Устройство защиты аппаратуры от аварийного напряжения сети

Предлагаемое устройство отключает чувствительную к изменениям питающего напряжения аппаратуру от сети в случае его выхода за установленные значения и снова подключает ее по истечении определенного временного интервала после возврата напряжения к норме. Особенностью устройстве является применение в нем микроконтроллера, который постоянно следит за напряжением сети и выводит информацию на трехразрядный индикатор.

Основа устройства - микроконтроллер DD1. Сетевое напряжение выпрямляет диод VD1, и через резистивный делитель R2R1 оно поступает на вход (вывод 3 микроконтроллера DD1) 10-разрядного аналого-цифрового преобразователя, входящего в состав микроконтроллера. Конденсаторы C1, С2 подавляют помехи, проникающие из сети, и сглаживают выпрямленное напряжение.

В ходе работы программы микроконтроллер непрерывно сравнивает напряжение сети с предварительно установленными предельными минимальным и максимальным значениями. Если оно в этих пределах, на выводе RA5 (вывод 2) микроконтроллера высокий уровень, транзистор VT1 открыт и нагрузка через контакты реле К1 подключена к сети. В случае выхода сетевого напряжения за пределы в течение пяти   последовательных  измерений (общая продолжительность 100 мс) на выходе RA5 микроконтроллера DD1 установится низкий уровень, транзистор VT1 закроется, реле К1 будет обесточено и отключит нагрузку от сети. Нижний предел сетевого напряжения можно установить в интервале 170...218 В, а верхний — в интервале 222...255 В. После того как напряжение вернется в норму, реле снова подключит нагрузку к сети, но только спустя заранее установленный временной интервал продолжительностью 1...30 с.

На понижающем трансформаторе Т1, диодном мосте VD2—VD5 и конденсаторе СЗ собран выпрямитель, для стабилизации напряжения питания микроконтроллера применен интегральный стабилизатор напряжения DA1. Стабилизированное напряжение используется также как образцовое для аналого-цифрового преобразователя. Для вывода информации взят трехразрядный светодиодный индикатор HG1 с общим катодом. Поскольку число свободных линий портов микроконтроллера ограничено, одну из них — RC2 (вывод 8 микроконтроллера DD1) — пришлось использовать как для управления элементом f во всех разрядах, так и общим катодом старшего разряда (вывод 12 HG1). При отображении информации в младших разрядах (выводы 8 и 9 индикатора HG1) на выходе RC2 — высокий уровень, если необходимо "засветить" элемент f-, и Z-состояние, если "погасить". Когда отображается информация в старшем разряде, на выходе RC2 присутствует низкий логический уровень. Понятно, что в этом случае элемент f в старшем разряде всегда "погашен", но для отображения цифр 1, 2 и 3 и дополнительных символов u, d он не нужен.

Установки верхнего и нижнего пределов напряжения, а также длительности задержки подключения нагрузки осуществляют кнопками SB1—SB3. При нажатии на кнопку SB3 входят в режим меню, затем нажатием на кнопку SB 1 или SB2 производят выбор устанавливаемых параметров: "uhi" (верхний предел), "ulo" (нижний предел) и "dlt" (длительность задержки). При следующем нажатии на кнопку SB3 высвечивается значение изменяемого параметра, и кнопками SB1, SB2 увеличивают или уменьшают его. При длительном нажатии на кнопки SB1 и SB2 изменение выбранного параметра в сторону увеличения или уменьшения происходит быстрее (около шести раз в секунду). Если кнопки не нажаты, по истечении 5 с устройство возвращается в рабочий режим, а установки сохраняются в энергонезависимой памяти микроконтроллера. Во время нахождения в меню контроль сетевого напряжения не производится и защита теряет работоспособность!

В рабочем режиме на индикаторе постоянно отображается текущее значение напряжения сети. Как только оно выходит за установленные пределы, нагрузка отключается и индикатор начинает мигать с частотой 4 Гц. Когда напряжение возвращается в норму, он мигает с частотой 2 Гц, индицируя то, что еще не истек установленный временной интервал задержки включения. По его окончании индикатор перестанет мигать и нагрузка будет подключена к сети. Для защиты от непредвиденных сбоев программы в микроконтроллере включен сторожевой таймер.

Большинство деталей размещены на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Реле можно применить с номинальным напряжением срабатывания 12 В и током не более 100 мА, рассчитанное на коммутацию сетевого напряжения, например TRL-12VDC-Р1С. Но необходимо убедиться, что оно будет уверенно срабатывать при изменении сетевого напряжения в установленных пользователем допустимых пределах. Следует также учитывать, что максимальная мощность коммутируемой нагрузки ограничена параметрами примененного реле. Трансформатор должен обеспечивать на выходе выпрямителя напряжение 12 В при токе до 100 мА, кроме того, он должен иметь как можно больший запас по входному напряжению. Возможно, например, использование двух трансформаторов на 220 В, первичные и вторичные обмотки которых соединены (с соблюдением фазировки) последовательно. Плату необходимо разместить в корпусе из изоляционного материала, в нем также крепят реле и гнезда для подключения нагрузки. Для толкателей кнопок и индикатора делают отверстия.

Налаживание сводится к установке правильности показаний индикатора. Для этого устройство подключают к сети вместе с образцовым вольтметром переменного тока или мультиметром. Резистором R1 добиваются совпадений показаний. Яркость свечения индикатора можно изменить подборкой резисторов R6—R12 (300... 1000 Ом).

Элементы устройства могут находиться под напряжением сети, поэтому при налаживании и дальнейшей эксплуатации следует соблюдать правила техники безопасности и правильность подключения — к фазе подключают провод, соединенный с плавкой вставкой FU1 и контактами реле К1.1.

Автор: Котов И.