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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Módulo de medida y protección de la fuente de alimentación. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación El módulo propuesto puede ser utilizado en conjunto con fuentes de alimentación de laboratorio para proteger su carga de tensiones y corrientes que excedan los límites establecidos. Las descripciones de tales dispositivos se han publicado repetidamente, un ejemplo es el artículo "Dispositivo de protección digital avanzado con función de medición" ("Radio", 2007, No. 7, pp. 26-28, autor N. Zaets), que describe un dispositivo de este propósito en un microcontrolador PIC16F873 con indicador LED de siete elementos de dos dígitos. Por el contrario, el módulo propuesto se basa en un microcontrolador ATmega8535L-8PU y una pantalla LCD que contiene cuatro líneas de 16 caracteres cada una. Inicialmente, tenía la intención de usar la entrada diferencial del ADC del microcontrolador con un preamplificador incorporado para medir la corriente. Sin embargo, la prueba reveló la inestabilidad de tal medida. El uso de un amplificador operacional en la unidad de medida actual también se consideró inapropiado por la misma razón. Se eligió una opción de compromiso para medir la corriente con dos canales ADC con una resistencia relativamente alta de las resistencias del sensor de corriente. El primer canal, utilizando un sensor de corriente con una resistencia de 0,5 Ohm, mide corriente hasta 1 A con una resolución de 10 mA. El segundo canal es capaz de medir corriente hasta 5 A con una resolución de 0,1 A usando un sensor de corriente con una resistencia de 0,05 Ohm. El dispositivo mide voltaje con una resolución de 0,1 V. El tiempo de respuesta de la protección depende principalmente de la frecuencia de reloj del ADC (125 kHz). Calculada y confirmada con la ayuda de un osciloscopio, la duración de la conversión de analógico a digital es de 110 µs. El microcontrolador gasta 220 μs más la duración total de la ejecución de los comandos de conmutación para medir tanto el voltaje como la corriente. Con una frecuencia de reloj del microcontrolador de 8 MHz, se completan en 3,7 µs. Los procedimientos de visualización de información en el indicador pueden contribuir a aumentar el tiempo de respuesta de la protección. El programa accede a él cada 0,28 segundos (especificado por la constante TimeDisp). La información de salida tarda 4 ms (medida por un osciloscopio). El tiempo es contado por dos contadores, el primero de ellos es incrementado por el programa en cada ciclo de medida, y el segundo cuenta los desbordamientos del primero. Cuando el contenido del segundo contador alcanza el valor de la constante anterior, la información se muestra en el indicador. La probabilidad de que ocurra un evento de emergencia durante el tiempo de servicio del indicador disminuye a medida que aumenta el período de llamadas al indicador. Si se requiere una demora mínima en la respuesta, se debe prohibir que el programa acceda al indicador. Se proporciona tal modo. El dispositivo se controla mediante siete botones, un interruptor y un codificador con un botón. El uso de un codificador simplifica la entrada de información en el microcontrolador. El indicador de familiaridad 64 aumenta significativamente la posibilidad de informar al usuario sobre el estado del dispositivo. El volumen relativamente grande del programa se debe a la presencia de numerosos mensajes de texto que se muestran en el indicador. Además de mostrar información visual, también hay una señalización audible de operación de protección. Se adjuntan dos versiones del programa al artículo. El primero (texto fuente Modul-P&M4.asm, archivo de arranque Modul-P&M4.hex) no permite guardar los valores establecidos de los umbrales de operación de protección en la memoria no volátil del microcontrolador. Después de encender la alimentación o forzar el reinicio del microcontrolador, este programa escribirá los valores máximos permitidos en los registros de comparación. En la segunda variante del programa (código fuente Modul-P&M-EP.asm, archivo de arranque Modul-P&M-EP.hex), los valores de umbral establecidos se almacenan en EEPROM cuando se apaga la alimentación. La próxima vez que lo encienda, el programa los restaurará. El diagrama del módulo se muestra en la fig. 1. El primer canal de medición de corriente está formado por las resistencias del sensor de corriente R12, R14, el trimmer R16 y la entrada desequilibrada ADC1, el segundo canal de medición de corriente son las resistencias R11, R13, el trimmer R15 y la entrada ADC desequilibrada ADC3. La carga del primer canal se conecta entre el terminal positivo de la fuente protegida y el terminal "-out", y la carga del segundo canal se conecta entre el mismo terminal fuente y el terminal "-out.2". Parte del voltaje de la fuente desde el terminal "+U" a través de un divisor de voltaje formado por una resistencia constante R18 y una resistencia de ajuste R17 se alimenta para medir a la entrada no balanceada del ADC ADC4.
Las resistencias de corte R15-R17 se usan cuando se configura para establecer las lecturas de voltaje y corriente en el indicador HG1 usando instrumentos estándar. Cada uno de los interruptores de transistor, que, si es necesario, desconecta la carga y la fuente controlada, consta de un potente transistor de efecto de campo y un transistor bipolar que lo controla. Aquí se pueden utilizar transistores de efecto de campo con un voltaje de umbral de 2 ... 5 V. El parpadeo a corto plazo del LED HL1 cuando se enciende la alimentación (configuración en el estado inicial) se debe al hecho de que, después de eso, las salidas del microcontrolador se encuentran en un estado de alta impedancia durante algún tiempo. Como resultado, un pulso de corriente fluye a través del circuito de potencia positiva - LED HL1 - resistencias R2, R7 - unión del emisor VT4 - diodo VD3 - cable común (para el canal 1). Por una razón similar, el LED HL2 también parpadea. Cuando el módulo está funcionando, el LED correspondiente se enciende simultáneamente con el canal que se enciende: canal 1 - HL1, canal 2 - HL2. El codificador S1 se utiliza para establecer los umbrales para la protección de corriente y voltaje. Se proporciona señalización sonora del funcionamiento de la protección por tensión o corriente. Para esto, sirve un nodo de un amplificador basado en un transistor VT5 y un emisor de sonido electromagnético HA1. El LCD HG1 funciona con un bus de datos de ocho bits formado por las líneas del puerto B del microcontrolador. En su pantalla, el programa muestra información sobre los valores medidos de voltaje y corriente, los modos de funcionamiento del dispositivo. Después de que se enciende la alimentación o se reinicia el microcontrolador, el módulo entra en modo de espera. Ambos canales están cerrados, el voltaje y la corriente no se miden. Conecte la fuente de tensión regulada a los terminales "+U" y "-izh", y la carga - a los terminales "+U" y "-out1". Habiendo seleccionado el primer canal presionando el botón SB3, use las resistencias de ajuste R16 y R17 para hacer coincidir las lecturas del módulo y el amperímetro y voltímetro de referencia. Al presionar el botón SB2, regrese al modo de espera. Luego conecte la carga al canal 2 (terminales "+U" y "-out.2"), seleccione el segundo canal presionando el botón SB4 y ajuste la resistencia de corte R15 para que coincida con las lecturas de la pantalla LCD y el amperímetro de referencia. Al presionar el botón del codificador, selecciónelo para configurar los umbrales de protección de voltaje y corriente. Establezca el umbral de corriente deseado en uno de los canales girando el codificador y presionando el botón SB6 (canal 1) o SB7 (canal 2), escriba este valor en el registro de comparación del microcontrolador. El programa prohíbe configurar el umbral de protección por encima de 1 A en el canal 1, y cuando intenta hacerlo, muestra una advertencia correspondiente en la pantalla LCD. Al presionar el botón SB5, se escribe el umbral de protección contra sobretensiones en el registro de comparación. Después de registrar todos los umbrales, presionando el botón SB2, regrese el módulo al modo de espera. Verificar el funcionamiento de la protección superando los umbrales establecidos de tensión y corriente. Cuando se active, se emitirá una señal de sonido y se mostrará información sobre el evento en la pantalla LCD. Al mismo tiempo, se apagará el LED del canal en el que se produjo el disparo. Después de que se activa la protección, son posibles dos opciones para otras acciones: presionando el botón SB2, regrese al modo de espera o presionando el botón del codificador, ingrese al modo de configuración de umbral. En el segundo caso, los valores actuales de los registros de comparación se copiarán a los registros utilizados en la rutina de servicio del codificador, lo que acelerará la instalación de nuevos valores. En el modo de funcionamiento del módulo, al presionar los botones SB5-SB7, puede escribir en los registros de comparación los valores actuales del voltaje o la corriente del canal encendido, aumentados en dos unidades del dígito menos significativo. Habilite el interruptor de protección de alta velocidad SA1, preestablezca los valores requeridos de voltaje, corriente y umbrales. La información relevante se muestra en la pantalla LCD. La placa de circuito impreso del módulo se muestra en la fig. 2, la disposición de los elementos en él - en la fig. 3. Todas las almohadillas para conectar botones, codificador, LED, LCD y fuente de alimentación están ubicadas con un paso de 2,54 mm en los bordes de la placa. Si lo desea, puede conectar componentes externos y alimentación a través de los conectores macho de varios pines. Debido al gran consumo de corriente (hasta 220 mA), la luz de fondo del indicador se alimenta directamente de la fuente de alimentación a través del interruptor SA2. Es mejor colocar la resistencia de ajuste de contraste R20 en una de las paredes de la caja. Las secciones de los conductores impresos, a través de los cuales fluye la corriente de carga del segundo canal, deben reforzarse soldando alambres con un diámetro de 1 mm sobre ellos.
Hay suficiente espacio en la placa para instalar, si es necesario, disipadores de calor para los transistores VT1 y VT2. El microcontrolador ATmega8535L-8PU se puede reemplazar por un ATmega8535-16PU o uno de la misma familia con índices PI, y el LCD DV-16400S1F-BLY-H/R se puede reemplazar por un WH-1604A-YGH-CT u otro rusificado cuatro líneas con un controlador compatible con KS0066U. En lugar del emisor de sonido electromagnético HC0905F, el HCM1212A servirá. Los diodos GS1A (VD2 y VD3) indicados en el diagrama son análogos a los diodos 1N4001 en la versión de montaje en superficie. Resistencias de corte R15-R17: 3266W importados de múltiples vueltas con una resistencia de 100 a 500 ohmios (R15, R16) y al menos 500 ohmios (R17). Es posible reemplazar las resistencias de sintonización con divisores de dos resistencias fijas, seleccionadas durante la puesta en marcha. Resistencias R12, R14 - MOH-0,5, que se pueden reemplazar con CF-50 o CF-100 importados. Resistencias R11, R13 - SQP con una potencia de 3 vatios. El límite de corriente de 5A se debe a que estas resistencias se calientan demasiado con una corriente más alta. Sustituyéndolos por otros más potentes, como el KNP-500 o el KNP-600 de hilo bobinado, es posible medir corrientes de hasta 9,9 A sin cambiar el programa. Para alimentar el módulo, el autor usó una fuente de alimentación de transformador del reproductor de video. El voltaje + 12 V se elimina de la entrada del regulador de voltaje integral +5 V. El módulo está ensamblado en una caja a partir de una fuente de alimentación de computadora de 300 W. Se quitó todo el contenido antiguo de la caja, se cortó la pared posterior. Sus restos forman un marco al que se fija con tornillos M3 un nuevo panel frontal de plástico del módulo. Su vista desde este panel se muestra en la Fig. 4.
El programa del microcontrolador se creó en el entorno de desarrollo AVR Studio 4. La configuración del microcontrolador ATmega8535L para trabajar con un generador RC interno a una frecuencia de 8 MHz debe corresponder a la tabla. Таблица
Utilizo una fuente de alimentación ajustable fabricada en los años 80 en mi trabajo, y hay casos de sobrecalentamiento del transistor de regulación P210, seguido de un aumento en el voltaje de salida. Esto también sucedió al trabajar junto con el módulo de protección descrito. El módulo funcionó como se esperaba, apagó el voltaje, emitió señales de sonido y luz, mostró la información relevante en la pantalla LCD. Los programas del microcontrolador se pueden descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/10/modul.zip. Autor: N. Salímov
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Comentarios sobre el artículo: jurado ¿Es posible obtener el firmware para la pantalla LCD en inglés? No puedo encontrar o comprar con ruso.
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