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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Dos reguladores de potencia del microcontrolador. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Microcontroladores Para controlar la carga inercial, a menudo se utilizan controladores de potencia de tiristores, que funcionan según el principio de suministrar varios semiciclos de tensión de red a la carga, seguidos de una pausa. La ventaja de tales reguladores es que los tiempos de conmutación de los tiristores coinciden con los momentos en que el voltaje de la red pasa por cero, por lo que el nivel de interferencia de radio se reduce considerablemente. Además, dicho controlador, a diferencia de un controlador controlado por fase, no contiene elementos de umbral analógicos, lo que aumenta la estabilidad y simplifica la sintonización. Dado que la carga se conmuta solo en los momentos en que la tensión de red pasa por cero, la porción mínima de energía suministrada a la carga es igual a la energía consumida por la carga en medio ciclo. Por lo tanto, para reducir el paso de ajuste de potencia, es necesario alargar la secuencia repetitiva de semiciclos. Por ejemplo, para obtener un paso del 10 %, la longitud de la secuencia repetitiva es de 10 medios ciclos. En la fig. 1 (A) muestra la secuencia de pulsos en el electrodo de control del tiristor para la potencia en la carga del 30%. Como puede ver, el tiristor está abierto durante los tres primeros semiciclos y durante los siete siguientes está cerrado. Luego se repite esta secuencia. La frecuencia de conmutación de dicho regulador para cualquier potencia inferior al 100% es igual a 1/10 de la frecuencia de medio ciclo. Sería mucho más lógico distribuir los semiciclos durante los cuales el tiristor está abierto uniformemente en toda la secuencia. En el caso general, el problema de la distribución uniforme de cualquier número de impulsos N en una secuencia de longitud M (cuando N es menor o igual que M) se resuelve mediante el algoritmo de Bresenham, que suele utilizarse en gráficos de trama para trazar oblicuos segmentos Este algoritmo se implementa mediante aritmética de enteros, lo que simplifica enormemente su programación. En la fig. 1(B) muestra la secuencia para la misma potencia del 30%, pero utilizando el algoritmo de Bresenham.
En este último caso, la frecuencia de conmutación es tres veces mayor. Cabe señalar que la ganancia es más notable con un pequeño paso de ajuste de potencia. Por ejemplo, en el caso de un paso del 1% para la misma potencia del 30%, la ganancia será de 30 veces.
La base del regulador de potencia (ver Fig. 2) es el microcontrolador U1 tipo AT89C2051 de ATMEL. Para alimentar el circuito regulador se utiliza un transformador T1 de baja potencia que, junto con el uso de optotiristores, proporciona un aislamiento galvánico de la red. Esto hace que el dispositivo sea más seguro eléctricamente. Otra característica útil del regulador es que puede usarse con cargas diseñadas para diferentes voltajes de operación. Para hacer esto, es suficiente aplicar el voltaje requerido desde un transformador adicional a la entrada del tiristor. Por ejemplo, se puede usar un regulador para alimentar un soldador de bajo voltaje. Solo es necesario que el voltaje y la corriente no excedan el máximo permitido para los tiristores aplicados. El ajuste de potencia en la carga se realiza mediante los botones SB1 y SB2. Una pulsación breve de uno de los botones provoca un cambio de potencia en un paso. Cuando se mantiene presionado el botón, se produce un cambio monótono en la potencia. La presión simultánea de dos botones apaga la carga si se encendió antes o enciende la potencia máxima si la carga se apagó. Para indicar la potencia en la carga, se utilizan indicadores LED de siete segmentos HG1 - HG3. Para reducir el número de elementos, se utiliza la indicación dinámica, que se implementa en el software. El comparador analógico integrado en el microcontrolador realiza la vinculación a la tensión de red. Se suministra voltaje alterno a sus entradas a través de los limitadores R17, R18, VD1, VD2 desde el devanado secundario del transformador de potencia. El papel del limitador de la polaridad negativa lo realizan los diodos del puente rectificador. El comparador restablece el signo de la tensión de red. Los interruptores del comparador se producen en los momentos en que la tensión de red pasa por cero. El software interroga la salida del comparador y, tan pronto como se detecta un cambio en su estado, se envía un nivel de control a la salida de control de tiristores (puerto INT0 del microcontrolador) para encender los tiristores. Si se va a omitir el semiciclo actual, no se emite ningún nivel de control. Luego, el indicador HG4 se enciende durante 3 ms. En este momento, se verifica la presión de los botones y, si es necesario, se cambia el valor de la potencia actual. Luego, el voltaje de control se elimina de los tiristores y los indicadores HG4 y HG1 se encienden durante 2 ms. Después de eso, se espera un nuevo cambio en el estado del comparador dentro de los 4 ms. Si no hay cambios, el sistema aún inicia el ciclo sin estar conectado a la red. Solo en este caso, los tiristores no se abren. Esto se hace para que la indicación funcione normalmente incluso sin pulsos de referencia a la frecuencia de la red. Sin embargo, dicho algoritmo de operación impone algunas restricciones a la frecuencia de la red: debe tener una desviación de 50 Hz de no más del 20%. En la práctica, la desviación de frecuencia de la red es mucho menor. La señal del puerto INT0 se alimenta a una llave hecha en los transistores VT3 y VT4, que se usa para controlar los LED de los optotiristores. Cuando la señal RESET del microcontrolador está activa, el puerto está en un nivel lógico uno. Por lo tanto, se elige cero como el nivel activo. Para conmutar la carga se utilizan dos optotiristores conectados en antiparalelo. Los LED de los optotiristores están conectados en serie. La corriente de los LED se establece mediante la resistencia R16 y es de aproximadamente 100 mA. El regulador puede operar en dos modos con diferentes pasos de ajuste de potencia. La elección del modo de funcionamiento se realiza mediante el puente JP1. El estado de este puente se consulta inmediatamente después de reiniciar el microcontrolador. En el modo 1, el paso de ajuste de potencia es del 1%. En este caso, el indicador muestra números del 0 (0%) al 100 (100%). En el modo 2, el paso de ajuste de potencia es del 10%. En este caso, el indicador muestra números del 0 (0%) al 10 (100%). La elección del número de gradaciones 10 en el modo 2 se debe a que en algunos casos (por ejemplo, control de una estufa eléctrica) no se requiere un pequeño paso de ajuste de potencia. Si se supone que el regulador se debe usar solo en el modo 2, se pueden omitir el indicador HG1 y las resistencias R8, R9. En términos generales, el controlador le permite establecer arbitrariamente la cantidad de niveles de potencia para cada uno de los modos. Para hacer esto, debe ingresar el valor de gradación deseado para el modo 0005 en el código de programa en la dirección 1H y para el modo 000 en la dirección 2BH. Solo debe recordar que el número máximo de gradaciones en el modo 1 no debe ser más de 127, y en el modo 2 - no más de 99, ya que la visualización de las centenas no es posible en este modo. Con una corriente de carga de hasta 2 A, los optotiristores se pueden utilizar sin disipadores de calor. Con una corriente de carga más alta, los optotiristores deben instalarse en disipadores de calor con un área de 50 - 80 cm2. Cuando se utiliza un regulador con un voltaje inferior a 50 V, los optotiristores pueden ser de cualquier clase de voltaje. Cuando se trabaja con tensión de red, la clase de optotiristores debe ser de al menos 6. Cualquier transformador de baja potencia con una tensión de devanado secundario de 8 - 10 V (alterna) y una corriente de carga admisible de al menos 200 mA puede utilizarse como fuente de alimentación. transformador. Los diodos VD3 - VD6 se pueden reemplazar con diodos KD208, KD209 o un puente rectificador KTs405 con cualquier letra. El chip estabilizador U2 tipo 7805 (análogo doméstico KR142EN5A, KR1180EN5) no requiere radiador. Transistores VT1 - VT3 - cualquier pnp de baja potencia. El transistor VT4 se puede reemplazar por los transistores KT815, KT817 con cualquier letra. Diodos VD1, VD2: cualquier silicio de baja potencia, por ejemplo, KD521, KD522. Botones SB1 y SB2: cualquier pequeño sin fijar, por ejemplo PKN-159. Indicadores HG1 - HG3: cualquier segmento de siete con un ánodo común. Solo es deseable que tengan suficiente brillo del resplandor. Condensadores C3, C4, C6: cualquier electrolítico. El resto de los condensadores son de cerámica. Resistencia R16 - MLT-0,5, el resto - MLT-0,125. Es aún más conveniente usar resistencias SMD, por ejemplo, P1-12. El chip U1 está instalado en el zócalo. Si el regulador se ensambla a partir de piezas reparables y el microcontrolador se programa sin errores, entonces no es necesario ajustar el regulador. Sólo es recomendable comprobar la correcta vinculación a la frecuencia de la red. Para hacer esto, debe sincronizar el osciloscopio con el voltaje de la red y asegurarse de que los pulsos de escaneo de la pantalla (en los pines RXD y TXD del microcontrolador) estén sincronizados con la red y tengan el doble de la frecuencia de la red. Si, cuando se conecta la carga, el sincronismo se altera debido a la interferencia, es necesario conectar un condensador con una capacidad de 12 - 13 nF entre las entradas del comparador (pines 1, 4,7 del microcontrolador). Puede descargar el software: el archivo pwr100.bin (366 bytes) contiene el firmware de la ROM, el archivo pwr100.asm (7,106 bytes) contiene el texto fuente. Las bibliotecas requeridas para la traducción utilizando TASM 2.76 se encuentran en el archivo lib.zip (2,575 bytes). Con un paso de control de potencia del 1%, la inestabilidad de la tensión de red es la principal fuente de error de configuración de potencia. Si la carga no está conectada galvánicamente a la red, entonces es fácil medir el valor promedio del voltaje aplicado a la carga y mantenerlo constante utilizando el circuito de retroalimentación. Este principio se implementa en el segundo regulador. El diagrama de bloques del dispositivo se muestra en la fig. 3.
Para operar en el modo de control automático, se utilizan dos moduladores Bresenham Br. Maud. 1 y hermano. Maud. 2, que se implementan en el software. A la entrada del modulador Br. Maud. 1 recibe el código de la potencia requerida, que se establece mediante los botones de control. A la salida de este modulador, se forma una secuencia de pulsos que, después de filtrar por un filtro de paso bajo, LPF 1, se alimenta a una de las entradas del comparador. El voltaje tomado de la carga se suministra a la segunda entrada del comparador a través del filtro de paso bajo LPF 2. Desde la salida del comparador, una señal de error de un bit se envía a la entrada del microcontrolador, donde se filtra digitalmente. Dado que el filtro digital del filtro digital funciona de forma síncrona con los moduladores, se garantiza una supresión eficaz de las ondulaciones en la frecuencia de repetición de las secuencias de pulsos de salida y en los armónicos de esta frecuencia. Desde la salida del filtro digital, se alimenta una señal de error de 8 bits al controlador integrador IR. Para mejorar la precisión, el controlador integrador opera en una cuadrícula de 16 bits. Los 8 bits inferiores del código de salida del controlador se alimentan a la entrada del modulador Br. Maud. 2, en cuya salida se forma una secuencia de pulsos, alimentada al control de tiristores. El diagrama esquemático del segundo regulador se muestra en la fig. 4.
Este controlador es muy similar en circuitos al descrito anteriormente, por lo que tiene sentido detenerse solo en sus diferencias. Dado que los puertos de E/S disponibles del microcontrolador no eran suficientes, tuvimos que abandonar el uso del comparador incorporado. El regulador utiliza un comparador dual U2 tipo LM393. La primera mitad del comparador se utiliza para vincularse a la tensión de red. Debido a las peculiaridades del LM393, se tuvo que agregar una resistencia R27 al circuito de enlace que, junto con R14, R15, forma un divisor de voltaje que reduce el voltaje negativo en las entradas del comparador. El meandro de la frecuencia de la red desde la salida del comparador se alimenta a la entrada del microcontrolador INT0. La segunda mitad del comparador se usa en el circuito de retroalimentación. Se envía una señal de error de un bit al microcontrolador T1. En las entradas del comparador se instala un filtro de paso bajo formado por los elementos R16, C7 y R17, C8. La señal de la salida del modulador (salida T0 del microcontrolador) se alimenta a la entrada del filtro de paso bajo a través del divisor R18, R19. El divisor es necesario porque el comparador no puede operar con voltajes de entrada cercanos al voltaje de suministro. Después del divisor, los pulsos tienen una amplitud de aproximadamente 3,5 V. La estabilidad de la amplitud está determinada por la estabilidad de la tensión de alimentación de +5 V, que se utiliza como referencia. El voltaje extraído de la carga se alimenta a la entrada de otro filtro de paso bajo también a través de un divisor formado por las resistencias R20, R21. Este divisor se selecciona de tal manera que a la tensión de red nominal y al 100% de la potencia de carga, la tensión en la salida del filtro de paso bajo sea de 3,5 V. La señal de salida del microcontrolador INT1 a través de un interruptor de transistor se alimenta al control de los tiristores. Los optotiristores V1 y V2, junto con el conjunto de diodos VD11, forman un rectificador controlado que alimenta la carga. Los botones de control para guardar los puertos del microcontrolador se incluyen de forma diferente. Hay una brecha en el ciclo de operación del regulador cuando los indicadores se apagan. En este momento, era posible escanear los botones usando las líneas de estos indicadores. Por lo tanto, los tres botones usan solo una línea adicional: esta es la línea de retorno P3.7. Se necesitaba el tercer botón para controlar el modo "AUTO". Inmediatamente después del encendido, el regulador está en modo manual, es decir, Corresponde funcionalmente al regulador descrito anteriormente. Para activar el modo de control automático, presione los botones "AUTO" y "UP" simultáneamente. Al mismo tiempo, se enciende el LED "AUTO". En este modo, el controlador mantiene automáticamente la potencia establecida. Si ahora presiona y mantiene presionado el botón "AUTO", puede ver el estado actual del regulador en los indicadores (porcentajes de potencia de salida que cambian con las fluctuaciones en el voltaje de la red para que la potencia permanezca sin cambios). Si el voltaje de la red ha caído tanto que no es posible mantener la energía, el LED "AUTO" comienza a parpadear. Puede apagar el modo de control automático presionando simultáneamente los botones "AUTO" y "DOWN". Con una corriente de carga de más de 2 A, los optotiristores deben instalarse en un disipador de calor. Las bases de los optotiristores están conectadas a los ánodos, por lo tanto, en este circuito, los dispositivos pueden montarse en un radiador común, que está conectado al cable común del dispositivo. Como VD11, es deseable utilizar un conjunto de diodos Schottky (o dos diodos Schottky separados, por ejemplo, KD2998). En casos extremos, se pueden utilizar diodos convencionales que permitan la corriente de carga requerida. Se pueden obtener buenos resultados con KD2997, KD2999, KD213. El comparador LM393 es producido por el software Integral bajo la designación IL393. También puede usar dos comparadores separados, por ejemplo, LM311 (también conocido como KR554CA3). En lugar del transistor KP505A (fabricado por la planta Transistor, Minsk), puede usar el transistor bipolar KT815, KT817 agregando una resistencia de 1 KΩ en serie al circuito colector VT3. Para el resto de los detalles, los requisitos son los mismos que para el regulador descrito anteriormente. Para ajustar el regulador, es necesario conectarle una carga y aplicar la tensión de red nominal (por ejemplo, usando LATR). Luego debe configurar la potencia máxima (100%). La resistencia de corte R21 es necesaria para lograr una diferencia de voltaje en las entradas 5 y 6 del comparador U2B, cercana a cero. Después de eso, debe reducir la potencia al 90% y activar el modo "AUTO". Al ajustar R21, es necesario lograr la coincidencia (con una precisión de ± 1 unidad) de la potencia instalada y las lecturas de los indicadores en el modo de control del estado del controlador (con el botón "AUTO" presionado). Puede descargar el software: el archivo pwr100a.bin (554 bytes) contiene el firmware de la ROM, el archivo pwr100a.asm (10,083 2.76 bytes) contiene el texto fuente. Las bibliotecas requeridas para la traducción utilizando TASM 2,575 se encuentran en el archivo lib.zip (XNUMX bytes). Descargar archivos. Autor: Leonid Ivanovich Ridiko, wubblick@yahoo.com; Publicación: cxem.net
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