Сетевой источник питания с емкостным балластом для «кварцевых» часов - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Инженерные решения

Автор : С.А. Ёлкин
7070
Сетевой источник питания с емкостным балластом для «кварцевых» часов
электронно-механические часы (ЭМЧ)

Дефицит или полное отсутствие гальванических элементов (ГЭ), которые использовались для питания простых электронно-механических часов (ЭМЧ), заставил в свое время творческую часть радиолюбителей искать различные выходы из сложившейся ситуации.

Вопрос решался путем подзарядок ГЭ (аналогично аккумуляторам) небольшим по значению постоянным током, либо асимметричными импульсами, даже созданием механическим путем дренажных отверстий для выхода «лишних газов» [1], а также разработкой сетевых источников питания.

Есть и вторая проблема, которая также трансформировалась из полного отсутствия собственно ГЭ в недалеком прошлом, в одинаково низкое (!) качество, как дорогих, так и дешевых [2] ГЭ в настоящем, которое тщательно замаскировано привлекательностью их внешнего оформления.

Следует отметить, что обычно простые ЭМЧ часы питаются от одного ГЭ с напряжением 1,5 В, а средний ток потребления от (в зависимости от марки часов) находится пределах 0,5…2 мА.

Очевидно, что создание простого и экономичного сетевого блока питания для ЭМЧ представляет собой не такую уж простую, как может показаться на первый взгляд, техническую задачу!

Например, в [3] в качестве силового трансформатора для сетевого блока питания предлагалось использовать готовый трансформатор ТВК-110ЛМ и транзисторный параметрический стабилизатор напряжения на 1,5 В, в котором источником опорного напряжения служил транзисторный аналог низковольтного стабилитрона.

В [4] автору удалось существенно уменьшить габариты сетевого источника питания (СИП), изящно «вписав» малогабаритные радиокомпоненты в габариты гальванического элемента 373.

Что касается токов потребления от сети 220 В/50 Гц, то в первом случае он (по проведенным экспериментальным измерениям) равнялся 40 мА, а во втором случае (с использованием в качестве развязывающего согласующего трансформатора от радиоприемника «Селга») – около 12 мА.

Общим недостатком упомянутых СИП является остановка часов при пропадании сетевого напряжения, что весьма существенно, особенно при эксплуатации их в сельской местности, где, как известно сельским жителям и садоводам, происходят частые отключения электроэнергии. Этот недостаток был устранен в [5] установкой параллельно конденсатору фильтра выпрямителя дискового аккумулятора Д-0,06, т.е. буферного источника питания.

Однако автору не удалось избежать применения «лишних» элементов, а также излишнего энергопотребления СИП.

Как упоминалось в [6], измерения зарядного тока выпрямителя с реактивным балластом при емкости конденсатора С1, равной 0,5 мкФ, с учетом разброса по емкости и колебаний величины питающего напряжения составляют около 25…28 мА.

С другой стороны, очевидно, что конструктивно «вписать» СИП для часов в габариты ГЭ А316, что соответствует используемому в настоящее время торговому названию ААА (диаметр 14 мм), которые используются для питания часов современных марок, уже достаточно затруднительно.

Исходя из упомянутого выше, а также из соображений применения радиокомпонентов общего применения, в предлагаемой конструкции было принято решение собрать электронную часть СИП в корпусе от источника питания калькулятора, присоединив СИП к часам с помощью проводов и муляжа корпуса ГЭ, использовав изящную идею и чертежи, приведенные в [7].

Схема сетевого источника питания для ЭМЧ

Надеюсь, что схема СИП для ЭМЧ, показанная на рис.1, послужит одним из доступных и эффективных вариантов борьбы с упомянутыми ранее реальными проблемами, а именно созданием достаточно простого СИП для ЭМЧ.

В схемотехнике и конструкции СИП реализован чисто любительский подход, а именно изготовление устройства с вполне приемлемыми параметрами из того, что есть под руками!

Как видно из рис.1, СИП в общих чертах представляет собой модернизированный сетевой выпрямитель с удвоением напряжения с реактивным балластом.

По сравнению с [5], схема имеет меньшее потребление от сети 220 В, а также содержит меньше радиокомпонентов.

Реактивным балластом, который определяет значение тока в цепи, является конденсатор С1.

Резистор R1 служит для разряда конденсатора C1 при отсоединении СИП от сети, а резистор R2 выполняет уже две функции: ограничителя тока заряда конденсатора С1 при первичном присоединении к сети 220 В и предохранителя в случае пробоя конденсатора С1 [6].

Стабилитрон VD2 также выполняет две функции: собственно диода для отрицательной полуволны сетевого напряжения и стабилитрона для положительной полуволны.

Диод VD1 выполняет три функции: выпрямительного диода для положительной полуволны питающего напряжения, защитного диода для светодиода VD3 и совместно с VD3 «вычитающего» элемента.

Конденсатор С1 фильтрует выпрямленное напряжение и является источником питания для аккумулятора и ЭМЧ.

Отметим, что поскольку исполнительным устройством в ЭМЧ является шаговый электромагнит, характер тока потребления ЭМЧ от СИП носит импульсный характер.

Если в цепь питания такой нагрузки установить светодиод, то можно без дополнительных схемотехнических решений получить динамическую индикацию работы как выпрямителя, так и часов, что существенно повышает визуальную разборчивость работы индикатора.

В таком случае светодиод (VD3) будет выполнять две функции: динамического индикатора и «вычитающего» элемента.

Для нужного «вычитания» из стабилизированного стабилитроном VD2 напряжения положительной полярности использованы известные физические свойства полупроводников на основе кремния (VD1) и арсенида галлия (VD3). Они выражаются в том, что при прохождении тока в прямом направлении через полупроводник падение напряжения на нем также достаточно стабильно, а значения падения напряжения зависят от материала полупроводника.

Очевидно, что свечение светодиодного индикатора в рассматриваемом устройстве указывает на наличие напряжения в сети, а хорошо различимые даже при дневном свете изменения яркости его излучения совместно с наличием шаговых движений стрелки означает правильную работу ЭМЧ.

Естественно, что при пропадании питающего сетевого напряжения светодиодный индикатор светиться не будет, однако часы будут работать от буферного источника питания – аккумулятора G1, что, собственно, и требуется для бесперебойного питания часов.

Наличие достаточного напряжения на выходе выпрямителя для поддержания аккумулятора (бесперебойной работы ЭМЧ) в буферном режиме без специальных схемотехнических решений могут подтвердить следующие несложные измерения и вычисления.

Напряжение стабилизации стабилитрона VD2 – 3,9 В, падение напряжения на кремниевом диоде VD1 – 0,7 В, падение напряжения на светодиоде VD3 красного цвета свечения – 1,6 В.

Максимальные значения напряжения на полностью заряженном АК, которые приводились в радиолюбительской литературе в различные годы в описаниях зарядных устройств с автоматическим отключением АКБ после заряда, находятся в интервале 1,34…1,55 В [8, 9].

Откуда значение напряжения на конденсаторе С2 равно: 3,9–0,7–1,6 = 1,6 В.

С учетом некоторой «просадки» напряжения СИП в связи с импульсным характером тока потребления, а также естественных погрешностей простых измерительных приборов, очевидно, что:

1. При наличии напряжения в питающей сети СИП обеспечивает нормальную работу ЭМЧ (даже без АК).

2. Выходные параметры выпрямителя обеспечивают поддержание в заряженном состоянии АК.

Средний ток потребления СИП от сети 220 В/50 Гц с подключенными ЭМЧ около 12 мА.

В авторском варианте СИП использован для питания ЭМЧ, которые стационарно закреплены на стене кухни (см. фото в начале статьи).

источник питания ЭМЧ

В качестве буферного источника питания ЭМЧ использован Ni-MH (рис.2) аккумулятор с торговой маркой ААА. Он был непригоден (в связи с существенной потерей реальной емкости в процессе интенсивной эксплуатации) для применения в цифровом малогабаритном многофункциональном цифровом звуковоспроизводящем устройстве фирмы Transcend модели T.sonic 520. Это устройство имеет функции УКВ приемника, МП-3 проигрывателя и диктофона.

Рекомендации по выбору деталей и их возможной замене подробно описаны в [6].

При повторении схемы и конструкции СИП следует учесть тот факт, что СИП разрабатывался для современных «кварцевых» часов, в которых и механизм, и корпус изготовлены из пластмассы, поэтому использование для питания ЭМЧ выпрямителя, который имеет гальваническую связь с питающей сетью 220 В, вполне приемлемо.

Устанавливать такой выпрямитель в часы с металлическим механизмом и корпусом нельзя, поскольку при этом велика вероятность поражения электрическим током от сети 220 В/50 Гц!

Литература

  1. Задачин А., Козенков В. Восстановление гальванических элементов//Радио. – 1985. – №3. – С.56.
  2. Горейко Н.П. Блок питания вместо «левых» батареек»//«Майстер – конструктор». – 2008. – №6. – С.28.
  3. Гусев Ю. Сетевой блок для «Славы»//Радио. – 1989. – №2. – С.69.
  4. Нечаев И. Блок питания для электронно-механических часов//Радио. – 1990. – №6. – С.76.
  5. Каревский В. Блок, заменяющий элемент питания//Радио. – 1996. – №6. – С.41.
  6. Елкин С.А. Маленькие секреты аккумуляторного фонарика//Электрик. – 2002. – №1. – С.10.
  7. Саржа Ю.П. Фишка – палец 2АА//Электрик. – 2003. – №5. – С.20.
  8. Белоусов О.В. Зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторов//Радиоаматор. – 1997. – №11. – С.35.
  9. Дорофеев М. Зарядка аккумуляторов по Вубриджу//Радиолюбитель. – 2000. – №5. – С.16.
Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus