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:

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 Видеокарта ASUS ROG Matrix GeForce RTX 2080 Ti 04.01.2019 Компания ASUS представила новую флагманскую видеокарту ROG Matrix GeForce RTX 2080 Ti. Новинка по праву может называться не только самой производительной видеокартой в ассортименте ASUS, но также одной из самых производительных версий GeForce RTX 2080 Ti в мире. Видеокарта ROG Matrix GeForce RTX 2080 Ti с системой охлаждения Infinity Loop занимает в высоту три слота расширения. По словам производителя, этот охладитель обеспечивает примерно такую же эффективность охлаждения, как и необслуживаемая СЖО с радиатором типоразмера 240 мм. На тыльной стороне печатной платы имеется усиливающая пластина. Не обошлось и без RGB-подсветки, которая выполнена в форме тонких линий на кожухе и тыльной пластине. Видеокарта ROG Matrix GeForce RTX 2080 Ti построена на графическом процессоре Turing TU102 в конфигурации с 4352 ядрами CUDA. Конечно же, ASUS не могла оставить свою топовую видеокарту без значительного заводского разгона. Частота GPU в режиме Boost была повышена с 1545 до 1815 МГц, что является самым высоким заводским разгоном для GeForce RTX 2080 Ti на данный момент. В итоге производительность новинки выросла с 14,2 до 15,7 Тфлопс. Эффективная частота 11 Гбайт памяти GDDR6 также была повышена с 14 до 14,8 ГГц, что в сочетании с 352-битной шиной обеспечивает пропускную способность в 651 Гбайт/с. Набор видеовыходов включает по два HDMI 2.0b и DisplayPort 1.4, а также VirtualLink в виде USB Type-C.

Другие интересные новости:

▪ Макрообъектив Meike MK-85mm F2.8

▪ Обнаружен самый распространенный минерал Земли в космосе

▪ Универсальная молекула против всех видов простуды

▪ Твердотельные накопители M.2 512 ГБ от Transcend

▪ Жаропрочный алюминиевый сплав для аэрокосмической отрасли

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Индикаторы, датчики, детекторы. Подборка статей

▪ статья Табакокурение: влияние на организм человека, последствия. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья На каком астрономическом теле есть кратер Водяной и темное пятно Кикимора? Подробный ответ

▪ статья Копеечник сахалинский. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Лаки, протравы и другие средства для кожи и обуви. Простые рецепты и советы

▪ статья Сварочный трансформатор: расчет и изготовление. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026