|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Два мікроконтролерні регулятори потужності. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Мікроконтролери Для управління інерційним навантаженням часто застосовуються тиристорні регулятори потужності, що працюють за принципом подачі на навантаження кількох напівперіодів напруги з наступною паузою. Перевагою таких регуляторів є те, що моменти комутації тиристорів збігаються з моментами переходу напруги через нуль, тому рівень радіоперешкод різко знижений. Крім того, такий регулятор, на відміну від регулятора з фазовим керуванням, не містить аналогових порогових елементів, що збільшує стабільність роботи та спрощує налаштування. Оскільки комутація навантаження відбувається тільки в моменти переходу напруги через нуль, мінімальна порція енергії, що надходить у навантаження, дорівнює енергії, споживаної навантаженням за один напівперіод. Тому для зменшення кроку регулювання потужності доводиться подовжувати послідовність напівперіодів, що повторюється. Наприклад, щоб отримати крок у 10%, необхідна довжина послідовності, що повторюється, 10 напівперіодів. На рис. 1 (A) показана послідовність імпульсів на керуючому електроді тиристора для потужності навантаження 30%. Як видно, тиристор відкритий протягом перших трьох напівперіодів, а протягом семи наступних закритий. Далі ця послідовність повторюється. Частота комутації такого регулятора для будь-якої потужності, меншої 100%, дорівнює 1/10 частоти проходження напівперіодів. Набагато логічніше було б розподілити напівперіоди, протягом яких тиристор відкритий рівномірно по всій послідовності. Загалом завдання рівномірного розподілу будь-якого числа імпульсів N у послідовності довжиною M (при N меншому або рівному M) вирішує алгоритм Брезенхема, який зазвичай використовується в растрової графіці для побудови похилих відрізків. Цей алгоритм реалізується за допомогою цілісної арифметики, що спрощує його програмування. На рис. 1 (B) показана послідовність для тієї ж потужності 30%, але із застосуванням алгоритму Брезенхема.
В останньому випадку частота комутації втричі вища. Потрібно відзначити, що виграш більш помітний при мінімальному етапі регулювання потужності. Наприклад, у разі кроку 1% для тієї ж потужності 30%, виграш складе 30 разів.
Основою регулятора потужності (рис. 2) є мікроконтролер U1 типу AT89C2051 фірми ATMEL. Для живлення схеми регулятора використано малопотужний трансформатор T1, що разом із застосуванням оптотиристорів забезпечує гальванічну розв'язку від мережі. Це робить пристрій більш електробезпечним. Ще однією корисною властивістю регулятора є те, що він може бути використаний із навантаженнями, розрахованими на різну робочу напругу. Для цього достатньо подати на вхід тиристорів необхідну напругу додаткового трансформатора. Наприклад, регулятор можна використовувати для живлення паяльника низьковольтного. Необхідно лише, щоб напруга та струм не перевищували максимально допустимих для застосованих тиристорів. Регулювання потужності навантаження здійснюється за допомогою кнопок SB1 і SB2. Короткий натиск однієї з кнопок викликає зміну потужності на один крок. При утриманні кнопки відбувається монотонна зміна потужності. Одночасне натискання двох кнопок вимикає навантаження, якщо до цього вона була увімкнена або включає максимальну потужність, якщо навантаження було вимкнено. Для індикації потужності навантаження служать світлодіодні семисегментні індикатори HG1 - HG3. Для зменшення кількості елементів використано динамічну індикацію, яка реалізована програмно. Вбудований в мікроконтролер аналоговий компаратор здійснює прив'язку до напруги мережі. На його входи через обмежувачі R17, R18, VD1, VD2 надходить змінна напруга з вторинної обмотки трансформатора живлення. Роль обмежувача для негативної полярності виконують діоди випрямного моста. Компаратор відновлює знак напруги. Перемикання компаратора відбуваються в моменти переходу напруги через нуль. Вихід компаратора опитується програмно, і як тільки виявляється зміна його стану, на вихід управління тиристорами (порт мікроконтролера INT0) видається рівень для включення тиристорів. Якщо поточний напівперіод підлягає перепустці, то керуючий рівень не видається. Потім на 4 мс вмикається індикатор HG3. У цей час відбувається перевірка натискання кнопок та, якщо потрібно, змінюється значення поточної потужності. Потім знімається керуюча напруга з тиристорів і на 4 мс включаються індикатори HG1 і HG2. Після цього протягом 4 мс очікується нова зміна компаратора. Якщо зміни немає, система все одно починає цикл, не прив'язавшись до мережі. Тільки у цьому випадку тиристори не відкриваються. Це зроблено, щоб індикація нормально працювала навіть без імпульсів прив'язки до частоти мережі. Такий алгоритм роботи, однак, накладає деякі обмеження на мережеву частоту: вона повинна мати відхилення від 50 Гц трохи більше 20%. Насправді відхилення частоти мережі значно менше. Сигнал з порту INT0 надходить на ключ, виконаний на транзисторах VT3 та VT4, який служить для керування світлодіодами оптотиристорів. Коли активований сигнал RESET мікроконтролера, порт має рівень логічної одиниці. Тому як активний рівень вибрано нуль. Для комутації навантаження використовуються два оптотиристори, включені зустрічно-паралельно. Світлодіоди оптотиристорів з'єднані послідовно. Струм світлодіодів задається резистором R16 і дорівнює приблизно 100 мА. Регулятор може працювати у двох режимах із різним кроком регулювання потужності. Вибір режиму роботи здійснюється перемичкою JP1. Стан цієї перемички опитується відразу після скидання мікроконтролера. У режимі 1 крок регулювання потужності складає 1%. При цьому на індикаторі відображаються цифри від 0 (0%) до 100 (100%). У режимі 2 крок регулювання потужності складає 10%. При цьому на індикаторі відображаються цифри від 0 (0%) до 10 (100%). Вибір числа градацій 10 у режимі 2 обумовлений тим, що в деяких випадках (наприклад, керування електроплитою) не потрібний малий крок регулювання потужності. Якщо регулятор передбачається використовувати тільки в режимі 2, індикатор HG1 і резистори R8, R9 можна не встановлювати. Взагалі кажучи, регулятор дозволяє довільно задати кількість градацій потужності кожного з режимів. Для цього необхідно в код програми за адресою 0005H занести бажане значення градацій для режиму 1, а за адресою 000BH - для режиму 2. Потрібно тільки пам'ятати, що максимальна кількість градацій в режимі 1 повинна бути не більше 127, а в режимі 2 - не більше 99, оскільки в цьому режимі індикація сотень неможлива. При струмі навантаження до 2 А оптотиристор можна використовувати без радіаторів. При більшому струмі навантаження оптотиристори необхідно встановити на тепловідведення площею 50 - 80 см2. При використанні регулятора з напругою менше 50 В оптотиристор може бути будь-якого класу за напругою. При роботі з мережевим напруженням клас оптотиристорів повинен бути не нижче 6. Як трансформатор живлення можна застосувати будь-який малопотужний трансформатор з напругою вторинної обмотки 8 - 10 В (змінне) і допустимим струмом навантаження не менше 200 мА. Діоди VD3 - VD6 можна замінити на діоди КД208, КД209 або випрямний мост КЦ405 з будь-якою літерою. Мікросхема стабілізатора U2 типу 7805 (вітчизняний аналог КР142ЕН5А, КР1180ЕН5) радіатора не вимагає. Транзистори VT1 – VT3 – будь-які малопотужні pnp. Транзистор VT4 можна замінити на транзистори КТ815, КТ817 з будь-якою літерою. Діоди VD1, VD2 - будь-які кремнієві малопотужні, наприклад, КД521, КД522. Кнопки SB1 та SB2 – будь-які малогабаритні без фіксації, наприклад ПКН-159. Індикатори HG1 - HG3 - будь-які семисегментні із загальним анодом. Бажано тільки, щоб вони мали достатню яскравість світіння. Конденсатори C3, C4, C6 – будь-які електролітичні. Інші конденсатори - керамічні. Резистор R16 – МЛТ-0,5, решта – МЛТ-0,125. Ще зручніше застосувати SMD-резистори, наприклад, Р1-12. Мікросхема U1 встановлена на панелі. Якщо регулятор зібраний зі справних деталей, а мікроконтролер запрограмований без помилок, то регулятор налаштування не потребує. Бажано лише перевірити правильність прив'язки до частоти мережі. Для цього необхідно засинхронізувати осцилограф мережевою напругою та переконатися, що імпульси сканування дисплея (на висновках RXD та TXD мікроконтролера) синхронні з мережею та мають подвоєну мережеву частоту. Якщо при підключенні навантаження через перешкоди синхронність порушується, необхідно між входами компаратора (висновки 12, 13 мікроконтролера) включити конденсатор ємністю 1 - 4,7 нф. Ви можете завантажити програмне забезпечення: у файлі pwr100.bin (366 байт) знаходиться прошивка ПЗП, у файлі pwr100.asm (7,106 байт) - вихідний текст. Необхідні для трансляції за допомогою TASM 2.76 бібліотеки розміщені у архіві lib.zip (2,575 байт). При кроці регулювання потужності 1% нестабільність напруги є основним джерелом похибки установки потужності. Якщо навантаження не пов'язане гальванічно з мережею, то нескладно виміряти середнє значення прикладеного до навантаження напруги та за допомогою ланцюга зворотного зв'язку підтримувати його постійним. Цей принцип і реалізовано у другому регуляторі. Блок-схему пристрою наведено на рис. 3.
Для роботи в режимі автоматичного регулювання використовуються два Брезенхемівські модулятори Бр. Мод. 1 та Бр. Мод. 2, які реалізовані програмно. На вхід модулятора Бр. Мод. 1 надходить код необхідної потужності, який задається за допомогою кнопок керування. На виході цього модулятора формується імпульсна послідовність, яка після фільтрації нижніх фільтром частот ФНЧ 1 надходить на один з входів компаратора. На другий вхід компаратора через фільтр нижніх частот ФНЧ 2 надходить напруга, що знімається з навантаження. З виходу компаратора однобітний сигнал помилки надходить на вхід мікроконтролера, де він піддається цифровій фільтрації. Оскільки цифровий фільтр ЦФ працює синхронно з модуляторами, забезпечується ефективне придушення пульсацій частоті повторення вихідних імпульсних послідовностей і гармоніках цієї частоти. З виходу цифрового фільтра 8-бітний сигнал помилки надходить на регулятор ІР, що інтегрує. Для підвищення точності інтегруючий регулятор працює у 16-розрядній сітці. Молодші 8 біт вихідного коду регулятора надходять вхід модулятора Бр. Мод. 2, на виході якого формується імпульсна послідовність, що надходить на керування тиристорами. Принципова схема другого регулятора показано на рис. 4.
Цей регулятор схемотехнічно дуже нагадує описаний вище, тому має сенс зупинитися лише з його відмінностях. Оскільки наявних портів введення-виведення мікроконтролера виявилося недостатньо, довелося відмовитися від використання вбудованого компаратора. У регуляторі застосовано здвоєний компаратор U2 типу LM393. Перша половинка компаратора використовується для прив'язки до напруги. Через особливості LM393 до схеми прив'язки довелося додати резистор R27, який спільно з R14, R15 утворює дільник напруги, що зменшує негативну напругу на входах компаратора. Меандр мережевої частоти з виходу компаратора надходить на вхід мікроконтролера INT0. Друга половинка компаратора використовується у петлі зворотного зв'язку. Однобітний сигнал помилки надходить на вхід мікроконтролера T1. На входах компаратора встановлені ФНЧ, утворені елементами R16, C7 та R17, C8. Сигнал із виходу модулятора (виведення T0 мікроконтролера) надходить на вхід ФНЧ через дільник R18, R19. Дільник необхідний з тієї причини, що компаратор не може працювати з вхідними напругами, близькими до напруги живлення. Після дільника імпульси мають амплітуду близько 3,5 В. Стабільність амплітуди визначається стабільністю напруги живлення +5 В, яка використана як опорна. Напруга, що знімається з навантаження, надходить на вхід іншого ФНЧ через дільник, утворений резисторами R20, R21. Цей дільник вибирається таким чином, щоб при номінальній напрузі мережі та потужності у навантаженні 100% напруга на виході ФНЧ складала 3,5 В. Сигнал з виходу мікроконтролера INT1 через транзисторний ключ надходить на керування тиристорами. Оптотиристор V1 і V2 разом з діодною збіркою VD11 утворюють керований випрямляч, який і живить навантаження. Кнопки керування для економії портів мікроконтролера включені по-іншому. У циклі роботи регулятора є проміжок, коли індикатори погашені. У цей час виявилося можливим провести сканування кнопок, використовуючи лінії даних індикаторів. Таким чином, три кнопки використовують додатково одну лінію: це лінія повернення P3.7. Третя кнопка знадобилася для керування режимом "AUTO". Відразу після включення регулятор перебуває у ручному режимі, тобто. функціонально відповідає регулятору, описаному вище. Щоб увімкнути режим автоматичного регулювання, необхідно натиснути одночасно кнопки "AUTO" та "UP". При цьому світиться світлодіод "AUTO". У такому режимі регулятор автоматично підтримує встановлену потужність. Якщо тепер натиснути та утримувати кнопку "AUTO", то на індикаторах можна переглянути поточний стан регулятора (відсотки вихідної потужності, які змінюються при коливаннях напруги мережі так, щоб потужність залишалася незмінною). Якщо мережна напруга впала настільки, що підтримувати потужність немає можливості, починає блимати світлодіод "AUTO". Вимкнути режим автоматичного регулювання можна одночасним натисканням кнопок "AUTO" та "DOWN". При струмі навантаження понад 2 А оптотиристори необхідно встановити на тепловідведення. Основи оптотиристорів з'єднані з анодами, тому в цій схемі прилади можна монтувати на загальному радіаторі, який з'єднаний із загальним проводом пристрою. Як VD11 бажано застосувати складання діодів Шоттки (або два окремі діоди Шоттки, наприклад КД2998). В крайньому випадку, можна застосувати звичайні діоди, що допускають необхідний струм навантаження. Хороші результати можна отримати з КД2997, КД2999 КД213. Компаратор LM393 випускає ПЗ "Інтеграл" під позначенням IL393. Можна застосувати і два окремі компаратори, наприклад LM311 (він же КР554СА3). Замість транзистора КП505А (виробництва з-да "Транзистор", м. Мінськ) можна застосувати біполярний транзистор КТ815, КТ817, додавши резистор 1 Ком послідовно ланцюг колектора VT3. До інших деталей вимоги такі самі, що й для регулятора, описаного вище. Для налаштування регулятора необхідно до нього підключити навантаження та подати номінальну мережну напругу (наприклад, за допомогою ЛАТРа). Потім необхідно встановити максимальну потужність (100%). Підстроювальним резистором R21 необхідно домогтися різниці напруги на входах 5 і 6 компаратора U2B, близької до нуля. Після цього потрібно зменшити потужність до 90% та увімкнути режим "AUTO". Підстроюванням R21 необхідно домогтися збігу (з точністю ±1 одиниця) встановленої потужності та показань індикаторів у режимі контролю стану регулятора (при натиснутій кнопці "AUTO"). Ви можете завантажити програмне забезпечення: у файлі pwr100a.bin (554 байт) знаходиться прошивка ПЗП, у файлі pwr100a.asm (10,083 байт) - вихідний текст. Необхідні для трансляції за допомогою TASM 2.76 бібліотеки розміщені у архіві lib.zip (2,575 байт). Завантажити файли. Автор: Леонід Іванович Рідіко, wubblick@yahoo.com; Публікація: cxem.net
Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024 Приміальна клавіатура Seneca
05.05.2024 Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія
04.05.2024
▪ Сонячні панелі з рослинної біомаси ▪ Прототип розумних окулярів з автофокусом ▪ Новий мініатюрний ШІМ-контролер
▪ розділ сайту Цифрова техніка. Добірка статей ▪ стаття Кинути камінь. Крилатий вислів ▪ стаття Якого кольору було трико Робіна Гуда? Детальна відповідь ▪ стаття Лікар-фізіотерапевт. Посадова інструкція ▪ стаття Інвертування цукру. Прості рецепти та поради
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page