Автор - Михаил
Опубликовано 15.09.2010.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2010"

ВНИМАНИЕ! В устройстве используется бестрансформаторный блок питания, поэтому при изготовлении и наладке необходимо строжайшее соблюдение правил техники безопасности! 
Устройство защиты предназначено для защиты электропотребителей мощностью до 3-х кВт (230В/16А). При больших нагрузках потребителей необходимо управлять нагрузками не напрямую, а через магнитный пускатель (силовое реле). 
Основные технические характеристики устройства: 
1. Диапазон входного напряжения................................. 40 - 400 В 
2. Минимальный порог............................................ 170-200 В 
3. Максимальный порог........................................... 240-270 В 
4. Шаг установки ................................................2 В 
5. Максимальная мощность нагрузки................................3 кВт

Основным вопросом при изготовлении устройства защиты была разработка "широкодиапазонного" блока питания. После многочисленных экспериментов было принято решение использовать стабилизатор напряжения на микросхеме LNK304. Эта микросхема, согласно паспортных данных, обеспечивает работу в пределах 85-265В, что не соответствует заявленным требованиям, ведь в критических ситуациях напряжение в однофазной сети при обрыве нулевого провода и имеющемся большом перекосе фаз, может достигать 400В. Поэтому для увеличения интервала напряжений использован входной конденсаторный делитель напряжения. В процессе эксплуатации выяснилось, что стабилизатор LNK304 даже с входным конденсаторным делителем устойчиво запускается при напряжении на входе менее 40В и уверенно работает при 400В. 

Главным элементом схемы является очень широко распространенный микроконтроллер 16F876A. Выбор в его пользу был сделан в силу того, что он имеет встроенный АЦП, что позволяет относительно просто реализовать схему цифрового вольтметра. В отличие от существующих схем вольтметров переменного тока, где сначала происходит выпрямление переменного напряжения, а затем измерение его уровня, здесь применён следующий алгоритм - на вход микроконтроллера подаётся ограниченное делителем переменное напряжение, а микроконтроллер постоянно проводит измерение мгновенного значения, его анализ и при максимальном значении результат выводится на дисплей. Естественно, что таким образом мы измеряем амплитудное (пиковое) значение, поэтому для индикации действующего напряжения, необходимое его значение устанавливается входным делителем по образцовому вольтметру. Построенный таким образом вольтметр, имеет отличную линейность в диапазоне 0 - 500В. 
Устройство имеет самостоятельно устанавливаемые пользователем уровни верхнего и нижнего значения напряжения в сети. Шаг установки - 2В. 
Для предотвращения установки пользователем критических значений, минимальный порог имеет интервал 170-200В, а максимальный порог - 240-270В. Значения устанавливаются при помощи кнопок управления "Menu" и "Select".

Для входа в режим установки необходимо нажать и удерживать в течении не менее 2-х секунд кнопку "Menu". После отпускания кнопки нагрузка будет отключена и на дисплее будет предложено выбрать нижний уровень напряжения. Кнопкой "Select" выбираем нужное значение и снова нажимаем для подтверждения введённого значения кнопку "Menu". После этого предлагается ввести верхний порог - всё делаем аналогично описанному выше. После подтверждения введённого верхнего уровня устройство проконтролирует напряжение в сети, и, если оно находится в разрешённых заданных границах, включит нагрузку. При выходе за установленный интервал напряжений, устройство отключит нагрузку, о чём на дисплей в нижней строке будет выведена соответствующая информация. Также на экране дисплея в верхней строке постоянно индицируется напряжение в сети (т.е. верхняя строка используется как цифровой вольтметр переменного тока). Все значения записываются в энергонезависимую память микроконтроллера, поэтому после полного пропадания, а затем восстановления напряжения в сети, все настройки сохраняются. По умолчанию (без предварительной установки) в устройство записан нижний порог 200В и верхний порог 240В. Устройство не предназначено от защиты по току (короткого замыкания или утечки). Напряжение питания, т.е. напряжение в сети для нормальной работы устройства, может находиться в пределах 40-400 В.

Печатная плата разрабатывалась под корпус, который устанавливается на стандартную DIN-рейку. Большинство используемых компонентов схемы - SMD, которые устанавливаются со стороны печатных проводников платы, с этой же стороны установлена и планарная микросхема LNK304 стабилизатора блока питания. Так как максимальный ток этой микросхемы имеет значение всего 120 мА, то использовать постоянную подсветку ЖКИ дисплея, к сожалению, не получится. Ток, потребляемый устройством при включенном реле и отключенной подсветке индикатора, не превышает 60 мА. При выборе индикаторе индикатора обратите особое внимание на его выводы питания 1 и 2. Дело в том, что различные производители аналогичных дисплеев, выводят плюс и минус питания на эти выводы, по-разному. А переполюсовка может привести к выходу индикатора из строя. Используемое реле рассчитано на коммутацию 230В/16А. Кнопки управления должны быть изолированы, так как, ещё раз напомню - устройство не имеет гальванической развязки с питающей сетью.

Файлы:
Печатная плата в формате SL 4.0.
Прошивка МК.

Вопросы, как всегда в Форум.