ET FADINGKREDSLØB FOR GLØDELAMPER TIL INDVENDIG BELYSNINGER I PERSONBILER.

Transkript

1 ET FADINGKREDSLØB FOR GLØDELAMPER TIL INDVENDIG BELYSNINGER I PERSONBILER. +12V INTERIOR LIGHT 12V/max 30W R10 150E VCC C4 22u/15V / TANTAL + R1 2k2 R2 2k2 1 D1 BZX83C8V2 8 LM358 4 U1A 3 2 C1 100n R3 R4 R6 150E/2W R5 D2 1N4148 C2 100n R8 Q1 BC k R7 100k U1B LM358 R9 7 C3 22u/15V / TANTAL GND Q2 IRFZ24 SW +12 +L DOOR SWITCH SWITCH CLOSED AT OPEN DOOR 1. Anvendelse. Kredsløbet anvendes til langsom op- og nedregulering (fading) af glødelamper. Eksempelvis loftslys I en personbil. Kredsløbet kan kun anvendes til en max arbejdsspænding er 12 VDC. 2. Funktioner. U1a fungerer som en oscillator, der leverer en trekantformet styrespænding med en frekvens på ca 1kHz. Styrespændingen overføres til U1b, der fungerer som komparator. U1b leverer en firkantspænding til Q2, hvor pulsbredden bestemmes af spændingen på U1b-5. Et spændingsniveau på U1b-5 svarende til 0 7V modsvares således af en stigende pulsbredde på U1-7 i området 0 100%. Q2 fungerer således som en ren switch, hvilket nedsætter effektafsættelsen i samme (sammenlignet med eksempelvis en emitterfølger). Styrespændingen på U1b-5 bestemmes af Q1, R7, R8 og C3. Ved sluttet kontakt åbner Q1 og et opladeforløb starter via R7 og C3. Ved åben kontakt lukker Q1 og et afladeforløb startes via C3 og R7+R8. Op- og nedreguleringstiden kan tilnærmet bestemmes som: ton = R7 * C3. toff = (R7+R8) * C3 Hvor tiden er angivet i sekunder, kondensatorværdi i uf og modstandsværdier i megaohm. PWM Side 1 af 6

2 Q2 fungerer som en ren switch med et teoretisk effekttab på 0W. I praksis vil der imidlertid være tale om et effekttab på grund af Q2 s Rds(on) og belastningsstrømmen. Ved Rds(on) = 0.1 ohm og strømmen 2.5 A (12V og 30W) afsættes således: P = * 0.1 = 0.625W. For den anvendte MOSFET er denne effekt så lav, at en yderlige køling ikke er nødvendig. Den langsomme opregulering af strømmen i en glødelampe medfører en forlænget levetid, da lampen ikke bliver udsat for en pludselig indkoblingsstrøm over en længere periode (en glødelampe er reelt en PTC-modstand med en lav modstandsværdi i kold tilstand). Ved anvendelse af LED belysning kan værdierne for indkoblingsstrøm for Q2 tages mere afslappet, da indkoblingsstrømmen normalt er lig med arbejdsstrømmen. D1 og C4 anvendes til at skabe den nødvendige forsyningspænding til styrekredsløbet og samtidig til beskyttelse af kredsløbet mod overspænding og støj. D2 og C2 anvendes til beskyttelse af Q1 og samtidig til undertrykkelse af støj. R9 er en pullup modstand, der anvendes til at overvinde spændingstabet i U1B ved ON. R6 anvendes til at skabe en tilstrækkelig strøm gennem kontakten. Dette kan være nødvendigt af to årsager: dels kontaktens tilstand/alder og dels kontaktens udformning (der skal være strøm nok til at slå igennem ). R2 og C1 anvendes til bestemmelse af oscillatorfrekvensen. R1, R3 og R4 anvendes bestemmelse af niveauet for styrespændingen, der overføres til U1b (ca. 0.8 og 7V). Standby forbruget for det viste kredsløb er ca. 5 ma. PWM Side 2 af 6

3 3. Stykliste Antal Reference Art Type / værdi Pakning 2 R1 R2 2k2 Benafstand Bemærkning 4 R3 R4 R5 R9 Modstand, SMD 2 R7 R8 100k Standardkomponent, Ptot 0.125W +/- 5%.. 1 R10 150E 1 R6 Effektmodstand, axial 150E / 2W PR02 15mm 1-2W, +/-10% 2 C1 C2 Kondensator, SMD 100n / 50V Standardkomponent, +/-10% 2 C3 C4 Tantalkondensator, radial 22u/15V RB0204 5mm +/-20% Low leakage: IL < 10V 1 D1 Zenerdiode, 8.2V BZX83C8V2 Ptot > 0.25W AXIAL0.4 10mm 1 D2 Diode 1N Q1 Transistor,småsignal BC556 TO-92 - General purpose Vr > 50V If > 10mA Hfe > 30 PNP. Low leakage: Iceo < 1uA 1 Q2 MOSFET, N-channel IRFZ24 TO Rds(on) < 0.1 3A. Vgs(on) < 5V 1 U1 Opamp, SMD LM358 SO-8 - Ikke LMV358 eller tilsvarende lavspændingtype (Vmax = 5V) De anførte typer er alene vejledende og kan erstattes af komponenter med tilsvarende data. Kritiske parametre er markeret med gult. C3 skal være en tantalkondensator for at opnå lavest mulig lækstrøm og her en advarsel m.h.t. tantaler. En del af disse typer er i stand til at fungere med en forkert polarisering i et stykke tid (op til timer/dage), hvorefter lækstrømmen stiger drastisk. C4 kan være af samme type som C3 eller en elektrolyt med Umax > 15V og C > 10uF. Q2 skal have en lav Rds(on) værdi og skal samtidig være i stand til at modstå en pulsstrøm på min 10A (indkoblingsstrøm ved kold tilstand af glødelamper). PWM Side 3 af 6

4 4. PCB. På de efterfølgende sider er vist udkast til et print for kredsløbet. Der er anvendt et enkeltsidigt print med montage på begge sider for at gøre de fysiske mål så små som mulige. Der er her lagt vægt på at gøre kredsløbet så billigt som muligt samt, at de anvendte komponenter er tilgængelige på det private marked. Der er derfor anvendt et mix af almindelige komponenter og SMD-komponenter. Kredsløbet kan gøres mindre ved anvendelse af et dobbeltsidigt print med en konsekvent anvendelse af SMD-komponenter. En anden mulighed vil være at anvende en IC med Puls Width Modulation funktion (PWM) og en integreret effekttransistor. Dette vil reducere antallet af diskrete komponenter. Der er dog to ting, der taler i mod denne løsning: dels at finde en IC der kan modstå indkoblingsstrømmen og dels at finde en IC, der prismæssigt kan modsvare den samlede kostpris for det viste kredsløb. I det viste layout er anvendt overdimisionerede printbaner, hvorfor fejl i forbindelse med overætsning (fotoprint) skulle kunne undgås. 5. Montage af det færdige print. Det færdige print kan monteres med siliconemasse eller afstandsstykker og lim. Afstand mellem print og ledende underlag skal som min være 5mm for at undgå kortslutninger. Kredsløbet skal være forsynet med en sikring som anført af bilfabrikanten. 6. Beskyttelse af PCB. Print uden loddestopmaske (indusrielt fremstillet PCB) skal beskyttes med en ikke vandbaseret beskyttelseslak efter montage og test. Dette for at modvirke: dels p.g.a. korrosion af printbaner og forøget lækstrømme, forårsaget af kondensvand. Anvendelige celluosebaserede lakker fndes bl.a. hos Jem og Fix - husk udendørs ellers kan der blive problemer med helbredet, herunder den bedre ægteskabelige halvdel. 7. Tilledninger. Ved de her anførte strømstyrker skal anvendes ledninger med med min mm 2 (3A pr 1mm 2 ) og lignende i.h.t. bilfabikantentens anvisninger i.forbindelse med ledningsførelse,mseltesikringer og lignende. 8. Fraskivelse af anvar (det der normalt skriver med små bogstaver). Forfatteren af dette dokument og videregivelse i dokumentet i den fulde ordlyd sker som en dokumentation som as it is uden ansvar for anvendelse af samme. Evt. medfølgende skader og anvendelse og funktioner sker alene på brugerens ansvar. PWM Side 4 af 6

5 PWM Side 5 af 6

6 PWM Side 6 af 6