Емкостной выключатель

Состоит из генератора ВЧ-сигнала на инверторе IO1A типа 74HC14, емкостного сенсора, усилителя ВЧ-сигнала на транзисторе Т1, компаратора на операционном усилителе IO1A и IO1B, а также выходного транзистора Т2.

Генератор ВЧ-сигнала выполнен по схеме мультивибратора с инвертором IO1A типа 74HC14. Колебания мультивибратора поддерживаются благодаря гистерезисному эффекту инвертора, имеющего на входе триггер Шмитта. Частота генерируемого сигнала определяется значениями компонентов C1, R1 и P1, подключённых в цепь отрицательной обратной связи инвертора. Потенциометром P1 устанавливается частота сигнала в диапазоне от 7 до 10 МГц. Неиспользуемые инверторы микросхемы IO1 соединены с общим проводом («земля»).

ВЧ-сигнал с выхода IO1A поступает через катушку индуктивности L1 на пластину SZ1 емкостного датчика. Катушка L1 вместе с ёмкостью датчика образует резонансный контур, настроенный примерно на частоту около 8,2 МГц. Ёмкостной датчик представляет собой две токопроводящие пластины SZ1 и SZ2 размером 100×20 мм каждая, расположенные в одной плоскости рядом друг с другом с зазором шириной 10 мм. Сигнал переменного напряжения, передаваемый через емкость между пластинами датчика, поступает с пластины SZ2 в настроенный усилитель ВЧ-сигнала.

Потенциометр P2 позволяет ослаблять сигнал по мере необходимости. Усилитель содержит транзистор Т1 типа BC547B, работающий в схеме с общим эмиттером. Максимальное усиление достигается на резонансной частоте параллельного колебательного контура, состоящего из элементов L2, C3 и C4, подключённого в цепи коллектора транзистора Т1. Конденсатором C4 настраивается резонансная частота вблизи значения 8,2 МГц.

Переменное напряжение с коллектора Т1 преобразуется в постоянное, выпрямителем, содержащим элементы C5, D1, D2 и C6. Постоянное напряжение с конденсатора C6 подается одновременно на инвертирующий вход компаратора IO2B типа TLC272 и в схему пик-выпрямления на элементах D3, конденсатор C7, потенциометр P3 и резистором R6, обладающим большой постоянной времени. Напряжение с конденсатора C7 слегка уменьшается делителем на элементах P3 и R6 и следует на неинвертирующий вход IO2B, служа опорным напряжением для компаратора.

В состоянии покоя напряжения на конденсаторах C6 и C7 совпадают, таким образом, на инвертирующем входе IO2B напряжение больше, чем на неинвертирующем. Выход операционного усилителя IO2B находится в низком уровне («L»), и транзистор Т2 закрыт. Если приближением руки к датчику нарушается настройка резонансного контура с катушкой L1, напряжение на конденсаторе C6 снижается, в то время как напряжение на конденсаторе C7 остаётся постоянным.

При достаточном снижении уровня напряжения инвертирующий вход IO2B становится менее положительным относительно неинвертирующего входа, выход IO2B переходит в высокий уровень («H») и транзистор Т2 открывается. Питание емкостного выключателя осуществляется стабилизированным постоянным напряжением 5 В, подаваемым на контакты J1 и J3 от внешнего источника питания. Потребляемый ток составляет около 4,5 мА. Цепь питания защищена фильтрующими конденсаторами C8-C10, установленными непосредственно возле катушки L2 и выводов питания микросхем IO1 и IO2.

При настройке емкостного выключателя генератор настраивается потенциометром P1, а приемник — конденсатором C4 так, чтобы частоты генератора и приемника соответствовали резонансной частоте контура с датчиком и катушкой L1 (т.е., получаем максимальное постоянное напряжение на конденсаторе C6). Затем потенциометром P2 устанавливаем напряжение холостого хода на конденсаторе C6 равным 2,5 В. Наконец, потенциометром P3 экспериментально добиваемся нужной чувствительности устройства при приближении руки к датчику.

Запись Емкостной выключатель впервые появилась HamRadio .

Представленная схема задержка выключения освещения относится к широкому спектру простых устройств, облегчающих нашу повседневную жизнь. Несмотря на простоту управления, это устройство также упрощает нашу повседневную жизнь. Вы можете выйти из тёмного коридора, «шлёпнуть» рукой по выключателю и уверенно пройти в следующую комнату, где ещё не горел свет, чтобы таким же жестом включить освещение.

Освещение из предыдущей, уже оставленной комнаты поможет вам в этом, а затем автоматически погаснет – так что вам не придётся возвращаться в коридор, из которого вы уже вышли. При создании схемы учитывалась её адаптация к современным реалиям, где львиную долю источников освещения составляют светодиодные лампы мощностью не более десятка ватт. Таким образом, нет необходимости заменять освещение лампами накаливания. Дополнительным преимуществом является её очень простая установка.

Принципиальная схема задержка выключения освещения, представленная в этой статье, не содержит микроконтроллера или других микросхем. Выводы разъёма J1 подключены к контактам переключателя, поэтому напряжение на них будет равно напряжению сети (при разомкнутых контактах) или равно нулю при их замкнутом состоянии.

Исполнительный механизм, к которому не предъявляются особые требования по минимальному прямому току, представляет собой МОП-транзистор. Однако он проводит ток однонаправленно, в то время как в наших электросетях переменный. Чтобы обойти эту проблему, был использован старый трюк, который, безраздельно властвовал во времена, когда тиристоры были в большом почёте, а симисторы ещё не были известны.

Ток, питающий нагрузку (в данном случае светодиодную лампу), протекает через диодный мост, что делает его однонаправленным со стороны исполнительного механизма. Просто, дёшево и эффективно, учитывая, что ток, протекающий через диодный мост, небольшой, поэтому рассеиваемая мощность пренебрежимо мала. Диод D5 защищает выходной транзистор от выхода из строя в случае возникновения высоковольтного импульса, например, при включении индуктивной нагрузки.

Высоковольтный транзистор T1 вместе с четырьмя диодами D1…D4 используются для «замещения» контактов ключа при его размыкании. Однако есть небольшой недостаток, после включения MOSFET падение напряжения на нём составит несколько десятков милливольт или чуть больше, откуда же взяться питанию, необходимому для поддержания потенциала его затвора? Для этого добавлены три последовательно соединённых стабилитрона, которые накапливают суммарное напряжение около 10 В. Этого достаточно для затвора униполярного транзистора и поддержания его в открытом состоянии.

К сожалению, напряжение, подаваемое на нагрузку, будет значительно меньше, но современные светодиодные лампы, как правило, имеют простой встроенный преобразователь, способный работать с несколько меньшим напряжением питания. Затвор MOSFET требует постоянного напряжения не более ±20 В относительно источника, поэтому стабилитрон с напряжением пробоя 18 В расположен рядом с транзистором. Его ток ограничивается последовательно соединёнными резисторами R2…R5.

Использование нескольких последовательных элементов распределяет напряжение, исключая риск пробоя резистора – это относится к разомкнутым цепям, поскольку к ним будет приложено практически всё сетевое напряжение. Практически всё оно, как часть, останется на упомянутом стабилитроне D9. Конденсатор C1, обладая относительно небольшой ёмкостью, служит простым фильтром пульсаций напряжения, возникающих на выходе двухполупериодного выпрямителя. Резистор R1 разряжает конденсатор C1 и ёмкость затвор-исток транзистора T1.

Описанная выше схема позволяет поддерживать лампу включенной сразу после размыкания контактов настенного выключателя. Для выключения транзистора T1 по истечении определённого времени необходим ещё один компонент. Это обеспечивается транзистором T2, фактически выключая его. Однако он должен включаться с задержкой, обеспечиваемой конденсатором C2, который медленно заряжается через последовательно соединённые резисторы R8…R11. Как и в случае с ранее рассмотренными резисторами R2…R5, эти компоненты разделены для распределения высокого напряжения.

Конденсатор C2 разряжается с течением времени (после размыкания контактов выключателя), и потенциал базы транзистора T2 соответственно увеличивается. Напряжение с C2 дополнительно делится резисторами R6 и R7, чтобы предотвратить слишком быстрое включение T2. Кроме того, эти резисторы разряжают C2 при замыкании контактов выключателя. Диод D11 ограничивает максимальное напряжение, до которого может зарядиться C2, предотвращая его повреждение. Диод D10 ускоряет разряд C2 при замыкании контактов выключателя.

Схема была собрана на небольшой односторонней круглой печатной плате. Её диаметр составляет 48 мм, что позволяет легко установить её под существующим выключателем скрытого монтажа, поскольку печатная плата поместится в любой распределительный щит. Разводка и расположение компонентов платы показаны на рисунке. Готовая плата представлена ​​на фото ниже.

В качестве транзистора Т1 можно использовать любой высоковольтный MOSFET-N-транзистор в корпусе TO220 с напряжением сток-исток не менее 500 В и сопротивлением открытого канала не более нескольких Ом – остальные параметры в данной схеме некритичны. Габариты и способ подключения модуля не требуют доработки существующей электропроводки. Схема включения показана на рисунке.

Во время работы схемы, то есть в течение нескольких десятков секунд после размыкания контактов выключателя, на нагрузке находится напряжение примерно на 10 В ниже сетевого. Важно помнить, что при выключенной лампе, то есть при разомкнутых контактах выключателя, через описанную цепь протекает небольшой ток – его пиковое значение составляет несколько сотен нано Ампер. Для надлежащего разряда конденсатора C2 перед следующим рабочим циклом выключатель должен оставаться замкнутым не менее 1 минуты.

При более раннем размыкании заданное время может быть меньше. Значение задержки в 90 секунд следует считать приблизительным, поскольку на этот параметр сильно влияют разброс параметров компонентов, потребляемая мощность лампы и температура окружающей среды. Во время тестирования при подключении лампы мощностью 2 Вт время задержки составляло около 90 секунд, тогда как при подключении лампы мощностью 20 Вт это значение сокращалось примерно до 50 секунд.

Запись Задержка выключения освещения впервые появилась HamRadio .

Учитывая данное обстоятельство, необходимо рассмотреть возможность применения специализированных защитных устройств, обеспечивающих автоматическое отключение нагрузки при возникновении угрозы повреждения. Схема простая защита трехфазного электродвигателя изображена на рисунке.

Одним из эффективных решений является использование системы с искусственной нейтралью, которая позволяет компенсировать дисбаланс напряжений в трёхфазной сети. В основе данной системы лежит применение трёх идентичных реактивных элементов, в данном случае конденсаторов С1–С3. При условии равенства ёмкостей конденсаторов и идеальной симметрии трёхфазной сети напряжение между искусственной и реальной нейтралью будет отсутствовать.

При нулевом напряжении в одной из фаз (но в отсутствие ее обрыва) контрольное напряжение равно приблизительно трети фазного. При нулевом напряжении в двух фазах оно достигает половины, а при обрывах в двух фазах — его полного значения. Таким образом, достаточно настроить автомат на срабатывание при критическом уменьшении напряжения в одной из фаз, в других ситуациях он сработает еще увереннее.

При нажатии на кнопку SB1 Пуск фазное напряжение поступает на обмотку пускателя КМ1, и он своими основными контактами подключает электродвигатель М1 или другую нагрузку к трехфазной сети. Вспомогательные контакты пускателя блокируют кнопку SB 1, которую теперь можно отпустить. Выключение двигателя происходит в результате разрыва цепи питания обмотки пускателя КМ1 при нажатии на кнопку SB2 «Стоп» или при срабатывании реле К1.

На обмотку этого реле поступает пропорциональное » перекосу фаз» напряжение между точкой соединения конденсаторов С1-С3 и нейтралью трехфазной сети N, выпрямленное диодным мостом VD1-VD4. Реле сработает, если это напряжение превысит некоторое пороговое значение, которое можно регулировать переменным резистором R1. Конденсатор С4 не только сглаживает пульсации подаваемого на реле напряжения, но и обеспечивает необходимую для отключения пускателя КМ1 продолжительность удержания контактов реле К1 .1 в разомкнутом состоянии.

Кроме того, конденсатор предотвращает ложные срабатывания автомата, к которым может привести неодновременное замыкание контактов КМ 1.1 при срабатывании пускателя. Стабилитроны VD5-VD7 ограничивают на допустимом уровне напряжение на обмотке реле К1 и конденсаторе С4 при слишком большом » перекосе. Как показывает практика, для электродвигателя критично уменьшение напряжения в одной из фаз примерно до 70 % номинального, т. е. до 150 … 140 В в сети 220/ 380 В.

В этой ситуации действующее значение напряжения между искусственной и реальной нейтралями достигнет 20 … 25 В, а на выходе выпрямительного моста VD1-VD4 — 28 … 35 В (в действительности под нагрузкой , создаваемой обмоткой реле К1, напряжение будет немного меньше).

Чтобы обеспечить срабатывание автомата при таком » перекосе», в качестве К1 выбрано реле РП21 с обмоткой на 24 В постоянного тока и с группой контактов на переключение. Емкость конденсаторов С 1-С3 выбрана исходя из того, что их реактивное сопротивление должно быть значительно меньше сопротивления обмотки реле. Применены конденсаторы КБГ-МН. Возможна их замена на МБГО, МБГЧ или импортными на соответствующее напряжение. Отклонения емкости конденсаторов от номинальной не должны превышать 5 %.

Переменный резистор R1 должен быть проволочным. Его мощность зависит от условий эксплуатации автомата. Если больших «перекосов» в сети не ожидается и нужно защитить двигатель лишь от внезапного отключения одной из фаз, резистор может быть мощностью 2 Вт. Если же приходится длительное время работать на грани срабатывания, его мощность придется увеличить до 10 Вт и более. Пускатель КМ1 — серии ПМЕ-211 с обмоткой управления на 220 В. Диоды 2Д202Р можно заменить на КД203Г, КД203Д. Диоды с меньшим допустимым обратным напряжением применять не рекомендуется. Они могут быть повреждены выбросами напряжения, возникающими при коммутации индуктивной нагрузки.

Запись Простая защита трехфазного электродвигателя впервые появилась HamRadio .

Простая реальная ситуация: промышленный контроллер имеет аналоговые входы в виде токовых контуров 4…20 мА. Этот параметр можно считать стандартным. К сожалению, оригинальный датчик температуры, работавший с этим контроллером, вышел из строя и его необходимо заменить на другой. Так получилось, что эту модель уже сняли с производства — есть аналоги от других производителей, но их цена сильно впечатляет. Гораздо проще найти датчик температуры с выходным напряжением 0…5 В. Нужно лишь согласовать выход датчика со входом контроллера.

Именно это и умеет представленная схема. Да, вы также легко можете купить готовые модули известных производителей, которые успешно выполняют эту функцию. Однако их цена достаточно высока. Так что, если конвертируемое количество не критично, вы можете использовать эту схему – простую и гораздо более дешевую. Принципиальная схема рассматриваемой системы представлена ​​на рисунке в тексте статьи.

Входное напряжение постоянного тока подается на выводы разъема J1. С помощью потенциометра P1 оно делится до такой степени, что его значение находится в диапазоне 0…4,8 В. Таким образом, система может работать с источником напряжения 5 В и выше. Это должно быть неотрицательное напряжение, значения ниже нуля не будут обрабатываться должным образом.

Соответствующим образом разделенное напряжение подвергается фильтрации с использованием конденсатора C1 и общего сопротивления резистора R1 с выходным сопротивлением потенциометра P1. Как легко подсчитать, сопротивление, связанное с этой емкостью, может составлять максимум 260 кОм – именно такой результат будет получен, когда потенциометр P1 установлен на половину доступного диапазона регулирования. Эта фильтрация уменьшает влияние помех на преобразованный сигнал и снижает среднеквадратичное значение шума.

Следующий блок — прецизионный источник тока, реализованный на операционном усилителе US1А. Вход LM358 поддерживает потенциалы вплоть до 0 В (и даже немного ниже), поэтому не было необходимости добавлять источник питания с отрицательным напряжением. Его выход управляет базой транзистора T1 для получения падения напряжения на резисторе R4, равного разделенному входному напряжению. При используемых номиналах элементов ток, протекающий через резистор R4, будет находиться в диапазоне 0…1,6 мА.

Поскольку транзистор Т1 имеет очень большой коэффициент усиления по току, ток его коллектора равен току эмиттера с очень небольшой погрешностью. Резистор R3 нагружает выход операционного усилителя, линеаризуя работу его выходного каскада и способствуя закрытия транзистора Т1. В свою очередь резистор R2 компенсирует ток, протекающий через инвертирующий вход усилителя US1А. Его сопротивление должно быть равно тому, которое управляет неинвертирующем входом, но оно может изменяться в широких пределах, поэтому в этом отношении был принят определенный компромисс.

Почему в качестве транзистора T1 не использовался N-канальный MOSFET-транзистор? Ток его затвора почти равен нулю, поэтому ток на резисторе R4 фактически будет равен току стока. Однако собственный опыт показал, что в точной системе источника тока транзисторы могут возбуждаться время от времени, даже после использования внешних компонентов частотной компенсации. Бывает, что при подборе элементов для системы в более крупной партии окажется несколько штук, которые будут стремиться возбудиться сами собой. Биполярные транзисторы не демонстрируют такого поведения, а влияние тока базы действительно незначительно, поскольку коэффициент усиления по току такого транзистора составляет многие тысячи. Другие факторы, такие как допуск резистора и смещение операционного усилителя, вносят в систему не большую ошибку.

Кроме транзистора Т1, к тому же узлу с резистором R7 подключен и коллектор транзистора Т2, «втягивающий» дополнительный ток постоянной величины. Сила этого тока должна составлять 0,4 мА, а за ее состояние отвечает стабилизатор US2, который управляет потенциалом базы транзистора Т2 так, чтобы на последовательном соединении резистора R5 и потенциометра P2, было напряжение 2,5 В — столько же, сколько опорное напряжение стабилизатора TL431.

Коллекторные токи обоих транзисторов вызывают падение напряжения на резисторе R7. С учетом их суммы (0…1,6 мА с коллектора Т1 и 0,4 мА с коллектора Т2) можно проследить, что через резистор R1 может протекать ток в пределах 0,4…2 мА. Сопротивление R7 равно 1 кОм, поэтому падение напряжения на этом элементе составит 0,4…2 В. Это напряжение управляет вторым точным источником тока, реализованным на операционном усилителе US1B и транзистора Т3. Резистор R10 (100 Ом) должен иметь напряжение, равное напряжению на резисторе R7, чтобы ток, протекающий через него, находился в пределах 4…20 мА. Ток такой силы потечет от коллектора транзистора Т3 непосредственно на выход (разъем J2), который является выходом токовой петли.

Резистор R8 является такой же компенсацией для US1B, как резистор R2 для US1A – с той разницей, что сопротивление, «видимое» неинвертирующем входом US1B, очень четко определено и составляет 1 кОм. R9 – нагрузка выхода US1B. Также стоит упомянуть стабилитрон D1, который питает эту часть схемы напряжением примерно на 3,3 В ниже напряжения питания. Таким образом, операционный усилитель US1, питаемая непосредственно от источника питания. В частности, это касается US1B, который работает при потенциалах, близких к напряжению питания, и который должен иметь запас от положительного потенциала питания не менее 2 В. Использование диода D1 обеспечивает эту гарантию. Однако, чтобы через D1 всегда протекал ток не менее 5 мА, необходимый для его нормальной работы, катод стабилизатора US2 поляризуется через этот диод. Катодный ток US2 ограничивается резистором R6.

Схема преобразователь постоянного напряжения в токовый контур собрана на односторонней печатной плате размерами 50х40 мм. Расположения компонентов и схема сборки показаны на рисунке.

Правильно собранное устройство готово к работе после подачи питания на клеммы GND и VCC разъема J3. Питание должно быть 24 В постоянного тока, и не выше 32 В. Нижний предел обусловлен необходимостью обеспечить достаточно высокое напряжение на выходе токовой петли, чтобы сопротивление даже очень длинных соединительных проводов не смогло привести транзистор Т3 в состояние насыщения. Потребляемый ток при 24 В примерно на 10 мА превышает текущий выходной ток, поэтому он не превышает 30 мА.

Для нормальной работы схемы требуется две настройки. Первая выполняется при отсутствии подключенного входного сигнала, клеммы разъема J1 должны быть свободны. С помощью потенциометра P2 установите выходной ток на уровне 4 мА. Затем на вход (разъем J1) подать напряжение, соответствующее 100 % шкалы — т.е. 5 В или другое, но не более 250 В из-за возможности пробоя потенциометра P1 или изоляции разъема J1 (регулировку следует начинать с минимального положения ползунка P1, т.е. с положения, соответствующего замыканию его на массу ). Затем выходной ток следует установить на 20 мА с помощью потенциометра P1. Чем точнее будет выполнена регулировка, тем точнее будет преобразовано входное напряжение в ток.

Преобразователь постоянного напряжения в токовый контур не был оптимизирован по скорости. Предполагалось, что преобразованные сигналы будут иметь медленно меняющийся характер, например сигналы от датчиков температуры, уровня или массы. Основным ограничением полосы пропускания схемы является входной фильтр нижних частот, сужающий частотную характеристику примерно до 160 Гц или менее, в зависимости от положения ползунка потенциометра P1. Таким образом, также ограничивается полоса шума и пиковое значение любых помех, которые могут присутствовать во входном сигнале напряжения.

Запись Преобразователь постоянного напряжения в токовый контур впервые появилась HamRadio .

Температура контролируется с помощью термистора NTC (отрицательный температурный коэффициент) (TH1); устройство, которое демонстрирует переменное сопротивление в зависимости от температуры. При высоких температурах сопротивление термистора низкое, а при более низких температурах его сопротивление выше.

Напряжение на датчик подается через резистор сопротивлением 1 кОм от источника питания 8 В, на котором затем создается напряжение, обратно пропорциональное температуре. Это напряжение фильтруется конденсатором 100нФ и подается через резистор 1К на инвертирующий вход (контакт 2) операционного усилителя IC1a, который включен по схеме компаратора.

Напряжение на не инвертирующем входе (контакт 3) устанавливается подстроечным резистором VR1 через резистор 10 кОм. Когда напряжение термистора на выводе 2 выше напряжения, установленного VR1 на выводе 3, на выходе компаратора IC1a низкий логический уровень. И наоборот, когда напряжение термистора ниже напряжения на выводе 3, выход IC1a высокий (около +8 В).

В схеме введен гистерезис для предотвращения колебаний выхода IC1a, когда инвертирующий вход близок к порогу переключения. Этот гистерезис подстраивается подстроечным резистором VR2, включенными последовательно между выводами IC1a 1 и 3. Подстроечный резистор VR2 позволяет регулировать величину гистерезиса (фактически положительную обратную связь).

При низком гистерезисе температура должна упасть лишь на небольшую величину, чтобы выход компаратора IC1a снова переключился на низкий логический уровень после того, как он переключился на высокий уровень. Если VR2 установлен на высокий гистерезис, температура должна упасть на гораздо большую величину, прежде чем выход IC1a снова переключится на низкий уровень.

Диод D3 задает направление действия гистерезиса. Как показано, он обеспечивает гистерезис, когда вывод 1 IC1a становится под высокий логическом уровень. В качестве альтернативы, если установить диод в противоположном направлении, он обеспечивает гистерезис, когда на выходе IC1a низкий логический уровень.

Если схема предназначена для работы коммутируемого выхода, когда температура превышает определенное значение, диод устанавливается, как показано на схеме. Если вы хотите, чтобы переключение происходило, когда температура падает ниже определенного значения, диод D3 стоит перевернуть. Обратите внимание, что перемычку LK1 (слева от реле) необходимо переместить в положение H/L, а диод D3 перевернуть, если переключатель должен срабатывать при падении (а не при повышении) температуры.

Операционный усилитель IC1b — это инвертор, который выдает сигнал, противоположный по полярности выходу IC1a. Когда на выходе IC1a высокий логический уровень, выход IC1b под низким логическим уровнем и наоборот. Перемычка LK1 обеспечивает возможность управления реле с повышением температуры (L/H) или понижением температуры (H/L). Она выбирает выход IC1a или IC1b для управления транзистором Q1, который, в свою очередь, управляет реле. Диод D2 предназначен для гашения обратного напряжения, которое генерируется катушкой реле каждый раз, когда она выключается.

Запись Автоматическое регулирование температуры впервые появилась HamRadio .

Периодически включать и выключать дрель неудобно и неэффективно. Представленная схема регулятора использует свойство, что ненагруженный двигатель потребляет постоянный ток и что ток увеличивается при увеличении нагрузки ротора. Таким образом, ненагруженный ротор двигателя может вращаться с низкой скоростью, обеспечивая точное попадание в центр сверления (скорость холостого хода), а легкое нажатие его в точки сверления увеличит ток, потребляемый двигателем, что активирует максимальную скорость.

Благодаря ШИМ (широтно-импульсной модуляции) управлению потери в схеме минимальны. Два потенциометра позволяют независимо регулировать обороты холостого хода и порог тока двигателя, при превышении которого регулятор включает рабочую мощность. Потенциометр порога включения рабочей мощности можно установить в положение, позволяющее плавно изменять скорость вращения во всем доступном диапазоне без срабатывания переключения скорости на максимальную. В этом режиме работы устройство представляет собой классический ШИМ-регулятор скорости без петли обратной связи. На рисунке в статье представлена ​​принципиальная схема простое решение электропитания мини-дрели.

Питание подключается к точкам (J3, J4). Диоды D9…D12 образуют выпрямительный мост, необходимый при питании схемы переменным током от сетевого трансформатора. Фильтр выполнен на конденсаторах C5 и C6. Разделение цепей питания обеспечивает диод D2, предотвращающий разряд емкостей С2 и С3, фильтрующих напряжение питания (VC) для операционного усилителя U1, при временном уменьшении напряжения VCC под действием нагрузки. Двигатель дрели, подключенный к точкам (J1, J2), питается от транзистора Т1, работающего как ключ.

Т1 управляется классическим ШИМ-генератором, реализованным на операционном усилителе U1B (LM358). Частота формы сигнала (~4kHz) определяется в основном элементами P1, C1. Делитель на резисторах R4 и R6 устанавливает на половину напряжения питания U1. Потенциометр P1 и диоды D1, D4 определяют коэффициент ШИМ генерируемого сигнала путем поочередной зарядки и разрядки конденсатора C1 с выхода U1B. Время зарядки и разрядки определяется сопротивлениями потенциометра P1, разделенными ползунком вместе с емкостью C1. Когда выход U1B приближается к земле питания, транзистор T1 открывается. Резистор R1, включенный между истоком и затвором, «заботится о закрытии» Т1. Такое решение было принято из-за максимально достижимого напряжения на выходе U1B, которое на ~1,5 В ниже, чем VC (IRF9540 имеет напряжение открытия -2…-4В).

Форма сигнала ШИМ усредняется по индуктивности обмоток двигателя, скорость вращения которого линейно зависит от приложенного напряжения. Описанная выше часть схемы обеспечивает плавное регулирование частоты вращения двигателя. Второй усилитель U1A оснащен «детектором» тока двигателя. Для описания следует предположить, что время открытия транзистора Т1 короче времени его закрытия (холостого хода). Резистор R7 работает как датчик тока, протекающего через двигатель. Падение напряжения, пропорциональное току двигателя, усиливается операционным усилителем U1A. Он работает по схеме неинвертирующего усилителя, коэффициент усиления которого определяется по формуле (K=P2[Ω]/R8[Ω]+1) Таким образом, напряжение на выходе U1A имеет значение: Uwy[V]=Uin[V]*K, где Uin — напряжение на неинвертирующем входе. Изменяя настройку потенциометра P2, мы изменяем порог тока, при котором будет установлено полное напряжение, питающее двигатель. На практике это означает изменение чувствительности к давлению сверла на печатную плату. Пока напряжение на выходе U1A больше, чем напряжение на неинвертирующем входе U1B, выход U1B будет переведен в низкий уровень. Ток, протекающий через диод D3, предотвратит циклическую зарядку и разрядку конденсатора C1.

Генератор остановится и ключ Т1 откроется, т.е. дрель будет работать на максимальной мощности. Для определения нагрузки шпинделя не требуется точный компаратор. Из-за большой токовой «инерционности» двигателя и высокого достижимого коэффициента усиления U1A превышение порога тока, установленного P2, приведет выход U1A в состояние, близкое к VC. Конечно, возможны случаи появления промежуточных напряжений на выходе U1A, но существенного влияния на работу регулятора это не влияет.

Роль конденсатора C7 заключается в введении гистерезиса, обеспечивающем «безопасную зону», в которой отсутствует положительная электронно-механическая обратная связь, проявляющаяся циклическим включением и выключением. На гистерезис влияют емкости фильтров C5, C6. Чем качественно отфильтровано напряжение VCC, тем меньшей может быть емкость C7. Уменьшение нагрузки (тока двигателя) приведет к запуску генератора и переходу дрели в холостой режим. Резистор R2 предотвращает протекание значительного тока между выходами U1A и U1B. Такая ситуация может возникнуть, когда ползунок потенциометра Р1 находится в крайнем положении (в положении к диоду D4).

Запись Простое решение электропитания мини-дрели впервые появилась HamRadio .

ESR как все понимают нестабильно, и увеличивается со временем, а также довольно сильно варьируется от экземпляров конденсаторов одного и того же производителя. Хотелось бы добавить, что сейчас можно приобрести скажем так прибор за небольшие деньги, но для тех, кто все же до сих пор практикуется можно изготовить самостоятельно прибор, приведенный в этой статье. Еще добавлю, что публикую схемные решения, которые лично рассматриваю, что имеют право на дальнейшее распространение как узлов, так и отдельных схемных решений. Принципиальная схема тестер ESR электролитических конденсаторов представлена на рисунке.

Когда электролитический конденсатор выходит из строя, его ESR увеличивается, хотя иногда по визуальному осмотру это невозможно обнаружить, остается только проверять величину ESR подозрительного конденсатора, только после такой проверки мы обнаружим его неисправность. Тестер, (будем его так называть) представленный в этой статье, позволяет примерно определить величину ESR электролитических конденсаторов (включенных в схему), что на мой взгляд является большим подспорьем в ремонтах не выпаивая конденсатор.

Тестер представляет собой генератор сигналов прямоугольной формы, выполненный на таймере IO1 и вольтметр на IO1,1A, IO1,2A, а также микроамперметр с током полного отклонения на 100 микроампер. Генератор имеет выходное сопротивление около 1,5 Ом и обеспечивает тестовый сигнал частотой около 100 кГц с размахом около 6 мВ. К выходу генератора подключают вольтметр, чувствительность которого настроена так, чтобы стрелка измерителя имела полное отклонение (т. е. 100%). Испытуемый электролитический конденсатор Сх подключается параллельно выходу генератора.

Импеданс конденсатора Сх образуется последовательно соединенными активным сопротивлением ESRx и емкостным реактивным сопротивлением XCx. Полагая, что XCx пренебрежимо мало по сравнению с ESRx, выходное сопротивление генератора вместе с ESRx образует делитель напряжения, с помощью которого снижается напряжение сигнала, поступающего на вольтметр. Для зависимости отклонения вольтметра (обозначенного и выраженного в процентах от полного отклонения) от величины ESRx применяется соотношение:

где Rg = 1,5 Ом – выходное сопротивление генератора испытательных сигналов. Из формулы следует, что при ESRx «бесконечно» стрелка измерителя имеет отклонение 100%, при ESRx = 1,5 стрелка имеет отклонение 50% и при нулевом ESRx она имеет отклонение 0%.

Согласно соотношению, из формулы можно охарактеризовать шкалу счетчика в значениях ESRx. Эта шкала нелинейна – при нулевом отклонении она растягивается, а при полном отклонении сжимается. Нелинейность является преимуществом, поскольку вся левая половина шкалы измерителя может использоваться для считывания величины ESRx хороших конденсаторов Cx, имеющих ESRx менее 1,5 Ом.

Калибровка шкалы измерителя в значениях ESRx затруднительна, поэтому используется шкала преобразования отклонения и (в %) стрелка измерителя в значения ESRx (в Ом). Если емкостное реактивное сопротивление XCx испытуемого конденсатора Cx пренебрежимо мало по сравнению с ESRx, оно добавляется к ESRx и увеличивает показание ESRx, отображаемое измерителем. Реактивное сопротивление Xc конденсатора емкостью C на частоте f определяется соотношением:

Согласно формуле легко подсчитать, что на частоте f = 100 кГц первой гармоники тестового сигнала испытуемый конденсатор Сх ёмкостью Сх = 1 (10, 100 и 1000) мкф имеет реактивное сопротивление XCx = 1,6 (0,16, 0,016 и 0,0016) Ом. Понятно, что XCx можно пренебречь по отношению к ESRx для испытуемых конденсаторов Cx емкостью не менее 10 мкф и более. При меньших приходится мириться с относительно значительным отклонением из-за XCx.

В качестве генератора сигналов используется мультивибратор на таймере 555 (IO1). Частота сигнала 100 кГц определяется значениями цепочки R1, R2 и С1. Выходное сопротивление генератора 1,5 Ом образуется резистивным делителем с R3 и R31, подключенным к выходу IO1. R31 сопротивлением 1,5 Ом припаивается непосредственно к гнездам К31 и К32, к которым подключается проверяемый конденсатор, чтобы на выходное сопротивление генератора не влияло сопротивление проводов, соединяющих гнезда с генератором. Благодаря делителю R3 и R31 тестовый сигнал имеет размах всего около 6 мВ. И этот сигнал не способен открывать полупроводниковые PN-переходы, поэтому можно тестировать и конденсаторы, стоящие в схеме.

Вольтметр выполнен на операционных усилителях, чтобы иметь необходимую чувствительность и идеально линейную шкалу (на сколько это возможно). Используются два операционных усилителя NE5532 (IO11A и IO12B), которые имеют приемлемую верхнюю предельную частоту.

Поскольку операционные усилители питаются несимметрично от шины питания и должны обрабатывать переменное напряжение, их неинвертирующие входы подключаются к виртуальной земле, т.е. на них подается положительное смещение с делителя R16 и R17, с блокировочным конденсатором С14. Чтобы сигнал на выходе выпрямителя имели достаточный размах, смещение виртуальной земли имеет величину около трети напряжения питания.

Вход вольтметра подключается непосредственно к гнездам К31 и К32. С К31 измерительный сигнал через развязывающий конденсатор С11 идет на инвертирующий усилитель IO11А. Делитель обратной связи R11 и R12 имеет этот каскад, настроенный на коэффициент усиления напряжения около 45. Виртуальное смещение земли подается на неинвертирующий вход IO11A через фильтрующий элемент с R13 и C12 для предотвращения возбуждения усилителя. Ну а далее все стандартно.

Коротко о настройке, в большинстве случаях и заведомо исправных деталях тестер начинает работать сразу при подаче напряжения питания. Мультиметром можно проверить величину напряжения питания +9 В на операционных усилителях IO2, а осциллографом посмотреть форму сигнала на выходах 101, IO11A и IO12B.

Частоту сигнала с генератора можно посмотреть с помощью частотомера, или все того же осциллографа. Если она будет отличаться более чем на ±5% от 100 кГц, корректируем значения резистора R2 или конденсатора C1. Наконец, проверяем, что при замыкании разъема К31 и К32 микроамперметр имеет лишь незначительное отклонение стрелки выше нуля (менее 1% от полного отклонения).

Запись Тестер ESR электролитических конденсаторов впервые появилась HamRadio .

Однако для случаев, когда отводить тепло уже не удается, есть возможность включения вентилятора, обеспечивающего отвод тепла от радиатора. Однако такая конфигурация требует управления вентилятором, исходя из температуры самого радиатора, максимально приближенного к силовому элементу. Модуль управления вентилятором с таким функционалом и посвящена данная статья. Схема модуль управления вентилятором приведена на рисунке.

Наверное, у многих из нас так бывает, что, когда приходится что-то выбросить, сразу приходит масса идей, как это можно каким-то чудесным образом использовать дальше и, желательно, как-то улучшить. И вот, помимо всего прочего, настал черед, к сожалению, организовать охлаждение регулирующего элемента. Так как теплопотери всего источника питания, включая трансформатор и регулирующий транзистор, на довольно маленьком радиаторе могли приблизиться к 50 Вт.

И это именно та ситуация при использовании комбинированного охлаждения, описанная выше. Поэтому пришлось встроить в блок питания небольшой и сделать для него управление. Вся конструкция модуля основывалась на концепции полностью автономного управления, а также простой и дешевой конструкции. Регулирование осуществляется на основе компаратора, который сравнивает напряжение датчика температуры с эталонным и по результату этого сравнения включает вентилятор. Помимо датчика и компаратора в регулирование также входят источник опорного напряжения.

Учитывая простоту модуль управления вентилятором, казалось бы, выбор датчика будет простым. В схеме был опробован известный полупроводниковый датчик LM335 в корпусе ТО92, но в итоге, как и термопара, был отвергнут в пользу NTC-термистора, как ни парадоксально, не из-за функциональности, а из-за гораздо более простого использования. Они широко распространены и не дорогие, разнообразного исполнения в виде, например, кабельного наконечника под винт, в итоге был выбран именно такой 10K NTC 3950.

Коротко о свойствах термисторов NTC

■ с ростом температуры сопротивление уменьшается – а значит и напряжение на нем

■ большая нелинейность R(t) – не имеет значения, поскольку компаратор отслеживает

■ широкий диапазон доступных значений сопротивления и множество различных исполнений

■ быстрая реакция на изменение температуры

Коротко о схеме, VR1 (TL431) создает два опорных напряжения: 2,5 В для компаратора и 4,0 В для делителя термистора. Компаратор (LM358) питается напрямую от входного напряжения 5 – 12 В. Используется только одна секция операционного усилителя IC1. Питание вентилятора может быть отделено от питания цепи управления (VFAN), что позволяет управлять даже вентиляторами с напряжением 24 В.

Гистерезис вводится для подавления частого переключения компаратора в области порога принятия решения, фиксируется резисторами R8 и R9 и имеет разницу примерно в 25 мВ. Модуль управления предназначен для небольших вентиляторов 5 или 12 В и ток до 200 мА. Допустимой температурой охлаждаемого элемента является такая, при которой, с одной стороны, элемент не выйдет из строя и его свойства существенно не ухудшаются. Обычно выбираются температуры в диапазоне 45–65 °C. Температура самого транзистора на самом деле еще выше из-за потерь в радиаторе, изоляционной площадки и корпуса.

Порог переключения можно установить изменением резистора R5 для выбранных температур в диапазоне 45 – 60 градусов. Примечание: значение R5 для температуры 55 °C указано на схеме. Компаратор имеет фиксированный гистерезис. Из-за допустимого смещения используемого операционного усилителя LM358 гистерезис может быть слегка асимметричным. Модуль можно установить непосредственно к боковой части вентилятора с помощью двух стяжек или винтов. Поэтому, также из-за вибрации, в качестве регулировочных элементов он содержит только постоянные резисторы.

Запись Модуль управления вентилятором впервые появилась HamRadio .

Ну да ладно, со слов хозяина после включения агрегат выдает ошибку F02.  И дальнейшее включение невозможно, простыми словами не проходит проверку на всех этапах, только кратковременно показывает сетевое напряжение и сваливается в ошибку. Ну естественно первым делом решил найти информацию в сети интернет насколько эта ошибка популярна. Но, как иногда, бывает конкретики не нашел, ошибка упоминается, но нет решений. Все что нашел ссылаются на некорректную прошивку и то, что производитель ее признавал в далеком 2013 или 2014 году. Но как говорится меня стали терзать смутные сомнения по поводу трансформатора, а он вот такого плана, приведу на фото.

Было принято решение как говорится разобрать трансформатор, но, прежде чем разбирать произвел замер индуктивности, и показания скажем так не понравились, ну не реальные они были. Тут приведу немного фотографий самой платы и какой микроконтроллер в нем используется.

Продолжим дальше ремонт инвертора CyberPower CPS600E, аккуратно разбираю трансформатор, ну и естественно перед разборкой приготовим для такого случая тетрадочку, для записывания данных сматываемых количества витков с обмоток. Так вот если кому интересно, мои результаты по обмоткам таковы, вторичная обмотка в моем варианте имеет 16 витков провода. Да добавлю алюминиевого обмоточного провода в три жилы диаметром около двух миллиметров. Ну а дальше началось самое интересное, когда добрался до первичной обмотки, вот несколько фото.

Как мы видим на фото все достаточно печально, и естественно о работоспособности аппарата и не могло быть и речи. Вот так бывает на вид как бы вроде все хорошо, а на самом деле все очень печально. Конечно, от владельца не было ни слова о задымлении. Это конечно бы лично мне сократило время в дальнейшем поиске неисправности.

Но так как владелец от него отказался практически сразу и приобрел другой, вот и решил я его попытаться отремонтировать. Да добавлю количество витков первичной обмотки, посчитанной при сматывании, может кому пригодится. В первичке с обмотки три провода белый, желтый и черный, так вот между черным и желтым 55 витков провод 0,42, а между белым и желтым 414 витков того же провода, общее количество витков 469 проводом 0,42. Получается первичная обмотка с отводом. После перемотки трансформатора инвертор запустился и прошел все проверки, работоспособность восстановлена.

Запись Ремонт инвертора CyberPower CPS600E впервые появилась HamRadio .

Однако у оригинального решения не было гальванической развязки сетевой части и логического выхода. В конструкции приведенной схемы упор был сделан на простоту и малое потребление – при входном напряжении детектора 230 В удалось снизить его потребляемую мощность всего до 0,1 Вт. Схема детектор перехода сетевого напряжения через ноль представлена ​​на рисунке.

Сетевое напряжение 230 В/50 Гц подается на клеммы L1 (фазный провод) и N (нулевой провод) разъема К1. Схема питания детектора включает компоненты D1., R1, R2, R3, D2 и C1 стабилитрон D2 имеет напряжение стабилизации 30 В, так что конденсатор C1 может иметь минимально возможную емкость. Большие колебания напряжения на С1 между положительными импульсами не имеют значения, поскольку из-за большой разницы напряжений питания С1 и D3 напряжение на диоде D3 меняется незначительно.

Диод D3 (любой светодиод) используется как источник опорного напряжения, которое сравнивается с напряжением, поступающим с вывода L1 через резисторы R5, R6, R7 на базе Т1, управляющего остальной частью схемы. Когда напряжение между базой транзистора Т1 и землей (клемма N) примерно на 0,7 В меньше напряжения на светодиоде D3, транзистор Т1 начинает открываться и при наличии достаточного тока, протекающего на базу Т2, светодиод в оптопаре IC1 загорается (его ток определяется сопротивлением резистора R10).

Выходной транзистор IC1 переключает ток, протекающий через резистор R11. Поскольку напряжение на светодиоде D3 относительно очень мало по сравнению с напряжением сети, на клемме ТТЛ разъема К2 появляется импульс, который становится активным, когда напряжение сети пересекает ноль. Выход ТТЛ способен обеспечить достаточный ток для управления одним ТТЛ-вход. Благодаря небольшой ширине импульса на выходе ТТЛ весь детектор потребляет очень небольшой ток из сети.

Диоды D4, D5 и D6 это Шоттки и служат защитой от перенапряжения транзисторов Т1 и Т2 в положительных и отрицательных импульсах сетевого напряжения, поскольку оба транзистора большую часть времени закрыты. Резисторы R1, R2, R3, R5, R6, R7 миниатюрные, по три последовательно, чтобы распределить потери мощности. Транзисторы Т1 и Т2 подбираем с максимально возможным коэффициентом усиления по току. Используемая оптопара 1С1 это PC817 гарантирует электрическую прочность 5 кВ и поэтому подходит для гальванической развязки сети от остальной части схемы.

При настройке детектора лучше всего подключить к источнику питания D2 напряжение 12 В, а к гальванически развязанному выходу — напряжение 5 В. Путем увеличения и уменьшения напряжения на клемме L1 разъема К1 можно проверить, переключаются транзисторы Т1 и Т2, включая выходной транзистор оптопары IC1. После этого к L1 желательно подключить генератор напряжения прямоугольной формы с достаточной амплитудой и частотой 100 Гц и проверить выходное напряжения на выводе ТТЛ разъема К2 осциллографом. Только после этого подключаем детектор к напряжению 230 В и смотрим реальные импульсы на гальванически развязанном ТТЛ-выходе.

Запись Детектор перехода сетевого напряжения через ноль впервые появилась HamRadio .