Witajcie. Dziś chciałbym razem z Wami zajrzeć do wnętrza przekaźnika bistabilnego BIS-411. Dla osób które nie znają tematu i nie wiedzą czym owe urządzenie jest przytoczę opis ze strony producenta:
Cytat:Elektroniczny przekaźnik bistabilny umożliwia załączenie oświetlenia lub innego urządzenia z kilku różnych punktów za pomocą równolegle połączonych przycisków sterujących.
Inaczej mówiąc: stosując to urządzenie możemy zapomnieć o skomplikowanej instalacji z wieloma łącznikami schodowymi i krzyżowymi wymagającej wielu metrów wielożyłowych przewodów. Zamiast tego używając równolegle połączonych łączników chwilowych (dzwonkowych) upraszczamy naszą instalację jedynie do dwóch żył.
Oprócz tego omawiany przekaźnik pozwala na używanie przycisków z podświetleniem (do czego przejdziemy). Do wyzwalania naszego urządzenia możemy używać zarówno impulsu przewodu fazowego jak i neutralnego. Musimy jednak pamiętać o konieczności zamiany przewodów zasilających przekaźnika (dlaczego? - do tego również przejdziemy).
Całość powinien rozjaśnić poniższy schemat instalacyjny:
Jeśli kogoś interesuje jak takie urządzenie podłączyć oraz jak wygląda jego działanie w instalacji to polecam poniższy film:
Wnętrze
Tyle wstępu. Przejdźmy do wnętrza.
Otwarcie urządzenia nie jest trudne. Wystarczy podważyć i zdjąć przedni panel, a następnie delikatnie rozchylić dwie połówki obudowy. Uznałem, że ilustrowanie tego procesu nie ma sensu, gdyż jest bardzo intuicyjny.
Naszym oczom ukaże się płytka, a raczej dwie połączone ze sobą płytki drukowane wypełnione zarówno elementami przewlekanymi jak i montowanymi powierzchniowo.
Jakość połączeń lutowanych jest według mnie na bardzo dobrym poziomie, podobnie jak same płytki oznakowane logiem producenta.
Sposób połączenia styku przekaźnika oraz złącza śrubowego wyprowadzenia 6 z płytką z pewnością wywoła uśmiech na twarzy, jednak styk ten jest dobrze trzymany przez obudowę po jej zamknięciu a taki sposób montażu zapewnia elastyczność podczas dokręcania w przeciwieństwie do sztywnego przylutowania do płytki.
Jedyne wątpliwości może budzić sam przekaźnik. Nie wygląda na zbyt trwały. Zastosowany to HONGFA HF115FK 12-Z3T. Skoro F&F to polska firma mogli chociaż zastosować solidny przekaźnik Relpola, gdyż ten chińczyk wygląda dość śmiesznie (swoją drogą ciekawe ile podziała).
Schemat
Jako że bardzo mi się nudziło postanowiłem narysować kompletny schemat, który ułatwi analizę całego układu.
Bardzo przepraszam za odręczne bazgroły i opisy po angielsku - taką mam zasadę. Mam nadzieję że wszystko jest czytelne.
Zasilanie
BIS-411 według strony producenta może być zasilany napięciem przemiennym z zakresu 165÷265 V, jednak na moim egzemplarzu widełki są jeszcze większe gdyż nadruk na obudowie sugeruje przedział 100÷265 V.
Zasilanie podawane poprzez złącza 1 i 3 najpierw jest prostowane pojedynczą diodą, następnie trafia na zabezpieczenie w postaci warystora o napięciu zadziałania 470V, później przez rezystor 100Ω o mocy 1W przekazywane jest do kondensatora tłumiącego tętnienia. Ostatecznie wytworzenie niskiego napięcia do pracy układu odbywa się przy użyciu przetwornicy VIPER06L pracującego w trybie buck bez izolacji galwanicznej. Oznacza to że na wszystkich elementach układu znajduje się napięcie sieciowe. Bardzo podobnym funkcjonalnie układem scalonym jest - według mnie - bardziej znana seria LNK30x.
Osobiście uważam że stosowanie przetwornic tego typu zamiast tradycyjnych zasilaczy beztransformatorowych opartych na reaktancji kondensatora to świetny pomysł nie tylko na zmniejszenie przestrzeni ale też obniżenie kosztów eksploatacji, jako że nie musimy tracić mocy na grzanie rezystorów i diod Zenera. Wady? Zamiast grzejnika wypalającego płytki drukowane na wylot mamy kolejne źródło zakłóceń.
Ciekawostka jest taka, że model pokazany na filmie prawdopodobnie używa właśnie tej metody. Jak widać - jest postęp (mój egzemplarz kupiony w 2022 roku).
Przetwornica została zaaplikowana zgodnie ze schematem z jej noty katalogowej (załącznik). Z tego schematu skorzystałem zresztą sam podczas rysowania mojego. Jedyna poważna różnica to dioda łącząca wyjście przetwornicy z pinem zasilania układu. Nie wiem po co została dołączona, jako że - według diagramu blokowego - układ sam "podbiera" sobie zasilanie, a do nóżki przyłącza się tylko kondensator. Czekam na wypowiedzi ekspertów.
Napięcie wyjściowe ustala dzielnik utworzony z rezystorów 24kΩ i 9,1kΩ. Dzięki temu otrzymujemy bardzo stabilne napięcie 12V. Jedyne do czego jest ono wykorzystywane bezpośrednio to zasilanie cewki przekaźnika.
Następnie napięcie 12V trafia na osobną płytkę, gdzie jest stabilizowane przez układ 78L05B do 5V.
Mikrokontroler
Jak na razie opisany dotąd układ byłby tylko słabym zasilaczem. Cała "magia" urządzenia skrywa się w mikrokontrolerze. Użyty został procesor z serii STM8 - konkretniej STM8S003F3P6.
Porównując noty odnoszę wrażenie, że to praktycznie ATmega8 z tym że ST posiada dwa 16-bitowe timery zamiast jednego trochę więcej pamięci EEPROM a nawet - wbudowany driver brzęczyka.
Układ zakrywa trochę ścieżek, co nie było żadną przeszkodą podczas reverse engineeringu, jednak - na potrzeby artykułu zdecydowałem się go wylutować.
Mikrokontroler steruje (poprzez wyprowadzenia 1 i 2) dwiema diodami świecącymi sygnalizującymi stan pracy przekaźnika. Każda posiada rezystor ograniczający prąd o wartości 1kΩ. Dzięki temu diody nie świecą ani zbyt jasno, ani zbyt słabo - prąd który przez nie płynie to około 3mA.
Tranzystor sterujący samym przekaźnikiem został połączony przez rezystor 10kΩ z pinem 13 mikrokontrolera. Możemy tu również znaleźć standardowe zabezpieczenie tranzystora przez wysokim napięciem indukowanym w cewce przekaźnika w postaci diody. Oznaczenie tranzystora to 1F = BC847B).
Najciekawsza część to sterowanie z wejścia numer 6 urządzenia. Impuls napięcia podawany na to wejście jest najpierw ograniczany prądowo przez dwa połączone szeregowo rezystory 330kΩ następnie rezystor 3.3kΩ ogranicza jego poziom by finalnie trafić na bazę tranzystora (również BC847B) który przywiera pin 3 mikrokontrolera. Mamy tutaj również kondensator na kolektorze.
Jego rola to zapewne debouncing, jednak w tym przypadku również czekam na opinię bardziej doświadczonych kolegów.
Ciekawi mnie czy mikrokontroler musi jakoś programowo poradzić sobie z przebiegiem sinusoidalnym (chyba - nie mam oscyloskopu) podawanym na pin 3 i nie wykrywa takiego zachowania jako bardzo szybkie przełączanie wyjścia. Może właśnie za niwelowanie tego zjawiska odpowiada kondensator, a może jestem w błędzie i podczas impulsu na wejściu 6 nóżka mikrokontrolera jest całkowicie przywierana do masy (bez żadnych tętnień). Mam nadzieję że rozumiecie co mam na myśli i odpowiecie.
Obsługa podświetlenia łączników realizowana jest za pomocą kondensatora 220nF i rezystora 100Ω 1W. W tym momencie wydało się również dlaczego używając różnych impulsów (L lub N) na wejściu 6 musimy zamieniać przewody zasilające 1 i 3. Może na schemacie tak dobrze tego nie widać, dlatego stworzyłem prosty diagram blokowy układu ilustrujący sposób przepływu prądu przez neonówki.
Teraz wszystko powinno być oczywiste.
Niestety. Nie ma nic za darmo. Gdy przyciskamy przycisk załączający kondensator chwilowo pobiera duży prąd (co prawda przez rezystor) przez co powstaje mała ale jednak mogąca niszczyć styki iskra.
Kolejna ciekawostka to przygotowane miejsce pod (na 90%) potencjometr na pinie 14 mikrokontrolera. Nie mam pomysłu na to, co mógłby robić. Może wlutuję i po prostu sprawdzę...
Również ciekawe jest to czy dałoby się przerobić podstawową wersję BIS-411 na BIS-411M (pamiętającą pozycję styków) po prostu lutując zworkę/rezystor w jedno z tych miejsc:
Tego na pewno nie zamierzam sprawdzać, bo ten przekaźnik ma jeszcze trochę podziałać...
Od czasu do czasu na forum można poczytać o migającej zielonej diodzie zasilania. Mi nigdy się to nie przytrafiło, lecz chętnie się dowiem co to może znaczyć. Czy ktoś już to rozgryzł?
Odczyt programu
Oczywiście nie mogłem się powstrzymać i musiałem sprawdzić czy da się odczytać program z mikrokontrolera. W tym celu wykorzystałem przygotowane pola lutownicze na płytce przy mikrokontrolerze. Wlutowałem golpiny i podłączyłem do STLINKa
Następnie konfiguracja STVP
I finalnie próba odczytu. Nie wiem czego innego się spodziewałem, ale przynajmniej połączenie się powiodło.
Od razu mówię, że nie mam nic wspólnego z programowaniem mikrokontrolerów ST, jednak kupiłem programator z myślą że może kiedyś do nich zajrzę. Na razie (jako początkujący - choć to być może mało przyszłościowe) próbuję dobrze zrozumieć AVRy.
Zakończenie
Tak czy inaczej omawiany przekaźnik jest bardzo ciekawą alternatywą dla klasycznych łączników. U mnie - ten konkretny - steruje pięcioma lampami LED (10 świetlówek) cały zestaw pobiera ponad 200W. Ciekaw jestem jak z żywotnością przekaźnika przy tak ogromnych prądach rozruchowych. Wiem mogłem użyć BIS-411LED ale w momencie zakupu o tym nie wiedziałem. Jeśli przekaźnik się spali lub sklei - wymienię na taki przystosowany do tego typu aplikacji.
Mam nadzieję, że ten artykuł był ciekawy. Jeśli jakieś informacje się nie zgadzają - poprawię.
W załączniku zamieszczam wszystkie potrzebne informacje w tym kompletną dokumentację zdjęciową.
Pozdrawiam wszystkich.
Fajne? Ranking DIY
