Схема. Устройство защиты аппаратуры от аномального напряжения в сети

      Предлагаемое устройство, в отличие от большинства подобных, описанных в [1—3], не содержит электромагнитных реле. Аналогичный прибор, описанный в [4], не защищает нагрузку от понижения напряжения сети. Предлагаемое устройство отключает нагрузку при выходе сетевого напряжения за пределы 180…240 В. Когда напряжение сети войдет в эти пределы, устройство отрабатывает паузу (около 10 с) и автоматически подключает нагрузку к сети. Пауза продлевается, если за ее время напряжение сети выйдет за указанные пределы.

      Схема устройства показана на рис. 1. Элемент, коммутирующий переменный ток — пара полевых транзисторов VT2 и VT3 с изолированным затвором, включенных встречно-последовательно [4]. Каждый транзистор содержит встроенный защитный диод, подключенный параллельно каналу (анодом к истоку). На ОУ DA1.1 собран компаратор, контролирующий снижение напряжения сети, а на ОУ DA1.2 — повышение.

      Резисторы R1—R3 образуют делитель выпрямленного напряжения сети, пульсации которого сглажены конденсатором С1. Напряжение с движка подстроечного резистора R2 подается на инвертирующий вход первого компаратора, а напряжение с резистора R3 — на инвертирующий вход другого компаратора. На неинвертирующие входы обоих компараторов поступает образцовое напряжение со светодиода HL1, ток через который стабилизирован полевым транзистором VT1.

      Логические элементы микросхемы DD1 обрабатывают сигналы компараторов и формируют напряжение затвор-исток транзисторов VT2 и VT3, управляющее их состоянием. Микросхемы DA1 и DD1 получают питание от конденсатора С2, который заряжается импульсами напряжения сети через диод VD1, резистор R4 и встроенный защитный диод транзистора VT2. Напряжение на конденсаторе С2 ограничено с помощью стабилитрона VD2.

      Когда напряжение сети упадет ниже 180 В, напряжение на движке подстроечного резистора R2 станет меньше образцового, в результате чего на выходе компаратора DA1.1 установится высокий уровень, на выходе элемента DD1.1 — низкий уровень, на выходе элемента DD1.4 — высокий уровень, светодиод HL2 погаснет, диод VD3 откроется, конденсатор СЗ быстро зарядится через токоограничительный резистор R6 и диод VD5. Напряжение с конденсатора СЗ подается на верхний по схеме вход (вывод 1) элемента DD1.2, а с анода диода VD3 — на верхний по схеме вход (вывод 12) элемента DD1.3. RS-триггер, собранный на этих элементах, переключится в состояние низкого уровня на выводе 3 микросхемы DD1. Именно это напряжение подано на затворы транзисторов VT2 и VT3. Эти транзисторы закроются и отключат нагрузку от сети.

      Когда напряжение сети превысит 240 В, напряжение на резисторе R3 станет больше образцового, в результате чего на выходе компаратора DA1.2 установится низкий уровень, на выходе элемента DD1.4 — высокий уровень, светодиод HL2 погаснет. Конденсатор СЗ зарядится, как описано выше. Высокий уровень на выводе 1 микросхемы DD1 и низкий уровень на ее выводе 13 аналогично переключат триггер на элементах DD1.2 и DD1.3, транзисторы VT2 и VT3 закроются и отключат нагрузку от сети.

      Когда напряжение сети вернется в допустимые пределы, на выходе компаратора DA1.1 установится низкий уровень, а на выходе компаратора DA1.2 — высокий. На выходе элемента DD1.4 установится низкий уровень, включится светодиод HL2 — индикатор допустимого напряжения сети. Но нагрузка включена не будет, пока конденсатор СЗ не разрядится через резисторы R9, R6 и выход элемента DD1.4. Пауза продолжается около 10с из-за большого сопротивления резистора R9. Лишь когда напряжение на конденсаторе СЗ, а значит, и на верхнем по схеме входе элемента DD1.2 будет соответствовать низкому логическому уровню, произойдет переключение триггера в состояние высокого уровня на выводе 3 микросхемы DD1, в результате чего транзисторы VT2 и VT3 откроются и подключат нагрузку к сети.

      Если во время паузы напряжение сети выйдет за допустимые пределы, на выходе элемента DD1.4 установится высокий уровень, светодиод HL2 погаснет, конденсатор снова быстро зарядится через резистор R6 и диод VD5. Поэтому, когда напряжение сети войдет в допустимые пределы, пауза будет отработана снова. Благодаря этой паузе нагрузка защищена от резких колебаний напряжения сети.

      Если необходимо скорее включить нагрузку, сократив время паузы, нажимают на кнопку SB1, быстро разряжая конденсатор СЗ через токоограничительный резистор R8. Использование этой кнопки в устройстве необязательно.

      Конструкция и детали. Устройство собрано на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 2. Коммутирующие транзисторы VT2 и VT3 должны быть рассчитаны на максимальный ток нагрузки и напряжение не менее 600 В, чтобы устройство выдерживало аварийное повышение напряжения сети до 380 В. Например, если мощность нагрузки не превышает 700 Вт, можно применить транзисторы КП707Б— КП707Г. Необязательно устанавливать их на теплоотводы при мощности нагрузки до 400 Вт. Если напряжение сети не превышает 350 В, можно применить транзисторы VT2 и VT3 из серии IRF840. В этом случае мощность нагрузки может достигать 1 кВт. Транзистор VT1 — из серии КПЗОЗ с начальным током стока 1,6…2 мА. Светодиод HL1 — с падением напряжения 1,7… 1,9 В при указанном выше прямом токе. Светодиод HL2 — любой, свечение которого заметно под прямым током около 1 мА. Диод VD1 должен быть рассчитан на прямой ток не менее 100 мА и обратное напряжение не менее 600 В. Стабилитрон VD2 — с напряжением стабилизации 11…15 В при токе 5 мА. Диоды VD3— VD5 — из серий КД521, КД522. Импортную микросхему LM358N (DA1) можно заменить одним из отечественных аналогов: КР1040УД1, КР1464УД1Р. Подстроечные резисторы R2 и R3 — СПЗ-38а или аналогичные.

      Налаживание. При исправных деталях и отсутствии ошибок в монтаже устройство начинает работать сразу после включения, его налаживание заключается в установке необходимых пределов входного напряжения, соответствующих срабатыванию защиты. Движок подст-роечного резистора R2 устанавливают в верхнее по схеме положение, R3 — в нижнее. Вход устройства подключают к сети через ЛАТР, выход — к нагрузке, например, лампе накаливания мощностью 40 Вт. Параллельно выходу ЛАТР включают вольтметр переменного тока. На выходе ЛАТР устанавливают напряжение 240 В, при этом светодиод HL2 должен быть погашен. Перемещают движок подстроечного резистора R3 до включения светодиода HL2. Затем на выходе ЛАТР устанавливают напряжение 180 В и перемещают движок подстроечного резистора R2 до гашения светодиода HL2. После этого изменяют напряжение ЛАТР, отслеживая включение и отключение нагрузки, а также длительность паузы, которую можно изменить подбором резистора R9.

      Для увеличения надежности устройства рекомендую измерить цифровым омметром сопротивление введенной части подстроечного резистора R3 и обоих участков подстроечного резистора R2, после чего впаять вместо них постоянные резисторы того же сопротивления с допуском не хуже 1 %.

      В устройство может быть введена защита нагрузки по току (рис. 3). Ее датчик тока (диоды VD1—VD6 и резистор R1) включают в разрыв цепи стока транзистора VT3. Если падение напряжения на датчике тока — резисторе R1 — достаточно для включения излучающего диода оптрона U1, напряжение на его фотодиоде и, соответственно, на выводе 12 DD1 упадет до низкого логического уровня, в результате чего RS-триггер переключится в состояние, соответствующее отключению нагрузки.

ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Устройство защиты аппаратуры от колебаний напряжения сети. — Радио, 2001, № 1,с.ЗЗ.
2. Шрайбер А. Устройство защиты от перепадов напряжения в электросети. — Радио, 2001, № 2, с. 46,47.
3. Короткое И. Устройство защиты бытовых приборов от аномальных напряжений в сети. — Радио, 2001, № 8, с. 39,42.
4. Нечаев И. Защита аппаратуры от превышения напряжения сети. — Радио, 2004. №10, с. 30, 31.

М. ОЗОЛИН, с. Красный Яр Томской обл.
«Радио» №4 2006г.

Похожие статьи:
Устройство защиты аппаратуры от аварийного напряжения сети
Устройство защиты от аварийного напряжения сети
Устройство защиты от опасного напряжения в трехфазной сети
Автомат защиты от недопустимого напряжения в электросети