Плавное включение фар

Приветствую!

Как известно, лампы накаливания перегорают в момент включения. Из-за того, что холодная нить в лампе имеет небольшое сопротивление, в момент включения через эту нить начинает течь большой ток, который и разрушает ее. Вариант защиты нити как бы напрашивается сам собой: нужно постепенно нагревать нить лампы перед тем, как подать на нее все напряжение, на которое она рассчитана. Далее речь пойдет про плавное включение автомобильных ламп.

Перед тем, как сделать такое устройство, я перечитал много похожих тем в интернете про плавное включение. Предлагается куча вариантов решения. Чаще всего в устройствах используют Р-канальный полевой транзистор.

При одинаковых характеристиках Р-канальный транзистор дороже N-канального. К тому же N-канальный транзистор можно найти с меньшим сопротивлением в открытом состоянии, чем  P-канальный. Но т.к. в большинстве автомобилей лампы управляются плюсом (один вывод лампы постоянно соединен с минусом (корпусом автомобиля), а на второй вывод подается плюс питания, когда нужно включить лампу), то применение N-канальных полевых транзисторов затруднительно.

Почему затруднительно применить N-канальный транзистор?

Немного теории. Полевой транзистор в открытом состоянии имеет очень малое сопротивление канала. А чем меньше сопротивление, тем меньше потери при коммутации больших токов. Но для того, чтобы полностью открыть полевой транзистор, нужно приложить к его затвору определенное (пороговое) напряжение (Vgsth) относительно истока.

Величина этого напряжения составляет около 10-15 В. Есть транзисторы с величиной этого напряжения 4,5-5 В (логический уровень). Для N-канальных транзисторов это напряжение положительное, для их собратьев отрицательное. В даташите на транзистор сопротивление канала сток-исток (когда канал полностью открыт) указывается для порогового напряжения. При напряжении, меньше порогового, сопротивление канала больше.

Существуют два вида включения полевого транзистора (когда он используется в режиме ключа): включение в качестве верхнего ключа и в качестве нижнего ключа. Если в автомобиле лампы включаются плюсом (минус подключен постоянно), то чтобы использовать N-канальный транзистор, его нужно включить верхним ключом (в верхнее плечо схемы).

В этом случае для того, чтобы открыть транзистор, нужно на его затвор подать напряжение, больше напряжения питания схемы, т.к. исток подключен к общей шине через нагрузку (лампу). Чтобы подать на затвор напряжение, больше напряжения питания, используют схемы вольтодобавки (бутстрепный конденсатор и диод). Но чтобы эта схема работала, ее нужно питать импульсным напряжением. Поэтому удобнее использовать P-канальный полевой транзистор, т.к в этом случае (когда коммутируется плюс) исток транзистора подключен непосредственно к шине питания.

Чтобы осуществить плавное включение ламп, применяют несколько способов. Вот некоторые из них:

1.Самый простой – включить параллельно лампе обмотку реле, а последовательно с лампой – мощный резистор сопротивлением около 1 Ома. При такой схеме лампы сначала загораются примерно вполнакала, затем срабатывает реле, и своими контактами шунтирует резистор. Лампы светят по полной.

2. Похожий на предыдущий способ, только вместо резистора последовательно с лампой включается NTC термистор 2-5 Ом, который нагреваясь, уменьшает свое сопротивление, напряжение на лампе увеличивается, срабатывает реле и шунтирует термистор.

3. Полевой транзистор и конденсатор. 

Суть данного способа в том, что в цепи затвора транзистора установлен конденсатор, который при подаче питания постепенно заряжается. Растет напряжение на конденсаторе, и транзистор постепенно открывается, увеличивая ток через нагрузку. Происходит плавное включение ламп.

Большой минус данного решения заключается в нагреве транзистора. Напряжение на затворе транзистора увеличивается медленно. Пока напряжение не достигнет порогового значения сопротивление канала транзистора достаточно велико. Т.к. сопротивление холодной лампы очень маленькое, то через лампу и канал сток-исток идет большой ток. Поэтому транзистор нагревается. 

4. Полевой транзистор, управляемый ШИМ-сигналом.

При таком управлении транзистор открывается на определенное время, потом снова закрывается. И так по кругу. При большой частоте такие включения/выключения незаметны для глаз. Чем больше длительность открытого состояния транзистора, тем ярче светит лампа.

Минусы в том, что нагрузка работает в импульсном режиме, а это значит помехи в сеть питания автомобиля, неполная отдача мощности в лампу (т.к. включение чередуется с выключением. Пусть это незаметно визуально, но теоретически яркость ламп меньше, чем при постоянно включенных).

На основании всего этого решил сделать свое устройство с блэк джеком и…:) Устройство плавного включения ламп.

Плавное включение фар схема

Общий принцип работы схемы такой: при подаче питания с помощью ШИМ-сигнала постепенно открывается транзистор VT3. Как только ШИМ достигает максимального значения (плавное включение ламп), с помощью транзистора VT1 срабатывает реле и своими контактами шунтирует переход транзистора VT3. 

Почему реле 5-вольтовое? Пробовал схему с реле 12 В, но из-за того, что в бортовой сети автомобиля напряжение (при работающем двигателе и исправной цепи заряда) больше 12 (14 В), обмотка реле нагревается. Поэтому отказался от 12-вольтового реле.

Устройство включается в разрыв цепи между выключателем ближнего света и лампами. Можно подключить к блоку предохранителей, а предохранители установить непосредственно на проводах.

Также в схему добавлено измерение напряжения сети. При включении выключателя ближнего света, если напряжение меньше 12.2 В (двигатель не запущен или нет заряда аккумулятора), свет не включается. Удобная функция, если в авто нет сигнализации о включенных фарах при неработающем двигателе. т.е. если приехали, заглушили двигатель, забыли выключить фары, устройство отключит их. Свет включается только, если напряжение выше 12.7 В. Перед отключением сделана задержка 4 с,  чтобы свет не выключался от кратковременных просадок напряжения.

Также фары выключатся, если напряжение превысит 15.4 В.

Хотя последняя функция спорная, т.к. при неисправном регуляторе напряжения, если напряжение в сети повышается выше допустимого, лучше наоборот нагрузить сеть, что позволит немного уменьшить напряжение. Но я решил, что можно защитить лампы от перенапряжения.

Потребляет устройство около 6.6 мА (лампы отключены).

Двусторонняя плата получилась размером 24х50 мм.

И напоследок видео работы:

 

https://youtu.be/Kcoll76YNwI

Если устройство заинтересовало, напишите:

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь с условиями Политики конфиденциальности
Политика конфиденциальности

См. также:


Если Вы нашли что-то полезное, поделитесь с друзьями:

#
Плавное включение фар обновлено: Май 1, 2019 автором: Deneb-80