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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Modulo per la misura e la protezione dell'alimentazione. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori Il modulo proposto può essere utilizzato in abbinamento agli alimentatori da laboratorio per proteggere il loro carico da tensioni e correnti superiori ai limiti stabiliti. Le descrizioni di tali dispositivi sono state pubblicate più volte, un esempio è l'articolo "Dispositivo di protezione digitale avanzato con funzione di misurazione" ("Radio", 2007, n. 7, pp. 26-28, autore N. Zaets), che descrive un dispositivo di questo scopo su un microcontrollore PIC16F873 con indicatore LED a sette elementi a due cifre. Al contrario, il modulo proposto si basa su un microcontrollore ATmega8535L-8PU e un LCD contenente quattro righe di 16 caratteri ciascuna. Inizialmente, intendevo utilizzare l'ingresso differenziale dell'ADC del microcontrollore con un preamplificatore integrato per misurare la corrente. Tuttavia, il test ha rivelato l'instabilità di tale misurazione. Anche l'uso di un amplificatore operazionale nell'unità di misura corrente è risultato inappropriato per lo stesso motivo. È stata scelta un'opzione di compromesso per misurare la corrente con due canali ADC con una resistenza relativamente elevata dei resistori del sensore di corrente. Il primo canale, utilizzando un sensore di corrente con una resistenza di 0,5 Ohm, misura la corrente fino a 1 A con una risoluzione di 10 mA. Il secondo canale è in grado di misurare correnti fino a 5 A con una risoluzione di 0,1 A utilizzando un sensore di corrente con una resistenza di 0,05 Ohm. Il dispositivo misura la tensione con una risoluzione di 0,1 V. Il tempo di risposta della protezione dipende principalmente dalla frequenza di clock dell'ADC (125 kHz). Calcolata e confermata con l'aiuto di un oscilloscopio, la durata della conversione da analogico a digitale è di 110 μs. Il microcontrollore impiega 220 μs più la durata totale dell'esecuzione dei comandi di commutazione per misurare sia la tensione che la corrente. Con una frequenza di clock del microcontrollore di 8 MHz, vengono completati in 3,7 µs. Le modalità di visualizzazione delle informazioni sull'indicatore possono contribuire ad aumentare il tempo di risposta della protezione. Il programma vi accede ogni 0,28 secondi (specificato dalla costante TimeDisp). Sono necessari 4 ms per emettere le informazioni (misurate da un oscilloscopio). Il tempo viene conteggiato da due contatori, il primo viene incrementato dal programma in ogni ciclo di misura e il secondo conta gli overflow del primo. Quando il contenuto del secondo contatore raggiunge il valore della costante di cui sopra, le informazioni vengono visualizzate sull'indicatore. La probabilità che si verifichi un evento di emergenza durante il tempo di servizio dell'indicatore diminuisce con l'aumentare del periodo di chiamate all'indicatore. Se è richiesto un ritardo di risposta minimo, al programma dovrebbe essere vietato l'accesso all'indicatore. Tale modalità è fornita. Il dispositivo è controllato tramite sette pulsanti, un interruttore e un codificatore con un pulsante. L'uso di un encoder semplifica l'immissione di informazioni nel microcontrollore. L'indicatore di familiarità 64 aumenta notevolmente la possibilità di informare l'utente sullo stato del dispositivo. Il volume relativamente elevato del programma è dovuto alla presenza in esso di numerosi testi di messaggi visualizzati sull'indicatore. Oltre alla visualizzazione delle informazioni visive, è presente anche una segnalazione acustica di intervento della protezione. All'articolo sono allegate due versioni del programma. La prima (testo sorgente Modul-P&M4.asm, boot file Modul-P&M4.hex) non prevede il salvataggio nella memoria non volatile del microcontrollore dei valori impostati delle soglie di intervento della protezione. Dopo l'accensione o il ripristino forzato del microcontrollore, questo programma scriverà i valori massimi consentiti nei registri di confronto. Nella seconda variante del programma (codice sorgente Modul-P&M-EP.asm, file di avvio Modul-P&M-EP.hex), i valori di soglia impostati vengono memorizzati in EEPROM quando l'alimentazione viene interrotta. Alla successiva accensione, il programma li ripristina. Lo schema del modulo è mostrato in fig. 1. Il primo canale di misurazione della corrente è formato dai sensori di corrente dei resistori R12, R14, resistore trimmer R16 e ingresso asimmetrico dell'ADC ADC1, il secondo canale di misurazione della corrente è costituito dai resistori R11, R13, resistore trimmer R15 e ingresso asimmetrico dell'ADC ADC3. Il carico del primo canale è collegato tra il terminale positivo della sorgente protetta ed il terminale "-out", ed il carico del secondo canale è collegato tra lo stesso terminale di source ed il terminale "-out.2". Parte della tensione di sorgente dal terminale "+U" attraverso un partitore di tensione formato da un resistore costante R18 e un resistore trimmer R17 viene inviata per la misurazione all'ingresso sbilanciato dell'ADC ADC4.
I resistori trimmer R15-R17 vengono utilizzati durante l'impostazione per impostare le letture di tensione e corrente sull'indicatore HG1 utilizzando strumenti standard. Ciascuno degli interruttori a transistor, che, se necessario, scollegano il carico e la sorgente controllata, è costituito da un potente transistor ad effetto di campo e da un transistor bipolare che lo controlla. Qui è possibile utilizzare transistor ad effetto di campo con una tensione di soglia di 2 ... 5 V. Il lampeggio a breve termine del LED HL1 quando l'alimentazione è accesa (impostazione allo stato iniziale) è causato dal fatto che successivamente le uscite del microcontrollore si trovano in uno stato ad alta impedenza per un po' di tempo. Di conseguenza, un impulso di corrente scorre attraverso il circuito di alimentazione positivo - LED HL1 - resistori R2, R7 - giunzione dell'emettitore VT4 - diodo VD3 - filo comune (per il canale 1). Per un motivo simile lampeggia anche il LED HL2. Quando il modulo è in funzione, il LED corrispondente si accende contemporaneamente all'accensione del canale: canale 1 - HL1, canale 2 - HL2. L'encoder S1 viene utilizzato per impostare le soglie per la protezione di corrente e tensione. Viene fornita la segnalazione sonora dell'operazione di protezione tramite tensione o corrente. Per questo, serve un nodo da un amplificatore basato su un transistor VT5 e un emettitore di suoni elettromagnetici HA1. LCD HG1 funziona con un bus dati a otto bit formato dalle linee della porta B del microcontrollore. Sul suo schermo, il programma visualizza informazioni sui valori misurati di tensione e corrente, le modalità di funzionamento del dispositivo. Dopo l'accensione o il ripristino del microcontrollore, il modulo entra in modalità standby. Entrambi i canali sono chiusi, la tensione e la corrente non vengono misurate. Collegare la sorgente di tensione regolata ai terminali "+U" e "-izh" e il carico - ai terminali "+U" e "-out1". Dopo aver selezionato il primo canale premendo il pulsante SB3, utilizzare i resistori trimmer R16 e R17 per abbinare le letture del modulo e l'amperometro e il voltmetro di riferimento. Premendo il pulsante SB2, tornare alla modalità standby. Quindi collegare il carico al canale 2 (morsetti "+U" e "-out.2"), selezionare il secondo canale premendo il pulsante SB4 e regolare la resistenza del trimmer R15 in modo che corrisponda alle letture dell'LCD e dell'amperometro di riferimento. Premendo il pulsante dell'encoder, selezionarlo per impostare le soglie di protezione in tensione e in corrente. Impostare la soglia di corrente desiderata in uno dei canali ruotando l'encoder e premendo il pulsante SB6 (canale 1) o SB7 (canale 2), scrivere questo valore nel registro di confronto del microcontrollore. Il programma vieta l'impostazione della soglia di protezione superiore a 1 A nel canale 1 e, quando si tenta di farlo, visualizza un avviso corrispondente sul display LCD. Premendo il pulsante SB5 si scrive la soglia di protezione da sovratensione nel registro di confronto. Dopo aver registrato tutte le soglie, premendo il pulsante SB2, riportare il modulo in modalità standby. Verificare il funzionamento della protezione superando le soglie impostate per tensione e corrente. Quando viene attivato, verrà emesso un segnale acustico e le informazioni sull'evento verranno visualizzate sul display LCD. Contemporaneamente si spegnerà il LED del canale in cui è avvenuto il trigger. Dopo l'attivazione della protezione, sono possibili due opzioni per ulteriori azioni: premendo il pulsante SB2, tornare alla modalità standby o premendo il pulsante dell'encoder, entrare nella modalità di impostazione della soglia. Nel secondo caso, i valori correnti dai registri di confronto verranno copiati nei registri utilizzati nella routine del servizio encoder, il che velocizzerà l'installazione di nuovi valori. Nella modalità di funzionamento del modulo, premendo i pulsanti SB5-SB7, è possibile scrivere nei registri di confronto i valori correnti della tensione o della corrente del canale acceso, aumentati di due unità della cifra meno significativa. Abilitare l'interruttore di protezione ad alta velocità SA1, preimpostare i valori richiesti di tensione, corrente e soglie. Le informazioni rilevanti vengono visualizzate sul display LCD. Il circuito stampato del modulo è mostrato in fig. 2, la disposizione degli elementi su di esso - in fig. 3. Tutti i pad per il collegamento di pulsanti, encoder, LED, LCD e alimentazione sono posizionati con un passo di 2,54 mm ai bordi della scheda. Se lo si desidera, è possibile collegare componenti esterni e alimentazione tramite i connettori multipin maschio. A causa dell'elevato consumo di corrente (fino a 220 mA), la retroilluminazione dell'indicatore è alimentata direttamente dall'alimentatore tramite l'interruttore SA2. È meglio posizionare il resistore di regolazione del contrasto R20 su una delle pareti del case. Le sezioni dei conduttori stampati, attraverso le quali scorre la corrente di carico del secondo canale, devono essere rinforzate saldando su di esse fili di diametro 1 mm.
C'è abbastanza spazio sulla scheda per installare, se necessario, dissipatori di calore per i transistor VT1 e VT2. Il microcontrollore ATmega8535L-8PU può essere sostituito con un ATmega8535-16PU o uno della stessa famiglia con indici PI, e il DV-16400S1F-BLY-H/R LCD può essere sostituito con un WH-1604A-YGH-CT o un altro russificato a quattro linee con un controller compatibile con KS0066U. Invece dell'emettitore di suoni elettromagnetici HC0905F, andrà bene l'HCM1212A. I diodi GS1A (VD2 e VD3) indicati nello schema sono analoghi ai diodi 1N4001 nella versione a montaggio superficiale. Resistenze trimmer R15-R17 - multigiro importato 3266W con una resistenza da 100 a 500 ohm (R15, R16) e almeno 500 ohm (R17). È possibile sostituire i resistori di sintonia con i divisori di due resistori fissi, selezionati durante la messa in servizio. Resistori R12, R14 - MOH-0,5, che possono essere sostituiti con CF-50 o CF-100 importati. Resistori R11, R13 - SQP con una potenza di 3 watt. Il limite di corrente di 5 A è causato da questi resistori che si riscaldano troppo a una corrente più elevata. Sostituendoli con quelli più potenti, come KNP-500 o KNP-600 a filo avvolto, è possibile misurare correnti fino a 9,9 A senza modificare il programma. Per alimentare il modulo, l'autore ha utilizzato un trasformatore di alimentazione dal lettore video. La tensione + 12 V viene rimossa dall'ingresso del regolatore di tensione integrato +5 V. Il modulo è assemblato in una custodia da un alimentatore per computer da 300 W. Tutti i vecchi contenuti della custodia sono stati rimossi, la parete posteriore è stata tagliata. I suoi resti formano un telaio a cui è fissato un nuovo pannello frontale in plastica del modulo con viti M3. La sua vista da questo pannello è mostrata in Fig. 4.
Il programma del microcontrollore è stato creato nell'ambiente di sviluppo AVR Studio 4. La configurazione del microcontrollore ATmega8535L per funzionare con un generatore RC interno a una frequenza di 8 MHz deve corrispondere alla tabella. tavolo
Nel mio lavoro utilizzo un alimentatore regolabile realizzato negli anni '80 e ci sono casi di surriscaldamento del transistor di regolazione P210, seguito da un aumento della tensione di uscita. Ciò è accaduto anche quando si lavora insieme al modulo di protezione descritto. Il modulo ha funzionato come previsto, ha spento la tensione, ha emesso segnali acustici e luminosi, ha visualizzato le informazioni pertinenti sul display LCD. I programmi del microcontrollore possono essere scaricati da ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/10/modul.zip. Autore: N. Salimov
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