий может потребоваться вместо 4 последовательно включенных диодов в соответствующих цепочках устанавливать по 5 диодов. Предпочтительнее устанавливать светодиоды с повышенной светоотдачей.

Изменяя число витков катушек самодельных герконовых реле, можно подобрать другие пороговые значения индикации предельного тока подключенных нагрузок, при которых будут зажигаться светодиоды. Для небольшой коррекции тока срабатывания можно изменять положение катушки на корпусе соответствующего геркона. После настройки катушки герконовых реле фиксируются каплями любого полимерного клея, например, «Момент».

Для настройки светодиодного индикатора применяют амперметр переменного тока, например, мультиметр М890С+, способный измерять переменный ток до 20 А. В качестве имитации нагрузки применяются лампы накаливания и электронагревательные приборы. Настроенный таким образом индикатор будет достаточно точно показывать ток, потребляемый электронагревательными проборами, лампами накаливания, асинхронными, синхронными и коллекторными электродвигателями переменного тока. Но при подключении к нему в качестве нагрузки устройств, в которых на входе в цепи питания 220 В переменного тока установлен мостовой диодный выпрямитель с конденсатором фильтра выпрямленного напряжения, например, компьютер, современный телевизор, светодиоды будут зажигаться при меньшем среднем токе нагрузки, потребляемом в течение одного полупериода сетевого напряжения переменного тока. При настройке и эксплуатации устройства следует учитывать, что все его элементы находятся под опасным напряжением сети 220 В. При установке этой конструкции в корпус металлического стакана для электророзетки, вмонтированной в стену, для монтажной платы применяют изоляторы из асбестовой бумаги или стеклоткани. Не применяйте для изоляции горючие материалы. Во время работы этого устройства, при достаточно большом токе нагрузки герконы издают слабое гудение, поэтому не рекомендуется его устанавливать в электророзетки, расположенные в жилых комнатах. Эта особенность не актуальна, если устройство будет работать на кухне, в прихожей, в подсобных помещениях, в гараже, в редко используемом удлинителе сети 220 В.

Принципиальные схемы простых индикаторов наличия сети 220В на светодиодах, меняем старые неоновые индикаторные лампы на светодиоды. В электрооборудовании повсеместно применяются индикаторные неоновые лампы для индикации включения аппаратуры.

В большинстве случаев схема как на рисунке 1. То есть, неоновая лампа через резистор сопротивлением 150-200 киолом подключается к сети переменного тока. Порог пробоя неоновой лампы ниже 220V, потому она легко пробивается и светится. А резистор ограничивает ток через неё, чтобы она не взорвалась от превышения тока.

Бывают и неоновые лампы со встроенными токоограничительными резисторами, в таких схемах кажется как будто неоновая лампа включена в сеть без резистора. На самом деле резистор спрятан в её цоколе или в её проволочном выводе.

Недостаток неоновых индикаторных ламп в слабом свечении и только розовом цвете свечения, ну и еще в том что это стекло. Плюс, неоновые лампы сейчас в продаже встречаются реже светодиодов. Понятно, что есть соблазн сделать аналогичный индикатор включения, но на светодиоде, тем более светодиоды бывают разных цветов и значительно более яркие чем «неонки», ну и нет стекла.

Но, светодиод низковольтный прибор. Прямое напряжение обычно не более ЗV, да и обратное тоже весьма низкое. Даже если светодиодом заменить неоновую лампу, он выйдет из строя за счет превышения обратного напряжения при отрицательной полуволне сетевого напряжения.

Рис. 1. Типовая схема подключения неоновой лампы к сети 220В.

Впрочем, есть двухцветные двухвыводные светодиоды. В корпусе такого светодиода есть два разноцветных светодиода, включенных встречно-параллельно. Такой светодиод можно подключить практически так же, как неоновую лампу (рис.2), только резистор взять сопротивлением поменьше, потому что для хорошей яркости через светодиод должен протекать ток больше чем через неоновую лампу.

Рис. 2. Схема индикатора сети 220В на двухцветном светодиоде.

В этой схеме одна половина двухцветного светодиода HL1 работает на одной полуволне, а вторая - на другой полуволне сетевого напряжения. В результате обратное напряжение на светодиоде не превышает прямого. Единственный недостаток - цвет. Он желтый. Потому что обычно два цвета - красный и зеленый, но горят они почти одновременно, потому зрительно выглядит как желтый цвет.

Рис. 3. Схема индикатора сети 220В на двухцветном светодиоде и конденсаторе.

На рисунках 4 и 5 показана схема индикатора включения на двух светодиодах, включенных встречно-параллельно. Это почти то же, что на рис. 3 и 4, но светодиоды отдельные для каждого полупериода сетевого напряжения. Светодиоды могут быть как одного цвета, так и разного.

Рис. 4. Схема индикатора сети 220В с двумя светодиодами.

Рис. 5. Схема индикатора сети 220В с двумя светодиодами и конденсатором.

Но, если нужен только один светодиод, -второй можно заменить обычным диодом, например, 1N4148 (рис.6 и 7). И нет ничего страшного в том, что этот светодиод не рассчитан на напряжение электросети. Потому что обратное напряжение на нем не превысит прямого напряжения светодиода.

Рис. 6. Схема индикатора сети 220В со светодиодом и диодом.

Рис. 2. Схема индикатора сети 220В с одним светодиодом и конденсатором.

В схемах испытывались светодиоды, двухцветные типа L-53SRGW и одно-цветные типа АЛ307. Конечно же можно применить и любые другие аналогичные индикаторные светодиоды. Резисторы и конденсаторы так же могут быть других величин, - все зависит от того, какую силу тока нужно пустить через светодиод.

Андронов В. РК-2017-02.

Искать включатель освещения или розетку в темноте - занятие малоприятное. Гораздо приятнее, когда видишь в темноте светящийся индикатор и ориентируешься на него. Особенно полезно оснастить таким индикатором те розетки, от которых питаются устройства, не имеющие индикаторов включения и предохранителей. Предлагаю усовершенствованный вариант устройства, оснащенный индикатором перегорания предохранителя.

Когда между вилкой подключаемой нагрузки и розеткой отсутствует контакт, индикатор не светится, извещая об отсутствии "отбора мощности" нагрузкой. Если нагрузка "берет мощность", светится синий индикатор, а когда нагрузка потребляет чрезмерную мощность, сгорает предохранитель, и включается красный мигающий светодиод.

Индикатор подключения нагрузки (ИПН) состоит из (рис.1):

• предохранителя FU1 с индикатором перегорания на элементах VD1, VD2, R1, HL1, C1;
• силовой обводной цепи на диоде VD6;
• датчика тока нагрузки на диодах VD4, VD5 и детектора VD7, R2, С2;
• ключа на полевом транзисторе VT1;
• блока индикации на элементах VD8, HL2, R4, R3, VD3.

При перегорании предохранителя FU1, если нагрузка подключена к розетке XS1, ток протекает через ранее шунтировавшиеся нулевым сопротивлением предохранителя элементы индикатора перегорания. Выпрямительный диод VD1 пропускает только отрицательные

полуволны сетевого напряжения, которые поступают через токоограничительный резистор R1 на накопительный конденсатор С1 и подключенную параллельно ему нагрузку - мигающий светодиод HL1. VD1 защищает HL1 от обратного напряжения, а стабилитрон VD2 предохраняет HL1 от перегрузки прямым током.

Когда к розетке XS1 не подключена нагрузка, через диоды VD4.VD6 ток не протекает, накопительный конденсатор С2 разряжен и полевой транзистор VT1 закрыт.

Сопротивление канала (исток-сток) очень велико, и индикатор HL2 не светится.

При подключении нагрузки к розетке XS1 ток нагрузки протекает через встречно-параллельно включенные диод VD6 и цепочку диодов VD4, VD5. Отрицательные полуволны сетевого напряжения с нижнего по схеме сетевого провода проходят через VD6, а положительные - через VD4 и VD5.

Прямое падение напряжения на диодах VD4 и VD5 через резистор R2 и диод VD7 поступает на С2 и заряжает его до величины, превышающей напряжение отсечки (+0,6 В) полевого транзистора VT1. Транзистор VT1 открывается и через его канал, параллельно включенные VD8, HL2, R4 и далее через R3 и VD3 протекает ток. Светодиод HL2 ярко светится, сигнализируя о подключении нагрузки. Резистор R3 - токоограничительный, диод VD3 запрещает протекание тока при обратных полупериодах сетевого напряжения. Резистор R4 устраняет подсветку HL2 при закрытом VT1 и при необходимости подбирается в пределах от 3 до 8,2 кОм.

Прямое падение напряжения на датчике тока (VD4, VD5) зависит от мощности подключенной нагрузки. Чтобы индикатор "реагировал" даже на маломощные (менее 1 Вт) устройства, в схеме применен сравнительно дефицитный полевой транзистор. КП504А. Он имеет максимальное напряжение исток-сток 240 В и позволяет коммутировать ток в цепи стока до 0,25 А. Управляющее напряжение на затворе относительно истока - от 0 до 10 В. Напряжение отсечки. КП504А составляет +0,6 В. Максимальная мощность нагрузки, подключаемой к розетке XS1, определяется предельным прямым током диодов VD4.VD6 (1,7 А) и не должна превышать 500.700 Вт.

В схеме применены резисторы типа ОМЛТ. Конденсатор С1 - типа К50-35 или зарубежного производства с рабочим напряжением не менее 16 В, С2 - КМ. Диоды VD1, VD3, VD8 - КД105Б, КД102А или другие миниатюрные с допустимым обратным напряжением не менее 200 В, VD4.VD6 - КД226В, КД226Г, КД226Д, VD7 - германиевый. Д2 или. Д9 с любой буквой. Стабилитрон VD2 - маломощный, с напряжением стабилизации 3,9...5,6 В, например, КС139, КС147А, КС447А, КС156А. Светодиод HL1 можно заменить 5-миллиметровым красным МСД ARL-5013URC-B или немигающим повышенной яркости, например, желтым ARL-5213UYC. В последнем случае конденсатор С1 можно исключить. Светодиод HL2 можно заменить любым низковольтным зеленого (ARL-5213PGC), белого (ARL-3214UWC) или голубого (ARL-3214UBC) цвета, желательно повышенной яркости.

Почти все элементы устройства размещаются на печатной плате, чертеж которой приведен на рис.2. Плата встраивается в сетевую розетку либо в переходник-разветвитель ("тройник"), включаемый непосредственно в розетку. Возможен вариант его размещения в корпусе блока розеток на конце удлинителя- "переноски". Предохранитель FU1 на ток. ЗА - керамический, миниатюрный. Он устанавливается в головке держателя предохранителя типа. ДПБ и выносится на переднюю панель розетки так, чтобы не мешал включению вилок. При установке индикатора в розетку сетевые провода, подходившие к контактам розетки, аккуратно отсоединяются и через клеммные зажимные колодки подключаются к плате.

Искать включатель освещения или розетку в темноте - занятие малоприятное. В продаже появились бытовые включатели освещения, оснащенные индикаторами, подсвечивающими их местоположение. Немного усовершенствовав схему, такой индикатор можно превратить в индикатор подключения нагрузки.
Индикатор подключения нагрузки (ИПН) представпяет собой устройство, встроенное внутрь розетки и индицирующее наличие контакта между вставленной сетевой вилкой от какого-либо бытового прибора и розеткой. Особенно удобен индикатор, если подключаемые приборы не имеют собственного сетевого индикатора. ИПН также полезен для радиоэлектронных изделий, у которых индикаторы включения находятся во вторичной цепи питания, поскольку позволяет проверить их входные цепи.
ИПН состоит из:
- датчика тока нагрузки на диодах VD2...VD6;
- Г-образного фильтра R1-C1;
- ключа на полевом транзисторе VT1;
- блока индикации на элементах VD9, VD10, R2, HL1.
Если к розетке XS1 не подключена нагрузка, то через диоды VD1...VD6 ток не протекает, накопительный конденсатор С1 разряжен и полевой транзистор VT1 закрыт. Ток стока VT1 равен нулю, индикатор HL1 не светится.

При подключении нагрузки к розетке XS1 ток нагрузки протекает через встреч но-параллельно включенные диод VD1 и цепочку диодов VD2...VD6. Отрицательные полуволны сетевого напряжения проходят через VD1. а положительные - через VD2.. .VD6. Падение напряжения на диодах VD2...VD6 через резистор R1 поступает на накопительный конденсатор С1 и заряжает его до величины, превышающей напряжение отсечки полевого транзистора VT1. Транзистор VT1 открывается, и через его канал исток-сток, резистор R2, светодиод HL1 и диод VD9 протекает ток. Светодиод HL1 ярко светится, сигнализируя о подключении нагрузки. Резистор R2 является токоограничительным, диод VD9 запрещает протекание тока через нагрузку при обратных полупериодах сетевого напряжения. Диод VD10 защищает HL1 от обратного напряжения.
Следует заметить, что прямое падение напряжения на диодах VD2.. VD6 зависит от мощности подключенной к розетке XS1 нагрузки и с уменьшением мощности нагрузки также уменьшается. Поэтому для того, чтобы индикатор "реагировал" даже на маломощные (менее 1 Вт) нагрузки, в схеме ИПН применен полевой транзистор КП504А. Он имеет максимальное напряжение исток-сток 240 В и позволяет коммутировать ток в цепи стока до 0,25 А. Управляющее напряжение (0... 10 В) подается на затвор относительно
истока. Транзистор КП504А имеет напряжение отсечки +0.6 В. Предельная мощность подключаемой нагрузки определяется максимальным прямым током диодов VD1...VD6 (1,7 А) и не должна превышать 500...700 Вт.
В схеме применены резисторы типа ОМЛТ. Конденсатор С1 - оксидный, типа К50-35 или зарубежного производства с рабочим напряжением не менее 16 В. Диоды VD1...VD6 - типа КД226В. КД226Г. КД226Д. Диоды VD9, VD10 могут быть заменены на КД105Б, КД102А или на другие миниатюрные с допустимым обратным напряжением не менее 200 В. Предохранитель FU1 - керамический, миниатюрный. Он устанавливается в головке держателя предохранителя типа ДПБ и вместе со светодиодом HL1 выносится на переднюю (верхнюю) панель розетки. При наличии предохранителей, впаиваемых в печатную плату, можно обойтись без держателя предохранителя. Светодиод HL1 - практически любой низковольтный с рабочим током до 20 мА. Для увеличения яркости свечения в качестве HL1 рекомендуется использовать светодиоды повышенной яркости свечения, например, ARL-5213PGC (зеленый). ARL-3214UWC (белый). ARL-3214UBC (голубой). Если с некоторыми типами светодиодов при закрытом VT1 будет наблюдаться незначительная подсветка светодиода, светодиод следует зашунтировать резистором сопротивлением 3...8.2 кОм.
При установке ИПН в розетку алюминиевые сетевые провода, подходящие к зажимам розетки, отсоединяются от них и через монтажные переходники подключаются к входу ИПН. Все компоненты ИПН, кроме HL1 и FU1, располагаются на плате, размеры которой определяются внутренними габаритами розетки.

А.ОЗНОБИХИН, г.Иркутск.