Светодиодный индикатор тока сети. Светодиодные индикаторы перегрузки по току
Компактный и простой индикатор может быть использован для индикации тока нагревательных элементов малой и средней мощности. Типичный пример это аквариумный обогреватель. Часто подобные изделия оснащаются светодиодным индикатором, но собраны он по схеме индикатора напряжения. Подобное включение делает возможной ситуацию, когда нагревающая спираль перегорела, а индикатор продолжает светиться. Схема, предложенная далее, включается последовательно с нагрузкой, и светодиод горит только при прохождении тока через нагреватель.
При предложенных деталях индикатор может быть собран даже начинающим электронщиком. В принципе достаточно не бояться паяльника и знать, что в диодах бывают анод и катод. Ниже приведена фотография сборки диодной части схемы уместившейся на электрическом клеммнике.
Пример включения диодов
Схема состоит всего из трёх или четырёх диодов и использует их прямое напряжение, неизбежно возникающее на этих полупроводниках при прохождении прямого тока. При этом два диода соединённые последовательно выполняют функцию стабистора, напряжение, возникающее на них, при прохождении тока через нагрузку стабилизировано на уровне 1,5-2,5 Вольта.
Схема инликатора тока с красным светодиодом
В схеме использованы элементы советского периода, диоды КД105Б и светодиод красного цвета АЛ307Б. При использовании этих элементов и их исправности схема будет работать без наладки.
Начинающим . В этой схеме не обязательно разбираться, где у диода плюс, где минус. Соединяются элементы по принципу два последовательных в одну сторону меткой, один в противоположную. К выходу подключается нагрузка, например лампочка, к входу схемы 220 Вольт. Лампочка должна загореться. Далее аккуратно, не прикасаясь пальцами к токоведущим частям схемы подсоединяют светодиод. Если светодиод загорелся, то в таком положении он и должен припаиваться, если не загорелся, то его переворачивают наоборот.
Возможности изменения схемы индикатора тока и увеличения мощности нагрузки
Мощность нагрузки такой схемы ограничена только максимальным прямым током диодов. Для КД105 и Д226 этот ток 300мА, то есть максимальная мощность нагрузки в этом случае P 0,3 * 2 * 220 = 132 Вт. Если же, к примеру взять диоды Д245 с Iпр.ср = 10А, то мощность нагрузки можно увеличить до 4400 Вт.
В случае замены диодов из схемы следует учитывать их прямое среднее напряжение. Например, германиевые полупроводники имеют меньшее прямое напряжение, и светодиод в этом случае не загорится, либо придётся последовательно включать таких диодов три или даже четыре.
Естественно обратное максимальное напряжение VD1 - VD3 должно быть не менее 300 Вольт.
При замене в схеме красного светодиода АЛ307Б на зелёный (АЛ307В) нужно учитывать, что напряжение свечения зелёных, оранжевых, белых и прочих, в том числе китайских светодиодов может быть большим, чем Uпр двух диодов КД105. В этом случае последовательно можно включить три или даже четыре диода.
Схема индикатора тока для зелёного светодиода
Практически экспериментировал с АЛ307В, китайским жёлтым и ярким белым светодиодом. Зелёный и жёлтый загорелись с тремя КД105, а для белого их потребовалось четыре. Для экспериментов использовалось нагрузка в виде 40-Ваттной лампы накаливания.
Злоупотреблять количеством КД105 не следует, так как в этом случае возрастает напряжение на светодиоде и придётся ограничивать его ток резистором
Конструкция и установка
Учитывая простоту и компактность схемы её можно установить практически в любом электротехническом изделии. На фото использованы обычная розетка и небольшая коммутационная панель (клеммник)
Светодиод вклеен в крышку розетки и в данном случае припаян к диодам жилками от связного кабеля ТПП (кроссировкой)
Конечный вид установленного индикатора
Подобная схема использовалась мною многократно, ранее увлекался аквариумистикой и все аквариумные обогреватели включены были через подобные индикаторы. Когда же понадобилось сконструировать подогреватель ящика для картофеля у себя на балконе, то, не задумываясь, использовал эту схему, собственно все фотки делал на этапе сборки. Размещать эту статью на своём сайте, как-то не в тему: мой сайт для связных кабельщиков и измерителей , а здесь быт и электроника.
Как известно, очень много пожаров происходит из-за оставленных без присмотра включенными различных электроприборов. Это и обогреватели, и телевизоры, и прочее. Для индикации наличия включенных электроприборов и служит устройство "Уходя, гасите свет" - УГС-1. Оно включается последовательно в цепь энергопотребителей (рис.1).
Схема УГС-1 показана на рис.2.
При включенном электроприборе горит неоновая лампочка HL1. Если все потребители выключены, неонка гореть не будет. Устанавливать УГС-1 желательно возле выходной двери.
Само УГС-1 ток практически не потребляет, а суммарный ток включенных через него потребителей может достигать 6 А.
Розетка с индикатором включенной нагрузки.
Оборудовав обычную розетку предлагаемым светодиодным индикатором, можно повысить удобство пользования этим самым распространенным электроприбором. Индикатор не только покажет, что сеть исправна и поможет найти розетку в темноте, но и изменит цвет свечения, если к розетке подключена нагрузка. А о срабатывании в результате перегрузки встроенного в розетку предохранителя сигнализирует мигающий красный светодиод.
Таким индикатором желательно оснастить те розетки, к которым подключают питаемые от сети приборы, не имеющие собственных индикаторов включения и предохранителей. Устройство, собранное по схеме, изображенной на рис. 1, следует разместить внутри корпуса розетки XS1, а при недостатке в нем места - рядом с розеткой в отдельном корпусе.
В случае перегорания плавкой вставки FU1 сетевое напряжение будет приложено через резистор R2 и нагрузку (если она подключена) к ранее зашунтированным вставкой элементам VD1, R1, С1, VD5 и HL1. Диод VD1 пропускает только прямые для него полуволны сетевого напряжения, которые через токоограничительный резистор R1 заряжают конденсатор С1 до напряжения стабилизации стабилитрона VD5. Этого напряжения достаточно для работы мигающего светодиода HL1, подающего сигнал о неисправности.
Пока к розетке XS1 не подключена нагрузка, сколько-нибудь заметный ток через диоды VD2-VD4 не протекает, падение напряжения на них близко к нулю. Поэтому конденсатор С2 разряжен и полевой транзистор VT1 закрыт. Находящийся в цепи его стока светодиод HL2 не светится. Зато напряжение на резисторе R6 достаточно для открывания транзистора VT2. В цепи его стока течет ток. Светится, указывая на наличие напряжения в сети и помогая найти розетку в темноте, светодиод HL3.
Если нагрузка подключена к розетке XS1 и потребляет ток, его отрицательные полуволны протекают через диод VD3, а положительные - через соединенные последовательно диоды VD2 и VD4, падения напряжения на которых достаточно, чтобы через резистор R3 и диод VD6 зарядить конденсатор С2 до напряжения, при котором транзистор VT1 будет открыт. Включится светодиод HL2, сигнализирующий о наличии нагрузки, так как напряжение между стоком и истоком транзистора VT1 уменьшится при этом практически до нуля. Нулевым станет и напряжение между затвором и истоком транзистора VT2. Этот транзистор закроется, выключая светодиод HL3.
Следует заметить, что срабатывание индикатора от нагрузки мощностью всего 1 Вт достигнуто благодаря низкому (всего 0,6 В) пороговому напряжению полевого транзистора КП504А (VT1). Заменять этот транзистор другим не следует. А вот однотипный транзистор в позиции VT2 можно заменить на КП501 А.
Максимальная мощность нагрузки, подключаемой к розетке XS1, зависит от допустимого прямого тока диодов VD2- VD4. Для диодов указанного на схеме типа ток не должен превышать 1,7 А, а мощность нагрузки - 500. 700 Вт.
Диоды КД102Б можно заменить на КД105Б или другие выпрямительные с допустимым обратным напряжением не менее 300 В, а диод Д9Б - другим германиевым той же серии или, например, серии Д2. Вместо стабилитрона КС156А подойдет любой маломощный с напряжением стабилизации 3,9. 5,6 В.
Светодиоды типов, указанных на схеме, можно заменять другими с аналогичными характеристиками, выбирая цвет их свечения по собственному вкусу. Необходимо лишь помнить, что у того, кто будет пользоваться розеткой, должны сложиться устойчивые ассоциации между цветом свечения индикатора и ситуацией.
Мигающий светодиод (HL1) можно заменить обычным немигающим. Конденсатор С1 при этом из устройства можно исключить, а стабилитрон VD5 заменить обычным диодом, включив его в том же направлении. Светодиоды HL2 и HL3 можно заменить одним двуцветным трехвыводным или даже использовать два кристалла разного цвета свечения в многоцветном светодиоде. Заменить все три светодиода (HL1 - HL3) одним полноцветным без заметного усложнения и переделки схемы не представляется возможным, так как пары светодиодов имеют общие катоды. Желаемой яркости свечения светодиодов HL2 и HL3 можно добиться подборкой резистора R7, однако устанавливать его менее 22 кОм нежелательно из-за слишком большого тепловыделения.
Вариант печатной платы сигнализатора, предназначенной для установки в корпус сетевого удлинителя с несколькими розетками, показан на рис. 2. Конденсатор С1 - К50-35, С2 - любой керамический или пленочный.
Если немного уменьшить размеры платы, ее можно встроить и в настенную розетку для открытой проводки.
При недостатке места внутри розетки, утапливаемой в стену, сигнализатор можно выполнить в виде вставляемого в такую розетку переходника.
Практически все электро- и электронные приборы, питающиеся от электросети напряжением 230 В, оснащают световыми индикаторами включённого состояния. Нередки случаи, когда оставленные без присмотра включённые электроприборы становились причиной пожара. Наличие световых индикаторов включения позволяет контролировать их состояние и в большинстве случаев предотвратить неприятные последствия забывчивости. Тем не менее есть целый класс электронагревательных приборов, которые такими индикаторами не оснащаются. Это - один из основных инструментов радиолюбителя - электропаяльники. В предлагаемой вниманию читателей статье автор рассказывает, как самому встроить световой индикатор включённого состояния в паяльники, рассчитанные на питание напряжением от нескольких единиц до 230 В.
При сборке электронных конструкций или демонтаже радиодеталей с печатных плат иногда приходится пользоваться несколькими электропаяльниками разной мощности, поддерживая одни из них включёнными постоянно, другие включать время от времени по необходимости. Чтобы в каждый момент знать, в каком состоянии находится тот или иной паяльник, их можно оснастить несложными световыми индикаторами.
Основная проблема при этом состоит в том, куда поместить индикатор. На рис. 1 показана схема индикатора, в котором применена лампа тлеющего разряда. Это устройство предназначено для электропаяльников, работающих от сети переменного тока напряжением 230 В. Индикаторная лампа HL1 и токоограничивающий резистор R1 установ-лены внутри корпуса разборной ручки "китайского" паяльника мощностью 40 Вт (реальная - 30 Вт), совмещённого с вакуумным отсосом припоя (рис. 2). Лампа HL1 - миниатюрная (диаметром 3 и длиной 8 мм) газоразрядная, применяемая в импортных рокерных (клавишных) выключателях (напряжение - около 60 В, цвет свечения - оранжевый). На её стеклянный баллон надет и приклеен цианакрилатным клеем резиновый оранжевый светофильтр от ламп накаливания 12 В 40 мА, применявшихся в импортных автомагнитолах. Лампа со светофильтром частично выведена наружу, для чего в корпусе ручки просверлено отверстие диаметром 4,5 мм. Внутри ручки лампа и резистор приклеены сначала цианакрилатным клеем, затем, через несколько часов, синтетическим клеем "Квинтол-люкс". Свечение этой лампы хорошо заметно даже на фоне очень яркого освещения рабочего места.
Рис. 1. Схема индикатора, в котором применена лампа тлеющего разряда
Рис. 2. Индикаторная лампа HL1 и токоограничивающий резистор R1
На рис. 3 показана схема индикатора для электропаяльников с рабочим напряжением 36, 40 или 42 В. Функцию собственно индикатора выполняет малогабаритная (длина без латунных контактов - 32 мм) сигнальная лампа накаливания на номинальное напряжение 60 В и ток 50 мА. Такую лампу затруднительно смонтировать в ручке электропаяльника, поэтому она помещена в отрезок полупрозрачного пластмассового корпуса от фломастера, надетый на шнур питания в нескольких сантиметрах от ручки паяльника (рис. 4). Вместо указанной лампы можно использовать любую другую с близкими значениями рабочих напряжения и тока (например, 48 В и 60 мА). Особенность такого индикатора в том, что его свечение хорошо видно с любого угла обзора.
Рис. 3. Схема индикатора для электропаяльников с рабочим напряжением 36, 40 или 42 В
Рис. 4. Сигнальная лампа накаливания на номинальное напряжение 60 В и ток 50 мА
На рис. 5 показана схема светодиодного индикатора, рассчитанного на рабочее напряжение 12 В. Устройство может работать при питании паяльника напряжением как постоянного, так и переменного тока. Светодиоды HL1 - HL4 - SMD-исполнения, зелёного цвета свечения, включены попарно встречно-параллельно. Вместе с токоограничивающими резисторами R1 и R2 они смонтированы на печатной плате размерами 22х3 мм (рис. 6) из двухсторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм (светодиоды попарно установлены на её разных сторонах). Индикатор смонтирован в отрезке длиной 29 мм прозрачного пластмассового корпуса от "школьной" шариковой авторучки диаметром 9 мм (рис. 7).
Рис. 5. Схема светодиодного индикатора
Рис. 6. Светодиоды HL1 - HL4 - SMD-исполнения на печатной плате
Рис. 7. Монтаж индикатора
Установив токоограничивающие резисторы пропорционально меньшего или большего сопротивления, такой индикатор можно применить в электропаяльниках, рассчитанных на рабочее напряжение 6 или 24 В. Для более равномерного распределения выделяющегося тепла внутри корпуса индикатора установлены два одинаковых токоограничивающих резистора вместо одного большего сопротивления.
Схема светодиодного индикатора включения паяльника, рассчитанного на работу от сети переменного тока напряжением 230 В, показана на рис. 8. Светодиоды HL1, HL2 включены встречно-параллельно, ток через них ограничивают резисторы R1, R2. Устройство смонтировано в тонкой сетевой вилке (рис. 9). Чтобы не было её заметного нагрева, применены сверхъяркие SMD-светодиоды жёлтого цвета свечения (использовались в автомобильной магнитоле для подсветки кнопок). Средний ток через светодиоды - около 640 мкА при напряжении сети 230 В. Суммарное сопротивление резисторов R1, R2 выбрано с таким расчётом, чтобы избежать повреждения их и корпуса вилки при напряжении до 420 В.
Рис. 8. Схема светодиодного индикатора включения паяльника
Рис. 9. Монтаж светодиодов HL1, HL2
Перед монтажом к светодиодам аккуратно припаяны отрезки тонкого многожильного монтажного провода в фторопластовой изоляции (без специального приспособления сделать это будет непросто). Резисторы припаяны к латунным контактам сетевой вилки, светодиоды установлены в просверленные с разных сторон вилки отверстия. Изнутри они приклеены клеем "Квинтол-люкс", снаружи - цианакри-латным или прозрачным эпоксидным клеем. Выводы резисторов с припаянными к ним проводами приклеены к корпусу вилки клеем БФ. Свечение кристаллов этих светодиодов также хорошо заметно даже при очень ярком освещении рабочего места.
На всех фотографиях индикаторы показаны в рабочем состоянии. Для фиксации положения индикаторов на шнурах питания паяльников использован белый или прозрачный этиленвини-лацетатный клей. Для изоляции соединений и дополнительной фиксации индикаторных узлов использованы термоусаживаемые трубки соответствующего диаметра. При оснащении паяльников описанными индикаторами также желательно надеть на шнур питания два-три отрезка термоусаживаемой трубки чуть большего диаметра, но не подвергать их термообработке. Это позволит при необходимости легко отремонтировать повреждённый шнур питания, что при эксплуатации электропаяльников случается нередко. В заключение следует отметить, что для сигнализации о включении паяльников вместо самодельных индикаторов можно использовать светящиеся провода с встроенной светодиодной подсветкой, если заменить ими провода питания.
Схемы источников питания
Превышение выходного тока в источниках питания свидетельствует об увеличении потребляемой мощности в устройстве нагрузки. Иногда потребляемый ток в нагрузке (из-за неисправности соединений или самого устройства нагрузки) может увеличиться вплоть до значения тока короткого замыкания (к/з), что неминуемо приведет к аварии (если источник питания не снабжен узлом защиты от перегрузки).
Последствия перегрузки могут оказаться более существенными и непоправимыми, если использовать источник питания без узла защиты (как сегодня часто делают радиолюбители, изготавливая простые источники и покупая недорогие адаптеры) - увеличится энергопотребление, выйдет из строя сетевой трансформатор, возможно возгорание отдельных элементов и неприятный запах.
Для того чтобы вовремя заметить выход источника питания в "заштатный” режим, устанавливают простые индикаторы перегрузки. Простые - потому, что они, как правило, содержат всего несколько элементов, недорогих и доступных, а установить эти индикаторы можно универсально практически в любой самодельный или промышленный источник питания.
Простая схема индикатора токовой перегрузкиРабота ее элементов основана на том, что последовательно с нагрузкой в выходной цепи источника питания включают ограничивающий резистор малого сопротивления (R3 на схеме).
Данный узел можно применять универсально в источниках питания и стабилизаторах с разным выходным напряжение (испытано в условиях выходного напряжения 5- 20 В). Однако значения и номиналы элементов, указанных на схеме рис. 3.4, подобраны для источника питания с выходным напряжением 12 В.
Соответственно, для того чтобы расширить диапазон источников питания для данной конструкции, в выходном каскаде которых будет эффективно работать предлагаемый узел индикации, потребуется изменить параметры элементов R1- R3, VD1, VD2.
Пока перегрузки нет, источник питания и узел нагрузки работают в штатном режиме, через R3 протекает допустимый ток и падение напряжения на резисторе невелико (менее 1 В). Также невелико в этом случае и падение напряжения на диодах VD1, VD2, при этом светодиод HL1 едва светится.
При увеличении тока потребления в устройстве нагрузки или коротком замыкании между точками А и Б ток в цепи возрастает, падение напряжения на резисторе R3 может достигнуть максимального значения (выходного напряжения источника питания), вследствие чего светодиод HL1 загорится (будет мигать) в полную силу.
Для наглядного эффекта в схеме применен мигающий светодиод L36B. Вместо указанного светодиода можно применить аналогичные по электрическим характеристикам приборы, например, L56B, L456B (повышенной яркости), L816BRC-B, L769BGR, TLBR5410 или подобные им.
Мощность, рассеиваемая на резисторе R3 (при токе к/з) более 5 Вт, поэтому этот резистор изготавливается самостоятельно из медной проволоки типа ПЭЛ-1 (ПЭЛ-2) диаметром 0,8 мм.
Ее берут из ненужного трансформатора. На каркас из канцелярского карандаша наматывают 8 витков этого провода, концы ее облуживают, затем каркас вынимают. Проволочный резистор R3 готов.
Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,25 или аналогичные. Вместо диодов VD1, VD2 можно установить КД503, КД509, КД521 с любым буквенным индексом. Эти диоды защищают светодиод в режиме перегрузки (гасят излишнее напряжение).
Индикатор перегрузки с звуковым и световым сигнализаторомК сожалению, на практике нет возможности постоянно визуально следить за состоянием индикаторного светодиода в источнике питания, поэтому разумно дополнить схему электронным узлом звукового сопровождения. Такая схема представлена на рис. 2.
Как видно из схемы, она работает по тому же принципу, но в отличие от предыдущей, это устройство более чувствительно и характер его работы обусловлен открыванием транзистора VT1, при установлении в его базе потенциала более 0,3 В. На транзисторе VT1 реализован усилитель тока.
Транзистор выбран германиевым. Из старых запасов радиолюбителя. Его можно заменить на аналогичные по электрическим характеристикам приборы: МП 16, МП39-МП42 с любым буквенным индексом. В крайнем случае, можно установить кремниевый транзистор КТ361 или КТЗ107 с любым буквенным индексом, однако тогда порог включения индикации будет иным.
Порог включения транзистора VT1 зависит от сопротивления резисторов R1 и R2 и в данной схеме при напряжении источника питания 12,5 В индикация включится при токе нагрузки, превышающем 400 мА.
В коллекторной цепи транзистора включен мигающий светодиод и капсюль со встроенным генератором ЗЧ НА1. Когда на резисторе R1 падение напряжения достигнет 0,5. 0,6 В, транзистор VT1 откроется, на светодиод HL1 и капсюль НА1 поступит напряжение питания.
Поскольку капсюль для светодиода является активным элементом, ограничивающим ток, режим работы светодиода в норме. Благодаря применению мигающего светодиода капсюль также будет звучать прерывисто - звук будет слышен во время паузы между вспышками светодиода.
В этой схеме можно достичь еще более интересный звуковой эффект, если вместо капсюля НА1 включить прибор КРІ-4332-12, который имеет встроенный генератор с прерыванием. Таким образом звук в случае перегрузки будет напоминать сирену (этому способствует сочетание прерываний вспышек светодиода и внутренних прерываний капсюля НА1).
Такой звук достаточно громкий (слышно в соседнем помещении при среднем уровне шума), обязательно будет привлекать внимание людей.
Индикатор перегорания плавкого предохранителяЕще одна схема индикатора перегрузки представлена на рис. 3. В тех конструкциях, где установлен плавкий (или иной, например, самовосстанавливающийся) предохранитель, часто требуется визуально контролировать их работу.
Здесь применен двухцветный светодиод с общим катодом и соответственно тремя выводами. Кто на практике испытывал эти диоды с одним общим выводом, знают, что они функционируют несколько иначе, чем ожидается.
Шаблон мышления в том, что казалось бы, зеленый и красный цвета будут появляться у светодиода в общем корпусе соответственно при приложении (в нужной полярности) напряжения к соответственным выводам R или G. Однако, это не совсем так.
Пока предохранитель FU1 исправен, к обоим анодам светодиода HL1 приложено напряжение. Порог свечения корректируется сопротивлением резистора R1. Если предохранитель обрывает цепь питания нагрузки, то зеленый светодиод гаснет, а красный остается светить (если напряжения питания совсем не пропало).
Поскольку допустимое обратное напряжение для светодиодов мало и ограничено, то для указанной конструкции в схему введены диоды с разными электрическими характеристиками VD1- VD4. То, что к зеленому светодиоду последовательно включен только один диод, а к красному три, объясняется особенностями светодиода AЛC331A, замеченными на практике.
При экспериментах оказалось, что порог напряжения включения красного светодиода меньше, чем у зеленого. Чтобы уравновесить эту разницу (заметную только на практике), количество диодов неодинаково.
При перегорании предохранителя к зеленому светодиоду (G) прикладывается напряжение в обратной полярности.
Номиналы элементов в схеме даны для контроля напряжения в цепи 12 В. Вместо светодиода AЛC331A допустимо применять другие аналогичные приборы, например, КИПД18В-М, L239EGW.