Собственно вот конструкция устройства для поддержания выходного сетевого напряжения в разумных пределах, при входном 150-250 В. Схема релейного типа, с применением модулей Ардуино и реле. Про автотрансформаторный можете почитать здесь.
В этом самодельном стабилизаторе сети программа была настроена таким образом, чтобы данные о входном напряжении поступали с аналогового контакта A0. Именно на этот вход подавалась часть входного напряжения, отслеживаемого платой Arduino через преобразование. При сетевом напряжении около 220 В на вход A0 поступает постоянка в диапазоне 1,3–1,4 В. Правда это значение требует масштабирования с использованием коэффициента, соответствующего входному напряжению. В программе был задан коэффициент примерно 160, который применяется в расчетной формуле.
Вторая строка дисплея отображает выходное напряжение стабилизатора. Для этого выходное напряжение снижалось до ~12 В с помощью маломощного мини-трансформатора, а затем дополнительно уменьшалось в 8–10 раз резистивным делителем до уровня, безопасного для входа A1. В ходе начального эксперимента резистивный делитель был заменен потенциометром, при этом учитывалось, что максимальное напряжение на аналоговых входах не должно превышать 5 В. Если для входа A0 коэффициент масштабирования составил около 160, то для A1 был установлен ориентировочный коэффициент 130 — это позволило проверить корректность заданных в программе формул.
На схеме можно заметить потенциометр P3, который не связан с упомянутым ранее делителем. Его задача — регулировать напряжение подсветки дисплея. При вращении оси P3 изменяется контрастность изображения, вплоть до инверсии. Это позволяет настроить экран так, чтобы символы отображались либо черными, либо белыми, что особенно эффектно смотрится на синем фоне подсветки.
В программе масштабные константы обозначены как K0 и K1, что соответствует подключению к аналоговым входам A0 и A1. Стоит отметить, что значения этих констант задавались приблизительно, поскольку напряжение питания платы Arduino может варьироваться (например, 5,03 В или 4,96 В). При коэффициенте масштабирования 150–160 даже разница в 0,04 В приводит к погрешности около 6 В. После запуска платы и отображения напряжения на дисплее проводилось измерение входного напряжения для сравнения и последующего пересчета коэффициента. В результате эксперимента точность показаний удалось довести до 1 В, а итоговый коэффициент KA0 составил 158,2.
Формула расчета в эскизе выглядит следующим образом:
- vout = (value * 5.0) / 1024.0;
- vin = vout * KA0;
Здесь 5.0 — это напряжение питания платы Arduino, а точность достигается подбором коэффициентов KA0 и KA1.
Пока изготавливалась печатная плата, были заказаны реле с временем срабатывания около 8 мс (цель — синхронизация переключения с переходом сетевого напряжения через ноль). Разница в 1–2 мс допустима, а ресурс реле составляет до 100 тысяч переключений. Со временем механические элементы могут изнашиваться, что потребует либо замены, либо изменения полярности импульса для запуска по заднему фронту с задержкой около 9 мс, что близко к полупериоду сети (10 мс).
После подключения вторичных обмоток трансформатора к плате для питания Arduino выяснилось, что стабилизатор 7812 в корпусе TO-220 сильно нагревается при работе всех реле, поэтому был установлен радиатор — он был предусмотрен заранее.
Напряжение +12 В подавалось с выхода стабилизатора 7812 на вход VIN платы Arduino, а с выходов +5 В и GND — на основную плату. Итогом стала завершенная сборка стабилизатора с дисплеем, представленная на фото. Тем, кто захочет повторить конструкцию, придется учитывать параметры используемого трансформатора, резистивные делители и коэффициенты масштабирования, чтобы избежать ошибок в показаниях.
