Что считать высоким напряжением для схем на основе МК? Если формально, то всё, что выше напряжения питания. Если с практической точки зрения, то всё, что больше 25...30 В. Диапазон выбран условно, он ни к чему не привязан. Ситуация напоминает известное разделение электроустановок по безопасности на две категории: до и свыше 1000 В (число «1000» не поддаётся строгому математическому расчёту и выбрано как легко запоминающееся).
Высокие напряжения могут быть постоянными, импульсными или медленно изменяющимися во времени. Для их снижения обычно используют резисторные делители с конденсаторными фильтрами. При напряжениях более 200 В резисторы надо применять высоковольтные (визуально они узкие и длинные) или обычные, но больших геометрических размеров, например, мощностью 0.5...2.0 Вт.
Особое внимание в высоковольтной технике уделяется защите от всплесков напряжений и искровых помех. Ограничительные диоды, разрядники, варисторы, стабилитроны и конденсаторы здесь лишними не бывают.
При наладке высоковольтных устройств требуется внимательность и предельная осторожность. Необходимо выполнять простые правила житейской безопасности, а именно, касаться токоведущих частей только одной рукой (другую держать за спиной), находиться подальше от заземлённых предметов (водопроводные краны, батареи центрального отопления), использовать исправный инструмент и надёжные измерительные приборы. Интересно, что на некоторых предприятиях операции по работе с высоким напряжением относят к особо ответственным и выполняют их только в первую (а не во вторую и не в третью) смену.
На Рис. а...л показаны схемы подачи высоких рабочих напряжений на линии портов МК.
Рис. Схемы подачи высоких напряжений на линии портов МК
а) входное напряжение Uвх может достигать 20 кВ. Резисторы R1...R9 специальные высоковольтные. В целях безопасности их помещают в пластиковый корпус. Конденсатор С1 снижает так называемые «искровые помехи»;
б) выбор поддиапазонов измерения 1, 10 или 100 В осуществляется переключателем S1. Отношение резисторов R5, R6 определяет коэффициент передачи инструментального усилителя DA1 фирмы Analog Devices. Для повышения точности замеров резисторы R1...R3, R5, R6 должны иметь допуск не более ± 1 %;
в) защита входа МК элементами R1, VD1, C1. Резистор R3 обязателен при большом пороговом напряжении стабилитрона VD1. Сопротивление резистора R3 нужно увеличить до 1...3 кОм, если вместо VD1 будет поставлен мощный TVS-диод, например, P4SMA6.8A (6.8 В);
г) транзистор VT1 увеличивает крутизну фронтов сигнала и буферно защищает МК;
д) подключение датчика радиактивного излучения В1 к МК. Для нормальной работы датчика на его обкладки подаётся высокое напряжение 500 В. При регистрации пролетающих частиц происходит локальный пробой и высокое напряжение через делитель RI, R2 поступает в МК;
е) приём сигналов с напряжением до ±100 В. Компаратор DA1 регистрирует моменты перехода напряжения через нуль, гистерезис 25 мВ. Конденсатор С1 устраняет ВЧ-«звон» сигналов;
ж) приём дискретных (цифровых) сигналов, на которые наводятся высоковольтные помехи. Особенности схемы – защитные стабилитроны VD1, VD2, ускоряющая цепочка R3, СЗ, буферный усилитель-инвертор VT1, конденсатор фильтра С4;
з) обработка импульсно-модулированных напряжений амплитудой до 100 В. Инвертор DD1 увеличивает крутизну фронтов сигнала и обеспечивает буферную защиту МК;
и) ОУ DA1 служит повторителем входного сигнала. Схема применяется при большой длине между ОУ и DA1 или для защиты МК от перенапряжений. Резистором R1 снижается амплитуда;
к) разрядник FV1 защищает входные цепи от подачи напряжения более 160 В. Диоды VD1, VD2 ограничивают сигнал с двух сторон. Наличие/отсутствие напряжения фиксирует АЦП МК. Для обычной цифровой линии порта следовало бы удалить диод VD2;
л) при входном напряжении 0...+5 В эквивалентное последовательное сопротивление двух транзисторов VT1, VT2 составляет около 2 кОм. При увеличении входного напряжения в диапазоне от 5 до 500 В транзисторы автоматически ограничивают протекающий ток до 1 мА (определяется резистором R1).
Источник: 1000 и одна микроконтроллерная схема. С. М. Рюмик. Вып. 1
