Модуль вимірювання та захисту блоку живлення. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Модуль вимірювання та захисту блоку живлення. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Блоки живлення

Коментарі до статті

Пропонований модуль можна використовувати спільно з лабораторними блоками живлення для захисту їх навантаження від перевищення напруги та струму понад встановлені межі.

Описи подібних пристроїв неодноразово публікувалися, прикладом може бути стаття "Удосконалений цифровий пристрій захисту з функцією вимірювання" ("Радіо", 2007 № 7, с. 26-28, автор Н. Заєць), в якій розказано про прилад подібного призначення на мікроконтролері PIC16F873 із дворозрядним семіелементним світлодіодним індикатором. На відміну від нього, пропонований модуль побудований на мікроконтролері ATmega8535L-8PU і РКІ, що містить чотири рядки по 16 символів.

Спочатку я припускав використовувати для вимірювання струму диференціальний вхід мікроконтролера АЦП з вбудованим попереднім підсилювачем. Проте перевірка виявила нестабільність такого виміру. Застосування ОУ у вузлі вимірювання струму також визнано недоцільним із тієї ж причини. Було обрано компромісний варіант вимірювання струму двома каналами АЦП при порівняно великому опорі резисторів-датчиків струму.

Перший канал, який використовує датчик струму опором 0,5 Ом, вимірює струм до 1 з дискретністю 10 мА. Другий канал здатний вимірювати струм до 5 з дискретністю 0,1 А за допомогою датчика струму опором 0,05 Ом. Напруга вимірює прилад з дискретністю 0,1 В.

Час спрацьовування захисту переважно залежить від тактової частоти АЦП (125 кГц). Розрахункова та підтверджена за допомогою осцилографа тривалість аналого-цифрового перетворення – 110 мкс. На вимірювання і напруги і струму мікроконтролер витрачає 220 мкс плюс сумарна тривалість виконання команд перемикання. При тактовій частоті мікроконтролера 8 МГц виконуються за 3,7 мкс.

Свій внесок у збільшення часу спрацьовування захисту можуть зробити процедури виведення інформації на індикатор. Програма звертається до нього кожні 0,28 с (задано константою TimeDisp). На виведення інформації вона витрачає 4 мс (виміряно осцилографом). Відлік часу ведуть два лічильники, перший з них програма інкрементує в кожному циклі вимірювання, а другий підраховує переповнення першого. Після досягнення вмістом другого лічильника значення зазначеної константи відбувається виведення інформації на індикатор.

Імовірність, що аварійна подія відбудеться протягом часу обслуговування індикатора, зменшується зі збільшенням періоду звернень до індикатора. Якщо потрібна мінімальна затримка спрацьовування, забороніть програму звернення до індикатора. Такий режим передбачено.

Керують пристроєм за допомогою семи кнопок, вимикача та енкодера з кнопкою. Використання енкодера спрощує введення інформації в мікроконтролер. Індикатор на 64 знайомі суттєво підвищує можливості інформування користувача про стан пристрою.

Порівняно великий обсяг програми обумовлений наявністю у ній численних текстів повідомлень, що виводяться на індикатор. Крім виведення візуальної інформації, передбачено і звукову сигналізацію спрацьовування захисту.

До статті додаються два варіанти програми. Перший (вихідний текст Modul-P&M4.asm, файл завантаження Modul-P&M4.hex) не передбачає збереження встановлених значень порогів спрацьовування захисту в енергонезалежній пам'яті мікроконтролера. Після включення живлення або примусової установки мікроконтролера у вихідний стан ця програма запише до регістрів порівняння максимально допустимі значення.

У другому варіанті програми (вихідний текст Modul-P&M-EP.asm, завантажувальний файл Modul-P&M-EP.hex) встановлені значення порогів при вимкненні живлення зберігаються в EEPROM. Під час наступного включення програма їх відновлює.

Схема модуля показано на рис. 1. Перший канал вимірювання струму утворюють резистори-датчики струму R12, R14, підстроювальний резистор R16 і несиметричний вхід АЦП ADC1, другий канал вимірювання струму - це резистори R11, R13, підстроювальний резистор R15і несиметричний вхід АЦП ADC3. Навантаження першого каналу підключають між плюсовим затискачем джерела, що захищається, і затискачем "-ивих", а другого каналу - між тим же затискачем джерела і затискачем "-івих.2". Частина напруги джерела з затиску "+U" через дільник напруги, утворений постійним резистором R18 і резистором підлаштування R17, надходить для вимірювання на несиметричний вхід АЦП ADC4.

Рис. 1. Схема модуля (натисніть , щоб збільшити)

Підстроювальні резистори R15-R17 використовують при налагодженні для встановлення на індикаторі HG1 показань напруги та струму зразкових приладів. Кожен з транзисторних ключів, що роз'єднують при необхідності навантаження і контрольоване джерело, складається з потужного польового транзистора і біполярного транзистора, що керує ним. Тут можуть бути застосовані польові транзистори з граничною напругою 2...5 Ст.

Короткочасна спалах світлодіода HL1 при включенні живлення (установці у вихідний стан) викликана тим, що після цього висновки мікроконтролера деякий час знаходяться у високоімпедансному стані. В результаті ланцюга плюс живлення - світлодіод HL1 - резистори R2, R7 - емітерний перехід VT4 - діод VD3 - загальний провід (для каналу 1) протікає імпульс струму. З тієї ж причини спалахує і світлодіод HL2.

При роботі модуля одночасно із включенням каналу загоряється відповідний світлодіод: канал 1 – HL1, канал 2 – HL2.

Для встановлення порогів спрацьовування захисту струму та напруги служить енкодер S1. Передбачено звукову сигналізацію спрацьовування захисту за напругою або струмом. Для цього служить вузол із підсилювача на транзисторі VT5 та електромагнітного випромінювача звуку HA1.

РКІ HG1 працює з восьмирозрядною шиною даних, утвореною лініями порту B мікроконтролера. На його екран програма виводить інформацію про виміряні значення напруги і струму, режими роботи пристрою.

Після ввімкнення живлення або встановлення мікроконтролера у вихідний стан модуль переходить у режим очікування. Обидва канали закриті, вимірювання напруги та струму не проводиться. Підключіть регульоване джерело напруги до затискачів "+U" та "-іж", а навантаження - до затискачів "+U" та "-івих1". Вибравши натисканням на кнопку SB3 перший канал, підстроювальними резисторами R16 і R17 досягні збігу показань модуля і зразкових амперметра і вольтметра. Натиснувши кнопку SB2, поверніться в режим очікування.

Потім підключіть навантаження до каналу 2 (затискачів "+U" і "-ивих.2"), виберіть натисканням на кнопку SB4 другий канал і підстроювальним резистором R15 досягайте збігу показань РКІ та зразкового амперметра.

Натиснувши кнопку енкодера, виберіть його для встановлення порогів спрацьовування захисту за напругою та струмом. Поверненням енкодера задайте потрібний поріг струму в одному з каналів і натисніть кнопку SB6 (канал 1) або SB7 (канал 2) запишіть це значення в регістр порівняння мікроконтролера. Встановлювати в каналі 1 поріг спрацьовування захисту вище 1 А програма забороняє і при спробі зробити це виводить на РКІ відповідне попередження. Натискання на кнопку SB5 записує в регістр порівняння поріг захисту від перевищення напруги.

Після запису всіх порогів, натиснувши кнопку SB2, поверніть модуль у режим очікування. Перевірте роботу захисту перевищенням встановлених порогів за напругою та струмом. При її спрацьовуванні буде подано звуковий сигнал, а на РКІ виведено інформацію про подію. Одночасно згасне світлодіод каналу, в якому відбулося спрацювання.

Після спрацювання захисту можливі два варіанти подальших дій: натисканням на кнопку SB2 повернутися в режим очікування або, натиснувши кнопку енкодера, увійти в режим встановлення порогів. У другому випадку регістри, що використовуються в підпрограмі обслуговування енкодера, будуть скопійовані поточні значення з регістрів порівняння, що прискорить встановлення нових значень.

У робочому режимі модуля натисканнями на кнопки SB5-SB7 можна записати в регістри порівняння поточні значення напруги або струму увімкненого каналу, збільшені на дві одиниці молодшого розряду.

Включають швидкодіючий захист вимикачем SA1, попередньо встановивши необхідні значення напруги, струму та порогів. Відповідна інформація виводиться на РКІ.

Друкована плата модуля зображено на рис. 2, розташування елементів у ній - на рис. 3. Всі контактні майданчики для підключення кнопок, енкодера, світлодіодів, РКІ та подачі живлення розташовані з кроком 2,54 мм на краях плати. За бажанням можна підключити зовнішні компоненти та живлення через штирьові багатоконтактні роз'єми. Підсвічування індикатора через великий (до 220 мА) споживаний струм запитано безпосередньо від блока живлення через вимикач SA2. Підстроювальний резистор регулювання контрастності R20 краще винести на одну зі стін корпусу. Ділянки друкованих провідників, якими протікає струм навантаження другого каналу, необхідно умощнить, напаявши поверх них дроти діаметром 1 мм.

Модуль вимірювання та захисту блоку живлення
Рис. 2. Друкована плата модуля

Модуль вимірювання та захисту блоку живлення
Рис. 3. Розташування елементів на платі

На платі достатньо місця для встановлення, при необхідності, тепловідводів для транзисторів VT1 та VT2. Мікроконтролер ATmega8535L-8PU можна замінити на ATmega8535-16PU або один з того ж сімейства з індексами PI, а РКІ DV-16400S1F-BLY-H/R на WH-1604A-YGH-CT або інший русифікований чотирирядковий з контролером, сумісним Замість електромагнітного випромінювача звуку HC0066F підійде HCM0905A. Вказані на схемі діоди GS1212A (VD1 та VD2) – аналоги діодів 3N1 у виконанні для поверхневого монтажу.

Підстроювальні резистори R15-R17 - багатооборотні імпортні 3266W опором від 100 до 500 Ом (R15, R16) і не менше 500 Ом (R17). Можлива заміна підстроювальних резисторів дільниками з двох постійних резисторів, що підбираються при налагодженні.

Резистори R12, R14 - MOH-0,5, які можна замінити імпортними CF-50 або CF-100. Резистори R11, R13 – SQP потужністю 3 Вт. Обмеження струму, що вимірюється, значенням 5 А викликане занадто сильним нагріванням цих резисторів при більшому струмі. При заміні їх більш потужними, наприклад, дротяними KNP-500 або KNP-600 можна вимірювати струм до 9,9 А без змін у програмі.

Для живлення модуля автором застосовано трансформаторний блок живлення від відеоплеєра. Напруга + 12 В знято із входу інтегрального стабілізатора напруги +5 В.

Модуль зібраний у корпусі від комп'ютерного блоку живлення потужністю 300 Вт. Її залишки утворюють рамку, до якої прикріплена гвинтами М3 нова передня пластмасова панель модуля. Його вид з боку цієї панелі показано на рис. 4.

Модуль вимірювання та захисту блоку живлення
Рис. 4. Зовнішній вигляд модуля

Програма мікроконтролера створена серед розробки AVR Studio 4. Конфігурація мікроконтролера ATmega8535L для роботи з внутрішнім RC-генератором на частоті 8 МГц повинна відповідати таблиці.

Таблиця

розряд	Упоряд.	розряд	Упоряд.
S8535C	1	BODLEVEL	1
WDTON	1	ПОВ	1
SPIEN	0	SUT1	1
SKOPT	1	SUT0	0
EESAVE	1	CKSEL3	0
BOOTSZ1	0	CKSEL2	1
BOOTSZQ	0	CKSEL1	0
BOOTRST	1	CKSEL0	0

Я використовую в роботі регульований блок живлення, виготовлений у 80-х роках, і трапляються випадки перегріву регулюючого транзистора П210 з подальшим зростанням вихідної напруги. Це сталося і при спільній роботі з описаним модулем захисту. Модуль спрацював, як належить, відключив напругу, подав звуковий та світловий сигнали, вивів на РКІ відповідну інформацію.

Програми мікроконтролера можна завантажити з ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/10/modul.zip.

Автор: Н. Салімов

Дивіться інші статті розділу Блоки живлення.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Мозок із крові 04.06.2003

Один із співробітників Аргонського національної лабораторії (США), обов'язок якого - наглядати за культурами клітин, захворів і кілька днів не оновлював живильну рідину в судинах з культурою клітин людської крові.

Коли на голодні клітини подивився дослідник, він помітив, що частина білих кров'яних тілець, які відповідають в організмі за імунітет, через голод перетворювалася на щось інше і виглядає незвичайно. Впливаючи на клітини, що змінилися білковою речовиною, званим фактором росту нервів, експериментатори отримали з них нейрони. Інші біологічно активні сполуки викликали перетворення кров'яних клітин на клітини печінки та клітини кровоносних судин.

Автори відкриття припускають, що такі клітини крові, здатні перетворюватися на клітини інших типів, розносячись по організму струмом крові, накопичуються в місцях ушкоджень і замінюють собою пошкоджені клітини будь-якої тканини.

Можливо, недалеко той час, коли, взявши у пацієнта кілька мілілітрів крові, можна буде виростити для нього нову печінку замість хворої. Тоді самі відпадуть етично сумнівні пропозиції клонувати людину з медичною метою, щоб потрібний орган брати у клону.

Інші цікаві новини:

▪ Курка на рослинній основі від KFC

▪ 4KCAM-камери JVC

▪ Електрична стимуляція мозку підвищить силу волі

▪ Веганська дієта допомагає відмовлятися від ліків

▪ Чеська воднева стратегія

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Інструменти та механізми для сільського господарства. Добірка статей

▪ стаття Піфагор. Біографія вченого

▪ стаття Який наркотик офіційно видавався солдатам Вермахту? Детальна відповідь

▪ стаття Техніка штучної вентиляції легень рот-ко-рота або рот-до-носа. Медична допомога