Modul ON/OFF V3.0

by MADUDA

Pridal Radoslav Maduda 03.12.2019

401 zobrazení

Hlavný rozdiel spočíva v možnosti diaľkového spínania externým napätím či už impulzom, alebo trvalým. Rozsah externého napätia môže byť od 5 do 24V. Moduly fungujú už od 2,6V. Takže zosilňovač alebo prípadne iné zariadenie je možné spínať napätím z USB portu, TV, DVBT prijímače (niektoré novšie poskytujú 12V remote out), automatické zapínaie pri zapnutí PC cez USB port....

Úvod

Často nastáva situácia, že potrebujeme (chceme) zapínať/vypínať zariadenie jediným tlačidlom, nie kolískovým vypínačom. Použiť je teda možné tzv. aretačný tlačidlový vypínač (Isostat) alebo jeho elektronickú obdobu. Schém s bistabilnými klopnými obvodmi, od tranzistorových až po zapojenia s hradlami integrovaných obvodov (IO), je na internete neúrekom. Osobne som si vyskúšal zapojenie s časovačom 555, z výsledku som bol však sklamaný. Dochádzalo k náhodným zopnutiam aj napriek tomu, že v obvode boli ošetrené zákmity tlačidla. Ďalším často používaným IO je 2xD klopný obvod (CMOS 4013) v zapojení ako delič dvomi. Toto zapojenie som si overil v praxi.

V pôvodnej schéme neboli ošetrené kontakty tlačidla proti zákmitom a spínanie nebolo stopercentné, ale obvod sa nakoniec podarilo vyladiť. V tomto návode Vám však predkladám iné riešenie zapínania a vypínania zariadenia jedným tlačidlom. Verzia 3.0 vznikla po finálnom vyladení predošlej verzie 2.2 a z potreby zapnúť súčastne viacero zariadení a ovládať tak jedným tlačidlom napr. predzosilňovač a zosilňovač. Modul odpája a pripája fázu. Kontakty relé sú dimenzované na 16A. Modul obsahuje varistor, ktorý chráni kontakty relé pred napäťovými špičkami pri odpájaní indukčnej záťaže. Ďalšou zmenou bolo použite Wago svoriek s roztečou 10mm a zvýšenie bezpečnostných vzdialeností pre distančné stĺpiky na uchytenie (na 1cm), takže je možné použiť aj kovové distančné stĺpiky.

Popis obvodu

Vzhľadom na problémy s ošetrením tlačidla proti zákmitom som sa rozhodol použiť v zapojení procesor. Sám som pritom človek, ktorý programovať nevie a zapojeniam obsahujúcim procesor som sa doposiaľ zďaleka vyhýbal. Pri tejto konkrétnej aplikácii však použitie procesora poskytuje hneď niekoľko výhod. Keďže modul ON/OFF bude slúžiť na zapínanie a vypínanie, presnejšie povedané uvedenie zariadenia do StandBy módu, musí mať minimálnu spotrebu. Vďaka použitiu procesora sa táto podmienka podarila splniť perfektne. Spotreba modulu v StandBy režime je rádovo stoviek uA. Pri použití nekvalitných filtračných kondenzátorov v zdroji, môže byť zvodový prúd samotných filtračných kondenzátorov väčší ako je celková spotreba procesora! Najväčšiu spotrebu bude pravdepodobne mať napájací transformátor s príkonom 1,8VA (1,5 až 2VA) a aj to iba pri maximálnom odoberanom prúde. Takže samotná spotreba modulu je menej ako 1W v StandBy móde (pri nezopnutom relé).

Ďalšou výhodou použitia procesora je jeho vysoká odolnosť voči zákmitom tlačidla. Toto ošetrenie je realizované softvérovo - časovou slučkou v programe samotného procesora. Dostávame tu tak možnosť zadať si čas, na ktorý bude/nebude procesor reagovať. Ďalšou možnosťou je definovanie času zapínacích a vypínacích impulzov. Uvediem príklad: je možné, že na zapnutie zariadenia treba impulz s dĺžkou 40ms, ale na jeho vypnutie je potrebný impulz s dĺžkou trvania aj 1s, alebo naopak. Prístroj sa zapne iba ak bude tlačidlo stlačené 1s a na vypnutie bude stačiť aj impulz trvajúci iba 40ms. Osobne som vyskúšal časy 32ms (rovnaký čas na zapnutie aj vypnutie) a 320ms. Kratučké „ťuknutie“ na riadiace tlačidlo obvod neaktivoval. Pri takto ošetrenom tlačidle je modul imúnny voči vonkajším rušivým vplyvom.

Vyskúšal som ťahať prívod tlačidla do modulu káblikom s dĺžkou 1,5m omotaným 2x okolo zapnutého 400VA EI transformátoru. Káblik na tlačidlo ďalej pokračoval dvomi závitmi okolo trafopájky. Obvod nejavil žiadne náznaky nestability, alebo náchylnosti na náhodné zapnutia/vypnutia. Odolnosť modulu voči rušivým signálom považujem za vynikajúcu. Ďalšou a nie nepodstatnou výhodou tohto modulu je presne definovaný stav po zapnutí zariadenia do siete. Zvolil som variant, kedy sa po pripojení napájacieho napätia obvod zresetuje a relé zostane rozopnuté. Zopne až po stlačení tlačidla a opätovným stlačením dôjde k jeho deaktivácii.

Popis funkcie

Ako vstupné svorky sú použité konektory typu Wago s roztečou 10mm. Je možné použiť Fastony s rozmerom 6,3x0,8mm. Pri použití konektorov typu Faston odporúčam použiť ochranné krytky, aby sa zabránilo dotyku so živou časťou zariadenia. Dosku plošných spojov (DPS) si tak každý môže prispôsobiť svojim požiadavkám. Vstupné sieťové napätie 230VAC sa cez svorky X1-1 (fáza) a X1-2 (stredný pracovný vodič - nulák) privádza na transformátor TR1 v skratuvzdornom a nehorľavom prevedení. Vďaka použitiu transformátora na napájanie modulu je tento galvanicky oddelený od sieťového napätia. Ako ovládacie tlačidlo je možné použiť aj „žabky“ a nemusí byť použité tlačidlo v prevedení na 230VAC s patričnou izoláciou a rozmermi.

Striedavé napätie so sekundárneho vinutia TR1 je usmernené diódovým mostíkom B1. Kondenzátory C1 a C2 toto usmernené napätie vyfiltrujú, ich kapacita môže byť od 470uF do 1000uF, ale minimálne na 35VDC, nakoľko je na nezaťaženom transformátore napätie vyššie ako 18VAC. Dva filtračné kondenzátory sú použité z viacerých dôvodov. Jeden kondenzátor s väčšou kapacitou je rozmernejší a kazil by estetický dojem. Ak aj časom jeden z kondenzátorov vyschne a stratí svoju kapacitu, zariadenie je schopné pracovať aj s jedným kondenzátorom a nedôjde tak k poruche a netreba servisný zásah. No a v neposlednom rade, kondenzátory s menšou kapacitou majú menší zvodový prúd (odporúčam použiť kondenzátory typu LOW ESR) a zapojenie tak má menšiu spotrebu.

Jednosmerné napätie je privádzané do stabilizátora IC1 typu 78L05, ktorý je blokovaný keramickými kondenzátormi C3 a C4 100n. Výstupné napätie je ďalej filtrované kondenzátorom C5. O možné nežiaduce napäťové špičky v napájacom napätí sa postará D1 typu P6KE6V8A. Diódu je možné vynechať, ja však jej použitie odporúčam. Blokovací kondenzátor C1 by mal byť čo najbližšie k napájacím pinom procesora, preto je v prevedení SMD v puzdre 1206. Je tak zabezpečené jeho najbližšie možné umiestenie k napájacím vývodom procesora. Na konektor X4-2 a X4-3 sa pripája ovládacie tlačidlo ON/OFF. Vďaka konektoru je možné použiť akékoľvek tlačidlo. Po stlačení tlačidla dôjde k aktivácii procesora a cez R4 sa privedie napätie do báze T1, ktorý uzemní cievku relé. Po ďalšom stlačení sa obvod vynuluje a relé rozopne.

Celý modul sa po pripojení do siete automaticky nastaví tak, že na pine č. 3 je 0V a relé je rozopnuté. Paralelne k cievke relé je pripojená ochranná dióda v prevedení SMD, ktorá slúži na ochranu tranzistora pred napäťovými špičkami, vznikajúcimi pri odpájaní indukčnej záťaže (cievka relé) - napäťové impulzy sú opačnej polarity. Paralelne k relé je tiež pripojená cez R5 aj LED1. Tá slúži na signalizáciu zopnutia relé (v prípade použitia relé s nepriehľadným puzdrom). Kto nepožaduje indikáciu stavu relé na plošnom spoji, môže LED1 a R4 vynechať. Konektor X4-4 a X4-1 slúži na pripojenie LED, ktorá bude umiestnená na prednom paneli zariadenia ako indikátor zapnutia prístroja. V prípade použitia tlačidla Antivandal (s podsvietením) na ovládanie zariadenia sa na konektor X4-4 a X4-1 zapojí vnútorná LED dióda tohto tlačidla.

Celý obvod je istený pomalou tavnou poistkou F2. Výstupné sieťové napätie je vyvedené na svorkách X2 a X3, istené je tavnou poistkou F1. Hodnota tejto poistky záleží od príkonu záťaže, ktorú bude modul zapínať/vypínať. Relé RE1 odpája fázu. Celý modul je určený na spínanie záťaže do cca 300VA, kontakty použitého relé sú dimenzované na maximálny spínaný prúd 2x8A (alebo 1x16A). Aj keď táto hodnota láka použiť modul na väčšie výkony (teoreticky 230Vx16A=3,68kW), neodporúčam to, nakoľko pri spínaní veľkých výkonov vznikajú prúdové rázy, ktoré vysoko prevyšujú povolených 16A jedným kontaktom. Došlo by tak k degradácii (predčasnému opotrebeniu a nárastu prechodového odporu) kontaktov. V prípade použitia modulu na spínanie príkonu nad 300VA odporúčam za modul zapojiť Soft-Start.

Na napájanie modulu je možné použiť transformátor so sekundárnym napätím 9VAC/2VA, alebo 15VAC/2VA. Podľa toho, pre ktorý variant sa rozhodnete, musíte zvoliť aj cievku relé. Pre jednoduchú orientáciu uvádzam tabuľku s hodnotami súčiastok, ktoré sú závislé na veľkosti napájacieho napätia (indikačná červená alebo zelená LED). Tlačidlo Antivandal s podsvietením sa vyrába v dvoch prevedeniach napájacieho napätia LED, a to na 12VDC alebo 24VDC. V prípade jeho použitia je možné R7 a R8 neosadiť a na jeho mieste použiť prepoj, alebo osadiť rezistor s hodnotou od 0R1 do 4R7. Na funkciu modulu to vplyv mať nebude, bude to však vyzerať estetickejšie, ako drôtový prepoj.

	transformátor 15VAC	transformátor 9VAC
R5	2k2	1k2
R7+R8	1k+1k	470R+470R
RE1	24VDC	12VDC

Popis funkcie Remote IN / OUT

Verzia V3.0 umožňuje funkciu Remote IN/OUT. Tento modul ponúka ovládanie pomocou externého napätia a to buď trvalého, alebo iba impulzného a ponúka trvalé výstupné napätie.
CONSTANT REMOTE IN – tento vstup spína relé na základe externého vstupného napätia, ktoré musí byť prítomné počas celej doby, kedy má byť modul zopnutý. Teda ak privedieme napätie na konektor X5-1 a X5-2 tak sa relé RE1 zopne a zostane zopnuté počas celej doby prítomnosti tohto napätia na konektore X5. Vstupné napätie postupuje do usmerňovacieho mostíku B2 v prevedení SMD. Externým napätím sa budí LED dióda v optočlene IC4 zdrojom konštantného prúd, tvoreného T4 a diódami D3, D4. Veľkosť prúdu je možné nastaviť rezistorom R15. Budenie LED optočlenu zdrojom konštantného prúdu umožňuje jeho funkciu vo veľkom rozsahu vstupných (riadiacich) napätí. Vstupné napätie sa môže pohybovať v zozsahu 5 až 24VDC (v skutočnosti modul reaguje už od 2,6VDC) a vďaka predradenému mostíku nezáleží na polarite. Pre názornosť uvediem príklad. Zapnutie modulu môže byť realizované na základe 5VDC z USB portu PC. Teda zariadenie sa zapne vždy, keď sa zapne PC. Dnešné TV prijímače (a iná spotrebná elektronika ako DVBT, DVD....) ponúkajú dosť často Remote výstup o veľkosti 12 alebo 24VDC, s možnosťou využiť tento signál. Počas prítomnosti externého Remote napätia je softvérovo vyradená činnosť tlačidla.
IMPULZ REMOTE IN – tento vstup je obdobný ako predošlý, rozdiel spočíva v tom, že reaguje na impulz. Teda externým impulzom o veľkosti 5 až 24V DC/AC sa modul zopne a ďalším impulzom vypne. Vďaka tejto kombinácii je možné modul riadiť buď impulzom alebo konštantným napätím z riadiaceho (Master) zariadenia. Signál sa pripája na konektor X6-1 a X6-2 a je rovnocenný tlačidlu na panely.
REMOTE OUT – modul ponúka funkciu výstupného signálu Remote Constant.. Veľkosť tohto napätia je možné zvoliť výberom zenerovej diódy D5 a predradných rezistorov R10 a R11 až do veľkosti napájacieho napätia modulu. Sériová kombinácia je použitá preto, že sa dá použiť viacero kombinácií rezistorov a pri návrhu DPS nebolo treba prepoj. Odporúčam toto napätie voliť v rozsahu 5 až 12VDC. Vďaka tomuto výstupu je možné kaskádovité pospájanie nekonečného počtu jednotlivých modulov V3.0 alebo ich kombinácia s modulom V5.0. Výstup Remote Constant sa zapojí na vstup Remote Constant druhého modulu. Výstupné napätie Remote je prítomné počas zopnutia relé. Keď relé nie je zopnuté, výstupné napätie je 0V.

Veľkosť predradného rezisotra R11 a R12 si vypočítame podľa nasledovného vzorca:

R11+R12=(Uc1-Uz)/0,01

Kde:
Urem = požadované výstupné napätie
Uc1 = namerané napätie na C1
Uz= napätie zenerovej diódy D5

Celý modul je malý a kompaktný s rozmermi DPS 87x54mm. Na DPS je nanesená nepájivá maska a servisný popis na strane súčiastok. Pokiaľ má zariadenie, ovládané týmto modulom, vlastnú poistku, je možné poistku F1 nahradiť prepojkou. Osobne to však neodporúčam. Istiaci prvok navyše neuškodí, poistka nie je drahá a výsledok je estetickejší. Modul sa dá uchytiť pomocou 4 skrutiek M3 a distančných stĺpikov umiestených v každom rohu DPS. Na DPS sa nachádza jeden prepoj, ktorý je potrebné osadiť ako prvý, keďže sa nachádza pod objímkami. Pri bezchybnej práci a správnom osadení funguje modul na prvý krát. Pred vložením procesora do objímky je vhodné skontrolovať prítomnosť 5VDC na pinoch č. 2 a 7. Ak je všetko v poriadku, môžeme zasunúť procesor do objímky a modul otestovať. Na DPS sa nachádzajú štyri SMD súčiastky a to D2, C6, B1 a B2. Na mieste D1 sa dá použiť viacero puzdier. Konštruktér tak má väčšiu voľnosť pri výbere puzdra. Na mieste C1 je možné použiť kondenzátor v puzdre 1206 alebo 0603.

Autor nezodpovedá za škody spôsobené neodbornou manipuláciou (dopálené cestičky na DPS, prepólovanie procesora a pod.)! Pri práci treba byť opatrný, na DPS sa nachádza sieťové napätie a hrozí tak úraz elektrickým prúdom. Na poistku F1 odporúčam použiť kryt a zabrániť tak pred dotykom so živou časťou zariadenia. Autor nezodpovedá za úraz elektrickým prúdom pri neodbornej manipulácii.