Индикатор кратковременных провалов сетевого напряжения

Простая схема для определения коротких «провалов» напряжения сети.

Отечественное энергоснабжение

О невысоком качестве отечественного энергоснабжения известно всем, и сказано об этом немало. Вместо допуска по напряжению +/- 10 процентов, что составляет 180…240 В сетевое напряжение может «плавать» в диапазоне 160…260 и более В.

С такими медленными изменениями напряжения вполне успешно справляются стабилизаторы переменного напряжения на базе автотрансформаторов, например фирмы «Ресанта». Подобные стабилизаторы предназначены в основном для такой техники как холодильник, стиральная машина, электроплита.

Электронные стабилизаторы

Современная же электронная бытовая аппаратура таких стабилизаторов не требует, так как вся стабилизация напряжений осуществляется, как правило, внутренними полупроводниковыми стабилизаторами.

В очень большом диапазоне входных сетевых напряжений способны работать импульсные источники питания. Сейчас такими источниками оснащена практически вся электронная аппаратура. Например, многие современные телевизоры вполне работоспособны в диапазоне напряжения в розетке 100…280 В.

Импульсные помехи

Но, к сожалению, кроме таких медленных изменений сетевого напряжения, которые можно увидеть невооруженным глазом по миганию освещения, существуют еще кратковременные «провалы». Они носят импульсный характер, а от случайной импульсной помехи не способен защитить ни один стабилизатор.

Такие «провалы», незаметные даже по миганию освещения, неприятностей могут принести немало. Вдруг, ни с того ни с сего, произвольно перезагружается недавно приобретенный компьютер, работавшая всегда прилежно стиральная машина, заново начинает еще не законченный цикл стирки, микроволновка тоже сбивается с заданной программы.

Некоторые аппараты, например телевизоры, находящиеся в дежурном режиме, самопроизвольно включаются, или в процессе работы сами переключают каналы. Создается впечатление, что электронная техника понемногу приходит в негодность. А может ее уже пора нести в ремонт?

Индикатор «провалов» в сети

О подобных неприятных ситуациях может проинформировать описываемое ниже устройство – индикатор кратковременных «провалов» напряжения сети. Ведь если вдруг Ваш компьютер начал «самостоятельно» перезагружаться, а в это время раздался звуковой сигнал индикатора, зафиксировавший «провал» сетевого напряжения, то с достаточной долей уверенности можно сказать, что компьютер тут не виноват. Даже источники бесперебойного питания с импульсными помехами справляются не всегда.

Схема индикатора достаточно проста и показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Индикатор коротких «провалов» сетевого напряжения.

Как видно по рисунку, схема прибора достаточно проста, содержит малое количество деталей, которые, к тому же стоят не дорого и дефицитом не являются. Поэтому для повторения схемы слишком высокой квалификации не требуется: если Вы умеете держать в руках паяльник, то особых проблем возникнуть не должно.

Работа схемы

Работает схема следующим образом. На элементах VD2, R3…R5, C2 и C4 собран датчик сетевого напряжения. Именно с его помощью и определяются «провалы» в сети. При подаче сетевого напряжения конденсаторы C2 и C4 быстро зарядятся до напряжения, указанного на схеме. Поэтому на входе DD1 присутствует логическая единица.

На элементах VD1, VD3, R2, C3, C6 собран блок питания устройства. Следует обратить внимание на то, что конденсатор С6 заряжается до напряжения 9В достаточно долго – около тридцати секунд. Это обусловлено большой постоянной времени цепочки R2, C3, C6. Поэтому при первоначальном включении прибора на выходе элемента DD1.1 устанавливается низкий уровень напряжения.

Конденсатор С5 при включении был разряжен, то есть имел низкий логический уровень. Как видно из схемы конденсатор С5 через резистор R8 соединен со входом триггера Шмитта, выполненного на элементах DD1.2…DD1.4. поэтому на выходе триггера Шмитта будет также низкий уровень напряжения. Поэтому светодиод HL1 будет погашен, а звуковой излучатель HA1 будет молчать. Для увеличения нагрузочной способности выходного каскада применено параллельное соединение элементов DD1.3 и DD1.4.

Тут следует заметить, что подобное соединение допустимо лишь в том случае, если оба логических элемента принадлежат одному корпусу микросхемы и обладают идентичными параметрами. Такое соединение элементов находящихся в разных корпусах недопустимо.

Вышеописанное состояния индикатора будет сохраняться до тех пор, пока не будет «провала» сетевого напряжения. В случае же значительного уменьшения напряжения сети длительностью не менее 60 мс происходит разряд конденсаторов С2 и С4.

Другими словами на входе элемента DD1.1 появится низкий уровень, который приведет к появлению высокого уровня на выходе DD1.1. Этот высокий уровень приводит к заряду через диод VD4 конденсатора С5, то есть появлению высокого уровня на входе триггера Шмитта и соответственно такого же уровня на его выходе. (Логика работы триггера Шмитта была описана в одной из статей из цикла «Логические микросхемы»).

Современная элементная база позволяет заметно упростить схемное решение многих устройств. В данном случае применен звуковой излучатель со встроенным генератором. Поэтому для получения звука достаточно подать на излучатель просто постоянное напряжение.

В данном случае это будет напряжение высокого уровня с выхода триггера Шмитта. (Когда излучатели были без встроенного генератора, его приходилось собирать также на микросхемах.) Последовательно со звуковым излучателем установлен светодиод HL1 обеспечивающий световую индикацию «провала».

В таком состоянии триггер Шмитта будет находиться еще некоторое время после того, как «провал» уже закончится. Это время обусловлено зарядом конденсатора С5 и при указанных на схеме номиналах элементов составит примерно 1 секунду. Можно сказать, что просто происходит растягивание «провала» по времени.

После разряда конденсатора С5 устройство вновь возвращается в режим слежения за состоянием напряжения сети. Для предотвращения ложных срабатываний устройства от помех на входе установлен помехозащитный фильтр L1, C1, R1.

Несколько слов о деталях и конструкции

Кроме указанных на схеме элементов возможны следующие замены. Микросхему К561ЛА7 можно заменить без переделки схемы и платы на К561ЛЕ5, либо на импортный аналог любой из КМОП серий. Не рекомендуется применять микросхемы серии К176 не имеющие встроенных защитных диодов по входам, так как входное напряжение микросхемы в данной конструкции превышает напряжение питания. Такое обстоятельство может привести к выходу микросхемы серии К176 из строя ввиду «тиристорного эффекта».

Стабилитрон VD3 можно заменить любым маломощным с напряжением стабилизации около 9 В. Вместо диодов КД521 подойдут любые импульсные кремниевые диоды, например КД503, КД510, КД522, либо импортные 1N4148, диоды КД243 можно заменить на 1N4007.

Высоковольтный керамический конденсатор С1 типа К15-5. Вместо него возможно применение пленочного конденсатора на рабочее напряжение не менее 630В, правда за счет некоторого снижения надежности. Также пленочным должен быть конденсатор С2. Электролитические конденсаторы лучше применить импортные.

Указанный на схеме светодиод можно заменить практически любым отечественным или импортным, желательно красного цвета. Звуковой излучатель можно заменить на любой из серии EFM: EFM – 250, EFM – 472A.

Весь индикатор смонтирован на печатной плате, показанной на рисунке 2.

На плате установлены все детали кроме светодиода и звукового излучателя. Плату можно установить в отдельной пластмассовой коробке подходящих размеров, либо, если позволяет место, непосредственно в корпусе фильтра – удлинителя.

Настройка устройства сводится к подбору емкости конденсаторов С2 и С4. Удобнее подбирать емкость конденсатора С4. Делается это следующим образом: его емкость уменьшается до тех пор, пока пульсации напряжения на входе элемента DD1.1 не вызовут срабатывание устройства. По достижении такого результата следует заменить конденсатор С4 конденсатором с емкостью на 30 процентов больше подобранной.

Проверить правильность работы индикатора можно включением в ту же розетку галогенной лампы мощностью не менее полутора – двух киловатт. В момент включения должен раздаваться сигнал индикатора – сказываются повышенные токи в момент включения ламп. На этом наладку индикатора можно считать законченной.

Борис Аладышкин

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Факультет Интернет вещей

Вы сможете:

• Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

• Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

• Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды…

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Подробнее здесь:
Интернет вещей и современные встраиваемые системы

Источник