Эффективный датчик пропадания питания 230 VAC для Raspberry Pi — дешёвый, компактный и безопасный

Отслеживайте 230 VAC основную сеть компактной, дешёвой схемой, выдающей чистый цифровой сигнал любому микроконтроллеру.

Хотя подход с 12 VAC работает для мониторинга низкого напряжения, он не подходит для высоковольтной сети из-за чрезмерной рассеиваемой мощности. Схема ниже решает эту проблему минимальным числом компонентов и пренебрежимо малой потребляемой энергией.

Существует три жизнеспособных способа детектировать пропадание питания:

• Использовать понижающий трансформатор, выпрямить и условить выход для вашего логического уровня.
• Переделать зарядку телефона: убрать выходной конденсатор или заменить на меньший для получения быстро реагирующего 5 VDC сигнала.
• Собрать описанную здесь схему — самый дешёвый, эффективный и компактный вариант.

Все три метода валидны; выбор зависит от ваших ограничений. По моему опыту, предложенный дизайн даёт лучший компромисс между стоимостью, размером и потреблением энергии.

Схема

Пояснение

Для читателей, не знакомых с электроникой, вот почему схема работает:

• Конденсатор 100 нФ представляет ёмкостное сопротивление примерно 32 кОм на 50 Гц (Z = 1/(2πfC)). Это ограничивает ток примерно 7 мА (I = V/Z), удерживая рассеиваемую мощность ниже 1 Вт.
• В отличие от резистора, конденсатор не преобразует электрическую энергию в тепло; он лишь реагирует, поэтому 32 кОм импеданс не перегревается.
• Конденсатор эффективно снижает сетевое напряжение, позволяя последующему выпрямителю производить низковольтный DC выход, подходящий для логических входов.
• Поскольку ток ограничен импедансом конденсатора, выходное напряжение определяется нагрузкой, а не фиксированным коэффициентом трансформации. Поэтому значения компонентов на низковольтной стороне (резистор, маленький электролитик) должны выбираться тщательно, но дизайн терпит незначительные вариации.

По сравнению с трансформатором, этот подход использует меньше деталей, потребляет меньше энергии и предлагает встроенное ограничение тока.

Примечание для систем 110 VAC 60 Гц

Для адаптации схемы под 110 VAC 60 Гц замените конденсатор 100 нФ на 150 нФ (или 220 нФ). Конденсатор 150 нФ хорошо работает и на 230 VAC 50 Гц, и на 110 VAC 60 Гц, в то время как 100 нФ даёт чуть более быстрый отклик на 230 VAC.

Практическое применение

Я интегрирую этот сенсор в свой стек домашней автоматизации. Raspberry Pi питается от стандартного 5-В адаптера и подкреплён переносным пауэрбанком. Когда пропадает сетевое питание, пауэрбанк держит Pi живым, а сенсор детектирует отключение и триггерит уведомление через Domoticz. Уведомление может уйти через роутер с ИБП или через мобильную сеть, позволяя логировать длительность чёрного аутов и автоматизировать действия (например, выключать Hue-лампы, которые иначе бы включились при ребуте).

Предупреждение

Высоковольтная сеть может вызвать тяжёлые травмы или смерть. Обращайтесь со всеми компонентами осторожно. После сборки схемы герметично закройте корпус (горячий клей или нормальный проектный бокс) для предотвращения случайного контакта с живыми частями.

Меры безопасности

Дополнительные меры защиты повышают надёжность:

• Используйте варистор (V1) на 230 VAC для подавления импульсов напряжения, которые могут достичь конденсатора (C1).
• Включите предохранитель последовательно для защиты от короткого замыкания.
• Убедитесь, что низковольтные компоненты (R1, C2, U1) имеют напряжённые рейтинги, превышающие максимальное послевыпрямительное напряжение (≈325 В). 400-В электролитик избыточен; низковольтный конденсатор с параллельным Зенером даёт грациозный режим отказа.
• Плёночные конденсаторы (как C1) обычно ломаются в разомкнутом состоянии, что безопасно, так как ток ограничен ~7 мА.

С этими предосторожностями схема остаётся безопасной, надёжной и лёгкой в реализации.

Источник: Power Outage Sensor