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:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Новая серия модулей Digi XBee 802.15.4 для Интернета вещей 19.03.2017 Компания Digi кардинально обновляет линейку беспроводных модулей XBee 802.15.4 (Series 1) и выпускает новую серию XBee 802.15.4 S2C c улучшенными характеристиками. Новые модули XB24CAxxx совместимы по выводам и командам с модулями XB24-Axxxx (Series 1), однако имеют лучшую производительность и меньшее потребление. В отличие от модулей Series 1, в новой линейке представлены модули как в DIP-, так и в SMD-исполнении. Как и прежде, можно выбрать модуль с различным вариантом подключения антенны - с помощью разъемов SMA/UFL либо с антенной на борту в виде штыря или дорожки на печатной плате. Дальность связи для маломощных модулей увеличена более чем в 10 раз, теперь на открытом пространстве она достигает 1200 метров (против 100 метров ранее). Эти результаты достигнуты за счет существенно лучших радиочастотных параметров - выходная мощность новых модулей составляет +8 дБм, чувствительность -102 дБм. Модули XB24CAxxx обеспечивают более высокую скорость передачи полезных данных - до 96 кбит/c. В полтора раза уменьшен ток потребления, например, в режиме приема модуль потребляет лишь 31 мА против 45 мА в прежней версии. Диапазон рабочих напряжений расширен до 2,1 ... 3,6 В (против 2,8 ... 3,4 для модулей Series 1). Новые модули имеют расширенный функционал, например встроенную функцию обновления программного обеспечения по эфиру OTA (over-the-air-download) и дополнительный интерфейс SPI для связи с управляющим микроконтроллером.

Другие интересные новости:

▪ Суфлер излечивает заикание

▪ Водородный мотороллер

▪ Глаз-алмаз

▪ Наука гладить кошку

▪ Умная подушка Huawei

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Детекторы напряженности поля. Подборка статей

▪ статья Десять заповедей для телеоператора. Искусство видео

▪ статья Как возникает радуга? Подробный ответ

▪ статья Слесарь-инструментальщик. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Мастичный клей. Простые рецепты и советы

▪ статья Опыты с параллельными лучами. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026