Lichtaktivierter Schalter - Vermeiden Sie Flimmern beim Einschalten

Ich habe eine kleine Glühbirne (3W LED, E27/110V), die ich basierend auf der Umgebungshelligkeit steuere (sie geht an, wenn es dunkel ist, und erlischt, wenn es hell ist). Die Schaltung verwendet einen BT136-Triac, einen MOC3041-Optoisolator und einen IR-Fototransistor (ich habe keine Teilenummer dafür - 2 Stifte, schwarze Kappe, sieht aus wie eine LED).

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

So wie es gebaut ist, funktioniert es meistens - es geht an, wenn es soll, und geht aus, wenn es soll. D2 ist nur als Anzeige-LED enthalten, SW1 ist enthalten, damit das Licht bei Bedarf manuell eingeschaltet werden kann (unter Umgehung des lichtaktivierten Schaltkreises).

Allerdings habe ich ein Problem damit:

Die Rennstrecke befindet sich derzeit ziemlich nah am Licht (ca. 1,5 m darunter - aber das Licht zeigt nach oben). Wenn es dunkel genug wird, schaltet sich das Licht ein und das Licht, das es erzeugt, schaltet den Fototransistor aus, wodurch das Licht blinkt. Das Licht blinkt etwa 5 Minuten lang (mit unterschiedlichen Frequenzen), bevor es eingeschaltet bleibt. Dies impliziert, dass es nicht viel zusätzlicher Dunkelheit bedarf, um das zusätzliche Licht der LED-Lampe auszugleichen. Ich habe den Wert für R1 gewählt, der das Licht zum richtigen Zeitpunkt einschalten lässt, und R2 ist derzeit auf etwa 50 kOhm eingestellt (das Ändern von R2 ändert die Einschaltzeit, scheint aber das Flackern nicht zu unterstützen).

Meine Anzeige-LED (D1) geht an, wenn der Strom durch Q1 unter 1,6 uA bis 1,3 uA fällt. (Ich bin nicht zuversichtlich genug in meine Messgeräte, um dieser Zahl voll und ganz zu vertrauen, aber hoffentlich gibt sie eine Vorstellung von der Größenordnung). Bei direkter Sonneneinstrahlung beträgt der Strom durch Q1 bis zu 40mA.

Idealerweise möchte ich dies so einfach wie möglich lösen (z. B. mit einem Minimum an ICs), aber mein Wissen über das Design elektronischer Schaltungen ist noch nicht dort, wo ich es haben möchte, um die beste Vorgehensweise von hier aus zu kennen .

  • Ich könnte das ziemlich einfach mit einem Mikrocontroller lösen, aber das scheint eine unelegante Lösung zu sein.
  • Ich habe überlegt, eine Schaltung zu implementieren, die einer Schaltung ähnelt, die zum Entprellen eines Schalters verwendet wird, aber die Zeitskala auf diesen liegt normalerweise in der Größenordnung von Millisekunden - während ich etwas über mehrere Minuten benötige.
  • Ich habe einige Designs gesehen, die zwei Fototransistoren verwenden, die in verschiedene Richtungen zeigen, möchte aber ein Design haben, bei dem die Positionierung nicht kritisch ist.
  • Ich habe ein Soft-Latching-Design in Betracht gezogen, bin mir aber nicht sicher, wie ich das genau implementieren soll. Ich hatte auf etwas gehofft, das den erforderlichen Eingangsstrom beim Einschalten des Lichts geringfügig ändert - sodass der zusätzliche Strom, der beim Einschalten des Lichts durch den Fototransistor fließt, nicht ausreicht, um es auszuschalten. Ich glaube, dies würde einen Rückkopplungswiderstand erfordern, bin mir aber leider nicht sicher, wie ich dies implementieren soll.

Was wäre der beste Weg, um das Flackern zu beheben, das in der Dämmerung auftritt, wenn sich das Licht einschaltet?

Grundsätzlich möchten Sie, dass der Lichtsensor ein monostabiles Signal mit einer langen Dauer (10 Minuten) auslöst. Dieser Monostabile löst dann einen Riegel aus, um das Licht ein- oder auszuschalten. 555 jemand?
Gibt es ein Standardprodukt, das das tut, was Sie brauchen, ohne Engineering-Kosten? Versuchen Sie eine Google-Suche nach [ "3 Watt" LED-Nachtlicht ].

Antworten (3)

Sie müssen eine gewisse Hysterese (positive Rückkopplung) in die Schaltung einführen.

Dies geschieht unten, indem der Kollektor von Q2 über das Netzwerk R1 R2 R3 mit der Basis von Q1 verbunden wird. Sie müssen wahrscheinlich mit den Widerstandswerten herumspielen, damit es mit Ihrem Fototransistor funktioniert.

Ich habe es mit LTspice simuliert, und wenn Sie damit spielen möchten, finden Sie hier die Schaltungsliste .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

ALTERNATIVE:

U1 ist ein Operationsverstärker, der als Komparator fungiert, wobei PT1 und R1 verwendet werden, um die Spannung an U1- auf die Hälfte der Versorgung einzustellen, wenn PT1 ausreichend beleuchtet ist, um seinen Widerstand gleich 1,2 Megaohm zu machen. R3 R4 und R5 werden verwendet, um den niedrigen Beleuchtungsauslösepegel von PT1 einzustellen, wobei R3 und R5 den Bereich von R4 von etwa 2 bis 3 Volt begrenzen, und R7 wird verwendet, um eine Hysterese um den Komparator herum bereitzustellen und die niedrigen und hohen Schaltpunkte für den Beleuchtungseinfall einzustellen auf PT1.

Die Schaltung wurde simuliert, scheint gut zu funktionieren, und die LTspice-Schaltungsliste ist hier .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ups ... Der Fototransistor sollte nicht mit "Q1" beschriftet sein. Ich werde es in einer Weile beheben.
Danke für das Diagramm - einfach und elegant. Habe es ausprobiert und es funktioniert recht gut. Es weist eine Hysterese auf, wechselt jedoch zu Aus, wenn> 20 uA durch PT1 anliegen (und ich suche nach einem Übergang bei 2 uA). Ich war nicht in der Lage, die richtige Kombination von Widerständen für den gewünschten Übergang zu finden (ich werde es irgendwann erneut versuchen, jetzt, wo ich ein besseres Verständnis dafür bekomme, wie die Schaltung funktioniert). Es scheint jedoch zu funktionieren, indem ein weiterer NPN-Widerstand hinzugefügt wird, der in Q1 eingespeist wird (ein Darlington-Paar?). Noch wichtiger ist jedoch, dass ich Ihnen wirklich dafür danken möchte, dass Sie mich mit LTSpice bekannt gemacht haben.
Ich habe gerade fast die gleiche Schaltung fertig entworfen (mein erster wirklicher Versuch, ein Design von Grund auf neu zu erstellen). Erstens, danke, es ist beruhigend zu wissen, dass das, was ich getan habe, nicht weit weg ist. Zweitens ein paar Fragen: a) Sind die Gründe für die Verwendung eines MOSFET als Q1 (anstelle eines BJT) eine bessere Schaltfähigkeit und die Fähigkeit, mehr Strom zu senken (und möglicherweise spannungsgesteuert statt stromgesteuert)? b) Was ist der Zweck von R2 und R6 c) Ist der Zweck von R8 ein Pull-up-Widerstand am MOSFET-Gate?
Ich stelle fest, dass R1 an den Emitter von PT1 angeschlossen ist und die Spannung in den invertierten Eingang von U1 eingespeist wird, während ich R1 an den Kollektor von PT1 angeschlossen habe und die Spannung in den nicht invertierenden Eingang geht. Soll dies verhindern, dass die Rückkopplung von R7 die Eingangsspannung beeinflusst? b) Der andere Unterschied, den ich sehe, ist, dass ich meine Schwellen auf U1 im Bereich von 1 bis 1,5 V eingestellt habe (und R1 gewählt habe, um meinen Übergang in diesem Bereich zu geben), während Sie die Mitte des Spannungsbereichs gewählt haben. Sehen Sie Ihren Ansatz, die Mitte des Spannungsbereichs erscheint viel logischer.
Eine andere Frage - Sie haben einen 75-Ohm-Widerstand für R10 verwendet (der bei einer Vf = 1,25 V einen Strom von (5-1,25) / 75 = 50 mA ergibt). Der Auslösestrom beträgt 15mA. Ich verstehe, dass etwas über 15 mA die Gewissheit bietet, dass das Signal übertragen wird, aber gibt es einen bestimmten Grund für einen so hohen Strom (anstelle von beispielsweise 20 mA)?
1A: Ich habe einen MOSFET verwendet, weil seine Vgs nicht unter den Vbe(sat)-Beschränkungen eines Bipolaren leiden. 1B: R2 und R6 halten die Impedanz der Eingänge von U1 hoch genug, dass seine Eingangsdioden PT1 oder den Referenzteiler nicht belasten. 2A: Grundsätzlich ja. 2B: Ich denke, es ist einfacher - mit der Referenz bei etwa Vcc/2 - die Hysterese symmetrisch zu halten und daher die Triggerintervalle von Tageslicht bis Abenddämmerung und Morgendämmerung bis Tageslicht gleich zu halten. 3A: Da das Opto garantiert mit Strom zwischen 15 und 60 mA in den Emitter schaltet, habe ich mich entschieden, es auf die hohe Seite zu schlagen, nur für den Fall ...
1C: Ich habe die schwache Ausgangsspannungsquelle eines Komparators mit R8 überflutet und vergessen, sie zu entfernen, als ich den Komparator durch einen Operationsverstärker ersetzt habe. :(

Sie wollen Hysterese . Hysterese ist die gleiche Sache, die verhindert, dass sich Ihr Thermostat alle paar Sekunden ein- und ausschaltet, wenn die Umgebungstemperatur sehr nahe am Sollwert liegt. Die Hysterese kann auf viele Arten implementiert werden.

Sie könnten eine Verzögerung nach einer Zustandsänderung einführen. Das heißt, wenn Sie Zustände ändern, verhindern Sie weitere Änderungen für einige Zeit. Dies begrenzt zumindest die Rate des Blinkens. Sie können dies mit einem Mikrocontroller oder einer Art diskreter Logik und einem Timer wie dem 555 implementieren .

Alternativ können Sie ein gewisses Maß an positiver Rückkopplung einführen, sodass die Schwellenhelligkeit davon abhängt, ob das Licht derzeit ein- oder ausgeschaltet ist. Angenommen, das Licht ist derzeit ausgeschaltet und die erfasste Helligkeit muss unter „10“ (eine willkürliche Einheit) fallen, um das Einschalten des Lichts auszulösen. Bei eingeschaltetem Licht muss die Helligkeit nun auf „15“ steigen, bevor das Licht wieder ausgeht. Also vielleicht die Helligkeit auf 10 verringert, das Licht eingeschaltet, und jetzt ist die gemessene Helligkeit 12, aber das ist weniger als die neue Schwelle von 15. Der Schmitt-Trigger ist eine Art Komparator mit Hysterese.

Vielen Dank - Sie haben mich dazu gebracht, ein wenig zu recherchieren und etwas Neues zu lernen - und mich auf den richtigen Weg gebracht. Ich glaube, ich kannte das Grundkonzept bis zu einem gewissen Grad, aber nicht den Namen. Ich habe es geschafft, dass die Schaltung mit einem Schmitt-Trigger ziemlich gut funktioniert, möchte sie aber etwas mehr vereinfachen (ich scheine die Anzahl der Komponenten verdoppelt zu haben). (Ich hatte tatsächlich eine Schmitt-Trigger-Schaltung, die ich für meine "Entprell"-Idee eingerichtet hatte, aber nie damit fertig wurde).

Platzieren Sie einen Widerstand von der D2-Anode zur Basis von Q2. Ohne die Spezifikationen Ihres Fotosensors (Q1) zu kennen, kann ich nicht sagen, welchen Wert der Widerstand hat. Vielleicht 100K bis 3 M-Ohm. Dies ist ein positives Feedback, das Ihnen die von Phil Frost erwähnte Hysterese gibt.

Alternativ können Sie den Widerstand vom Kollektor von Q3 zur Basis von Q2 platzieren.

Wenn ich das richtig verstehe, möchte ich eine positive Rückkopplung implementieren, bei der das Ausgangssignal (z. B. D2-Anode) den Eingang verstärkt. In der Schaltung schaltet ein Strom durch den Basis-Emitter-Übergang von Q2 Q3 (Basis zu Masse) aus, daher würde ich erwarten, dass ein Widerstand von D2 zur Basis von Q2 das Einschalten der Schaltung verhindern würde (und wenn ich hinzufüge erstens kann ich die Schaltung nicht einschalten, selbst wenn ich Q1 vollständig entferne). Wenn ich jedoch einen Widerstand zwischen D1 und der Basis von Q3 hinzufüge, scheint die Schaltung besser zu funktionieren, aber ich konnte nicht beweisen, dass sie Hysterese hinzufügt.
Ich sehe jedoch keinen D1 in der Schaltung, um zu verstehen, dass Ihr Q2-Kollektor eine negative Rückkopplung (invertiertes Signal) liefern könnte, und der Kollektor Q3 (doppelt invertiert) kann eine positive Rückkopplung liefern.
vergessen zu erwähnen, dass für die Hysterese eine positive Rückmeldung erforderlich ist
Entschuldigung - ich meinte D2. Also, für positives Feedback, möchte ich etwas zur Basis von Q3 (und ich denke, das kann ich nur von D2 bekommen). Im Moment habe ich Widerstände zwischen 50k und 10M zwischen D2 und der Basis von Q3 ausprobiert, dies erhöht definitiv die Empfindlichkeit der Schaltung (schaltet sich bei höherem Umgebungslicht ein), aber sie flackert immer noch, wenn sie eingeschaltet wird.
Die einzige positive Rückkopplung in Ihrer vorhandenen Schaltung erfolgt vom Kollektor von Q3 zur Basis von Q2.
Q2, Q2, Q2 Basis. nicht Q3-Basis