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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Regulador de potencia de fase de 12 canales. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación El artículo describe un regulador de fase multicanal basado en microcontroladores de ocho bits AT89C4051-24PU. El dispositivo incluye una unidad de conmutación y reguladores de seis fases, cada uno de los cuales es capaz de controlar dos cargas con una potencia de 1,15 kW cada una (limitado por las capacidades de los filtros de red aplicados). Además, cada uno de los reguladores duales tiene un reloj en tiempo real. El dispositivo está hecho sobre una base de elementos accesibles y puede ser repetido por radioaficionados de nivel medio. El diagrama de bloques del controlador de fase de 12 canales se muestra en la fig. 1. Aquí A1-A6 son reguladores de potencia de fase de dos canales idénticos en esquema, diseño y algoritmo de operación; S1: unidad de conmutación, con la ayuda de la cual se lleva a cabo el control de potencia, configurando la hora actual y la hora de funcionamiento de dos alarmas. Un diagrama esquemático de un controlador de potencia de dos canales se muestra en la fig. 2, y la unidad de conmutación - en la fig. 3.
Los enchufes XS1-1 - XS1-6 de la unidad de conmutación están diseñados para conectar los enchufes XP4 de los reguladores 1-6. Cada regulador tiene dos reguladores de fase independientes y, además, se implementan las funciones de un reloj electrónico. Los detalles sobre el controlador y sus funciones se describen a continuación. El interruptor SA1 de la unidad de conmutación tiene seis posiciones. Si está configurado en "1", los botones SB1-SB4 están conectados al controlador 1 y puede configurar los parámetros para este controlador. En consecuencia, si está configurado en "2", puede configurar los parámetros para la perilla 2, etc. Considere en detalle el funcionamiento del regulador 1 (SA1 - en la posición "1"). El dispositivo tiene las siguientes funciones: - dos canales independientes de regulación fase-pulso; - indicación de la hora actual en formato de 24 horas en una pantalla de cuatro dígitos en el modo hora-minuto (modo "Hora 2"); - configuración de la hora actual y su ajuste; - trabajar en el modo minuto-segundo (modo "Reloj 1"); - dos despertadores, en el momento de la operación de los cuales las cargas conectadas a los conectores ХP5 y ХP6 (televisor, receptor de radio, calentador eléctrico, etc.) se encienden y señalización intermitente de luz y sonido con una tasa de repetición de 10 Hz durante 1 s; - emitir un pitido sonoro breve (duración 1 s) al comienzo de cada hora y apagar forzosamente el pulsador de señalización luminosa y sonora en el momento en que suene la alarma. En consecuencia, se proporcionan seis modos de funcionamiento: "Reloj 1", "Reloj 2", "Regulador 1", "Regulador 2", "Reloj despertador 1" y "Reloj despertador 2". Dos controladores de potencia independientes se ensamblan respectivamente en los simuladores VS1 y VS2. El control de potencia se lleva a cabo mediante el control de fase-pulso de triacs. El intervalo de control de potencia de salida de cada canal se establece en unidades relativas de 0 a 99. Por supuesto, los controladores de fase de pulso crean ruido, pero son fáciles de implementar y le permiten controlar la potencia de cargas como lámparas incandescentes, calentadores, motores de inducción de CA, etc. La interfaz del controlador incluye botones SB1-SB4 (Fig. 3), tiras de LED HL1, HL2 y una pantalla de seis indicadores digitales de siete elementos HG1-HG6 (ver Fig. 2). El propósito de los botones es el siguiente:
En cualquier modo de funcionamiento del dispositivo, cada botón realiza solo una función (excepto apagar las señales de sonido y luz cuando las alarmas están encendidas). Los bits de la indicación de la interfaz tienen el siguiente propósito (de derecha a izquierda en la Fig. 2):
Después de encender la alimentación, el dispositivo ingresa al modo "Reloj 1". Para configurar la hora actual, debe ingresar al modo "Reloj 1" presionando el botón SB2 (el número 1 debe aparecer en el indicador HG1) y luego presione el botón SB4 una vez. Esto seleccionará el dígito de las unidades de minutos (el punto h en el indicador HG6 comenzará a brillar). El valor requerido de la descarga se establece mediante los botones SB2 y SB3. La próxima vez que presione SB4, se seleccionará el dígito de las decenas de minutos (el punto h se enciende en el indicador HG5), etc. Después de configurar el valor en el dígito de las decenas de horas (indicador HG2), presione el botón SB4 nuevamente, resolviendo así el conteo de tiempo. Para configurar el valor de potencia en el canal 1, use el botón SB1 para seleccionar el modo de operación "Regulador 1" (el número 1 debe estar encendido en el indicador HG2). Luego use el botón SB4 para seleccionar la categoría y use los botones SB2 ("Más") y SB3 ("Menos") para establecer el valor de potencia requerido. Al configurar la hora en el modo "Reloj 2", la cuenta regresiva de la hora actual está prohibida, en todos los demás modos está permitida. Después de configurar la hora de las alarmas 1 y 2 (la selección de dígitos se completa con el botón SB4), las tiras de luz HL1 y HL2 se encienden, respectivamente. La franja luminosa indica que la hora de alarma configurada está registrada en la memoria del microcontrolador (si es necesario, se puede reprogramar). Si la hora actual coincide con la hora configurada en los modos "Alarm Clock 1" y "Alarm Clock 2", las alarmas intermitentes sonoras (HA10) y luminosas (HL1) se activan durante 1 s con intervalos de encendido y apagado de 0,5 s. Al cabo de este tiempo, la tira luminosa HL1 encendida se apaga. Consideremos las principales unidades funcionales del regulador 1 (ver Fig. 2). Su base es el microcontrolador DD1, cuya frecuencia de funcionamiento se establece mediante un oscilador con un resonador de cuarzo ZQ1 externo a 10 MHz. Se ensambla un sensor de voltaje de red en los optoacopladores de transistor del conjunto U1. Supervisa los momentos en que la tensión de red pasa por cero. El voltaje de salida del sensor de la resistencia R8 se alimenta al pin 7 del microcontrolador. El canal de control de potencia 1 está ensamblado en un triac VS1 y un optoacoplador U2 y está controlado por una señal del pin 8 DD1. La carga se conecta al conector XP2. El segundo canal está ensamblado en el triac VS2 y el optoacoplador U3 y está controlado por una señal del pin 9 del microcontrolador. La carga se conecta al conector XP3. Para reducir el nivel de interferencias generadas por los reguladores, se incorporan a la red a través de filtros de línea Z1 y Z2. La indicación dinámica se realiza en microcircuitos DD2, DD3, transistores VT1-VT5 e indicadores digitales de siete elementos HG1-HG6. El registro DD2 sirve para aumentar el número de líneas de puerto del microcontrolador y controla los actuadores internos: alarmas de sonido y luz (respectivamente, un emisor piezoeléctrico HA1 y tiras de luz HL1 y HL2), optoacopladores triac U4, U5, así como una descarga en el indicador HG1. Las resistencias R9-R15 limitan la corriente a través de los elementos de los indicadores digitales. La señal de la salida 3 (pin 6) del registro DD2 a través de la resistencia R26 periódicamente (con un período de 1 s) enciende y apaga el elemento g del indicador HG4 en los modos "Reloj 1" y "Reloj 2". La señal de la salida 4 (pin 9) del registro DD2 a través de la resistencia R27 incluye el punto h en uno de los indicadores seleccionados HG2, HG3, HG5, HG6. La parte digital del dispositivo está aislada galvánicamente de la red. El programa del microcontrolador controla el funcionamiento del reloj electrónico y proporciona la implementación del control de fase de pulso de los controladores de potencia triac. La tarea principal de la parte "por hora" del programa, la formación de intervalos de tiempo precisos con una duración de 1 s, se resuelve mediante interrupciones del temporizador TF0. En el ciclo de rutina de interrupción del temporizador TF0, cada 80 µs, el microcontrolador sondea el estado del pin 7. Los contadores en los registros R4, R6 cuentan el número de interrupciones y, cuando llega a cierto valor, el tiempo actual aumenta en un segundo. La hora actual se actualiza cada hora. En este dispositivo, el reloj se atrasa unos 6 s por día, lo cual es bastante aceptable en la vida cotidiana. Las interrupciones del temporizador TF0 también proporcionan una indicación dinámica. Llamemos condicionalmente a los bytes que el microcontrolador escribe periódicamente (con un período de 3 ms) en su puerto P1 y el registro síncrono DD2, respectivamente, como bytes de indicación y estado. La tétrada inferior del byte de indicación se alimenta a la entrada del decodificador DD3 y determina el valor del bit, y los bits de la tétrada superior a través de los transistores VT2-VT5 controlan los indicadores HG2, HG3, HG5, HG6 en indicación dinámica. El transistor VT1 y, en consecuencia, el indicador HG1 están controlados por una señal del pin 12 del registro DD2. En los modos "Regulador 1" y "Regulador 2", los indicadores HG2 y HG3 se apagan. Para apagar el indicador, es necesario que el código F esté presente en la tétrada baja del byte de indicación. nivel de registro. 0 en el pin 16 del microcontrolador abre el transistor VT2 y enciende el indicador HG2, una señal del mismo nivel en el pin 17 abre el transistor VT3 y enciende el indicador HG3, etc. La tétrada inferior es un número decimal codificado en binario y a través del decodificador DD3 controla los elementos de todos los indicadores excepto HG4. Con los indicadores HG2, HG3, HG5, HG6 encendidos, el microcontrolador sondea el estado de su entrada INTO (P3.2; pin 6 DD1). Cuando se presiona cualquier botón SB1-SB4, hay un nivel bajo en esta entrada con la inclusión de los indicadores indicados. Por lo tanto, cada botón de la unidad de conmutación está "atado" a su bit "propio" en la tétrada superior del byte de indicación. Consideraremos el algoritmo del programa del controlador de fase-pulso usando el ejemplo del canal 1. Los oscilogramas que explican el funcionamiento del controlador se muestran en la fig. 4. En cada semiciclo de la tensión de red (Fig. 4, a), el microcontrolador, con un pulso de activación de la salida 8 con una duración de 80 μs (Fig. 4, c), enciende el triac VS1 a través del optoacoplador U2. El valor de la potencia en la carga conectada al conector XP2 depende de cuánto tiempo esté encendido el triac durante cada medio ciclo de la tensión de red. Para que el valor de la potencia en la carga aumente con un aumento en el valor de la potencia configurada en el indicador del dispositivo, y también para obtener una discreción de control igual al 1%, es necesario que el pulso de encendido del triac cambie (de derecha a izquierda en la Fig. 4, b) con un paso de 100 μs desde el momento en que la tensión de red pasa por cero con un aumento en la unidad del valor de la potencia configurada en el indicador del dispositivo.
El pulso de activación se da con cierto retraso en relación con el momento en que la tensión de red pasa por "cero". El momento de la transición corresponde al registro. 0 en el pin 7 del microcontrolador (Fig. 4b). El tiempo de retardo está determinado por el número en el indicador del dispositivo en el modo "Regulador 1", que puede tomar un valor de 0 a 99. La subrutina convierte este número binario-decimal de dos dígitos en binario de un byte. Este número se carga en el contador (registro R7) que implementa el retardo de tiempo. Como ya se mencionó, el microcontrolador sondea la salida del sensor de red cada 80 µs. En el momento en que la tensión de red pasa por cero, el contador se pone en marcha. Cuando el botón cambia el número que se muestra en el indicador en el modo "Regulador 1", cambia el tiempo de retraso para encender el pulso de control para encender el triac VS1. Es decir, el momento de encender el triac en cada medio ciclo de voltaje de la red y el voltaje efectivo en la carga conectada al conector XP2 cambian. El segundo canal del dispositivo funciona de manera similar, regulando la potencia en la carga conectada al conector XP3. El ángulo de control del triac según el flujo de salida de la carga no es el mismo. En realidad, en el dispositivo, el intervalo para regular la potencia de una lámpara incandescente de 100 vatios según el indicador es de 18 a 97. En otras palabras, se pueden configurar 79 niveles de brillo. Esto es necesario cuando la lámpara se utiliza como elemento calefactor. Para un cambio más rápido en el brillo (para la iluminación, como muestra la práctica, no es necesaria una cantidad tan grande de niveles), solo puede cambiar el bit más alto del rango relativo de regulación de la potencia especificada. Brevemente sobre el programa. En la memoria de datos del microcontrolador desde la dirección 2BH hasta la 48H, se organiza un búfer de visualización para indicación dinámica. La tétrada inferior de cada byte en el búfer de visualización es un número decimal codificado en binario que especifica el valor del bit, y la tétrada superior especifica el número de bit en la visualización dinámica. Así, en cada byte del búfer, se determina el valor del número y su lugar cuando se muestra. De acuerdo con su propósito funcional, según el modo de funcionamiento del dispositivo, el espacio de direcciones del búfer se divide en seis grupos funcionales:
Cada byte del grupo de funciones de ciclo en la rutina de interrupción del temporizador TF0 se envía al puerto P1 del microcontrolador DD1. La tétrada superior del byte de indicación es un código cero continuo. Así, al escribir en un ciclo los bytes del grupo funcional del búfer al puerto P1, obtenemos un modo de indicación dinámica. Después de escribir el byte de indicación en el puerto P1, comienza el sondeo de los botones. Al presionar el botón SB1, la unidad en el registro R2 se desplaza hacia la izquierda y, por lo tanto, se establece uno de los cinco modos de operación anteriores. El registro R0 se escribe en la primera dirección de los grupos funcionales. El registro R3 se incrementa cada 0 ms en la rutina de interrupción. En el programa principal, se calcula y corrige la hora actual, se encienden las alarmas, se compara la hora actual con la hora de la alarma, se encienden las señales de luz y sonido, el número binario-decimal de dos dígitos (el valor del nivel de potencia establecido en el indicador del dispositivo) se convierte en un número binario de un solo byte en los modos "Regulador 1" y "Regulador 2" para implementar el algoritmo de control de pulso de fase. El programa desarrollado en ensamblador ocupa alrededor de 3,7 kB de memoria de programa del microcontrolador. Cada uno de los reguladores y la unidad de conmutación están montados en tableros de prototipos separados de 120x80 mm de tamaño. Al instalar reguladores, es conveniente separar la parte digital del dispositivo de la red. Todas las resistencias son S2-33N con una potencia de disipación de 0,125 W, pero cualquier otra con la misma potencia de disipación y una tolerancia de ± 5% de la resistencia nominal servirá. Condensadores C1, C4 - óxido importado, C2, C3 - cerámica K10-17. Entre las salidas de potencia (+5 V y un cable común) del microcontrolador DD1 y el registro DD2, es útil instalar condensadores de bloqueo K10-17 con una capacidad de 0,1 μF. En la pantalla, es recomendable resaltar el dígito que indica el modo de funcionamiento actual del dispositivo (indicador HG1), sobre el fondo de otros dígitos. Por lo tanto, para esta descarga, se seleccionó un indicador de brillo rojo de siete elementos HDSP-F001 (HDSP-F151 es adecuado); indicadores HG2-HG6: resplandor verde HDSP-F501 (cualquier otro con un ánodo común y un brillo aceptable servirá). En el indicador HG4, solo se usa el segmento g para formar el signo "-". La corriente a través de los elementos indicadores está determinada por la capacidad de carga del decodificador DD3. Para KR514ID2, la corriente máxima permitida para cada salida es de 22 mA. Tiras de luz HL1, HL2 - №-2300EW brillo rojo. La corriente a través de cada canal de control de potencia está limitada por la corriente máxima permitida de 5 A a través del filtro de red FS-220 (Z1, Z2). Con cargas ligeras, y también si los requisitos para el nivel de interferencia no son muy altos, se pueden omitir los filtros de red. Las cargas se conectan al dispositivo a través de enchufes MPW-2 (la contraparte son los enchufes MHU-2). En su lugar, puede utilizar los bloques de terminales TV-10-2. Si la potencia de carga nominal en el canal de control supera los 100 W, entonces el triac debe instalarse en un disipador de calor apropiado. El triac TIC236M, cuya corriente admisible es de 12 A, permite controlar una carga con una potencia de hasta 1,5 kW. Un posible reemplazo es el triac doméstico KU208G, sin embargo, tiene una sensibilidad mucho peor: para un funcionamiento confiable, una corriente de al menos 250 mA debe fluir a través del electrodo de control de este triac, por lo que la resistencia de las resistencias R1 y R3 debe reducirse a 100 ohmios. Para cargas de hasta 2 kW se pueden utilizar triacs con una corriente admisible de hasta 16 A, por ejemplo ^C246N. Es recomendable medir los valores reales de la corriente de control y retención de los triacs aplicados para evaluar la idoneidad del triac para trabajar con una carga específica, especialmente de baja potencia. Los optoacopladores triac S202SE2 de SHARP (U4, U5) utilizados en el dispositivo pueden cambiar la corriente hasta 8 A. Se encienden cerca del cruce por cero de la tensión de red. Es posible usar optoacopladores S202S02, y si la corriente conmutada en la carga no supera los 2 A, entonces S202TO1. El consumo de corriente de la fuente de alimentación de 5 V en los reguladores de potencia no supera los 80 mA. El condensador C1 de la unidad de conmutación es óxido importado. Interruptor de sal SA1 - PG2-12-6P8N (seis posiciones y ocho direcciones). Pulsadores SB1-SB4 - PKN125 o similar. El dispositivo no proporciona ninguna configuración ni ajuste, y si la instalación se realiza correctamente y todas las piezas están en buen estado, comienza a funcionar inmediatamente después de que se enciende la tensión de alimentación. Al verificar los canales de control de potencia, es mejor encender el primer interruptor con poca carga, por ejemplo, con una lámpara incandescente con una potencia de 20 ... 30 W. Es recomendable verificar primero el canal de control de potencia 1 y luego el 2. Para hacer esto, ingrese al modo "Regulador 1" y, cambiando el nivel de potencia con el indicador del teclado, controle el cambio en el brillo de la lámpara. Si la lámpara no se enciende en absoluto, debe verificar la señal del sensor de red (pin 7 del microcontrolador DD1): la presencia de pulsos con un nivel de registro. 0 con una duración de 1...1,2 ms y un período de 10 ms (Fig. 4b). Autor: S. Shishkin
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