Довольно часто при изготовлении полезных бытовых устройств, например на основе микроконтроллеров, работающих от бытовой сети, требуется простое электронное управление в сочетании с минимальным потреблением электроэнергии в режиме ожидания, когда устройство не выключено. Электронный узел управления такими устройствами даже в режиме ожидания обычно требует хоть какого-то источника питания, к примеру, отдельного маломощного AC-DC преобразователя с гальванической развязкой от сети или не совсем безопасного, но максимально простого источника без гальванической развязки на балластном конденсаторе.
Предлагаемый вниманию читателей вариант построения схемы управления (рисунок) сочетает в себе несколько достоинств: лёгкость повторения, возможность применения распространённых деталей, которые найдутся в каждой радиомастерской, подключение к бытовой электросети и подача команд управления с помощью одной и той же кнопки. При этом обеспечиваются гальваническая изоляция от питающей сети и отсутствие потребления электроэнергии в выключенном состоянии.
Рис. Вариант построения схемы управления
В исходном состоянии нормальноразомкнутые группы контактов кнопки SB1 и реле K1 обеспечивают отключение блока питания А1 от электросети 230 В. При кратковременном нажатии на кнопку SB1 блок питания оказывается подключённым к сети и на питаемое им устройство, например, микроконтроллер, поступает напряжение. При этом микроконтроллер сразу после начала работы должен установить линию порта PORTx, управляющую транзистором VT1, в состояние лог. 1. Это приведёт к замыканию контактов реле и шунтированию кнопки SB1 цепью, состоящей из супрессора VD1, излучающего ИК-диода оптопары U1 и резистора R1, ограничивающего ток через ИК-диод. При таком шунтировании положительные полупериоды сетевого напряжения будут беспрепятственно проходить через супрессор VD1, а отрицательные - через ИК-диод оптопары U1. При этом супрессор VD1 во время отрицательных полупериодов сетевого напряжения будет ограничивать максимальное падение напряжения в цепи питания ИК-диода оптопары, пропуская через себя излишний ток, который потребляет блок питания А1 (устройство в целом). В таком состоянии устройство будет подключено к сети до тех пор, пока микроконтроллер не сбросит линию порта PORTx в состояние лог. 0.
Во включённом состоянии, если кнопка SB1 уже отпущена, на входе внешнего прерывания микроконтроллера INTx будут присутствовать импульсы с частотой питающей сети. С помощью этих сигналов можно постоянно сбрасывать внутренний программный таймер микроконтроллера. Если нажать на кнопку, импульсы прекратятся, что повлечёт за собой инкрементирование программного таймера. Итоговое значение программного таймера будет эквивалентно длительности удержания кнопки.
Дальнейшая программная обработка указанных событий и интервалов позволяет отслеживать состояние кнопки и управлять работой устройства так же, как и при использовании кнопки, обычно подключаемой напрямую к порту микроконтроллера. К примеру, при удержании кнопки в течение нескольких секунд можно сбрасывать линию порта PORTx в состояние лог. 0 (отключать устройство от сети), а при нажатии меньшей длительности можно управлять какими-нибудь внешними узлами, которые используются вашим устройством. Необходимо отметить, что кратковременного сброса линии порта PORTx в состояние лог. 0 может оказаться недостаточно для отключения устройства от сети по причине наличия заряженных конденсаторов на выходе блока питания. В таком случае будет происходить периодическое (цикличное) переподключение устройства к питающей сети. Поэтому управляющий сигнал лог. 0 во время отключения устройства должен удерживаться постоянно вплоть до разрядки конденсаторов блока питания.
Устройство работоспособно в широком интервале питающих напряжений электросети. Наиболее удачно оно сочетается с импульсными блоками питания, которые работают в большом интервале входного напряжения. Но и с обычными линейными трансформаторными блоками питания при минимальном напряжении ограничения супрессором VD1 также прекрасно работает.
В устройстве использованы детали, которые оказались доступными. К примеру, было использовано реле K1 с номинальным напряжением обмотки 5 В, которое удобно было запитать от линии питания микроконтроллера. Если выходное напряжение блока питания другое, надо применить реле с соответствующим номинальным напряжением обмотки. Диод VD2 и транзистор VT1 - любые маломощные кремниевые. Супрессор VD1 должен быть однонаправленным (индекс "A" в конце наименования, а с индексом "CA" не подойдёт), напряжение ограничения следует выбирать как можно меньше, а максимально допустимые прямой ток и обратный ток в режиме ограничения должны быть не меньше тока, потребляемого блоком питания от электросети. Сопротивление резистора R1 должно быть таким, чтобы амплитуда тока через излучающий ИК-диод оптопары была не менее номинального значения. Кнопка SB1 должна быть с группой контактов, рассчитанных на коммутацию переменного напряжения не менее 250 В. Максимальный коммутируемый кнопкой ток должен соответствовать потребляемому току всем устройством, а в случае применения импульсного блока питания с запасом по току для возможных кратковременных бросков во время зарядки ёмкостей преобразователя в первичных цепях. Автором была применена кнопка с само-возвратом и со встроенным светодиодом подсветки, который можно подключить к цепи питания микроконтроллера дополнительной парой проводов, что позволяет наглядно индицировать состояние "Включено" или "Выключено". На схеме не показан резистор, который подтягивает коллектор транзистора оптопары к линии питания микроконтроллера. Этот резистор не нужен, если можно использовать подтягивающий резистор, встроенный в микроконтроллер.
Такой вариант управления был реализован в нескольких устройствах, которые работают несколько лет без каких-либо нареканий. К примеру, это мощный вентилятор с электронагревателями и электропечь с двумя ТЭНами. Причём блоки питания этих устройств разные, есть и импульсные, и обычные трансформаторные (линейные).
Автор: И. Василенко, станица Каладжинская Краснодарского края