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 2.2 vznikla po finálnom vyladení predošlej verzie 1.1. Modul odpája iba fázu. Kontakty relé sú dimenzované na trvalý prúd 16A a 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, teda tak, aby zariadenie splňovalo bezpečnostnú vzdialenosť a mohlo byť namontované aj do zariadenia v II. Bezpečnostnej triede.

Popis zapojenia

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 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 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 transformátora. 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 nezopnuté. Relé zopne až po stlačení tlačidla a opätovným stlačením dôjde k jeho deaktivácii.

Popis funcie

Ako vstupné svorky sú použité konektory typu Wago s roztečou 10mm, alebo je možné použiť Faston s rozmerom 6,3x0,8mm. Pri použití konektorov typu Faston odporúčam použiť ochranné kryty, aby sa zabránilo dotyku so živou časťou. Dosku plošných spojov (DPS) si tak každý môže prispôsobiť svojim požiadavkám. Vstupné sieťové napätie 230VAC sa cez svorky X1-1 (fáza) a X1-3 (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 C5 a C6 toto usmernené napätie vyfiltrujú, ich kapacita môže byť od 100uF do 470uF, ale minimálne na 35V, 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 stabilizátoru IC1 typu 78L05, ktorý je blokovaný keramickými kondenzátormi C3 a C4 100n. Výstupné napätie je ďalej filtrované kondenzátorom C2. O posledné možné nežiaduce špičky v napájacom napätí sa postará D2 typu P6KE6V8A. Diódu je možné vynechať, ja však jej použitie odporúčam. Blokovací kondenzátor C1 by mal byť čo najbližšie k napájacím vývodom procesora, preto je v prevedení SMD v puzdre 1206. Je tak zabezpečené jeho najbližšie možné umiestenie k napájacím vývodom procesora. Na konektor J1 sa pripája ovládacie tlačidlo ON/OFF. Vďaka konektoru je možné použiť akékoľvek tlačidlo. Po stlačení tlačidla dôjde k aktivácii procesora a cez R3 sa privedie napätie do báze tranzistora T1, ktorý uzemní cievku relé. Po ďalšom stlačení sa obvod vynuluje a relé odpadne. Celý modul sa po pripojení do siete automaticky nastaví tak, že na pine č. 3 je 0V a relé je vypnuté. Paralelne k cievke relé je pripojená ochranná dióda, 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 R4 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 J5 slúži na pripojenie LED, ktorá bude na paneli zariadenia a bude slúžiť na indikáciu zapnutia prístroja. V prípade použitia tlačidla Antivandal (s podsvietením) na ovládanie zariadenia sa na konektor J5 zapojí vnútorná LED dióda tohto tlačidla. Celý obvod je istený pomalou tavnou poistkou F2. Výstupné sieťové napätie je vyvedené na svorke X1-1, istené je tavnou poistkou F1 pre fázu a na konektore X1-2 sa odoberá nulák. 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 300 - 500VA, kontakty použitého relé sú dimenzované na maximálny spínaný prúd 1x16A (alebo 2x8A). 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 300 - 500VA odporúčam za modul zapojiť Soft-Start. Na napájanie modulu je možné použiť transformátor so sekundárnym napätím 9VAC/2VA, alebo 15-18VAC/2VA. Podľa toho, pre ktorý variant sa rozhodnete, musíte zvoliť aj cievku relé.

Pre jednoduchú orientáciu uvádzam tabuľku s hodnotami súčiastok, ktoré sú závislé od 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 R6 neosadiť a na jeho mieste použiť prepoj, alebo osadiť rezistor s hodnotou do 0R1 do 4R7. Na funkciu modulu to vplyv mať nebude, bude to však vyzerať estetickejšie, ako iba jednoduchý drôtový prepoj.

Celý modul je malý a kompaktný s rozmermi DPS 93x56mm. Na DPS je nanesená nepájivá maska a servisný popis zo strany 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. Na DPS sa nachádza jeden prepoj, ktorý je možné nahradiť rezistorom 0 Ohm. 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 (pri odpojenom napájacom napätí) zasunúť procesor do objímky a modul otestovať. Na DPS sa nachádzajú dve SMD súčiastky a to D1 a C1. 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 úraz elektrickým prúdom. Na poistku F1 odporúčam použiť kryt a zabrániť tak pred dotykom so živou časťou zariadenia.

Schéma zapojenia

Schéma zapojenia v plnej veľkosti - klikni

Osadenie dosky plošných spojov "TOP"

Osadená doska plošných spojov, pohľad top v plnej veľkosti - klikni

Osadenie dosky plošných spojov "BOTTOM"

Osadená doska plošných spojov, pohľad bottom v plnej veľkosti - klikni

Zoznam komponentov

Realizácia modulu