|
Еще лет 5...10 назад делать блок питания для настенных
электромеханических кварцевых часов не имело смысла, т.к. одной
самой дешевой пальчиковой батарейки хватало для работы часов до
полутора лет. Сейчас ситуация изменилась, гальванического солевого
элемента типоразмера АА обычно хватает не более чем на 2...3 месяца
работы современных настенных часов. Причина в том, что шаговый
электродвигатель в старых механизмах делал 1 шаг в секунду, а в
новых, "бесшумных" часах, он срабатывает около 10 раз в
секунду. Это, с одной стороны, обеспечивает плавность движения
секундной стрелки и несколько меньший уровень шума, а с другой -
увеличивает расход энергии гальванического элемента. Производители,
скорее всего именно по последней причине и выпускают подобные часы,
чтобы люди чаще покупали батарейки.
Обратите внимание, что на витринах часовых магазинов ни одни часы не
идут, тогда как в былые годы все часы там обычно тикали. Допускаю,
что часы, в которых секундная стрелка делает один шаг в секунду, все
еще существуют, но выбрать их при покупке невозможно. Ну не будете же
вы просить продавца продемонстрировать работу всего ассортимента
настенных часов.
Обычно рекомендуют использовать для питания часов щелочные батарейки
(alkaline). Опять же, обратите внимание, что ни на одной батарейке, в
отличие от аккумулятора, не указана ее емкость. Обычно на них
написано "Super heavy duty" или что-то подобное. Мне это
напоминает надпись на пакетах с фруктовым соком "100%
качество". Звучит привлекательно, но ни к чему не обязывает
производителя.
В полном соответствии с законом Мэрфи ваши часы остановятся в самый
неподходящий момент или, что еще хуже, начнут сильно отставать. А
замена батарейки, кроме материальных затрат, связана еще с
необходимостью снимать часы со стены, а затем устанавливать на них
точное время. Мало у нас других забот и проблем...
Что же делать? Интернет подсказывает несколько вариантов решения
проблемы. Во-первых, есть предложения заменить батарейку
аккумулятором. На мой взгляд, это плохая идея, ведь аккумулятор нужно
периодически заряжать, а его саморазряд намного больше, чем у
батареи. Да и напряжение аккумулятора 1,2 вольта, а это мало для
устойчивой работы часового механизма. Можно сделать "вечную
батарейку", использовав солнечную батарею. Тоже не лучший
вариант, т.к. солнечная батарея эффективна только при освещении
прямыми солнечными лучами, а часы обычно висят там, куда солнце редко
заглядывает или не заглядывает вообще. Наконец, сетевой блок питания.
Тут нужно только выбрать схему, обеспечивающую максимальный КПД и
электробезопасность пользователя. Кроме того, схема должна быть
простой, а компоненты дешевыми и доступными.
Первое, что приходит в голову, использовать старое зарядное от
телефона или драйвер от светодиодной лампы и добавить к нему
стабилизатор на 1,5 В. Подобный блок питания описан в журнале
"Радио" №7 за 2019 год. В принципе, не плохой вариант. Для
резервного питания при отключении сети там использован ионистор.
Каков будет КПД такой схемы сложно сказать, ведь зарядник и драйвер
тоже потребляют на собственные нужды какой-то ток из сети. Да и
ионисторы не дешевы. Экспериментировать мне не захотелось, решил
поискать более простое решение.
Можно сделать классический блок питания, использовав миниатюрный
трансформатор. Но его еще нужно найти. Кроме того, он может не
поместиться в корпус часов, да и сейчас обычно экономят медь, поэтому
трансформаторы сильно греются. А это большие потери энергии и низкая
надежность.
Попадались предложения использовать схему блока питания с гасящим
конденсатором, но я бы никому не рекомендовал так делать. Просто и
экономично, но не надежно. Рано или поздно что-нибудь сгорит, хорошо,
если не часы. Не буду вдаваться в детали, но мне приходилось
ремонтировать много разных устройств, в которых использовался блок
питания с гасящим конденсатором.
В общем, я остановился на простой и надежной схеме. К сожалению,
адрес странички, откуда взята идея, я сразу не сохранил, а потом
почему-то уже не смог найти.
В качестве токоограничителя использованы резисторы R1...R4. Их
номинал выбран исходя из потребляемого часами тока. Мои часы
потребляют 300 мкА, принимаем для расчета с запасом 1 мА. Необходимый
номинал гасящего резистора по закону Ома получается 220 К. Для
надежности и уменьшения нагрева составляем его из четырех
последовательно включенных резисторов по 56 или 51 К. На этих четырех
резисторах будет рассеиваться мощность около 0,22 Вт, т.е. на каждом
чуть более 0,05 Вт. Если использовать резисторы с допустимой
мощностью 0,5 Вт, они практически не будут нагреваться.
Почему 4 резистора, а не 1? Самое главное - электробезопасность.
Резисторы R1 и R2 размещаются непосредственно в сетевой вилке, а вся
остальная схема монтируется в часах. Поэтому при неосторожном
прикосновении к элементам схемы через тело человека в самом худшем
случае потечет ток не более 4 мА. Это ощутимо, но безопасно.
Стандартное УЗО срабатывает при токе 30 мА.
В качестве стабилизатора я использовал 3 диода VD2...VD4 типа Д220Б,
которые нашлись в моем "ящике с хламом". Емкость
конденсатора C1 можно уменьшить в 2...3 раза. Диодная сборка VD5 с
диодами Шоттки от компьютерного блока питания. Можно использовать и
отдельные диоды, причем правый по схеме должен быть обязательно с
барьером Шоттки. Это можно определить, измерив мультиметром прямое
падение напряжения на нем. Оно должно быть не более 0,1...0,2 вольта.
Если падение напряжения будет больше, часы не смогут работать от
батареи резервного питания. Левый по схеме диод в сборке VD5 может
быть любым, не обязательно Шоттки. Мостик VD1 любого типа с
допустимым напряжением не менее 400 вольт.
В качестве батареи можно использовать любую дешевую солевую батарею
типоразмера AAA или AA. Ее хватит надолго, при работе от сети батарея
не разряжается. Иногда для продления срока службы батареи рекомендуют
ее непрерывную подзарядку небольшим током. Лучше этого не делать,
т.к. батарея - это не аккумулятор и ее подзарядка увеличивает риск
протекания электролита.
Схема смонтирована на односторонней плате размером 80х40 мм. Все
детали припаяны непосредственно к фольге со стороны монтажа.
Батарейный отсек AAA и диодная сборка приклеены к плате. Штатный
батарейный отсек в часах я не использовал. Вот так все это выглядит в
сборе.
Схема хоть и простая, но некоторого налаживания требует. Вначале
нужно измерить ток, потребляемый часами. Проще всего это можно
сделать, если вставить полоску тонкого двустороннего фольгированного
стеклотекстолита между полюсом батареи и контактом в батарейном
отсеке. Прикоснувшись щупами мультиметра к фольге с обоих сторон,
измеряем потребляемый ток. Увеличиваем полученное значение в 2...3
раза и рассчитываем по закону Ома суммарное сопротивление резисторов
R1...R4. Делим результат на 4 и выбираем ближайшее стандартное
значение. Резисторы нужно использовать с допустимой мощностью 0,5 Вт.
Теперь нужно подобрать диоды VD2...VD4 так, чтобы напряжение на
конденсаторе C1 при номинальном потребляемом токе было в пределах
1,5...1,6 вольта. Если меньше, может разряжаться батарея, а при
большем напряжении возможно повреждение механизма часов. У меня
получилось 1,58 вольта. Можно использовать красный светодиод или
комбинацию из обычных диодов и диодов Шоттки. Если использовать
светодиод, лучше для надежности включить две штуки параллельно. В
своей практике я сталкивался со случаями, когда светодиод с течением
времени деградирует, а это может привести к повреждению механизма
часов. С обычными диодами такого эффекта я не замечал.
Вот и все. По сути, конструкция выходного дня, которая позволит
забыть о замене батарейки в часах. Если шокирует выходящий из часов
провод, при очередном ремонте его можно замуровать в стену,
предусмотрев разъемное соединение для подключения к часам. Возможно,
кого-то заинтересует, а сколько же электроэнергии будут потреблять
такие часы в течение года. При потребляемой мощности 0,22 Вт после
несложных расчетов получаем примерно 2 КВт в год. Много это или мало?
Возьмите стоимость 2 КВт-часов в вашей местности и сравните со
стоимостью alkaline батарейки. Чертеж платы в Sprint Layout и схему
в Splan можно скачать по ссылке в конце этой странички.
© 2022г.
|
