Автостробоскоп или как собрать спец сигналы на лампах-вспышках

Авто стробоскоп состоит из блоков: высоковольтный преобразователь, коммутатор, блок поджига (для каждой лампы отдельный).

Схема соединения блоков.

Как собрать высоковольтный преобразователь - об этом сказано ранее. Для полноты статьи здесь разместим только схему самого преобразователя. Замечу, что полевые транзисторы необходимо установить на радиатор через прокладки не закорачивая их корпуса и для лучшего охлаждения установить вентилятор (подойдет самый простой компьютерный куллер) (см. фото преобразователя ниже). Как показала практика, в схеме преобразователя в качестве выпрямительных диодов лучше использовать HER307, отечественные КД213 работают, но не долго.

Схема высоковольтного преобразователя.

Далее фото готового преобразователя.

Схема коммутатора ламп. +/- HV - контакты высокого напряжения.

Коммутатор собран на элементах жесткой логики: стабилизатор напряжения на LM7805 (отеч. аналог КР142ЕН5А), задающий генератор на т.н. часовом таймере NE555 (отеч. аналог КР1006ВИ1), затем управляющие сигналы формируются микросхемой CD4017 (отеч. аналог К561ИЕ8), затем гальваническая развязка на оптопаре 4N35 (отеч. аналог АОТ128) и, наконец, транзисторные ключи.

Сразу о настройке. Все корпуса микросхем и оптопар у нас на панелях. Вынимаем оптопары и в контакты-зажимы освободившейся панели вставляем светодиоды (2 шт.); анод светодиода к контакту 1 оптопары, катод соответственно к 2му. Подаем питание 12В. Смотрим как они мигают. Настройка сводится к установке подходящей частоты перемигивания: подбираем сопротивление между ножками 6-7 у NE555 (от 10 кОм до 50 кОм) и конденсатор подключаемый к ножке 2 NE555 (от 1 мкф до 5 мкф). Таким образом, добиваемся примерно 1 вспышки в секунду; чаще не рекомендую, т.к. увеличится нагрузка на высоковольтный преобразователь да и лампы сильно разогреваются. Если вспышек у светодиодов нет, проверьте наличие импульсов на ножке 3 у NE555 (анод светодиода к выводу 3, катод на -12В). После этого просто определить, что у нас неисправно NE555 или CD4017. Исправность работы оптопар и транзисторных ключей несложно проверить: закорачиваем сопротивление 100 кОм пермычкой, выпаиваем один конец стабилитрона (чтобы его не убить, если его напряжение стабилизации меньше 12В) и, наконец, вместо высоковольтного питания подаем +/-12В и смотрим наличие сигнала на управляющих выводах относительно минуса -12В.

Детали используются самые обыкновенные. Диоды КД512 или импортные 1N4148 (или из того же блока питания компьютера - мелкие такие, в стекле). Стабилитрон любой на 500 мА, я использую из серии 1N47** (1N4740, 1N4741, 1N4742, 1N4743, 1N4743). Сопротивления чуть больше, чуть меньше; резистор 100 кОм для питания транзисторных ключей мощностью не меньше 0,5Вт, я ставлю отечественный на 0,25Вт.

Первый вариант рисунка печатной платы коммутатора (3+3 вспышки).
Далее фото готового коммутатора.

Принципиально можно объединять и другие выходы CD4017, помеченные от '0': до '9'. В нашем случае схема выдает 3 импульса для одной лампы и затем 3 для другой (т.е. 3+3) (соответственно с паузами между импульсами)

Блок поджига, как видим, достаточно простой. Комментарий заслуживает только трансформатор, т.к. моя идея его изготовления очень проста и надежна. Берем подходящее ферритовое колечко с внешним диаметром 17-20 мм и проницаемостью 2000. Первичная обмотка - полвитка; вторичная - 20-30 витков тонким монтажным многожильным проводом. Сначала мотаем вторичную обмотку. Отрезком толстого многожильного провода обхватываем кольцо, впаиваем в плату и получаем т.н. полвитка первичной обмотки и т.о. закрепляем катушку на плате (я делаю двойное "крепление"). Перед намоткой обмоток на колечко намотать в два слоя в натяг фторопластовую ленту (в крайнем случае, если нет ленты, отрежьте ножницами от шуршащего плотного целлофанового пакета полоску и обмотайте ею кольцо; у меня 3 слоя целлофана), т.к. острые кромки колечка могут повредить изоляцию обмоточного провода, что может привести к межвитковому пробою трансформатора и его придется перематывать; о пробое можно судить на слух по тихим щелчкам в трансформаторе, лампа соответственно не зажигается.

Для минимизации габаритов фланцы тиристоров BT151 отрезаем ножовкой (на фото "пока ещё не отрезано").

Лампу крепим с помощью винтовых зажимов, впаиваемых в плату. Вы можете скачать (в SL), приведенные выше, два рисунка печатной платы, где лампа крепится в одной плоскости с деталями и, второй вариант, лампа для компактности крепится с обратной стороны платы (в корпус дешевого фонаря). Контактная площадка для подключения провода управляющего сигнала достаточно большая, для удобства ее можно рассверлить до 3 мм, припаять к ней гайку, совместив отверстия, и вкрутить болт для крепления провода; а можно и не заморачиваться - подпаиваем управляющий провод на плату там, где нам удобно. Обратите внимание на фото выше: я использовал двухсторонний фольгированный текстолит; необходимо предусмотреть со стороны монтажа площадки фольги для впайки винтовых зажимов; перед травлением на эти "участки" я наклеиваю изоленту.

Далее фото фонарей.

Постарайтесь аккуратно впаять проводники вторичной обмотки, без острых выступов, "соплей" и излишков припоя; удалите остатки канифоли, протрите спиртиком или растворителем. На эти места наклейте скотч или изоленту. В противном случае возможен коронный разряд с резким щелчком, вплоть до выгорания в этих местах фрагментов фольги на рисунке печатной платы. Один конец вторичной обмотки я подпаиваю непосредственно к лампе (см. фото блока поджига).

Наконец всё собрано. Соединяем блоки между собой. Не забудьте после настройки коммутатора отпаять перемычку с резистора 100 кОм и впаять на место стабилитрон. Радиатор прикручен, вентилятор подпаян к плате преобразователя (на вентиляторе красный - "плюс", чёрный - "минус", если есть желтый провод - его можно отрезать). Подаем кратковременно на пару секунд питание +/-12В. Если за это время не было вспышек - ищем неисправности. Если всё делали последовательно с этим описанием - то наслаждаемся. Берегите глаза, десять вспышек и полчаса ловим зайчиков.

Будьте осторожны! На выходе преобразователя высокое напряжение и очень серьезно может ударить. Потом не говорите, что не предупреждал. Конденсаторы держат заряд больше суток - проверено на людях. Разрядных цепей на выходе нет. Закорачивание не допускается; я разряжаю подключая паяльник. Также высокое напряжение в блоке поджига. Во вторичной обмотке развивается импульс в 20-30 больший чем входной, т.е. несколько киловольт, а может и больше.

Типичные проблемы (блоки проверяются по отдельности).
Нет высокого напряжения - прозваниваем выпрямительные диоды; выпаиваем и прозваниваем транзисторы; TL494 надёжная как бревно, выпаивал из БП ПК. Больше ломаться нечему. Для справки - выходное напряжение без нагрузки 315В. По справке на ИФК-120 минимальное напряжение зажигания не ниже 180В, к чему вы и должны стремиться.
Коммутатор - замеряем +5В на выходе стабилизатора; смотрим наличие сигналов на выходах микросхем; прозваниваем стабилитрон, если он мёртвый - заменяем (такое происходит если вы один из Упр. выходов закоротите на +HV) и наверняка сгорел ключевой транзистор, относящийся к этому выходу; проверьте оба транзистора; транзисторы n-p-n КТ815 или КТ817; транзистор КТ816 с p-n-p структурой не подходит. Оптопара 4N35 - у меня из строя не выходила.

Блок поджига также надежен. Прозвоните диоды. Из строя выходит BT151 в том случае, если вы закоротите Упр. на +HV. Проверить просто. Подаем только питание +/- HV на 20-30 сек. Отключаем. Если сопротивление 47 кОм подаёт признаки нагрева - меняем BT151. Снова подключаем. Берем батарейку на 1,5-3В. Минус батарейки соединяем с минусом -HV, а плюс батарейки кратковременно соединяем с управляющим выводом. Последует вспышка. Внимание: в таком режиме поджига в ИФК-120 может возникнуть "плазменный шнур", что снижает срок ее службы и ведет к перегрузке высоковольтного преобразователя (сопротивление в лампе в момент свечения согласно справке на ИФК-120 составляет 0,8 Ом; а уж про плазму и говорить нечего - считайте, что короткое замыкание). Отключайте сразу же питание 12В.

Одновременные вспышки двух ламп (иногда такое наблюдается) решается также просто - между выходом Упр. коммутатора и входом Упр. блока поджига ставим сопротивление 100-220 ом (я в последних вариантах ставлю 220 ом) - по сопротивлению в каждую линию Упр.1 и Упр.2. Это несложно сделать, в печатной плате доработок не требуется. Также, одновременные вспышки ламп происходят, если блоки поджига находятся близко друг к другу; разнесите их подальше друг от друга, чтобы исключить взаимное влияние катушек. Если и это не помогает - уменьшите сопротивление в цепи эмиттеров ключевых транзисторов в блоке коммутатора (до 1 кОм), а в блоке поджига увеличьте сопротивление с 47 кОм до 100 кОм.

"Плазменный шнур" может возникнуть и в рабочем режиме и особенно в "свежих" лампах. Это не проблема, а признак эффективной работы преобразователя. Эксперименты показали (собрано 4 преобразователя с различной элементной базой), что плазма возникает в том случае, если на выходе в высоковольтном преобразователе стоят конденсаторы до 200 мкф (я пробовал 10, 33, 47, 100 мкф). Не вникая в физиологию процессов мы просто увеличиваем емкость конденсаторов; не забудьте про габариты, в нашу плату диаметр этих конденсаторов должен быть не более 18 мм. Необходимо отметить, что с увеличением емкости возрастает энергия вспышки; в справке на ИФК-120 рекомендованная емкость конденсатора составляет 2500 мкф!!!; мне это трудно представить - как бы она не взорвалась.

Для тех, у кого проблемы с бюджетом (на фоне других деталей, конденсаторы с такой емкостью, напряжением и габаритами дороговаты) и для тех, кто так и не смог побороть плазму, есть радикальный и простой способ решения проблемы. Перед выпрямительными диодами достаточно поставить сопротивление 100-200 Ом мощностью не меньше 2Вт (лучше отечественные). Преимущества - щадящий режим работы диодов (меньший ток). Недостатки - проигрыш в яркости вспышки. Ниже фрагмент модифицированной схемы.

Рисунок платы остается без изменения; сопротивления и диоды впаиваются вертикально; общая точка соединения сопротивлений и диодов спаивается в воздухе. Рекомендую для увеличения мощности поставить параллельно два сопротивления (2 шт. по 200-300 Ом).

Ламп на каждом канале может быть больше чем одна. Соединяем параллельно блоки поджига ('+' к '+', '-' к '-', Упр. к Упр.) - проверено соединение "по две лампы на канал" - работает. В этом случае снижается яркость вспышки.

Корпус - самая незавершенная часть конструкции. Я использовал пустую коробку от компьютерного блока питания. На толстый жёсткий картон на аквариумный герметик приклеиваем платы. Провода вывожу на клемную колодку с винтовыми зажимами; 6 зажимов: Упр.1, Упр.2., +300В, -300В, +12В, -12В. Последовательность выводов, как вы понимаете, не актуально. На мой взгляд, более важны цвета проводов. На фото ниже то - что у меня получилось.

Друзья, с моей стороны в этой статье было бы неправильным не предложить для вас интересное схемотехническое решение. Для неуправляемого автомобильного стробоскопа достаточно собрать только высоковольтный преобразователь, а в качестве ламп вспышек использовать декоративные рекламные лампы-стробы с питанием от сети 220В (от нашего преобразователя запитывалось 4 (четыре) декоративных строба, включенных, соответственно, параллельно) (полярность и фазность подключения стробов к преобразователю не имеет значения) (модифицировать схему преобразователя не нужно). По цене такое решение очевидно дешевле - рекламная лампа-строб стоит 120 руб. Конструктивные преимущества также очевидны: готовый герметичный корпус для эксплуатации на улице; варианты с выбором цвета; существуют и цокольные лампы под патрон. Недостатки: проигрыш в яркости вспышки, неуправляемая частота, и, соответственно, хаотичность вспышек (1-2 вспышки в 1 сек). Выбор за вами.



На этом всё. Из добрых рекомендаций - подключайте всё это дело к бортовой сети через предохранитель на 5А; не лишним будет и диод на входе от переполюсовки. Высоковольтный минус с массой машины не соединять.

Добавляю некоторые полезные рекомендации.
При наладке блока коммутатора установив перемычку на 100 ком выходит из строя стабилитрон, если его напряжение стабилизации ниже напряжения питания. Т.е. установив стабилитрон, например, на 10в и подавая питание 12в во время наладки - результат очевиден. При наладке части коммутатора после опторазвязки стабилитрон лучше временно выпаять.
Трансформаторы в блоках поджига по любому обматывать (от греха подальше) в 2-3 слоя полоской ленты шириной 1 см, отрезанной от плотного шуршащего целлофанового пакета.
Выпрямительные диоды, как показала практика, лучше HER307. Отечественные КД213, простите, обосрались (5 замен).
Одновременные вспышки двух ламп (иногда такое наблюдается) решается также просто - между выходом Упр. коммутатора и входом Упр. бл. поджига ставим сопротивление 100-220 ом (я в последних вариантах ставлю 220 ом) - по сопротивлению в каждую линию Упр.1 и Упр.2. Это несложно сделать, печатную плату не изменял.
Ламп на каждом канале может быть больше чем одна. Соединяем параллельно ('+' к '+', '-' к '-', Упр. к Упр.) - проверено соединение двух ламп - работает.