|
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ 12-канальный фазовый регулятор мощности. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания В статье описан многоканальный фазовый регулятор на базе восьмиразрядных микроконтроллеров AT89C4051-24PU. В состав устройства входят блок коммутации и шесть фазовых регуляторов, каждый из которых способен управлять двумя нагрузками мощностью по 1,15 кВт (ограничена возможностями примененных сетевых фильтров). Кроме того, в каждом из сдвоенных регуляторов имеются часы реального времени. Устройство выполнено на доступной элементной базе и может быть повторено радиолюбителями средней квалификации. Структурная схема 12-канального фазового регулятора представлена на рис. 1. Здесь А1- А6 - идентичные по схеме, конструкции и алгоритму работы двухканальные фазовые регуляторы мощности; S1 - блок коммутации, с помощью которого осуществляется регулирование мощности, установка текущего времени и времени срабатывания двух будильников. Принципиальная схема одного двухканального регулятора мощности представлена на рис. 2, а блока коммутации - на рис. 3.
Розетки XS1-1 - XS1-6 блока коммутации предназначены для подключения вилок ХР4 регуляторов 1-6. В каждом регуляторе имеются два независимых один от другого фазовых регулятора и, кроме того, реализованы функции электронных часов. Подробно о регуляторе и его функциях будет рассказано ниже. Переключатель SA1 блока коммутации имеет шесть положений. Если он установлен в положение "1", то кнопки SB1-SB4 подключены к регулятору 1 и можно задать параметры для этого регулятора. Соответственно, если он установлен в положение "2", можно задать параметры для регулятора 2 и т. д. Рассмотрим подробно работу регулятора 1 (SA1 - в положении "1"). В устройстве реализованы следующие функции: - два независимых канала фазоимпульсного регулирования; - индикация текущего времени в 24-часовом формате на четырехразрядном дисплее в режиме часы-минуты (режим "Часы 2"); - установка текущего времени и его корректировка; - работа в режиме минуты-секунды (режим "Часы 1"); - два будильника, в моменты срабатывания которых включаются нагрузки, подключенные соответственно к соединителям ХP5 и ХP6 (телевизор, радиоприемник, электронагреватель и др.), и на 10 с прерывистая световая и звуковая сигнализация с частотой повторения 1 Гц; - подача короткого (длительностью 1 с) звукового бип-сигнала в начале каждого часа и принудительное отключение кнопкой световой и звуковой сигнализации в момент срабатывания будильника. Соответственно предусмотрены шесть режимов работы: "Часы 1", "Часы 2", "Регулятор 1", "Регулятор 2", "Будильник 1" и "Будильник 2". Два независимых регулятора мощности собраны соответственно на симиторах VS1 и VS2. Регулирование мощности осуществляется фазоимпульсным управлением симисторами. Интервал регулирования выходной мощности каждого канала задается в относительных единицах от 0 до 99. Конечно, регуляторы с фазоимпульсным управлением создают помехи, но они просты в реализации и позволяют регулировать мощность таких нагрузок, как, например, лампы накаливания, нагреватели, асинхронные электродвигатели переменного тока и т. п. В интерфейс регулятора входят кнопки SB1-SB4 (рис. 3), светодиодные полосы HL1, HL2 и дисплей из шести цифровых семиэлементных индикаторов HG1-HG6 (см. рис. 2). Назначение кнопок следующее:
В любом режиме работы устройства каждая кнопка выполняет только одну функцию (кроме выключения звукового и светового сигналов при включении будильников). Разряды индикации интерфейса имеют следующее назначение (справа-налево по рис. 2):
После включения питания устройство переходит в режим "Часы 1". Чтобы установить текущее время, необходимо нажатием на кнопку SB1 войти в режим "Часы 2" (на индикаторе HG1 должна появиться цифра 1), после чего однократно нажать на кнопку SB4. При этом будет выбран разряд единиц минут (начнет светиться точка h у индикатора HG6). Требуемое значение разряда устанавливают кнопками SB2 и SB3. При следующем нажатии на SB4 выбирается разряд десятков минут (точка h включается у индикатора HG5) и т. д. После установки значения в разряде десятков часов (индикатор HG2) нажимают на кнопку SB4 еще раз, разрешая тем самым счет времени. Для установки значения мощности в канале 1 необходимо кнопкой SB1 выбрать режим работы "Регулятор 1" (на индикаторе HG1 должна светиться цифра 2). Затем кнопкой SB4 выбрать разряд и кнопками SB2 ("Больше") и SB3 ("Меньше) установить требуемое значение мощности. При установке времени в режиме "Часы 2" отсчет текущего времени запрещается, во всех остальных режимах он разрешен. После установки времени будильников 1 и 2 (закончен перебор разрядов кнопкой SB4) зажигаются соответственно световые полосы HL1 и HL2. Светящаяся полоса сигнализирует о том, что установленное время будильника записано в память микроконтроллера (при необходимости его можно перепрограммировать). При совпадении текущего времени с установленным временем в режимах "Будильник 1" и "Будильник 2" на 10 с включается прерывистая звуковая (HА1) и световая (HL1) сигнализация с интервалами включения и выключения 0,5 с. По окончании этого времени включенная световая полоса HL1 гаснет. Рассмотрим основные функциональные узлы регулятора 1 (см. рис. 2). Его основа - микроконтроллер DD1, рабочая частота которого задана генератором с внешним кварцевым резонатором ZQ1 на 10 МГц. На транзисторных оптронах сборки U1 собран датчик сетевого напряжения. Он отслеживает моменты перехода сетевого напряжения через нуль. Выходное напряжение датчика с резистора R8 поступает на вывод 7 микроконтроллера. Канал регулирования мощности 1 собран на симисторе VS1 и оптроне U2 и управляется сигналом с вывода 8 DD1. Нагрузку подключают к соединителю ХP2. Второй канал собран на симисторе VS2 и оптроне U3 и управляется сигналом с вывода 9 микроконтроллера. Нагрузку подключают к соединителю ХP3. Для уменьшения уровня создаваемых регуляторами помех они включены в сеть через сетевые фильтры Z1 и Z2. Динамическая индикация выполнена на микросхемах DD2, DD3, транзисторах VT1 -VT5 и цифровых семиэлементных индикаторах HG1-HG6. Регистр DD2 служит для увеличения числа линий портов микроконтроллера и управляет внутренними исполнительными устройствами: звуковой и световой сигнализацией (соответственно пьезоэлектрическим излучателем HA1 и световыми полосами HL1 и HL2), симис-торными оптронами U4, U5, атакже разрядом на индикаторе HG1. Резисторы R9-R15 ограничивают ток через элементы цифровых индикаторов. Сигнал с выхода 3 (вывод 6) регистра DD2 через резистор R26 периодически (с периодом 1 с) включает и выключает элемент g индикатора HG4 в режимах "Часы 1" и "Часы 2". Сигнал с выхода 4 (вывод 9) регистра DD2 через резистор R27 включает точку h в одном из выбранных индикаторов HG2, HG3, HG5, HG6. Цифровая часть устройства гальванически развязана от сети. Программа микроконтроллера управляет работой электронных часов и обеспечивает реализацию фазоимпульсного управления симисторными регуляторами мощности. Основная задача "часовой" части программы - формирование точных временных интервалов длительностью 1 с - решена с помощью прерываний от таймера TF0. В цикле подпрограммы обработки прерывания таймера TF0 через каждые 80 мкс микроконтроллер опрашивает состояние вывода 7. Счетчики на регистрах R4, R6 подсчитывают число прерываний, и когда оно становится равным определенному значению, текущее время увеличивается на секунду. Корректировка текущего времени происходит каждый час. В данном устройстве за сутки часы отстают примерно на 6 с, в быту это вполне приемлемо. Прерывания от таймера TF0 обеспечивают и динамическую индикацию. Назовем условно байты, которые микроконтроллер периодически (с периодом 3 мс) записывает в свой порт P1 и синхронный регистр DD2 соответственно байтами индикации и состояния. Младшая тетрада байта индикации поступает на вход дешифратора DD3 и определяет значение разряда, а разряды старшей тетрады через транзисторы VT2-VT5 управляют индикаторами HG2, HG3, HG5, HG6 в динамической индикации. Транзистор VT1 и соответственно индикатор HG1 управляются сигналом с вывода 12 регистра DD2. В режимах "Регулятор 1" и "Регулятор 2" индикаторы HG2 и HG3 гасятся. Для гашения индикатора необходимо, чтобы в младшей тетраде байта индикации присутствовал код F. Уровень лог. 0 на выводе 16 микроконтроллера открывает транзистор VT2 и включает индикатор HG2, сигнал такого же уровня на выводе 17 открывает транзистор VT3 и включает индикатор HG3 и т. д. Младшая тетрада представляет собой двоично-кодированное десятичное число и через дешифратор DD3 управляет элементами всех индикаторов, кроме HG4. С включением индикаторов HG2, HG3, HG5, HG6 микроконтроллер опрашивает состояние своего входа INTO (P3.2; вывод 6 DD1). При любой нажатой кнопке SB1-SB4 на этом входе с включением указанных индикаторов присутствует низкий уровень. Таким образом, каждая кнопка блока коммутации "привязана" к "своему" разряду в старшей тетраде байта индикации. Алгоритм работы программы фазоимпульсного регулятора рассмотрим на примере канала 1. Осциллограммы, поясняющие работу регулятора, приведены на рис. 4. В каждом полупериоде сетевого напряжения (рис. 4,а) микроконтроллер запускающим импульсом с вывода 8 длительностью 80 мкс (рис. 4,в) включает симистор VS1 через оптрон U2. Значение мощности в нагрузке, подключенной к соединителю ХP2, зависит от того, как долго симистор включен в течение каждого полупериода сетевого напряжения. Для того чтобы значение мощности в нагрузке увеличивалось с увеличением значения задаваемой мощности на индикаторе устройства, а также для получения дискретности регулирования, равной 1 %, необходимо, чтобы импульс включения симистора смещался (справа-налево по рис. 4,б) с шагом 100 мкс с момента прохождения сетевого напряжения через нуль при увеличении на единицу значения задаваемой мощности на индикаторе устройства.
Запускающий импульс подается с некоторой задержкой относительно момента прохождения сетевого напряжения через "нуль". Моменту перехода соответствует лог. 0 на выводе 7 микроконтроллера (рис. 4,б). Время задержки определяется числом на индикаторе устройства в режиме "Регулятор 1", которое может принимать значение от 0 до 99. Подпрограмма преобразует данное двухразрядное двоично-десятичное число в однобайтное двоичное. Это число загружается в счетчик (регистр R7), который реализует временную задержку. Как уже упоминалось, микроконтроллер опрашивает выход датчика сети каждые 80 мкс. В момент прохождения сетевого напряжения через нуль и происходит запуск счетчика. При изменении кнопкой индицируемого на индикаторе числа в режиме "Регулятор 1" изменяется время задержки включения управляющего импульса на включение симистора VS1. То есть меняются момент включения симистора в каждом полупериоде сетевого напряжения и эффективное напряжение на нагрузке, подключенной к соединителю ХР2. Аналогично работает второй канал устройства, регулирующий мощность в нагрузке, подключенной к соединителю ХP3. Угол регулирования симистора в зависимости оттока нагрузки неодинаковый. Реально в устройстве интервал регулирования мощности 100-ваттной лампы накаливания по индикатору составляет от 18 до 97. Иными словами, можно задать 79 уровней яркости. Это необходимо в тех случаях, когда лампа используется в качестве нагревательного элемента. Для более быстрого изменения яркости (для освещения, как показывает практика, такого большого числа уровней не нужно) можно изменять только старший разряд относительного диапазона регулирования задаваемой мощности. Коротко о программе. В памяти данных микроконтроллера с адреса 2BН по 48Н организован буфер отображения для динамической индикации. Младшая тетрада каждого байта в буфере отображения представляет собой двоично-кодированное десятичное число, которое определяет значение разряда, а старшая тетрада определяет номер разряда в динамической индикации. Таким образом, в каждом байте буфера определено значение числа и его место при выводе на индикацию. По своему функциональному назначению в зависимости от режима работы устройства адресное пространство буфера разбито на шесть функциональных групп:
Каждый байт из функциональной группы цикла в подпрограмме обработки прерывания таймера TF0 выводится в порт P1 микроконтроллера DD1. Старшая тетрада байта индикации представляет собой код "бегущий ноль". Таким образом, записывая в цикле поочередно в порт P1 байты из функциональной группы буфера, мы получаем режим динамической индикации. После записи байта индикации в порт Р1 начинается опрос кнопок. Нажатием на кнопку SB1 единица в регистре R2 сдвигается влево и тем самым задается один из вышеуказанных пяти режимов работы. В регистр R0 записывается первый адрес функциональных групп. Через каждые 3 мс в подпрограмме обработки прерывания регистр R0 инкрементируется. В основной программе происходят счет и коррекция текущего времени, установка времени включения будильников, сравнение текущего времени с временем будильника, включение световых и звуковых сигналов, перевод двухразрядного двоично-десятичного числа (значение уровня задаваемой мощности на индикаторе устройства) в режимах "Регулятор 1" и "Регулятор 2" в однобайтное двоичное для реализации алгоритма фазоимпульсного управления. Разработанная программа на ассемблере занимает около 3,7 кБайт памяти программ микроконтроллера. Каждый из регуляторов и блок коммутации смонтированы на отдельных макетных платах размерами 120x80 мм. При монтаже регуляторов желательно отделить цифровую часть устройства от сетевой. Все резисторы - С2-33Н с мощностью рассеяния 0,125 Вт, но подойдут и любые другие с такой же мощностью рассеяния и допустимым отклонением сопротивления от номинала ±5%. Конденсаторы С1, С4 - оксидные импортные, С2, С3 - керамические К10-17. Между выводами питания (+5 В и общим проводом) микроконтроллера DD1 и регистра DD2 полезно установить блокировочные конденсаторы К10-17 емкостью 0,1 мкФ. В дисплее целесообразно выделить разряд, индицирующий текущий режим работы устройства (индикатор HG1), на фоне остальных разрядов. Поэтому для данного разряда выбран семиэлементный индикатор красного цвета свечения HDSP-F001 (подойдет HDSP-F151); индикаторы HG2-HG6 - зеленого цвета свечения HDSP-F501 (подойдут любые другие с общим анодом и приемлемой яркостью свечения). В индикаторе HG4 для формирования знака "-" используется только сегмент g. Ток через элементы индикаторов определяется нагрузочной способностью дешифратора DD3. Для КР514ИД2 максимально допустимый ток каждого выхода - 22 мА. Световые полосы HL1, HL2 - №-2300EW красного цвета свечения. Ток через каждый канал регулирования мощности ограничен предельно допустимым током 5 А через сетевой фильтр ФС-220 (Z1, Z2). При небольших нагрузках, а также в случае, если требования по уровню помех не очень высоки, сетевые фильтры можно исключить. Нагрузки подключают к устройству через вилки МРW-2 (ответная часть - розетки MHU-2). Вместо них можно применить клеммники ТВ-10-2. Если номинальная мощность нагрузки в канале регулирования превышает 100 Вт, то симистор следует установить на соответствующий теплоотвод. Симистор TIC236M, допустимый ток которого 12 А, позволяет управлять нагрузкой мощностью до 1,5 кВт. Возможная замена - отечественный симистор КУ208Г, однако он обладает значительно худшей чувствительностью: для надежного срабатывания через управляющий электрод этого симистора должен протекать ток не менее 250 мА, поэтому сопротивление резисторов R1 и R3 необходимо уменьшить до 100 Ом. Для нагрузок мощностью до 2 кВт можно использовать симисторы с допустимым током до 16 А, например ^C246N. Целесообразно измерить реальные значения тока управления и удержания применяемых симисторов, чтобы оценить пригодность симистора для работы с конкретной, особенно маломощной нагрузкой. Примененные в устройстве симисторные оптроны S202SE2 фирмы SHARP (U4, U5) могут коммутировать ток до 8 А. Их включение происходит вблизи перехода сетевого напряжения через нуль. Возможно применение оптронов S202S02, а если коммутируемый ток в нагрузке не превышает 2 А, то и S202TO1. Потребление тока от источника питания напряжением 5 В в регуляторах мощности не превышает 80 мА. Конденсатор С1 блока коммутации - оксидный импортный. Галетный переключатель SA1 - ПГ2-12-6П8Н (на шесть положений и восемь направлений). Кнопочные выключатели SB1- SB4 - ПКН125 или подобные. В устройстве не предусмотрено никаких настроек и регулировок, и если монтаж выполнен правильно, а все детали исправны, то оно начинает работать сразу после включения напряжения питания. При проверке каналов регулирования мощности первое включение лучше сделать при небольшой нагрузке, например, с лампой накаливания мощностью 20...30 Вт. Целесообразно сначала проверить канал регулирования мощности 1, а затем 2. Для этого необходимо войти в режим "Регулятор 1" и, изменяя с клавиатуры уровень мощности по индикатору, проконтролировать изменение яркости свечения лампы. Если лампа вообще не включилась, то нужно проконтролировать сигнал с датчика сети (вывод 7 микроконтроллера DD1) - наличие импульсов с уровнем лог. 0 длительностью 1...1,2 мс и периодом 10 мс (рис. 4,б). Автор: С. Шишкин
Лабораторная модель прогнозирования землетрясений
30.11.2025 Музыка как естественный анальгетик
30.11.2025 Алкоголь может привести к слобоумию
29.11.2025
▪ Гаджеты перед сном вредят здоровью ▪ Лондонские автобусы помогут автомобилистам спланировать маршрут ▪ Жидкокристаллическая структура человеческой РНК ▪ Лазер с рекордными показателями стабильности
▪ раздел сайта Охрана труда. Подборка статей ▪ статья Сажать (посадить) в калошу. Крылатое выражение ▪ статья Какие водопады мира входят в первую десятку по среднему расходу воды? Подробный ответ ▪ статья Детектор инфракрасного излучения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники ▪ статья Курдские пословицы и поговорки. Большая подборка
Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте
www.diagram.com.ua |
Смотрите другие статьи раздела 
Последние новости науки и техники, новинки электроники: