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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Черная икра из Швейцарии 07.07.2010 Швейцария известна своими сырами и шоколадом, но к фирменным деликатесам этой страны может присоединиться икра осетровых. В городке Фрутиген (40 километров к югу от Берна) уже два года работает большой тепличный комплекс, обогреваемый теплой водой, которую приходится постоянно откачивать из железнодорожного туннеля под Альпами, одного из самых длинных в мире. Туннель открыли в 2007 году, и оказалось, что в него просачивается подземная теплая вода, которую нельзя без охлаждения сбрасывать в местную реку, чтобы от перегрева не погибла форель. В теплицах созревают бананы, манго, папайя и другие экзотические фрукты. Недавно здесь построили 60 бассейнов, в каждый из которых запустили около тысячи сибирских осетров и стерлядей. Цель - выйти на ежегодный "урожай" в 50 тонн осетрины и три тонны черной икры.

Другие интересные новости:

▪ Сверхкомпактный светодиод

▪ Телефон в часах

▪ Капсула для возврата с Марса

▪ Кремний сохраняет проводимость при сверхнизких уровнях заряда

▪ Гренландия катастрофически теряет лед

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Загадки для взрослых и детей. Подборка статей

▪ статья Глухим обедню дважды не служат. Крылатое выражение

▪ статья Кто такая Клеопатра? Подробный ответ

▪ статья Маркерный узел. Советы туристу

▪ статья Индикатор минимального рабочего напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Неутомимые танцоры. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026