CC BY
35
УДК 621.38
Е.А. Чижова, Э.С. Заневский, М.С. Кетова, Е.С. Бутолина, К.Ю. Меньшакова, Л.П. Андреева
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
ЗАЩИТА РАДИОАППАРАТУРЫ ОТ КОЛЕБАНИЙ СЕТЕВОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Дано описание ограничителя сетевого напряжения в диапазоне 180-240 В с выводом результатов измерений на цифровой индикатор.
Устройство предназначено для защиты различной сетевой электрорадиоаппаратуры от колебаний питающего напряжения. Основой предлагаемого устройства является микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Он постоянно измеряет сетевое напряжение, а в случае его выхода за заранее установленные пользователем пороговые значения напряжения в сети отключает нагрузку от сети. Результаты измерения и информация о режимах работы устройства выводятся на ЖК-индикатор. К устройству можно подключать потребители мощностью от нескольких мВт до 3 кВт (230 В, 16 А), так как в качестве исполнительного элемента применено электромагнитное реле. В устройстве использован бестрансформаторный блок питания, поэтому при его изготовлении и настройке необходимо строгое соблюдение правил техники безопасности.
При разработке ограничителя напряжения с большим допустимым разбросом входного напряжения использовалась микросхема ЬКК304 [1-3] с допустимым рабочим диапазоном напряжения от 85 до 265 В. Для расширения интервала питающего напряжения был применен входной конденсаторный делитель напряжения. Блок питания в этом устройстве устойчиво запускается при напряжении сети от 40 В и надежно работает при напряжении до 400 В.
Схема устройства показана на рисунке.
Его основа - микроконтроллер Р1С 16Р876А (ВБ1). Был выбран микроконтроллер со встроенным АЦП, позволяющим реализовать
цифровой вольтметр. На вход АЦП микроконтроллера ББ1 с делителя напряжения ЮК2КЗ поступает переменное напряжение. Микроконтроллер постоянно проводит его измерение, а максимальный результат (амплитудное значение) выводит на ЖК-индикатор НС1. Поэтому для индикации действующего напряжения соответствующее ему переменное напряжение устанавливают входным делителем по образцовому вольтметру. Такой вольтметр обладает хорошей линейностью в интервале входного напряжения 10...500 В.
Рис. Схема устройства ограничителя напряжения
Одновременно микроконтроллер ББ1 сравнивает полученные результаты с заложенными в его память значениями нижнего и верхнего порогов отключения. Если напряжение сети находится в допустимом интервале - между нижним и верхним порогами, на линии порта КА1 установится напряжение высокого уровня, транзистор УТ1 откроется и питающее напряжение поступит на реле К1. Своими контактами К1.1 оно подключит нагрузку к сети. При выходе напряжения сети за допустимые пределы на линии порта КА1 установится низкий уровень, транзистор закроется и нагрузка обесточится. По
умолчанию (заложено в коды программы) в память микроконтроллера записан нижний порог 200 В и верхний 240 В.
Напряжение питания микроконтроллера DD1 и ЖК-индикатора HG1 стабилизовано интегральным стабилизатором напряжения DA2. Он в свою очередь питается от понижающего импульсного стабилизатора напряжения DA1. Дроссель L2 - накопительный. Емкостный делитель сетевого напряжения собран на конденсаторах С2 и СЗ. Поскольку ёмкость этих конденсаторов одинакова, то примерно половина входного напряжения через ограничительный резистор R4 выпрямляется диодами VD1 и VD2. Далее пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются LC-фильтром, реализованным на элементах C7L1C9, и подаются на вход D интегрального преобразователя DA1.
Для входа в режим установки порогов необходимо нажать кнопку SB1 «MENU» и удерживать ее не менее двух секунд. После отпускания кнопки нагрузка будет отключена от сети и в верхней строке ЖК индикатора (ЖКИ) появится сообщение «U 200 В», а в нижней - <4М1Щ». Нажимая на кнопку SB2 «SELECT», устанавливают нижний порог отключения, и для подтверждения введенного значения нажимают на кнопку SB1. Затем в верхней строке ЖКИ появится сообщение «U 240 В», а в нижней - «|МАХ|». Нажатиями на кнопку SB2 устанавливают верхний порог отключения и подтверждают это значение нажатием на кнопку SB 1.
После этого, если сетевое напряжение находится в разрешенном интервале, устройство подключит нагрузку к сети. В другом случае устройство отключит нагрузку, и на дисплей в нижней строке будет выведена соответствующая информация. При превышении сетевым напряжением верхнего порога нагрузка будет отключена от сети, и на ЖКИ появится, например, такое сообщение: «U 280 В» (напряжение в сети в данный момент) - в верхней строке и «ЗАЩИТА» - в нижней.
Для исключения установки пользователем «запредельных» значений минимальный порог программно ограничен пределами 170...200 В, а максимальный - 240...270 В. Все установленные значения записываются в энергонезависимую память микроконтроллера, поэтому после отключения устройства от сети и последующем его включении все настройки восстанавливаются. Верхняя строка ЖК-индикатора используется как цифровой вольтметр переменного тока и постоянно отображает напряжение в сети.
Все элементы, кроме ЖКИ и кнопок, монтируются на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Элементы: резисторы Р1-12, конденсаторы К10-17в (типоразмеров 0805 пли 1206) предназначены для поверхностного монтажа, их устанавливают со стороны печатных проводников вместе с дподампУБ4, У05 и микросхемой БА1 в корпусе 8МБ-8В. С2, СЗ предназначены для работы при переменном напряжении до 450 В. ЖКИ ЖН0802В-ООБ-СТ можно заменить аналогичными индикаторами 2*16 (2 строки по 16 знакомест) на основе контроллеров НБ44780 пли КБООбб.
При выборе замены необходимо обратить особое внимание на выводы питания 1 и 2, переплюсовка может привести к выходу индикатора из строя. Катушки индуктивности - УЬи0608-221КР'Е. Реле -Т1АКВОТКА2Ь-12УОС-8^. Ток, потребляемый устройством при включенном реле, не превышает 60 мА. Кнопки обязательно должны быть с длинными толкателями, поскольку устройство не имеет гальванической развязки с сетью.
Технические характеристики устройства:
Напряжение сети, В
Интервал установки нижнего порога отключения, В
Интервал установки верхнего порога отключения, В
Шаг установки порогов отключения, В
Максимальный ток нагрузки, А
Библиографический список
1. Перельман Б.Л., Шевелев В.И. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги: справочник. - М., 1998.
2. Хрулев А. К., Черепанов В.П. Диоды и их зарубежные аналоги: справочник. - М., 1999.
3. Тихончук М. Устройство защиты от колебаний напряжения сети // Радио. - 2010. - № 12.
Получено 06.09.2012
40...400
170...200
240...270 2 16
