Предохранитель с индикатором на DIN-рейку. ПИ-101 :)


Просмотров: 21 134

ПИ-101. Предохранитель с индикатором на DIN-рейку

Значит так. Хочу предохранитель на DIN-рейку с индикацией состояния, как на заглавной картинке 🙂 Ну что ж, берём и делаем!

Первое: зачем это надо. Сейчас в силовых щитках частенько оказывается оборудование, хоть и относящееся к «силе», но само по себе маломощное: всякие контроллеры «умного дома», регистраторы, модемы, маршрутизаторы, точки доступа и пр. И если последние из перечисленных чаще имеют свой собственный блок питания, то первые чаще его не имеют. Есть вход 12В и всё. Обычно рядышком устанавливают БП на DIN-рейку и на этом успокаиваются. И забывают что всякий сетевой прибор может выйти из строя, коротнуть, загореться… и надо бы нашу сеть защищать от подобных выкрутасов.

Да, нормальные БП имеют встроенный предохранитель. Но, во-первых, понять нормальный ли он можно только получив его в руки. Во-вторых, если предохранитель и есть, он обычно внутри. Т.е. для замены надо снять БП с рейки и разобрать. И хорошо если предохранитель стоит в держателе, а то бывают и припаянные!

Конечно, можно использовать обычный автомат. Но обсуждаемые приборы маломощные, значит нужен автомат малого номинала, а они есть не у каждого производителя и уж точно не у каждого поставщика. Что мы делаем в такой ситуации? Правильно! Берём в руки любимый рашпиль!

А раз уж мы делаем свой собственный аппарат, значит мы можем снабдить его кое-какими ништяками, о которых и пойдёт речь в статье.

По предохранителям на рейку есть хорошие решения. Например, клемма с предохранителем, есть даже с ндикацией состояния предохранителя. Мне они очень нравятся своей компактностью. Но есть и недостаток, точнее особенность, которая в ряде случаев может обернуться недостатком. Клеммы скрыты под пластроном. Т.е. для замены предохранителя нужен электрик 80-го уровня 🙂 Да чтобы просто взглянуть на индикатор, надо открыть пластрон! Да, на целевом устройстве может быть лампочка «питание», но это зависит от доброй воли производителя устройства. К тому же погасшая лампочка не свидетельствует однозначно о сгоревшем предохранителе.

Значит делаем предохранитель с индикацией! В корпусе автомата. Чтобы индикатор был виден всегда, а предохранитель легко менялся. В качестве индикатора используем светодиод.

Для начала пара слов о схемотехнике включения светодиода в сеть 220 (230) вольт.

Включение светодиода в сеть 220 (230) вольт

Схема 1

Последовательная цепь резистор — светодиод — это обычный делитель напряжения. Резистор имеет большое сопротивление (десятки кОм), на нём «высаживается» основное напряжение. Светодиод в прямом направлении имеет низкое сопротивление и ему достаются его законные 2 вольта. Но! У нас же переменный ток. Т.е. часть времени ток течёт в направлении L→N, а часть наоборот N←L. Что произойдёт во время обратной полуволны? Светодиод закроется, его сопротивление возрастёт до сотен или тысяч кОм и на него придётся основное падение напряжения. И он сгорит т.к. светодиод способен выдержать обратное напряжение вольт 5.

Как этого избежать? Поставить встречно-параллельно диод (или ещё один светодиод), который зашунтирует обратную полуволну. И обратное напряжение на светодиоде не превысит падение напряжения на диоде.

В принципе, Схема 1 уже рабочая. При живом предохранителе будет светиться индикатор, при сгорании предохранителя индикатор погаснет. Все бы хорошо, только эргономика таких показаний не на высоте. У нас в щитке может стоять десяток приборов с индикаторами. Насколько скоро мы заметим что погас один? А ведь это какая-никакая авария! Одного взгляда на щиток (даже через тонированную дверцу) должно хватать чтобы понять что что-то не в порядке.

Т.е. нужна индикация сгоревшего предохранителя! Что ж, надо так надо, берём и делаем:

Индикация сгоревшего предохранителя

Схема 2

Если предохранитель цел, он шунтирует цепь индикатора и светодиоду не достаётся напряжения от слова «совсем». Когда предохранитель сгорит, ток потечёт через нашу цепь и мы увидим красный огонёк.

Однако, эта схема имеет ещё более существенные недостатки, чем первая. Во-первых, погасший индикатор не обязательно означает наличие предохранителя: может быть просто «электричество кончилось». Во-вторых, наша цепь замыкается через нагрузку. Значит, если отключили потребителя (кнопкой или кабель отсоединили), индикатор погаснет. Опять неопределённость!

А что если попробовать совместить эти две схемы?

Индикация сгоревшего предохранителя

Схема 3

Та-ак, интересненько… Если предохранитель жив, то во время обратной полуволны ток потечёт так:

Индикация живого предохранителя

Схема 4

И зажжётся зелёный светодиод. Прямая полуволна «сольётся» через защитный диод. Красный не горит т.к. зашунтирован предохранителем.

А что будет когда сгорит предохранитель? Ток прямой полуволны потечёт так:

Индикация сгоревшего предохранителя

Схема 5

и засветится красный индикатор. А во время обратной полуволны будет по-прежнему гореть зелёный, путь тока в обход предохранителя, думаю, понятен.

Таким образом, индикатор даёт полную информацию о цепи: зелёный — всё хорошо, красный — сгорел предохранитель, не светится — кончилось электричество.

Такая схема вполне рабочая и применяется (с некоторыми дополнительными наворотами) даже в профессиональном оборудования типа такого. Но и она неидеальна!

Чтобы было понятно, начертим эквивалентную схему, выкинув мешающие восприятию элементы. Во-первых, предохранитель — он же уже сгорел 🙂 И пары светодиод-диод т.к. они являются как бы маленькими сопротивлениями. Вот что получилось:

 

Делитель напряжения

Схема 6

Делитель напряжения! Если плечи одинаковы, он поделит сетевое напряжение пополам. Т.е. на выходе L out у нас окажется половинка фазы.

При сгорании предохранителя на выходе устройства остаётся опасное напряжение!

В этом, как бы, ничего страшного нет. Сопротивление балласта достаточно высокое, так что ток, который может возникнуть при замыкании  L out на N (или PE), не превысит 10-20 мА. Т.е. никого не убьёт, хотя ощутимо «дёрнет». И это если везунчику доведётся схватиться за L out. А подобные устройства не предполагают наличия открытых токоведущих частей. Все подводки делаются нормальными вилками/розетками, да и прибор-потребитель вряд ли кто-то будет держать в стойке без кожуха.

Но у нас-то щиток! Клеммы доступны и до них (теоретически) можно дотянуться. А если проводок открутить от потребителя и бросить в шитке, он может славно поискрить и попутно пожечь что-нибудь нежное. А вынутый предохранитель создаёт иллюзию безопасности.

Чтобы такого не случилось, необходимо надёжно развязать L in и L out. Подумав что самая лучшая на сегодня развязка — оптическая, я полез искать что-нибудь на тему оптронов. Но как-то с ходу ничего подходящего не углядел. Зато в разделе «Твердотельные реле» сразу нашлось. Раньше я думал что высоковольтные ТТР — это суровые устройства на медной пластине, способные прокачать огромные токи и предназначенные исключительно для замены обычных (электромагнитных) реле. Ан нет! Оказалось что есть маленькие маломощные, но довольно-таки высоковольтные.

Вот попалась такая модель: К293КП7. Документацию можно посмотреть здесь и здесь. Мне подойдёт с любой буквой, но в руки попала «В», самая высоковольтная. Коммутируемое (выходное) переменное напряжение ±350 В, ток до 60 мА. На входе ток всего 5…25 мА и напряжение пара вольт — как для обычного светодиода. Микросхема имеет два независимых канала. И всё это в 8-ногом корпусе DIP.

Родилась такая схема:

к293кп7

Схема 7

Фишка реле К293КП7 в том что оно нормально замкнутое, т.е. выход замкнут при напряжения тока на входе. А при появлении напряжения реле размыкается. А это именно то что мне нужно! Когда сгорает предохранитель, пропадает напряжение на входе, выходной транзистор открывается и загорается красный индикатор.

Дополнительным бонусом данной схемы является то, что здесь можно использовать 3-ногий 2-цветный светодиод. В предыдущей схеме тоже можно, но там при сгорании предохранителя будут светиться оба кристалла, что в теории должно давать жёлтый цвет. Только в реальности, даже для светодиода с матовым колпачком мы будем видеть две светящихся точки и кучу разноцветных бликов по поверхности колпачка. Редкое пор… редкая дрянь, надо сказать 🙂 А может, мне просто не попадались нормальные светодиоды.

У меня же будет светиться либо зелёный, либо красный кристалл. Объяснение этому феномену можно почерпнуть из предыдущей статьи.

И ещё три особенности данной схемы.

Во-первых, балластный резистор я заменил цепочкой конденсатор-резистор. Конденсаторное питание позволяет устранить нагрев балласта. А резистор нужен чтобы снизить токи заряда-разряда конденсатора. Без него эти токи могут быть весьма лютыми, выжигая всё на своём пути и заставляя деградировать сам конденсатор. Разумеется, данный приём можно использовать и для всех предыдущих схем.

Второе: светодиоды реле я питаю не постоянным напряжением, как положено, а пульсирующим. Это приводит к тому, что выходной транзистор ненадолго, но открывается. Это происходит потому что конструкторы К293КП7 очень постарались и предприняли специальные меры чтобы реле открывалось/закрывалось как можно быстрее, следуя за управляющим сигналом. А у меня получился этакий колхозный ШИМ. В результате на фоне зелёного света всё-таки есть очень тусклая красная точечка. Это совсем не мешает считыванию состояния прибора, но как-то оно не элитно. Надо подумать куда воткнуть маленький конденсатор чтобы загрубить быстродействие реле.

И третье касается практических соображений по использованию устройства. Я недаром показал клеммы сдвоенными и «размножил» нейтраль. Двойные клеммы по входу позволяют «шлейфовать» по несколько таких устройств. Двойные клеммы по выходу позволят подключить на одно устройство пару потребителей. А наличие нейтрали как сверху, так и снизу сделает подключение потребителя простым и очевидным: лучше «воткнуться» обоими проводами прямо в устройство, чем искать по щитку куда бы присунуть 🙂 нейтраль.

Ну что, цели ясны, задачи определены, за работу, товарищи! В смысле, от теории переходим к практике. Сначала спаял схему на макетке. После непродолжительных мытарств (связанных с тем что я всё время забывал что реле-то нормально замкнутое!) оно взлетело!

Индикация исправного предохранителя

Ух тыыыыыы, попёрло! 🙂

Ну-ка, сымитируем отгоревший предохранитель….

Индикация сгоревшего предохранителя

Не верьте моему фотику! На самом деле, светодиод канонiчно красен!

Поёт как надо! 🙂

Для сборки макета я использовал недавно добытый корпус одинарной ширины на DIN-рейку. Собираем схему (тут я немножко схалтурил, не стал ставить «второй этаж» клемм, в итоге нейтраль у меня есть и сверху, и снизу, но по одной точке). Во фронтальной панели корпуса сверлим отверстия (ступенчатое сверло — вещь!) и вклеиваем светодиод и держатель предохранителя.

 

Индикация сгоревшего предохранителя

Всё собираем и бегом испытывать!

ПИ-101. Предохранитель с индикатором на DIN-рейку. Испытания

Так, предохранитель цел, свет зелёный, на выходе есть напряжение.

ПИ-101. Предохранитель с индикатором на DIN-рейку. Испытания

Красный он, честное блаародное!

Предохранитель сдох, свет красный, напряжение на выходе отсутствует! Всё как договаривались 🙂

Кое-какие выводы:

  1. Я могу сам себя поздравить с первым самостоятельно придуманным устройством в области силовой электроники 🙂 Надо бы его как-то назвать… Пусть будет ПИ-101 (Предохранитель с Индикатором, серия 100, модель 1).
  2. О необходимости небольшой доработки схемы сказал чуть выше.
  3. Надо бы проверить поведение/живучесть устройства в реальных условиях: наличие в сети импульсных помех, пониженное и повышенное напряжение.
  4. Продающиеся у нас держатели предохранителей — полная дрянь! Надо поискать нормальных поставщиков.
  5. Целый модуль для предохранителя — довольно расточительно! Хотелось бы иметь устройство покомпактнее. Нужны корпуса, скажем, на 2/3 модуля и хорошие узкие держатели предохранителей.

 

Предохранитель с индикатором на DIN-рейку. ПИ-101 :): 5 комментариев

      1. баклай

        светодиодная лампа в держателе д=8мм: XD8-1W-G220VAC светит от 220в………..где расположено Ваше ус-во? ……………..на этой микросхеме можно сделать ибп.

        1. Wan-Derer Автор записи

          Устройство было экспериментальным, для проверки идеи. Дальнейшего развития не получило. Остального не понял.

Добавить комментарий для Денис Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *