ТИПОВЫЕ СХЕМЫ УЗЛОВ ВВОДА МК. Датчики напряжения. Сеть 220 В

Сеть 220 В в большинстве случаев является основным источником питания для устройств, содержащих МК. Кроме того, она может служить информационным и управляющим каналом. Актуальными являются следующие задачи:

• измерение сетевой частоты и сетевого напряжения;

• проверка наличия сетевого питания при переходе на резервный источник;

• передача по сетевым проводам информационных сигналов;

• тактирование работы устройства от сетевой частоты;

• определение момента перехода переменного напряжения через нуль, чтобы коммутировать различные нагрузки с минимальным уровнем помех.

Стандартами стран СНГ допускается разброс сетевого напряжения в диапазоне 187...242 В и изменение частоты в пределах 49...51 Гц. Однако эти параметры варьируются в зависимости от страны и континента (Табл. 3.1), что надо учитывать при разработке продукции на экспорт.

Таблица 3.1. Стандарты электрических сетей в разных странах

Для адаптации напряжения сети 220 В к низковольтным входам МК используют резистивные делители (Рис. 3.1, а...з), оптическую (Рис. 3.2, а...ж) и трансформаторную (Рис. 3.3, а...з) развязку В двух последних случаях гарантируется гальваническая изоляция первичных и вторичных цепей, что повышает безопасность.

ВНИМАНИЕ!Здесь и далее при настройке и эксплуатации устройств, которые не имеют гальванической развязки от промышленной сети переменного тока, следует соблюдать повышенную осторожность и правила электробезопасности.

Рис. 3.1. Схемы неизолированных датчиков сетевого напряжения 220 В (начало):

а) диод vd1 отсекает отрицательную полуволну напряжения, резистором r2 регулируется амплитуда сигнала на входе МК (частота 50 Гц), конденсатор С/ устраняет помехи;

б) на вход МК поступает сигнал удвоенной частоты 100 Гц от мостового выпрямителя;

в) провод питания МК +5 В гальванически связан с сетью 220 В. Резистор r1 ограничивает ток через внутренние защитные диоды МК (0.1...0.3 мА). Частота сигнала 50 Гц;

г) транзисторы vti, vt2 образуют двухсторонний ограничитель напряжения с нагрузкой в виде резистора r2. Транзистор vt3 — усилитель-инвертор. Конденсатор С/ защищает МК от коммутационных помех, которые могут возникать в сети 220 В при работе тиристоров;

д) МК проверяет исправность симистора vs1 и отсутствие обрыва в нагрузке Конденсатор С/ имеет большую ёмкость, поэтому на входе МК напряжение усредняется. Резистором r2 устанавливается порог напряжения, ниже которого считается, что произошла авария;

е) для устройств, которые критичны к полярности включения вилки в сетевую розетку, «нуль» (n) и «фазу» (l) определяют стандартным прибором электрика «светящаяся отвёртка»;

ж) двухстороннее ограничение сетевого напряжения внутренними диодами МК. Конденсаторе/ высоковольтный (250 В переменного напряжения) на случай обрыва резистора r3;

Рис. 3.1. Схемы неизолированных датчиков сетевого напряжения 220 В (окончание): з) измеритель превышения сетевого напряжения 230...270 В. Резисторами ri, /^устанавливается диапазон изменения напряжения на входе АЦП МК или обычного цифрового порта.

Рис. 3.2. Схемы датчиков сетевого напряжения 220 В с оптической изоляцией (начало):

а) фототранзисторы оптопары vu1 закрываются на 0.1...0.2 мс в момент перехода сетевого напряжения через нуль. Точная длительность подбирается резистором r2, частота 100 Гц;

б) формирователь импульсов с частотой 50 Гц. Двойная гальваническая развязка: на оптопа-ре vu1 и на трансформаторе 77. Коллекторной нагрузкой оптопары служит внутренний резистор МК. Диод Шоттки vd1 защищает излучатель оптопары vu1 от обратного напряжения;

в) аналогично Рис. 3.2, а, но на двух отдельных оптопарах и без транзисторного ключа;

г) МК проверяет отсутствие обрыва в нагрузке /?,, по наличию импульсных сигналов с частотой 50 Гц. Диоды vd1... К/)6зап а рал делены (встречно) для максимальной симметрии схемы;

Рис. 3.2. Схемы датчиков сетевого напряжения 220 В с оптической изоляцией (окончание):

д) двухкаскадный формирователь сетевых импульсов на транзисторах vt1, vt2. Частота сигнала на входе МК 100 Гц. Питание первичной стороны формирователя осуществляется от параметрического стабилизатора, собранного на элементах r3, vd2, vd3, С/. Диодный мост vd1 должен быть рассчитан на обратное напряжение не менее 400 В;

е) индикатор наличия сетевого напряжения с гальванической развязкой на оптопаре vu1. Элементы С/, r2 служат соответственно реактивным и активным балластом для стабилитрона vd5. При отключении сети 220 В конденсатор С/ быстро разряжается через резистор r1 (доли секунды). Это повышает безопасность, иначе конденсатор может разрядиться через тело человека, если случайно прикоснуться к обесточенной сетевой вилке руками;

ж) светодиод hl1 индицирует наличие сетевого питания и защищает излучатель оптопа-ры vu1 от обратного напряжения. Резистор r1 при положительной полуволне задаёт ток через оптопару, а при отрицательной — через светодиод hl1. Частота импульсов на входе МК 50 Гц.

Рис. 3.3. Схемы датчиков сетевого напряжения 220 В с трансформаторной развязкой (начало):

а) транзисторный формирователь импульсов с частотой 100 Гц. Конденсатор С2 подавляет импульсные помехи. Резистор ri подбирается так, чтобы транзистор vt1 был гарантированно открыт при самом низком сетевом напряжении. Оно, в свою очередь, определяется коэффициентом передачи трансформатора 77. Напряжение с диодного моста vd1... vd4 поступает также в систему основного питания, которая формирует напряжение +5 В для МК;

б) детектор перехода сетевого напряжения через нуль. Компаратор da1 увеличивает крутизну фронтов сигнала и повышает помехоустойчивость. Выход компаратора (открытый коллектор) нагружен на «pull-up» резистор r3. Диоды vd5, vd6 ограничивают напряжение на входах компаратора на уровне 0.6...0.7 В при положительной полуволне сетевого напряжения, а диоды, входящие в мост vdi...vd4, — при отрицательной полуволне;

в) на резисторе r2 выделяется пульсирующее напряжение частотой 100 Гц. Конденсатор С/ подавляет ВЧ-помехи. Элементы vd3, r1 защищают МК от всплесков сетевого напряжения. Диоды vd1, vd2должны соединяться с адаптером А1 отдельными проводами;

г) с диодного моста vdi... vd4 пульсирующее напряжения частотой 100 Гц поступает на входы аналогового компаратора МК. Стабилитроны vd5, vd6 должны иметь пороговое напряжение ниже, чем напряжение питания М К (в данном случае это+5 В). Диоды vd7, vd8защищают М К от большого разбаланса напряжений на входах компаратора;

д) формирователь прямоугольных импульсов ТТЛ-уровня из переменного сетевого напряжения 9... 12 В. Задействуется свободный канал микросхемы dai (драйвер интерфейса rs-232), имеющий на входе триггер Шмитта. Цепочка ri, С2служит фильтром ВЧ-помех;

е) резисторы r2, r3 образуют делитель с уровнем +2.5 В, чтобы АЦП МК работал в линейном режиме. Частота импульсов, снимаемых с диодного ограничителя vd3, vd4, — 50 Гц;

ж) аналогично Рис.3.3, г, но с двумя парами ограничительных диодов Шоттки vd2...vd5. Это, очевидно, перестраховка на случай выхода из строя диодов, находящихся в мосту vdi;

з) амплитуда входного напряжения МК с частотой пульсаций 100 Гц регулируется резистором r2. Конденсатор большой ёмкости С/ при отключении сети поддерживает некоторое время напряжение питания +5 В, чтобы МК успел корректно закончить программные процедуры.

Запоминающий реверсивный счётчик витков

Ламповый двухтактный Лофтин-Уайт

Автомат плавного включения лампы

Устройство плавного гашения света в салоне

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ

Таймер обратного отсчета с энкодером.

Широкополосный УМ для телевизионного вещания

Правильное ЗУ аккумуляторов электроотвертки.