Мережа 220 В в більшості випадків є основним джерелом живлення для пристроїв, що містять МК. Крім того, вона може служити інформаційних і керуючих каналом. Актуальними є наступні завдання:

• вимірювання мережевої частоти і напруги;

• перевірка наявності мережного живлення при переході на резервне джерело;

• передача з мережних проводам інформаційних сигналів;

• тактирование роботи пристрою від мережевої частоти;

• визначення моменту переходу змінної напруги через нуль, щоб комутувати різні навантаження з мінімальним рівнем перешкод.

Стандартами країн СНД допускається розкид мережевої напруги в діапазоні 187 … 242 В і зміна частоти в межах 49 … 51 Гц. Однак ці параметри варіюються залежно від країни і континенту (Табл. 3.1), що треба враховувати при розробці продукції на експорт.

Таблиця 3.1. Стандарти електричних мереж у різних країнах

Напруга [В]

Частота [Гц]

Країни світу

   220

   50

Країни СНД, Аргентина, Німеччина, Греція, Єгипет, Китай та інші

   230

   50

Бангладеш, Індія, Маврикій, Нова Зеландія, Танзанія та інші

   240

   50

Австралія, Великобританія, Кіпр, ОАЕ, Судан, Уганда та інші

   110

   60

Багамські острови, Гаїті, Гондурас, Південна Корея та інші

   120

   60

Венесуела, Канада, Колумбія, Коста-Ріка, Куба, Ліберія, США та інші

   127

   60

Мексика

   100

   50/60

Японія

Для адаптації напруги мережі 220 В до низьковольтних входів МК використовують резистивні дільники (Мал. 3.1, а … з), оптичну (Мал. 3.2, а … ж) і трансформаторну (Мал. 3.3, а … з) розв'язку. У двох останніх випадках гарантується гальванічна ізоляція первинних і вторинних ланцюгів, що підвищує безпеку.

УВАГА! Тут і далі при настройці і експлуатації пристроїв, які не мають гальванічної розв'язки від промислової мережі змінного струму, слід дотримуватися підвищеної обережності і правила електробезпеки.

 

 

 

 

Рис. 3.1. Схеми неізольованих датчиків напруги 220 В {початок):

   а)діод VD1 відсікає негативну півхвилю напруги, резистором R2 регулюється амплітуда сигналу на вході МК (частота 50 Гц), конденсатор С1 усуває перешкоди;

   б)на вхід МК надходить сигнал подвоєної частоти 100 Гц від мостового випрямляча;

   в)провід живлення МК +5 В гальванічно пов'язаний з сети 220 В. Резистор R1 обмежує струм через внутрішні захисні діоди МК (0.1 … 0.3 мА). Частота сигналу 50 Гц;

   г)транзистори VTI, VT2 утворюють двосторонній обмежувач напруги з навантаженням у вигляді резистора R2. Транзистор VT3 – підсилювач-інвертор. Конденсатор С1 захищає МК від комутаційних перешкод, які можуть виникати в мережі 220 В при роботі тиристорів;

   д)МК перевіряє справність сімістора VS1 і відсутність обриву в навантаженні Конденсатор С1 має велику ємність, тому на вході МК напруга усереднюється. Резистором R2 встановлюється поріг напруги, нижче якого вважається, що сталася аварія;

   е)для пристроїв, які критичні до полярності включення вилки в розетку, «нуль» (N) і «фазу» (L) визначають стандартним приладом електрика «світиться викрутка»;

   ж)двостороннє обмеження напруги внутрішніми діодами МК. Конденсатор С1 високовольтний (250 В змінного напруги) на випадок обриву резистора R3 Про

 

 

Рис. 3.2. Схеми датчиків напруги 220 В з оптичною ізоляцією (Початок):

   а)фототранзистори оптопари VU1 закриваються на 0.1 … 0.2 мс в момент переходу мережевої напруги через нуль. Точна тривалість підбирається резистором R2, частота 100 Гц;

   б)формувач імпульсів з частотою 50 Гц. Подвійна гальванічна розв'язка: на оптопа-ре VU1 і на трансформаторі 77. Колекторній навантаженням оптопари служить внутрішній резистор МК. Діод Шотткі VD1 захищає випромінювач оптопари VU1 від зворотного напруги;

   в)аналогічно Рис. 3.2, а, але на двох окремих оптопара і без транзисторного ключа;

   г)МК перевіряє відсутність обриву в навантаженні /?,, За наявності імпульсних сигналів з частотою 50 Гц. Діоди VD1 … VD6 Запаралеленими (зустрічно) для максимальної симетрії схеми; Про

Про Рис. 3.1. Схеми неізольованих датчиків напруги 220 В {закінчення) '. з) вимірювач перевищення мережевої напруги 230 … 270 В. Резисторами RI, /? 5устаіавлі ється діапазон зміни напруги на вході АЦП МК або звичайного цифрового порту.

Рис. 3.2. Схеми датчиків напруги 220 В з оптичною ізоляцією (початок):

   а)фототранзистори оптопари VU1 закриваються на 0.1 … 0.2 мс в момент переходу мережевої напруги через нуль. Точна тривалість підбирається резистором R2, частота 100 Гц;

   б)формувач імпульсів з частотою 50 Гц. Подвійна гальванічна розв'язка: на оптопа-ре VU1 і на трансформаторі 77. Колекторній навантаженням оптопари служить внутрішній резистор МК. Діод Шотткі VD1 захищає випромінювач оптопари VU1 від зворотного напруги;

   в)аналогічно Рис. 3.2, а, але на двох окремих оптопара і без транзисторного ключа;

   г)МК перевіряє відсутність обриву в навантаженні за наявністю імпульсних сигналів з частотою 50 Гц. Діоди VD1 … VD6 Запаралеленими (зустрічно) для максимальної симетрії схеми; Про

 

 

Рис. 3.2. Схеми датчиків напруги 220 В з оптичною ізоляцією (Закінчення) '.

   д)двохкаскадний формувач мережевих імпульсів на транзисторах VTI, VT2. Частота сигналу на вході МК 100 Гц. Харчування первинної сторони формувача здійснюється від параметричного стабілізатора, зібраного на елементах R3, VD2, VD3, С1. Діодний міст VD1 повинен бути розрахований на зворотне напруга не менше 400 В;

   е)індикатор наявності напруги з гальванічною розв'язкою на оптопаре VU1. Елементи С1, R2 служать відповідно реактивним і активним баластом для стабілітрона VD5. При відключенні мережі 220 У конденсатор С1 швидко розряджається через резистор R1 (частки секунди). Це підвищує безпеку, інакше конденсатор може розрядитися через тіло людини, якщо випадково доторкнутися до знеструмленій мережевий вилці руками;

   ж)світлодіод HL1 відображає наявність мережевого живлення і захищає випромінювач оптопа-ри VU1 від зворотного напруги. Резистор RI при позитивній напівхвилі задає струм через оптопару, а при негативній – Через світлодіод HL1. Частота імпульсів на вході МК 50 Гц.

 

 

Рис. 3.3. Схеми датчиків напруги 220 В з трансформаторної розв'язкою {Початок):

   а)транзисторний формувач імпульсів з частотою 100 Гц. Конденсатор С2 пригнічує імпульсні перешкоди. Резистор RI підбирається так, щоб транзистор VT1 був гарантовано відкритий при найнижчому мережевому напрузі. Воно, в свою чергу, визначається коефіцієнтом передачі трансформатора 77. Напруга з діодного моста VD1 … VD4 надходить також у систему основного харчування, яка формує напруга +5 В для МК;

   б)детектор переходу мережевої напруги через нуль. Компаратор DA1 збільшує крутизну фронтів сигналу і підвищує завадостійкість. Вихід компаратора (відкритий колектор) навантажений на «pull-up» резистор R3. Діоди VD5, VD6 обмежують напругу на входах компаратора на рівні 0.6 … 0.7 В при позитивній напівхвилі мережевої напруги, а діоди, що входять до міст VDI … VD4, – при негативній напівхвилі;

   в)на резисторі R2 виділяється пульсуюча напруга частотою 100 Гц. Конденсатор С1 пригнічує ВЧ-перешкоди. Елементи VD3, R1 захищають МК від сплесків напруги. Діоди VD1, VD2должни з'єднуватися з адаптером А1 окремими проводами;

   г)з діодного моста VDI … VD4 пульсуюче напруги частотою 100 Гц надходить на входи аналогового компаратора МК. Стабілітрони VD5, VD6 повинні мати граничну напругу нижче, ніж напруга живлення М К (в даному випадку це +5 В). Діоди VD7, VD8защіщают М К від великого розбалансу напруг на входах компаратора; Про

 

 

 

 

Рис. 3.3. Схеми датчиків напруги 220 В з трансформаторної розв'язкою (Закінчення):

   д)формувач прямокутних імпульсів ТТЛ-рівня із змінного мережевої напруги 9 … 12 В. Задіюється вільний канал мікросхеми DA1 (драйвер інтерфейсу RS-232), що має на вході тригер Шмітта. Ланцюжок RI, С2служіт фільтром ВЧ-перешкод;

   е)резистори R2, R3 утворюють дільник з рівнем +2.5 В, щоб АЦП МК працював у лінійному режимі. Частота імпульсів, що знімаються з діодного обмежувача VD3, VD4, – 50 Гц;

   ж)аналогічно Рис.3.3, г, але з двома парами обмежувальних діодів Шоттки VD2 … VD5. Це, очевидно, перестраховка на випадок виходу з ладу діодів, що знаходяться в мосту VDI;

   з)амплітуда вхідної напруги МК з частотою пульсацій 100 Гц регулюється резистором R2. Конденсатор великої ємності С1 при відключенні мережі підтримує деякий час напруга живлення +5 В, щоб МК встиг коректно закінчити програмні процедури.

    Джерело:
Рюмік С.М. 1000 і одна мікроконтроллерной схема. (Випуск 1)