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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Convertitore di tensione sul microcontrollore per alimentare il misuratore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Convertitori di tensione, raddrizzatori, inverter Il dispositivo proposto è un convertitore da 3 V CC a 9 V CC, realizzato nelle dimensioni di una batteria Krona da nove volt ed è destinato a sostituirlo in strumenti di misura autoalimentati. Sorgente di tensione primaria - due celle galvaniche saline o alcaline di dimensioni AAA. È possibile utilizzare batterie Ni-MH della stessa dimensione. Efficienza del convertitore - 66...81%. Il circuito del convertitore è mostrato in fig. 1. Il suo componente principale è un microcontrollore ATtiny13A-SU (DD1) sincronizzato da un oscillatore RC interno. Il convertitore di tensione elevatore è implementato su un transistor VT1, un induttore L1, un diodo Schottky VD1 e un condensatore C4. Il transistor VT2 disconnette il carico dal convertitore nella modalità "sleep" del microcontrollore. Il diodo Zener VD2 e il resistore R5 proteggono gli elementi del convertitore in caso di interruzione (arresto) del carico. Durante il normale funzionamento, non c'è corrente attraverso il circuito di protezione.
Il convertitore è progettato per funzionare a carico costante. La sua tensione di uscita non è stabilizzata e dipende dalla tensione di alimentazione. Ad esempio, scende a 7,6 V quando l'alimentazione scende a 2,5 V. Per un uso più completo dell'energia della fonte di alimentazione primaria e mantenendo la tensione di uscita a un dato livello, il microcontrollore DD1 controlla la tensione alla sua uscita all'avvio del convertitore. Per fare ciò, parte della tensione di uscita dal motore del resistore di sintonia R4 viene inviata all'ingresso PB4 del microcontrollore, che opera nella modalità di ingresso del comparatore di tensione integrato. Tutti i componenti del trasduttore sono posizionati su un pannello di 48x26 mm realizzato in fibra di vetro spessa 1 mm laminata su entrambi i lati. Il suo disegno e la disposizione delle parti sono mostrati in Fig. 2. Sul lato della scheda, privo di parti, quattro contatti per il collegamento delle batterie sono saldati nei fori previsti per loro. I contatti sono ricavati da lamiera di ottone spessa 0,3 mm. L'altezza del contatto è di 10 mm, la larghezza è di 5...8 mm, la lunghezza del petalo da saldare nel foro è di 2 mm, la larghezza è di 1,5 mm.
I condensatori di ossido sono TECAP di dimensione D, altri condensatori e resistori sono di dimensione 1206 per il montaggio superficiale. Resistore trimmer R4 - SP3-19a-0,5 W, induttore L1 - LQH43CN101K. La scelta dell'induttore influisce in modo significativo sull'efficienza del convertitore. Ad esempio, la sostituzione dell'induttanza sopra menzionata con una RLB0712 leggermente più grande aumenta l'efficienza del 3 ... 5%, ma, purtroppo, le dimensioni del convertitore vanno oltre le dimensioni della batteria Krona. Per montare questo induttore sulla scheda, sono previste piazzole di contatto con fori, contrassegnate con L1'. È montato in posizione "sdraiata". La sostituzione del diodo BAT1 originariamente utilizzato in una delle opzioni del convertitore come VD41 con un MBR0540 ha permesso di aumentare l'efficienza del 2%. Una vista del trasduttore assemblato dal lato delle parti è mostrata in fig. 3, e dal lato dell'installazione delle batterie - in fig. 4.
Riso. Fig. 4. Vista del convertitore assemblato dal lato dove sono installate le batterie Il programma del microcontrollore utilizza il suo timer PWM veloce a otto bit e il comparatore analogico. La frequenza di ripetizione dell'impulso con PWM è scelta pari a 37500 Hz, il massimo possibile con una frequenza di clock del microcontrollore di 9,6 MHz. Una sorgente di tensione di riferimento interna è collegata all'ingresso non invertente AI N0 del comparatore analogico. tavolo
1 - non programmato
La tensione di uscita controllata fornita al pin PB4 del microcontrollore viene inviata all'ingresso invertente del comparatore AIN1 attraverso il multiplexer ADC. Lo stato di uscita del comparatore ACO viene verificato dal gestore di interrupt di overflow del timer T0. Quando ACO=1 si ha un incremento del valore nel registro di confronto timer che aumenta il duty cycle degli impulsi che comandano il transistor VT1 del convertitore. Con ACO=0 questo valore rimane invariato perché la tensione di uscita ha già raggiunto i 9V impostati. Il timer di spegnimento del convertitore è implementato nel software ed è un contatore decrementato dalle interruzioni del timer T0. Il valore iniziale scritto nei registri di questo contatore viene calcolato dal programma utilizzando la formula N=TMENO37500, dove tMENO - la durata richiesta del convertitore prima dell'arresto, s; 37500 - frequenza di ripetizione dell'impulso di controllo, Hz. Il programma è dato TMENO=900 s (15 minuti). Trascorso questo tempo, il microcontrollore "si addormenta", passando alla modalità di consumo di micropotenza POWER DOWN. E' possibile comandare il convertitore tramite il pulsante opzionale SB1, il cui collegamento è rappresentato nello schema di fig. 1 con linee tratteggiate. Una richiesta di interrupt esterna, generata premendo questo pulsante, riporta il microcontrollore "sleep" nella modalità operativa. E se fai clic su di esso mentre il convertitore è in esecuzione, il microcontrollore passerà dalla modalità di lavoro a quella di "sospensione", spegnendo il convertitore. Per azionare il pulsante in varie modalità, il programma genera ritardi con una durata di 0,5 s. Nella modalità "sleep" del microcontrollore, il convertitore consuma solo 6 ... 10 μA, quindi, se è presente un pulsante nell'interruttore SA1, non è necessario e può essere omesso sostituendolo con un ponticello. Se manca il pulsante SB1, dopo che il timer di spegnimento è scaduto, l'accensione del convertitore con l'interruttore SA1 è possibile solo dopo due minuti. Durante questo tempo, con l'interruttore aperto, il microcontrollore consuma l'energia immagazzinata nel condensatore C2 ed è in modalità "sleep". Il convertitore è progettato senza essere legato a un tipo specifico di dispositivo di misurazione che richiede una tensione di alimentazione di 9 V. La modifica di tale dispositivo si riduce all'installazione di un interruttore SA1 o di un pulsante SB1 al suo interno. Per comodità, possono essere collegati al convertitore utilizzando connettori miniaturizzati. La sostituzione inversa del convertitore con la batteria Krona non causa difficoltà. Dopo aver montato tutte le parti sulla scheda, ad eccezione dell'induttore L1 e aver verificato la presenza di circuiti aperti e cortocircuiti, impostare il cursore del resistore R4 nella posizione centrale e procedere alla programmazione del microcontrollore. I codici del file CONVERTER-DC2.hex allegato all'articolo devono essere caricati nella memoria di programma del microcontrollore. La sua configurazione deve essere programmata secondo la tabella. Si noti che il bit CKDIV8 programmato dal produttore del microcontrollore deve essere deprogrammato. Sulla scheda sono disponibili tutti i pad necessari per il collegamento con il programmatore. Se il programmatore lavora solo con una tensione di alimentazione di 5 V, applicare la stessa tensione al circuito di alimentazione del microcontrollore. Una volta completata la programmazione, sarà necessario fornire alla scheda una tensione di 3 V. Misurare la corrente assorbita dal contatore con il quale si intende utilizzare il convertitore e caricare il convertitore con una opportuna resistenza resistiva. Dopo aver installato l'induttore L1 in posizione, alimentare il convertitore e regolare la tensione di uscita con un resistore di sintonia R4, rendendolo uguale a 9 V. Spostando il cursore del resistore di trimming sulla sua uscita inferiore in base al circuito, la tensione di uscita aumenta e la diminuisce nella direzione opposta. Si noti che il programma modifica la tensione di uscita solo quando l'alimentazione è accesa o quando il microcontrollore si riattiva dalla modalità di sospensione. Spegnere l'inverter, collegarvi un carico reale e riaccenderlo. Se la tensione è diversa da quella richiesta, correggerla con una resistenza di regolazione R4. Quindi misurare la corrente assorbita da G1 e G2 e calcolare l'efficienza del convertitore. Per uno dei campioni che ho realizzato, è risultato essere del 74% a una tensione di alimentazione di 3 V e del 64% a 2 V. Con un convertitore in cui è installata l'induttanza RLB0712, un'efficienza del 78% e del 66%, rispettivamente , è stato ottenuto. Se, con una tensione di ingresso di 3 V e una corrente di carico di 6 mA, la tensione di uscita è impostata su 9,2 V, con una tensione di ingresso di 2 V diminuirà a 8,5 V. Con un'ulteriore scarica della batteria di alimentazione, quando la tensione di uscita scende a 6,5 V, sull'indicatore dello strumento di misura compare il simbolo di batteria scarica. Ho realizzato due copie del convertitore: una per alimentare il multimetro DT930F+, e la seconda per il misuratore di capacità e induttanza MY6243. Questi dispositivi non hanno uno sleep timer, quindi non era raro scaricare completamente le batterie a causa della dimenticanza. Dopo aver installato i convertitori in essi, tali problemi si sono interrotti. Il programma del microcontrollore può essere scaricato da ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/01/conv.zip. Autore: N. Salimov
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