Evakuační spínač

Jde o nouzové osvětlení při výpadku nebo vypnutí proudu. Kdo ve své dílně občas pracuje dlouho do noci a před odchodem vypíná přívod pro celou dílnu, nebo při svých pokusech vyhodí jistič, ten ví jak je nepříjemné potom potmě tápat k východu. Aby v přeplněném prostoru mohl být proveden bezpečný ústup (nebo evakuace), vznikl tento spínač osvětlení.

Zdrojem pro Evakuační spínač je samozřejmě nabitý kondenzátor. Po vypnutí proudu Spínač sepne a nábojem kondenzátoru se po potřebnou dobu napájí svítilna s bílou LEDkou. Vypadá to jednoduše. Ze sítě se nabije elektrolytický kondenzátor dostatečné kapacity a přes zdroj proudu může (po vypnutí sítě) napájet LEDku. Kondenzátor 180 uF nabitý na napětí 310 V obsahuje energii 1/2 C*U2 = 8,6 Ws. Bílá LED, která svítí při napětí 3,5V a proudu 17 mA, má příkon 0,06 W. Takže při ideálním (bezztrátovém) napájení by měla svítit 8,6Ws / 0,06W = 143 s. Ale při jednoduchém napájení přes odpor nebo obyčejný zdroj proudu se většina energie nashromážděná v kondenzátoru spálí na teplo ve zdroji proudu. Takže pak přes odpor napájená LEDka vydrží svítit asi dvě vteřiny.

Řešením je spínací zdroj. Dokáže efektivně (s menšími ztrátami) snížit napětí pro LED a také pro ni může stabilizovat proud. Spínací stabilizátor na síťové napětí takového výkonu nemusíme hned navrhovat a stavět. Je možno použít některý levný (většinou čínský) zásuvkový zdroj 5 nebo 6 V. Dá se pořídit za cenu nižší než je cena potřebných součástek. Ze zakoupeného zdroje použijeme pouze plošný spoj se součástkami.

Schéma použité části zdroje je na obr.1 označeno rámečkem. Na síťové straně má každý spínací zdroj můstkový usměrňovač. Ten odstraníme, dvě diody můžeme využít jako D1 a D2. Zapojení různých výrobků tohoto typu se mohou odlišovat, ale jedno mají vždy společné. Na vstupu je usměrňovač a na výstupu je zapojen optočlen zavádějící zpětnou vazbu pro stabilizaci výstupního napětí.

I nijak neupravený takový zdroj je možno použít pro účely evakuačního osvětlení. Vstupní svorky (230V) připojíme přes spínač podle obr.2 a z výstupu 5V můžeme přes odpor cca 100 Ohmů napájet osvětlovací bílou LED. S kondenzátorem cca 200M/400V na pozici C1 získáme asi 10 vteřinové osvětlení.

Obvyklé zapojení těchto zásuvkových zdrojů je takové, že optočlen je ovládán výstupním napětím přes 5V Zenerovou diodu. Když úroveň výstupu zdroje přesáhne Zenerovo napětí tak začne optočlen snižovat buzení oscilátoru zdroje. Tak je udržováno na výstupu stabilní napětí 5V. Jednoduchou úpravou zdroje ho můžeme změnit na stabilizovaný zdroj proudu. Tak dokážeme lépe využít energii z náboje kondenzátoru C1. Nepotřebujeme udržovat napětí ale proud LED. Zapojíme místo 5V zenery naši osvětlovací LED. Paralelně ke vstupu optočlenu připojíme odpor 56 ohm. Infra-dioda v optočlenu se totiž otevírá při napětí cca 1V. Na odporu 56 ohm vznikne při proudu cca 17 mA tekoucím LEDkou napětí 1V a tento proud bude nyní zpětná vazba udržovat. Získali jsme spínaný stabilizátor proudu LED, napájený ze sítě 230V. Paralelně k naší LED je ale dobré ponechat zapojenu původní zeneru 5V, zejména pokud nebude LED umístěna přímo na plošném spoji stabilizátoru. Při špatném kontaktu nebo poruše LED by zdroj ztratil zpětnou vazbu a začal divoce kmitat a mohl se tím úplně zničit. Zenera v takovém případě proud LEDky převezme a zdroj zachrání.

Nyní máme zdroj napájející LED lampu. K němu potřebujeme spínač, který se zapne po vypnutí sítě. Na vstupu je ochranný odpor R1 k omezení špičky nabíjecího proudu C1. Tento odpor musí být drátový, zdánlivě nepřiměřeně vysokého výkonu. Vrstvový nebo menší odpor by se totiž nabíjecím proudem kondenzátoru C1 v krátké době zničil. Přes diodu D1 se nabíjí elektrolytický kondenzátor C1 180 M na napětí plus 310V. Opačně pólovanou diodou D2 se nabíjí svitkový kondenzátor 8n2 na napětí mínus 310V. Obě napětí, kladné i záporné jsou přes odpory přivedeny na řídící elektrodu tranzistoru MOSFET. Odpor v záporné větvi je o něco menší než v kladné. Tak vzniká vlastně odporový dělič na napětí 600V a v jeho středu je napětí záporné (asi -50V) proti nulovému vodiči. Ovšem ve skutečnosti je na vstupu tranzistoru toto napětí omezeno zenerovou diodou Z1 na -0,7V. Elektroda G tranzistoru totiž nevydrží více než 20V a proto je tam připojena omezovací zenerova dioda. Na funkci zapojení to nemá vliv.

Po připojení sítě se nabijí oba kondenzátory a malé záporné napětí drží spínací MOSFET uzavřený. Když dojde k vypnutí síťového napětí na vstupu tak se začnou oba kondenzátory vybíjet přes odpory připojené k zeneře Z1. Časová konstanta obvodu R1C1 je 1800 vteřin, ale u R2C2 je jen 0,07 vteřiny. Takže záporné napětí prakticky okamžitě zmizí a kladné napětí pak přes odpor R1 otevře tranzistor T1. Tím se připojí nabitý kondenzátor C1 k našemu spínacímu stabilizátoru proudu a LED začne svítit.

Evakuační spínač musí být trvale připojen k síti aby při výpadku nebo vypnutí sítě mohl poskytnout své služby. Proto je zapojení koncipováno tak, aby byla klidová spotřeba minimální. Hned po nabití C1 poklesne odběr proudu ze sítě na 0,1 mA, takže v klidu spotřebovává Evakuační spínač nanejvýš dvě setiny Wattu.

Je nutno upozornit, že obvod LED není tak dokonale oddělen od sítě jak by se mohlo zdát. Nejde jen o malé trafo, které by při pečlivém zhotovení možná mohlo požadavkům vyhovět. Jde o kondenzátor C7, který vlastně přemosťuje dvojitou izolaci. V koupeném výrobku byl osazen 2n2/1kV. Správně by to měl být typ zkoušený na 4kV. Jeden kilovolt je málo i jen na pracovní izolaci. Proto se musí na výstupní dráty pohlížet a zacházet s nimi jako by byly přímo spojeny s fázovým vodičem 230V. Tomu by měla odpovídat i izolace svítilny.

Prototyp evakuačního spínače byl sestaven ze šuplíkových zásob. Kondenzátor C1 180M/400V stejné velikosti není běžný. Dostupné jsou kondenzátory 220M, které mají větší rozměry a nevejdou se tak do použité krabičky U-KM47. Ovšem mezi podobnými krabičkami U-KPZ je celá řada o něco větších typů kam se vše pohodlně vejde.

Jako odpor R1 byl použit typ vybavený tepelnou pojistkou. Kdo takový nesežene, měl by zapojení doplnit pojistkou cca 1A. LED diodu v pouzdru s malým reflektorem lze koupil na tržnici. Z jejího pouzdra se musí vymontovat baterie a vypínač, a místo něj prostrčit kablík. LEDku je také možno zabudovat přímo do krabičky spínače. Ovšem pokud nemáte pro použití takového evakuačního spínače zásuvku na vhodném místě , tak je lépe svítivku připojit kablíkem a umístit ji tak, aby osvětlení případné únikové trasy bylo optimální.

  Návod není vhodný pro začátečníky. Jedná se o práci s nebezpečným napětím.!!
Kondenzátor je nabit na životu nebezpečné napětí i dlouho po odpojení od sítě!!!

Použité součástky