Преобразователь напряжения на микроконтроллере для питания измерительного прибора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы

 Комментарии к статье

Предлагаемое устройство представляет собой преобразователь постоянного напряжения 3 В в постоянное 9 В. Он выполнен в габаритах девятивольтной батареи "Крона " и предназначен для ее замены в измерительных приборах с автономным питанием. Первичный источник напряжения - два солевых или щелочных гальванических элемента типоразмера AAA. Возможно использование Ni-MH аккумуляторов того же типоразмера. КПД преобразователя - 66...81 %.

Схема преобразователя изображена на рис. 1. Его основной компонент - микроконтроллер ATtiny13A-SU (DD1), тактируемый от внутреннего RC-генератора. Повышающий преобразователь напряжения реализован на транзисторе VT1, дросселе L1, диоде Шоттки VD1 и конденсаторе C4. Транзистор VT2 отключает нагрузку от преобразователя в "спящем" режиме работы микроконтроллера. Стабилитрон VD2 и резистор R5 защищают элементы преобразователя при обрыве (отключении) нагрузки. В нормальном режиме работы ток через защитную цепь отсутствует.

Рис. 1. Схема преобразователя

Преобразователь предназначен для работы на постоянную нагрузку. Его выходное напряжение не стабилизировано и зависит от питающего напряжения. Например, оно снижается до 7,6 В при падении питающего до 2,5 В.

Для более полного использования энергии первичного источника питания и сохранения выходного напряжения на заданном уровне микроконтроллер DD1 при запуске преобразователя проверяет напряжение на его выходе. Для этого часть выходного напряжения с движка подстроечного резистора R4 поступает на вход PB4 микроконтроллера, работающий в режиме входа встроенного компаратора напряжения.

Все компоненты преобразователя размещены на плате размерами 48x26 мм из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1 мм. Ее чертеж и расположение деталей показаны на рис. 2. На стороне платы, свободной от деталей, в предназначенные для них отверстия впаяны четыре контакта для подключения элементов питания. Контакты вырезаны из листовой латуни толщиной 0,3 мм. Высота контакта - 10 мм, ширина - 5...8 мм, длина лепестка для пайки в отверстие - 2 мм, ширина - 1,5 мм.

Рис. 2. Плата преобразователя и размещение элементов на ней

Оксидные конденсаторы - TECAP типоразмера D, остальные конденсаторы и резисторы - типоразмера 1206 для поверхностного монтажа. Подстроечный резистор R4 - СП3-19а-0,5 Вт, дроссель L1 - LQH43CN101K. Выбор дросселя заметно влияет на КПД преобразователя. Например, замена упомянутого выше дросселя на RLB0712 несколько больших размеров увеличивает КПД на 3...5 %, но выводит, к сожалению, габариты преобразователя за пределы габаритов батареи "Крона". Для монтажа этого дросселя на плате предусмотрены контактные площадки с отверстиями, обозначенные L1'. Его монтируют в "лежачем" положении. Замена первоначально примененного в одном из вариантов преобразователя в качестве VD1 диода BAT41 на MBR0540 позволила поднять КПД на 2 %.

Вид на собранный преобразователь со стороны деталей показан на рис. 3, а со стороны установки элементов питания - на рис. 4.

Рис. 3. Вид на собранный преобразователь со стороны деталей

Рис. 4. Вид на собранный преобразователь со стороны установки элементов питания

Программа микроконтроллера использует его восьмиразрядный таймер, работающий в режиме "быстрая ШИМ", и аналоговый компаратор. Частота повторения импульсов с ШИМ выбрана равной 37500 Гц - максимально возможной при тактовой частоте микроконтроллера 9,6 МГц. К неинвертирующему входу AI N0 аналогового компаратора подключен внутренний источник образцового напряжения.

Таблица

1 - не запрграммировано
0 - запрграммировано

Поданное на вывод PB4 микроконтроллера контролируемое выходное напряжение поступает на инвертирующий вход компаратора AIN1 через мультиплексор АЦП. Состояние выхода компаратора ACO проверяет подпрограмма обработки прерывания по переполнению таймера T0. Когда ACO=1, происходит инкремент значения в регистре сравнения таймера, что увеличивает коэффициент заполнения импульсов, управляющих транзистором VT1 преобразователя. При ACO=0 это значение остается неизменным, поскольку выходное напряжение уже достигло заданных 9 В.

Таймер отключения преобразователя реализован программно и представляет собой счетчик, декрементируемый по прерываниям от таймера T0. Исходное значение, записываемое в регистры этого счетчика, программа вычисляет по формуле N=T_off·37500, где T_off - требуемая продолжительность работы преобразователя до отключения, с; 37500 - частота повторения управляющих импульсов, Гц. В программе задано T_off=900 с (15 мин). По истечении этого времени микроконтроллер "засыпает", переходя в режим микропотребления энергии POWER DOWN.

Предусмотрена возможность управлять преобразователем с помощью необязательной кнопки SB1, подключение которой показано на схеме рис. 1 штриховыми линиями. Внешний запрос прерывания, генерируемый при нажатии на эту кнопку, возвращает "спящий" микроконтроллер в рабочий режим. А если нажать на нее при работающем преобразователе, микроконтроллер перейдет из рабочего в "спящий" режим, выключив преобразователь. Для обслуживания кнопки в различных режимах программа формирует задержки длительностью 0,5 с. В "спящем" режиме микроконтроллера преобразователь потребляет всего 6...10 мкА, поэтому при наличии кнопки в выключателе SA1 нет необходимости и его можно не устанавливать, заменив перемычкой.

Если кнопка SB1 отсутствует, то повторное после срабатывания таймера отключения включение преобразователя выключателем SA1 возможно лишь через две минуты. В течение этого времени при разомкнутом выключателе микроконтроллер потребляет энергию, запасенную в конденсаторе С2, и находится в "спящем" режиме.

Преобразователь разработан без привязки к конкретному типу измерительного прибора, требующего напряжения питания 9 В. Доработка такого прибора сводится к установке в нем выключателя SA1 или кнопки SB1. Для удобства их можно подключить к преобразователю с помощью миниатюрных разъемов. Обратная замена преобразователя на батарею "Крона" сложностей не вызывает.

После монтажа на плату всех деталей, кроме дросселя L1 и проверки ее на обрывы и замыкания, установите движок резистора R4 в среднее положение и переходите к программированию микроконтроллера. Коды из приложенного к статье файла CONVERTER-DC2.hex должны быть загружены в память программ микроконтроллера. Его конфигурацию следует запрограммировать в соответствии с таблицей. Обратите внимание, что разряд CKDIV8, запрограммированный изготовителем микроконтроллера, нужно распрограммировать.

Все необходимые для соединения с программатором контактные площадки на плате имеются. Если программатор работает лишь при напряжении питания 5 В, подайте это же напряжение и в цепь питания микроконтроллера. Напряжением 3 В нужно будет запитать плату после успешного программирования.

Измерьте ток, потребляемый измерительным прибором, с которым предполагается использовать преобразователь, и нагрузите преобразовать резистором соответствующего сопротивления. Установив на место дроссель L1, подайте на преобразователь питание и подстроечным резистором R4 отрегулируйте выходное напряжение, сделав его

равным 9 В. Перемещение движка подстроечного резистора к его нижнему по схеме выводу увеличивает выходное напряжение, а в обратную сторону - уменьшает. Учтите, что программа изменяет выходное напряжение лишь при включении питания или при выходе микроконтроллера из "спящего" режима.

Выключите преобразователь, подключите к нему реальную нагрузку и вновь включите. Если напряжение отличается от необходимого, откорректируйте его подстроечным резистором R4. Затем измерьте ток, потребляемый от элементов G1 и G2, и рассчитайте КПД преобразователя. У одного из изготовленных мной образцов он получился равным 74 % при напряжении питания 3 В и 64 % при 2 В. С преобразователем, в котором установлен дроссель RLB0712, получен КПД соответственно 78 % и 66 %.

Если при входном напряжении 3 В и токе нагрузки 6 мА выходное напряжение установить равным 9,2 В, то при входном напряжении 2 В оно уменьшится до 8,5 В. При дальнейшей разрядке питающей батареи, когда выходное напряжение снижается до 6,5 В, на индикаторе измерительного прибора появляется символ разряженности батареи питания.

Я изготовил два экземпляра преобразователя: один - для питания мультиметра DT930F+, а второй - для измерителя емкости и индуктивности MY6243. Эти приборы не имеют таймера отключения, поэтому полная разрядка их батарей питания по забывчивости была вполне обычна. После установки в них преобразователей такие неприятности прекратились.

Программу микроконтроллера можно скачать с ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/01/conv.zip.

Автор: Н. Салимов

Смотрите другие статьи раздела Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

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 ...>>

Гибкий алмаз вырабатывает электричество 15.09.2026

Алмаз традиционно воспринимается как исключительно твердый и практически неподвижный материал, поэтому возможность получать из него электричество при механической деформации долгое время казалась невероятной. В начале XX века алмаз относили к непьезоэлектрическим материалам, то есть считалось, что при сжатии или изгибе он, в отличие от кварца, не способен создавать электрический заряд. Однако исследователи из Университета Гонконга обнаружили, что при определенных условиях это представление требует пересмотра. Проблема заключалась прежде всего в физической природе самого минерала. Обычный алмаз настолько тверд, что заметно согнуть его практически невозможно. Поэтому специалисты использовали другой подход и изготовили из алмаза чрезвычайно тонкую гибкую мембрану. После механического воздействия на такую конструкцию измерительные приборы зарегистрировали устойчивые электрические сигналы. Эксперименты неоднократно повторяли и проводили в различных условиях, чтобы исключить случайное про ...>>

Найдена химическая причина возрастных изменений запаха кожи 14.09.2026

Запах человеческого тела меняется на протяжении всей жизни, и особенно заметные изменения могут происходить в пожилом возрасте. Речь идет не только о привычном запахе пота или особенностях гигиены: старение сопровождается целым комплексом биохимических процессов в коже, способных влиять на ее естественный запах. Ученые обнаружили одно из веществ, которое связывают с характерным ароматом, часто называемым "запахом старости". Исследователи установили, что важную роль в этом процессе играет 2-ноненаль - органическое соединение из группы ненасыщенных жирных альдегидов. Это вещество обладает характерным запахом, который нередко описывают как сочетание прогорклого масла и затхлого картона. Его количество в коже увеличивается по мере старения организма, поэтому концентрация 2-ноненаля рассматривается специалистами как одна из биохимических причин возрастного изменения запаха. По словам дерматологов, заметные изменения начинают становиться более вероятными после 40 лет. Доктор Сонал Чоуд ...>>

Случайная новость из Архива Ручка, пишущая светодиодами 15.08.2023 Команда инженеров из Вашингтонского университета в Сент-Луисе представила инновационную концепцию, позволяющую наносить гибкие светодиодные структуры с помощью обычной чернильной ручки или струйного принтера. Это достигается благодаря новым чернилам, разработанным специально для этой цели. Эти чернила содержат передовые полимеры, металлические нанопроводы и перовскиты - кристаллические материалы, способные излучать широкий спектр цветов. Принцип прост: чернильная ручка наполняется этими специальными веществами, и с их помощью можно "рисовать" гибкие светодиоды (LED) или фотодетекторы на различных поверхностях. Применение этой технологии позволяет создавать разнообразные функциональные устройства, включая биомедицинские датчики и одноразовую электронику, всего лишь проводя линии чернилами слой за слоем. Главное преимущество заключается в универсальности чернил, позволяющих работать на разнообразных подложках, включая даже воздушные шары. Такое новшество преодолевает традиционные ограничения в производстве светодиодов, требующих специализированных условий и оборудования. "Наши чернила специально разработаны для использования в обычных ручках, что делает этот метод доступным и простым. Мы стремились к эластичности каждого слоя устройства, чтобы оно могло изгибаться, растягиваться и даже скручиваться без потери функциональности", - подчеркивает Джуньи Чжао, один из авторов этой инновации. Это открытие открывает новые горизонты для создания гибких светодиодов и функциональных устройств будущего, а также демонстрирует потенциал применения на практике для создания нательных устройств нового поколения.

Другие интересные новости:

▪ Кардиограф в кармане

▪ Монитор NEC MultiSync LCD-X474HB с яркостью 2000 кд м2

▪ Рекордер DVD+R/+RW с жестким диском

▪ Электрокроссовер Tata Curvv

▪ 27-дюймовый монитор ASUS VA278Q c разрешением 2560х1440 пикселей

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Аккумуляторы, зарядные устройства. Подборка статей

▪ статья Охрана окружающей среды. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Сколько инструментов использует комар в ходе одного укуса? Подробный ответ

▪ статья Узел Гарда (Петля Гарда). Советы туристу

▪ статья Термометр с функцией таймера или управления термостатом. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Игрушка из пузыря. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026