Вольтметр сетевого напряжения, часть 2.

Продолжу описание сборки вольтметра напряжения сети.

Рассмотрим сборку блока питания на LNK306, общую схему всего устройства, немного фоток некоторых шагов, описание граблей и методы их обхода.

Питание

Итак, как мы помним из предыдущей статьи, от конденсаторного питания я отказался и стал делать блок на LNK306. Схема взята из даташита, но ценнее, в плане описания как работать с этой микросхемой, оказался апноут.
Для начала собрал тестовый вариант на отдельной плате, чтобы проверить как что работает, как собирать, есть ли нюансы. Оказалось всё просто, блок завёлся сразу, нарисовал мне 5 вольт, никаких проблем. Плату разводил сам, хотя в описании она приводится. Причина — у меня другие компоненты. В частности, индуктивности на 1мГн (мили, а не микро) смог приобрести только SMD, а размер у них о-го-го. Поэтому плата сделана двусторонней. Надо заметить, что я первый раз делал двустороннюю плату дома ЛУТом. Ничего — получилось. Схема практически совпадает со схемой из даташита, только вместо предохраняющего резистора на 8,2 Ома, поставил просто резистор на 2 Вт. Может можно было его вообще не ставить, но в даташите сказано, что он ещё и токоограничетельные функции несёт, поэтому оставил. Стоит добавить, что для стабильной работы нужно несколько компонентов разместить над большим полем меди. Это спасает от наводок и за одно LNK не нагревается.
Диод D1 ультрабыстрый, его reverse recovery time должно быть меньше 75 наносекунд. Я поставил UF4007. Индуктивности должны тянуть ток работы конечного устройства. Резисторы R1/R3 — делитель напряжения, в даташите есть формула их расчёта, но мне всё равно пришлось подбирать. LNK выбирает напряжение так, чтобы после делителя на ноге FB было 1,65 вольта. Почему-то при использовании расчётных резисторов на выходе было 5,5 вольта. Почти предел для меги. Конденсатор C3 указан как 100-вольтовый, поставил SMD1206. Остальные детали вполне типовые. Только аккуратно с предельными напряжениями конденсаторов, они странные если смотреть на даташит.
Как видно на схеме (ниже) у меня установлены «паябельные» перемычки. Я запаивал схему блоками, проверяя перед соединением параметры вольтметром. А то одна мега отправилась в мир иной из-за моей ошибки, на выходе БП было 15 вольт ):. Будете собирать — всегда помните, что в устройстве присутствует опасное для жизни напряжение, потому что нет гальванической развязки от сети!

Конструкция

Смотрим схему:

Полная схема (картинка кликабельна)

Блок питания описан выше, так что теперь на очереди делитель напряжения. 220 вольт подавать в микроконтроллер — плохая идея. Он столько не выдержит. Поэтому его лучше разделить, а в программе умножить на коэффициент деления. Ещё надо учесть, что в сети не всегда 220, бывает меньше, а бывает много больше. Поэтому делить надо с запасом. Насколько я помню, рассчитывал на максимальное напряжение 280 вольт. То есть при 280 вольтах в сети после делителя будет 4 вольта. Почему 4? Потому что это моё опорное напряжение для Меги, выше него делать напряжение бессмысленно, всё равно больше опорного контроллер не меряет. Из-за погрешностей параметров деталей результат деления может немного плавать, поэтому дополнительно установлен подстроечный резистор R6. Собраное устройство настраивается им вместе с промышленным вольтметром. Я выравнивал напряжения между устройством и вольтметром на работе, там у меня автоматический Fluke. Дома проверял с каким-то китайским вольтметром — расхождение в результатах около 10-15 вольт. Так что видео со сравнением с другими вольтметрами не будет.
Микроконтроллерная часть выполнена без затей, аналогично любой другой подобной конструкции. Вроде бы даже нет изменений от предложенной в прошлой статье схемы. Подробно на этом не буду останавливаться.

Плата

Весь вольтметр собран на двусторонней плате. Разводил в Орле, в архиве файлы для него выложил. Монтаж довольно плотный, так что если у вас другие компоненты, может понадобится существенная доработка. Скорее всего можно было обойтись и односторонней платой, ну может с несколькими перемычками, но мне всё равно нужно было SMD индуктивности впаивать сверху из-за их габаритов, так что…

После травления (картинка кликабельна)

На плате присутствуют несколько перемычек между верхним и нижнем слоем. На форуме много обсуждалось, сделал просто — запаял проволочку с одной стороны, откусил с другой и тоже запаял. У меня температура жала паяльника 220 гр., с уже запаяной стороны припой не плавился и проволочка не вываливалась.
Часть переходов рассчитана на то, что впаиваемая деталь пропаивается с обеих сторон. Это чтобы сократить количество переходных отверстий.

Всё впаяно (картинка кликабельна)

На фотах немного не та плата, которая представлена в архиве. В архиве исправленная. Исправление заключается в том, что напряжение для TL431 берётся от общего питания. Раньше я его хотел взять от ноги BP LNK306, но в таком варианте источник питания начинает вести себя неадекватно.
Обратите внимание на разъём для ISP программирования контроллера. Он сделан в виде 6-ти выводов как у PCI. Ответная часть, естественно, от разъёма снятого с материнской платы.

Корпус

Корпус выполнен из распаячной коробки (смотрите заглавную фотографию). На любом строительном рынке примерно 30-40 руб., бывает белого цвета. Дырка посередине — это раньше было крепление крышки к дну. Так как у меня там плата, то пришлось его срезать, а крышку привернуть на уголках. Уголки вырезал дремелем из пластмассовой коробочки. Интересно, сколько они протянут — хрупкие. Красненькое защитное стёклышко это часть коробочки от CD, немного матовое. Плата явно меньшего размера, корпус искал уже после того как она была собрана. Кстати, так же хорошо влезает в пластмассовую коробочку от жевачек Дирол, только сложнее будет вырезать окно для индикатора.

В сборе (кликабельно)

Стойки, на которых плата держится — трубочки от чупа-чупса. Дети его любят, так что у меня теперь большой запас стоек почти любой длины диаметром 2,5 мм.

За сим всё. Программную часть рассмотрим в следующей, заключительной части.
  • +2
  • 05 февраля 2012, 16:04
  • Sicorski
  • 1
Файлы в топике: voltmetr220.zip

Комментарии (39)

RSS свернуть / развернуть
Черепашка — милашка :-)
+1
Это ЧерепаХер! ;)
-1
Минусанули… Объясню шутку: черепаха какого рода? Прально — женского! А как будет мужик «черепаха» называеться? А так же, по правилам великого и могучего русского языка, но «черепахер» по логике. :) Ну сам то я с яйцами, с чего бы это мне девок на плате рисовать?!
0
Ваше устройство рассчитано на МАХ входное напряжение 280В? Если это так — то это малый запас. 220В это действующее напряжение в сети, а амплитудное 220*sqrt(2)~310В.
0
  • avatar
  • Zov
  • 05 февраля 2012, 16:16
на 280 действующего напряжения в сети. Там диод стоит и конденсаторы, таким образом деление едёт только положительной полуволны.
0
S-ноги LNK'шки надо было наверное напрямую на полигон посадить, она же охлаждается через них.
0
Это верно. В приложении плата исправлена. На опытной плате блока питания я не делал тармозазоры, а тут сделал и пожалел… Счас проверил, в архиве тоже ошибка в этом месте.
0
Под стойки хорошо стержни от гелевых ручек идут.
На лицевую панель можно наклейку какую нибудь распечатать, заодно и дырку посередине закроет.
0
  • avatar
  • Bonio
  • 05 февраля 2012, 18:31
Ага… Их я тоже использую, только у них внутренний диаметр 3 мм.
А про наклейку, ну её… И дырка мне не мешает… Зато все спрашивают, а что тут за дырка… Смешно… :)
0
на вопросы про отверстие нужно включать бредогенератор и с умным видом вещать про влажность, выравнивание давлений и вообще нести околонаучную околесицу минут на десять. а потом, когда вопрошающий проникнется — перестать сдерживать широкую улыбку. )))))
0
Общие выводы индикатора подключены напрямую к МК, можно было бы и поставить транзисторы)
220 не вылезет из коробочки через винты, на которых держится платка?
0
«И таак сойдёт!» (с) Старый советский мультик…
Не, не вылезет, в идеале гайки не касаются меди, а реально и медь ни к чему не подключена, кроме поля рядом с LNK306.
0
Только добрался почитать.
1) Даташит не читал, но ИМХО диод D2 тоже должен быть быстродействующий.
2) Зачем диод D5?
Я выравнивал напряжения между устройством и вольтметром на работе, там у меня автоматический Fluke. Дома проверял с каким-то китайским вольтметром — расхождение в результатах около 10-15 вольт.
Лучше было калибровать по китайцу. Флюк, вероятно, TrueRMS, а вот китаец как раз имеет аналогичную твоей схему измерения. А с ней результат измерения сильно зависит от формы напряжения в сети. Еще лучше было бы калибровать по нормальному синусу, а не мусору из сети.
0
  • avatar
  • Vga
  • 11 февраля 2012, 03:46
1) Ну там как бы говорится: Diode D2 can be a low-cost slow diode such as the 1N400X series. Для указанного в схеме даташита 1N4005GP — rrt 2us, и для 1N4007 такое же, так что пойдёт…
2) А вот это я и сам не понял… В даташите говорится только то, что они с D4 должны иметь одинаковые параметры.

:)) Ну нормальный синус мне взять негде, только в сети. Хм… Да и китаец мне для USB показывает 6,5 вольт. Совсем ему доверия нет.
0
1) Это странно. Диод этот работает на той же частоте, что и D1. Из-за медленного закрывания он будет подсаживать напряжение ОС, так что я бы и туда поставил UF, тем более что с точки зрения радиолюбителя стоят они одинаково.
0
Так он же после индуктивности стоит, разве она не будет сглаживать пульсации?
0
Нет. Он включен между правым и левым концами индуктивности. На правом — да, постоянка 5В (собственно, выходное напряжение). А вот на левом — однополярный меандр амплитудой 300В. Собственно, эта цепь по сути — бутстрепная цепь, только используется она не для запитки драйвера верхнего ключа, а для генерации напряжения ОС.
Гм. Пожалуй, есть у меня одна мысль, почему не играет роли быстродействие диода. Вероятно, напряжение на FB семплируется только при открытом ключе микросхемы, когда этот диод открыт. Но все равно, лучше туда быстрый.
0
Если в подстроечнике R6 произойдет обрыв (а с ними это бывает, причем независимо от включения), то взорвется конденсатор C5 (кроме прочего). Такие вещи обычно защищают параллельным стабилитроном. Ну может и не взорвется, если ток пойдет через слабенький защитный диод в микроконтроллере, но там дальше как карта ляжет — сгорит этот диод, взорвется C5.
0
Хм… Вот зачем в оригинальной схеме стоял ещё один резистор, параллельно R5-R6. Только их параметры надо пересчитать…
0
Чтоб не пересчитывать, напаяй параллельно С4 или С5 стабилитрон на 3.3В (или 5В — в зависимости от напряжения питания контроллера) в стандартном, то есть обратном включении. В нормальной ситуайции он будет закрыт, и не будет оказывать никакого влияния на параметры. В аварийном случае откроется, и не даст напряжению на конденсаторе подняться выше допустимого.
0
Да, это будет самый простой вариант решения.
0
А какова примерная стоимость конечного устройства?
Я для дачи купил вот такую штуку — www.ebay.com/itm/LCD-Volt-Panel-Meter-AC-50-500V-Doesnt-Require-Power-/370586949291?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item5648b416ab
и еще амперметр до 50А (шунт в комплекте) но случайно сжег его.
А вольтметр цельное лето проработал без проблем.

Для улучшения потребительских качеств, без усложнения схемы можно добавить, например, функцию запоминания минимального и максимального значения напряжения. А если немного усложнить — то и запоминание времени когда эти значения были получены. Иногда может пригодиться — у меня бывало на даче к середине ночи напруга поднималась свыше 320В…
0
ну так на вскидку около 400 рублей получается, только по компонентам. + время, работа.
0
Я так понял чтобы замерить 220 вольт надо контроллер запитать без трансформатора?
А что мешает замерять переменку после трансформатора?
0
Можно и так. Но трансформатор получится довольно громоздский. Тут часть решения именно в минитюаризации.
0
я бы в стену замуровал, мы приборы охран.пож.сиг в шкаф металлический и в стену. А там хоть какие габариты. Вот такое вот рещение.
0
У нас несколько лет лежат в продаже амперметры (5,100А), и вольтметры ~50~250v для установки на щиты. Вставляются просто в прямоугольную дырку и защелкиваются. Вольтметры питаются от измеряемого напряжения, для амперметров нужен транс на 12v.
Цифры крупные (20мм), четкие. Подсветка яркая. Стоят от 4-5 баксов. Я набрал несколько штук, удобно…

0
Питание у этого приборчика как сделано?
Вот мне нужно питание 85-265 AC -> 3.3В 50мА в габариты 20х20х10 запихнуть. И вот с LNK302 не получается из-за конденсаторов 400Вольтовых и дросселей. Но ведь зарядка для iPhone как-то влезла.
Кто-нибудь видел схемку этого зарядника? или хотя-бы может разобрать и сфотать)
0
  • avatar
  • ISK
  • 08 сентября 2012, 17:15
У приборчика питание конденсаторное. В приниципе, 50мА такой питальник обеспечит, но без гальванической развязки. Да и диапазон 85-265В на нем получить не так просто.
Схема зарядника стандартная — флайбэк на одном-двух транзисторах, иногда микросхеме. Конденсатор 400В 2.2-4.7мкФ достаточно мелкий, чтобы влезть.
Если выкинуть все не необходимое — в твои габариты вписаться можно. Кондер потребуется на 1мкФ 400В — он достаточно компактен, в качестве контроллера — тот же LinkSwitch в корпусе покомпактней. Еще, правда, нужен малогабаритный трасформатор. Это чуть сложнее, но можно позаимствовать такой из китайского зарядника. Выходной кондер тоже небольшой получится — что-то вроде 100мкФ 10В.
0
  • avatar
  • Vga
  • 08 сентября 2012, 17:43
в китйских клонах транформатор стоит и несколько транзисторов. тут подозреваю что тоже самое, только более грамотный контроллер. ищи более высокочастотный контроллер и рассчитывай под него трансформатор.
0
При такой мощности и частоты линка хватит за глаза. Нужно только где-то надыбать транформатор подходящих габаритов — хотя бы в зарядке с фото.
0
  • avatar
  • Vga
  • 08 сентября 2012, 17:49
купить за 1-2 бакса в китае? :)
0


Фото горелого клона
0
Да… Смотрю, первая ступень уже отошла)
Спасибо за фотку!
Развязка мне не нужна, устройство будет спрятано в корпус вилки.
Нашел самый маленький (в продаже) кондер 1мкФ 400В размером 6.3x10мм, а ведь еще дроссель, микруха и прочее. Но что делать, буду пытаться.
0
  • avatar
  • ISK
  • 08 сентября 2012, 18:22
Что за устройство, реально ли нужен полный диапазон напряжений? Может проще поставить туда конденсаторник и сделать два варианта — для 110VAC и 220VAC.
Алсо, микруху можно подобрать в SMD или ином удобном корпусе. Как и часть прочих компонентов.
0
  • avatar
  • Vga
  • 08 сентября 2012, 19:49
Устройство — обычный радиовыключатель нагрузки с измерением тока. Такой расширенный диапазон заказчик хочет. Конденсаторный из-за диапазона нельзя, да и не меньше он выйдет (1-1.5мкФ на входе).
0
  • avatar
  • ISK
  • 08 сентября 2012, 22:43
Хорошо сгорел. Обычно они не так картинно горят — чпокнуло и вырубилось.
0
  • avatar
  • Vga
  • 08 сентября 2012, 19:50
Ага я тоже себе прикупил панельных вольтметров, только на семисегментниках и до 30В DC. Оказались собраны на STM8s003f3, можно перешить в какую нибудь безделушку.
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.