Модуль измерения и защиты блока питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Предлагаемый модуль можно использовать совместно с лабораторными блоками питания для защиты их нагрузки от превышения напряжения и тока сверх установленных пределов.

Описания подобных устройств неоднократно публиковались, примером может быть статья "Усовершенствованное цифровое устройство защиты с функцией измерения" ("Радио", 2007, № 7, с. 26-28, автор Н. Заец), в которой рассказано о приборе подобного назначения на микроконтроллере PIC16F873 с двухразрядным семиэлементным светодиодным индикатором. В отличие от него, предлагаемый модуль построен на микроконтроллере ATmega8535L-8PU и ЖКИ, содержащем четыре строки по 16 символов.

Первоначально я предполагал использовать для измерения тока дифференциальный вход АЦП микроконтроллера с встроенным предварительным усилителем. Однако проверка выявила нестабильность такого измерения. Применение ОУ в узле измерения тока также признано нецелесообразным по той же причине. Был выбран компромиссный вариант измерения тока двумя каналами АЦП при сравнительно большом сопротивлении резисторов-датчиков тока.

Первый канал, использующий датчик тока сопротивлением 0,5 Ом, измеряет ток до 1 А с дискретностью 10 мА. Второй канал способен измерять ток до 5 А с дискретностью 0,1 А с помощью датчика тока сопротивлением 0,05 Ом. Напряжение прибор измеряет с дискретностью 0,1 В.

Время срабатывания защиты в основном зависит от тактовой частоты АЦП (125 кГц). Расчетная и подтвержденная с помощью осциллографа длительность аналого-цифрового преобразования - 110 мкс. На измерение и напряжения, и тока микроконтроллер расходует 220 мкс плюс суммарная продолжительность выполнения команд переключения. При тактовой частоте микроконтроллера 8 МГц они выполняются за 3,7 мкс.

Свою лепту в увеличение времени срабатывания защиты могут внести процедуры вывода информации на индикатор. Программа обращается к нему каждые 0,28 с (задано константой TimeDisp). На вывод информации она расходует 4 мс (измерено осциллографом). Отсчет времени ведут два счетчика, первый из них программа инкрементиру ет в каждом цикле измерения, а второй подсчитывает переполнения первого. По достижении содержимым второго счетчика значения указанной выше константы происходит вывод информации на индикатор.

Вероятность, что аварийное событие произойдет в течение времени обслуживания индикатора, уменьшается при увеличении периода обращений к индикатору. Если требуется минимальная задержка срабатывания, следует запретить программе обращения к индикатору. Такой режим предусмотрен.

Управляют устройством с помощью семи кнопок, выключателя и энкодера с кнопкой. Использование энкодера упрощает ввод информации в микроконтроллер. Индикатор на 64 знакоместа существенно повышает возможности информирования пользователя о состоянии устройства.

Сравнительно большой объем программы обусловлен наличием в ней многочисленных текстов сообщений, выводимых на индикатор. Кроме вывода визуальной информации, предусмотрена и звуковая сигнализация срабатывания защиты.

К статье прилагаются два варианта программы. Первый (исходный текст Modul-P&M4.asm, загрузочный файл Modul-P&M4.hex) не предусматривает сохранения установленных значений порогов срабатывания защиты в энергонезависимой памяти микроконтроллера. После включения питания или принудительной установки микроконтроллера в исходное состояние эта программа запишет в регистры сравнения максимально допустимые значения.

Во втором варианте программы (исходный текст Modul-P&M-EP.asm, загрузочный файл Modul-P&M-EP.hex) установленные значения порогов при выключении питания сохраняются в EEPROM. При последующем включении программа их восстанавливает.

Схема модуля показана на рис. 1. Первый канал измерения тока образуют резисторы-датчики тока R12, R14, подстроечный резистор R16 и несимметричный вход АЦП ADC1, второй канал измерения тока - это резисторы R11, R13, подстроечный резистор R15и несимметричный вход АЦП ADC3. Нагрузку первого канала подключают между плюсовым зажимом защищаемого источника и зажимом "-ивых,", а второго канала - между тем же зажимом источника и зажимом "-ивых.2". Часть напряжения источника с зажима "+U" через делитель напряжения, образованный постоянным резистором R18 и подстроечным резистором R17, поступает для измерения на несимметричный вход АЦП ADC4.

Рис. 1. Схема модуля (нажмите для увеличения)

Подстроечные резисторы R15-R17 используют при налаживании для установки на индикаторе HG1 показаний напряжения и тока по образцовым приборам. Каждый из транзисторных ключей, разъединяющих при необходимости нагрузку и контролируемый источник, состоит из мощного полевого транзистора и управляющего им биполярного транзистора. Здесь могут быть применены полевые транзисторы с пороговым напряжением 2...5 В.

Кратковременная вспышка светодиода HL1 при включении питания (установке в исходное состояние) вызвана тем, что после этого выводы микроконтроллера некоторое время находятся в высокоимпедансном состоянии. В результате по цепи плюс питания - светодиод HL1 - резисторы R2, R7 - эмиттерный переход VT4 - диод VD3 - общий провод (для канала 1) протекает импульс тока. По аналогичной причине вспыхивает и светодиод HL2.

При работе модуля одновременно с включением канала загорается соответствующий светодиод: канал 1 - HL1, канал 2 - HL2.

Для установки порогов срабатывания защиты по току и напряжению служит энкодер S1. Предусмотрена звуковая сигнализация срабатывания защиты по напряжению или току. Для этого служит узел из усилителя на транзисторе VT5 и электромагнитного излучателя звука HA1.

ЖКИ HG1 работает с восьмиразрядной шиной данных, образованной линиями порта B микроконтроллера. На его экран программа выводит информацию об измеренных значениях напряжения и тока, режимах работы устройства.

После включения питания или установки микроконтроллера в исходное состояние модуль переходит в режим ожидания. Оба канала закрыты, измерение напряжения и тока не производится. Подключите регулируемый источник напряжения к зажимам "+U" и "-иж", а нагрузку - к зажимам "+U" и "-ивых1". Выбрав нажатием на кнопку SB3 первый канал, подстроечными резисторами R16 и R17 добейтесь совпадения показаний модуля и образцовых амперметра и вольтметра. Нажав на кнопку SB2, возвратитесь в режим ожидания.

Затем подключите нагрузку к каналу 2 (зажимам "+U" и "-ивых.2"), выберите нажатием на кнопку SB4 второй канал и подстроечным резистором R15 добейтесь совпадения показаний ЖКИ и образцового амперметра.

Нажав на кнопку энкодера, выберите его для установки порогов срабатывания защиты по напряжению и току. Вращением энкодера задайте требуемый порог тока в одном из каналов и нажатием на кнопку SB6 (канал 1) или SB7 (канал 2) запишите это значение в регистр сравнения микроконтроллера. Устанавливать в канале 1 порог срабатывания защиты выше 1 А программа запрещает и при попытке сделать это выводит на ЖКИ соответствующее предупреждение. Нажатие на кнопку SB5 записывает в регистр сравнения порог защиты от превышения напряжения.

После записи всех порогов, нажав на кнопку SB2, возвратите модуль в режим ожидания. Проверьте работу защиты превышением установленных порогов по напряжению и току. При ее срабатывании будет подан звуковой сигнал, а на ЖКИ выведена информация о произошедшем. Одновременно погаснет светодиод канала, в котором произошло срабатывание.

После срабатывания защиты возможны два варианта дальнейших действий: нажатием на кнопку SB2 вернуться в режим ожидания или, нажав на кнопку энкодера, войти в режим установки порогов. Во втором случае в регистры, используемые в подпрограмме обслуживания энкодера, будут скопированы текущие значения из регистров сравнения, что ускорит установку новых значений.

В рабочем режиме модуля нажатиями на кнопки SB5-SB7 можно записать в регистры сравнения текущие значения напряжения или тока включенного канала, увеличенные на две единицы младшего разряда.

Включают быстродействующую защиту выключателем SA1, предварительно установив требуемые значения напряжения, тока и порогов. Соответствующая информация выводится на ЖКИ.

Печатная плата модуля изображена на рис. 2, расположение элементов на ней - на рис. 3. Все контактные площадки для подключения кнопок, энкодера, светодиодов, ЖКИ и подачи питания расположены с шагом 2,54 мм на краях платы. При желании можно подключить внешние компоненты и питание через штыревые многоконтактные разъемы. Подсветка индикатора ввиду большого (до 220 мА) потребляемого тока запитана непосредственно от блока питания через выключатель SA2. Подстроечный резистор регулировки контрастности R20 лучше вынести на одну из стенок корпуса. Участки печатных проводников, по которым протекает ток нагрузки второго канала, необходимо умощнить, напаяв поверх них провода диаметром 1 мм.

Рис. 2. Печатная плата модуля

Рис. 3. Расположение элементов на плате

На плате достаточно места для установки, при необходимости, теплоотводов для транзисторов VT1 и VT2. Микроконтроллер ATmega8535L-8PU можно заменить на ATmega8535-16PU или один из того же семейства с индексами PI, а ЖКИ DV-16400S1F-BLY-H/R на WH-1604A-YGH-CT или другой русифицированный четырехстрочный с контроллером, совместимым c KS0066U. Вместо электромагнитного излучателя звука HC0905F подойдет HCM1212A. Указанные на схеме диоды GS1A (VD2 и VD3) - аналоги диодов 1N4001 в исполнении для поверхностного монтажа.

Подстроечные резисторы R15- R17 - многооборотные импортные 3266W сопротивлением от 100 до 500 Ом (R15, R16) и не менее 500 Ом (R17). Возможна замена подстроечных резисторов делителями из двух постоянных резисторов, подбираемых при наладке.

Резисторы R12, R14 - MOH-0,5, которые можно заменить импортными CF-50 или CF-100. Резисторы R11, R13 - SQP мощностью 3 Вт. Ограничение измеряемого тока значением 5 А вызвано слишком сильным нагревом этих резисторов при большем токе. При замене их более мощными, например, проволочными KNP-500 или KNP-600, можно измерять ток до 9,9 А без изменений в программе.

Для питания модуля автором применен трансформаторный блок питания от видеоплейера. Напряжение + 12 В снято с входа интегрального стабилизатора напряжения +5 В.

Модуль собран в корпусе от компьютерного блока питания мощностью 300 Вт Все старое содержимое корпуса удалено, задняя стенка вырезана. Ее остатки образуют рамку, к которой прикреплена винтами М3 новая пластмассовая передняя панель модуля. Его вид со стороны этой панели показан на рис. 4.

Рис. 4. Внешний вид модуля

Программа микроконтроллера создана в среде разработки AVR Studio 4. Конфигурация микроконтроллера ATmega8535L для работы с внутренним RC-генератором на частоте 8 МГц должна соответствовать таблице.

Таблица

Я использую в работе регулируемый блок питания, изготовленный в 80-х годах, и бывают случаи перегрева регулирующего транзистора П210 с последующим ростом выходного напряжения. Это произошло и при совместной работе с описанным модулем защиты. Модуль сработал, как положено, отключил напряжение, подал звуковой и световой сигналы, вывел на ЖКИ соответствующую информацию.

Программы микроконтроллера можно скачать с ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/10/modul.zip.

Автор: Н. Салимов

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Гренландский ледниковый щит трескается все быстрее 06.02.2025 Гренландский ледниковый щит, второй по величине ледяной массив на Земле, подвергается все большему давлению со стороны глобального потепления. Ученые из Даремского университета в Англии обнаружили, что процесс образования трещин на ледниковом щите ускоряется с тревожной скоростью. Наблюдения, проведенные в период с 2016 по 2021 год, показали значительное увеличение глубины и ширины трещин, особенно в прибрежных районах Гренландии, где наиболее активно идет процесс таяния льда. Одной из причин этого явления является изменение скорости движения льда. В тех местах, где лед движется особенно быстро, на поверхности ледникового щита образуются поверхностные трещины. Эти трещины играют решающую роль в процессе разрушения льда, делая его более уязвимым к повреждениям и влияя на циркуляцию воды, что, в свою очередь, сказывается на его свойствах - температуре и давлении. Для проведения исследования ученые использовали более 8 тысяч трехмерных карт поверхности, полученных со спутников высокого разрешения. Это позволило им оценить эволюцию трещин на поверхности ледникового покрова в течение пяти лет. "Больше всего меня удивило, как быстро это происходит. Одно из предыдущих исследований показало изменения в масштабе десятилетий, а теперь мы видим, что это происходит в течение пяти лет", - отметил доктор Том Чадли, доцент кафедры географии Даремского университета и ведущий автор исследования. С 1992 года уровень моря в Гренландии поднялся примерно на 14 миллиметров. По мнению ученых, это связано с усиленным таянием льда в ответ на жаркую погоду, а также увеличением потока льда в океане в ответ на повышение его температуры, что является следствием климатических изменений. Динамическая нестабильность ледникового щита, вызванная ускорением образования трещин, может привести к еще более значительному подъему уровня моря. По словам Чадли, динамическая нестабильность может привести к повышению уровня моря на метр к 2100 году и на 10 метров к 2300-му. Он надеется, что карты с высоким разрешением, использованные в исследовании, станут основой для других работ, чтобы лучше спрогнозировать повышение уровня моря. "Нам крайне необходимо лучше прогнозировать повышение уровня моря, потому что мы должны иметь возможность планировать, смягчать последствия и адаптироваться к повышению уровня моря в течение следующих трех веков", - отметил ученый. Исследование, проведенное Даремским университетом, подчеркивает серьезность проблемы таяния Гренландского ледникового щита и необходимость более точного прогнозирования повышения уровня моря. Полученные данные свидетельствуют о том, что процесс разрушения ледникового щита ускоряется, и это может иметь серьезные последствия для всего мира. Необходимо принимать меры по снижению выбросов парниковых газов и адаптации к изменениям климата, чтобы предотвратить катастрофические последствия таяния ледников.

Другие интересные новости:

▪ Серийный электрический SUV Smart #1

▪ Электрический карьерный самосвал 793 Electric

▪ Недорогая плотная 3D-память

▪ Сладкий шоколад без сахара

▪ Умное кольцо Amazfit Helio

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заземление и зануление. Подборка статей

▪ статья Психология. Конспект лекций

▪ статья Кто написал песню Во поле береза стояла? Подробный ответ

▪ статья Монтажник сборных водопропускных труб на автомобильных дорогах. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Выбор электропроводок, способов прокладки проводов и кабелей. Составляющие электропроводки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Исчезновение на лестнице. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026