Простой индикатор напряжения сети из ночника.

Рассказано, как переделать схему обычного ночника, чтобы цвет его свечения указывал на величину напряжения в сети.

В соответствии с действующими нормами, в большинстве регионов действующее напряжение сети 230В, с допустимым отклонением длительно до 5% (от 219 до 242В) и кратковременно до 10% (от 207 до 253В).

Повышенное напряжение опасно для всех потребителей перегорают лампочки и светодиодные и другие, выходят из строя блоки питания компьютеров, модемов, роутеров, телевизоров и т.д. Что касается пониженного напряжения то перечисленные устройства не так к нему критичны, некоторые работают от 110В, а вот для устройств, содержащих электродвигатели (холодильники, стиралки, насосы и т.д.) одинаково опасны как повышенные, так и пониженные напряжения. При включении они могу не запуститься от пониженного напряжения и выйти из строя.

Сейчас распространены защитные устройства, которые отключают потребители не только при замыкании и повышении тока, но и при повышенном напряжении. Некоторые имеют цифровую индикацию. Но они установлены возле электросчетчиков,

или в другом месте которое не всегда на виду.

Если напряжение на грани допустимого, но не достигает уровня срабатывания устройств защиты, то это в конце концов приведет к преждевременному выходу из строя электронных устройств.

Для того, чтобы предупредить такие выходы из строя, достаточно разместить на виду ночник, оборудованный функцией контроля за напряжением сети. Цвет свечения такого ночника будет меняться в зависимости от величины напряжения сети. Это своевременно даст вам информацию о том, что с напряжением что-то не так и нужно принимать меры.

Практически любой ночник несложно дополнить функцией индикации напряжения сети. Ниже рассмотрены два конкретных примера и еще приведена дополнительная информация.

Пример 1.

Распространенный ночник «Бабочка». Изначально в нем три зеленых светодиода, хотя бывают и разного цвета, но светят все время вместе.

Внутри простая конструкция:

Конденсатор был загнут под низ платы, но я его отогнул, чтобы увидеть номинал. Принципиальная схема этого ночника выглядит так:

Все три светодиода одного зеленого (G) цвета. В диодном мостике 4 диода 1N4007.

После доработки схема ночника выглядит так:

Как видно, вместо HL1 установлен желтый (Y) светодиод, вместо HL3 – красный (R). Зеленый светодиод (G) HL2 зашунтирован резистором 180 Ом, а красный HL3 – резистором 120 Ом. Возможно номиналы резисторов придется подобрать для установки нужного напряжения срабатывания зеленого и красного светодиодов. Параллельно С1 для повышения яркости светодиодов установлен конденсатор 150n на 400В. Теперь при напряжении сети от 200В до 250В будет гореть желтый и зеленый светодиоды. При повышенном, выше 250В все три, при пониженном, только желтый. На фото ниже показан ночник при различных напряжениях сети:

Недостатком этой простой схемы является то, что зеленый и красный светодиоды загораются плавно и точно определить значение напряжения их срабатывания сложно. Т.е. зеленый светодиод начинает слабо светиться уже при 180В, а красный при 240В.

Для устранения этого недостатка была реализована схема, в которой применены пороговые устройства (динисторы). В ней зеленый и красный светодиоды загораются резко, при строго определенном значении напряжения. Например, я выставил значение напряжения срабатывания зеленого светодиода 203В, а красного 245В, что немного отличается от крайних значений, но мне кажется оптимальным. Хотя можно выставить и более узкий коридор для нормы.

Пример 2.

Реализован с учетом вышесказанного из ночника смайлик. Он собран на газоразрядных лампочках с токоограничивающими резисторами. Ниже показано его свечение при любом напряжении и рядом схема.

Штатная схема оставлена без изменений, она, как и прежде, будет светиться при любом напряжении сети. Дополненная схема представлена ниже.

В качестве ключевых элементов можно использовать динисторы КН102, КР1167КП1, DB3 и подобные. Высоковольтного стабилитрона КС 680 на 180В у меня не оказалось, и я заменил схемой схемой на высоковольтном транзисторе КТ940А с диодом Д220А. Напряжение стабилизации этой схемки у меня получилось 206В, что вполне приемлемо. В качестве динисторов я использовал КР1167КП1 потому, что они у меня были. Подстроечными резисторами  выставил напряжение срабатывания зеленого светодиода 203В, красного 245В. Затем измерил плечи подстроечных резисторов и заменил их каждый двумя постоянными.

Для монтажа печатную плату не делал, собрал на куске экспериментальной монтажной платы. Получилась вот такая конструкция:

Ниже представлены фото, поясняющие работу переделанного ночника.

Ток, потребляемый устройством до 5 мА. Индикация видна на расстоянии нескольких метров, даже днем. На цифровом индикаторе с такого расстояния прочитать цифры вольтметра затруднительно. Расположить можно на виду. Дизайн ночника можно выбрать любой, их сейчас более чем достаточно, например, здесь.

В интернете схем индикаторов напряжения очень много. В основном для невысоких постоянных напряжений. В процессе работы проанализировал и собрал с десяток схем. Если оценивать по простоте, доступности деталей и минимальному току потребления, выше рассмотренная схема наиболее удачная.

Ближайшим конкурентом этой схемы, для меня, была вот эта:

Схема с указанными номиналами собрана, проверена, работает.

Свечение светодиодов в зависимости от напряжения:

До 180В – светится HL1, желтый;

От 193В до 238В – светится HL3, зеленый;

Выше 266В – светится HL2, красный.

Зоны совместного свечения:

От 180В до 193В – желтый HL1 и зеленый HL3;

От 238В до 266В – зеленый HL3 и красный HL2.

Изменяя номиналы резисторов R4 и R5, напряжение стабилизации VD1 можно корректировать зоны свечения светодиодов.

Недостатки схемы:

светодиоды загораются и гаснут плавно, наличие зон совместного свечения, довольно высокие требования к отсутствию пульсаций выпрямленного напряжения, потребляемый ток до 20 мА.

Достоинством является свечение одного из трех светодиодов при напряжениях отличных от пограничных значений (зон совместного свечения).

Рассматривал схемы индикаторов напряжения на логических микросхемах и операционных усилителях. У них также довольно высокие требования к питающим напряжениям и токи потребления до 10мА получить трудно.

Материал статьи продублирован на видео: