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無線電子工学および電気工学の百科事典 実験室用電源用の電流計・電圧計。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
このデバイスは電源で動作するように設計されており、その説明は [1] で公開されていますが、別の同様のユニットに接続することもできます。 ユニットの出力電圧と負荷電流を表示するだけでなく、実験室用電源の信頼性を高め、実際の作業を容易にするいくつかの追加機能も実行します。 提案された電流電圧計（以下、AVM）の主な機能である電源の出力電圧と負荷電流の測定は、説明に従って組み立てられたユニットの電流保護動作の設定閾値を示す機能によって補完されます。 1で]。 これにより、このしきい値を設定するプロセス中にユニットに所定の最大電流を負荷し、コントロールノブの希望の位置を慎重に「キャッチ」する必要がなくなります。 AVM で利用可能なマイクロコントローラは、可変抵抗器 R5 ([1] の図 1 を参照) のエンジンで測定された電圧と電流センサー抵抗器 R13 (同上) の抵抗値から電流しきい値を簡単に計算します。 計算された値は LCD に表示されます。
ユニットの入出力電圧と負荷電流の測定結果に基づいて、負荷電力とユニットの制御トランジスタによって消費される電力の値が計算され、表示されます。 また、このトランジスタのヒートシンクの温度も制御されます。 測定結果に応じて、ヒートシンクに送風するファンが自動的にオン/オフされます。 また、重大な過熱が発生した場合には、電源がネットワークから切断されます。 AVM の追加機能は、ユニットがネットワークに接続されているときに発生する、ユニットに電力を供給する整流器の平滑コンデンサの充電電流のサージを制限することです。 さらに、AVM は自己校正モードを提供します。 デバイスの寸法は、使用されている LCD の寸法をわずかに超えるだけです。 選択した表示モードに応じて、出力電圧 V と負荷電流 A が画面に表示されます (図 1)。 負荷電力、W (図 2)。 電流保護閾値、A (図3); 調整トランジスタのヒートシンクの温度、 оC、それによって消費される電力、W (図 4)。 操作中に現在画面に表示されていないパラメータが変更された場合、その値が画面に表示され、しばらくすると前の表示モードに戻ります。
AVM スキームを図に示します。 5. その主なコンポーネントは、入力分圧器とノイズ抑制フィルター、ADC を内蔵し必要なすべての計算を実行する DD1 マイクロコントローラー、および 1 ビット LCD HGXNUMX です。
AVM は 1 つのボタンを使用して制御されます。 SB1 ボタンは、図に示すリングの周囲の表示モードを切り替えます。 4～2のシーケンス。 SBXNUMX ボタンは、AVM が動作する電源をオンまたはオフにするように設計されています。 マイクロコントローラーに組み込まれている ADC は電源電圧を超えない電圧しか測定できないため、1 つの ADC 入力に分圧器が取り付けられています。 3 つ目は抵抗 R2 と R10 で構成され、電源の出力電圧を 20 分の XNUMX に下げます。 XNUMX 番目の分圧器は抵抗 RXNUMX と RXNUMX で構成され、分周係数は XNUMX です。整流器から電源に供給される電圧を、ADC が許容できる値まで下げます。 この電圧の測定は、制御トランジスタで消費される電力を計算するために必要です。 電流センサー R13 [1] と可変抵抗器 R5 [1] の電圧は ADC に許容される値を超えないため、負荷電流と電流保護しきい値を測定する回路には分周器は必要ありません。 測定された電圧は、カットオフ周波数が約 7 Hz のローパス フィルターを介して、マイクロコントローラーの使用されているすべての ADC 入力に適用されます。 出力電圧測定チャンネル(U)のR4C1です。O)、負荷電流測定チャネルの R5C2 (Iн)、電流保護しきい値を測定するためのチャネルの R6C3 (Iマックス)、温度測定チャンネルの R7C4、整流電圧測定チャンネル U の R9C5バイプル 測定された電圧のリップルに関連する誤差を減らすために必要です。 プログラムによって処理された ADC 演算の結果は、I インターフェイスを介してマイクロコントローラーに接続されている HG1 インジケーターに表示されます。2C.仕様書Iによると、2C、インターフェイス信号出力はオープンコレクタ (ドレイン) である必要があり、プログラムはそれに応じてマイクロコントローラーの PB0 および PB2 ラインを構成します。 それらの負荷は 1 つの抵抗器アセンブリ DRXNUMX です。 同じアセンブリのさらに 1 つの抵抗器は、それらに接続されているボタン SB3 および SB1 が押されていない場合、入力 PB2 および PB10 でハイ レベルを維持します。 それらのいずれかを押すと、対応する入力が Low に設定されます。 マイクロコントローラの入力のハイレベルのリセットは、抵抗 RXNUMX によってサポートされます。 プログラムをメモリにロードするために使用されるマイクロコントローラのピンは、必要に応じてプログラマに接続される X3 コネクタに配線されます。 トランジスタ VT1 は、マイクロコントローラーからの信号により、LCD 画面 HG1 のバックライトを制御します。 測定された信号は、ソケット X1 が取り付けられたフレキシブル ケーブルによって供給されます。 ピンブロック X2 には、ファンの制御や電源の投入、整流器の平滑コンデンサを充電する電流制限回路の制御などの信号が出力されます。 5 V の電源電圧がマイクロコントローラーのピン 5 と 15 に適用されます。 内蔵 ADC はピン 15 から電力を供給されるため、動作への干渉を排除するためにこのピンの回路に L1C9 フィルタが組み込まれています。 コンデンサ C7 を介して、マイクロコントローラが消費する電流のパルス成分が遮断されます。 AVMは両面プリント基板に実装されています（図6）。 取り付ける前に、それを「鳴らして」、導体間に検出されたエッチングされていないジャンパーを削除する必要があります。 AVRファミリのマイコンのプログラミングエラーの場合、従来のシリアルプログラマAVMとの接続が切断される場合が多いため、ボード上にマイコン用のパネルを取り付けることをお勧めします。
自宅で基板の穴をメタライズするのは難しいため、部品のリードを両面から半田付けする必要があります。 この場合、マイコンのパネルはコレットでなければなりません。そうしないと、部品取り付け側からその結論をはんだ付けすることができなくなります。 図の穴に通します。 6 が充填されている場合、メタライゼーションがない場合は、両側に裸線の短い部分を挿入してはんだ付けする必要があります。 中空の銅製リベット（パーカッションキャップ）を基板の穴に挿入し、両面に拡張することでメタライゼーションを行うこともできます。 このようなピストンのセットは、例えば、LPKF EasyContac および BG9.S リベットの商標で販売されていますが、非常に高価です。 基板には、それを取り付けるための穴と、ボタン SB1 と SB2、および図には示されていない別のボタン (SB3 と指定されており、中間リレーを介して [1] の SB1 ボタンとして使用できます) を取り付ける場所があります。 HL1 LED [1]。 SB3 ボタンの接点と LED の出力は、図には示されていない X5 コネクタに接続されています。 必要に応じて、図に従って基板を切断することで、基板の寸法を 65x42 mm に縮小することができます。 6点鎖線。 この場合、ボタン SB1 と SB2 は使いやすい場所に配置され、ワイヤー ハーネスまたはフラット ケーブルで X4 コネクタに接続されます。 分圧抵抗器 (R1-R3、R10) - C2-23 公称値から ±1% の公差。 公称値が 2 kOhm の抵抗器 R191 が見つからない場合は、180 kOhm と 10 kOhm の 1 つの値で構成できます。 残りの抵抗は C4-0,125-1 です。 NTCサーミスタRK57703-B5。 332A1J 抵抗器アセンブリは、公称値 4 kOhm の抵抗器から国内の HP-4-3,3-10M に置き換えることができます。 コンデンサ - セラミック K17-1 または輸入品。 チョークL24 - EC-100 XNUMXuH。 AVM はコネクタ BLD-6 (X1)、PLD-6 (X2)、PLD-10 (X3)、PLS-4(X4、X5) を使用します。 ボタン - 適切なプッシャー長を持つ時計 (TS-A6PS など)。 インジケーター - MT-10T11 [2] (3V0 を除く、任意のアルファベットおよびデジタル インデックス付き)。 このインデックスを持つインジケータは 3 V の電源電圧向けに設計されており、5 V では動作しません。 MT-10T12 インジケーターも機能しますが、サイズが XNUMX 倍になります。 2N7000 電界効果トランジスタは、しきい値電圧が 3 V 以下の他の n チャネル絶縁ゲート トランジスタと置き換えることができます。npn バイポーラ トランジスタも使用できますが、これにより消費電力が増加し、バックライトが低下します。輝度。 ATtiny26-16PU マイクロコントローラを ATtiny26L-PU に置き換えることもできますが、その動作は 8 MHz 以下の水晶共振器周波数で保証されています。 マイクロコントローラ プログラムは Atmel AVR Studio 環境で開発され、アセンブリ言語で書かれています。 独自の AVR ISP mk II プログラマを使用して開発環境から直接マイクロコントローラ メモリにロードすることも、AVReAl プログラム [3] および Altera ByteBlaster アダプタ [4] を使用することもできます。 X3 コネクタのピン割り当ては、この特定のアダプタに対応します。 AVR ファミリのマイクロコントローラに他のプログラマを使用することも除外されません。 avm.hex ファイルのコードはマイクロコントローラーのフラッシュ メモリに入力され、avm.eep ファイルのコードは EEPROM に入力されます。 マイコンの構成は図に対応している必要があります。 7。
プログラム動作アルゴリズムは、周波数 50 Hz の 2,56 つの測定チャネルの周期的なポーリングで構成されます。 電圧チャネルと電流チャネルで測定する場合、ADC の基準電圧は 5 V で、マイクロコントローラに組み込まれた電源から供給されます。 温度を測定する場合は、マイクロコントローラーの電源電圧 (XNUMX V) が代表的です。 ADC 演算の結果はリング バッファに追加されます。リング バッファには 25 個の読み取り値が含まれており、各読み取り値は 5 バイトを占めます (マイクロコントローラーの ADC は 0 ビットです)。 実際、最後の 255 つの測定値の履歴がチャネルごとに保存されます。 各チャネルの測定値の変動を減らすために、最後の 0,1 つの測定値の平均が計算されます [0,01]。 処理後の電流と電圧の値は 25,5 ～ 2,55 の範囲の整数で表され、電圧の最下位桁の値は XNUMX V、電流は XNUMX A です。 したがって、電圧の測定限界はと電流はそれぞれ XNUMX V と XNUMX A です。 電源 [1] の入力における整流された電圧の値はインジケーターには表示されませんが、この電源によって消費される電力を計算するために使用されます。 ADC パラメータと分圧器抵抗の広がりを考慮した各チャネル (温度チャネルを除く) の補正係数は、マイクロコントローラの EEPROM に保存されます。 デフォルトでは、それらはすべて 1 に等しいですが、自己校正手順の結果、0/2 ずつ増分で 1 から 64-1/64 までの値を取ることができます。 温度は -55 ～ +125 °C の値を取ることができ、LCD には摂氏全体で表示されます。 これを計算するには、ADC 演算の結果のテーブル変換が使用されます。 測定された温度値が 45 を超える場合 оC、40未満の場合、ファンをオンにするコマンドが生成されます。 оC、ファンはオフになっています。 温度が90度を超える場合 о電源が緊急停止すると、LCD に「過熱」という文字が表示されます。 自己校正モードを開始するには、SB2 ボタンを使用して電源オフの信号を送り (AVM はオンのまま)、次に SB1 ボタンを押し、それを押したままもう一度 SB2 を押します。 その後、次の例の電圧が X1 AVM コネクタに印加されます。入力 U にバイプル (ピン 6) - 40 V、入力 UO (続き 1) - 20 V、入力 I へн(続き 2) そして私マックス (ピン 5) - 0,5 V。これは、In = 13 A での電流センサー ([1] の R2) の電圧降下に相当します。電圧 7 IN。 校正中、チャネルはインジケーターに左端の文字で表示されます。U - 出力電圧、I - 負荷電流、L - 保護動作電流、t - 温度、r - 整流器電圧。 たとえば、出力電圧チャネルを校正する前に、図に示す銘板が表示されます。 8.
SB1 ボタンを押すと、校正対象のチャンネルが 2 つずつ選択され、SB2 を使用して、選択したチャンネルの校正プロセスが開始されます。 「保存済み」という文字は、完了と結果の EEPROM への書き込みを通知し、さらに 1 秒後に、選択した係数を使用して計算された対応するパラメーターの値がインジケーターに表示されます。 その後、SB2 ボタンを押して次のチャンネルに移動するか、SBXNUMX ボタンを押して前のチャンネルのキャリブレーションを繰り返すことができます。 出力電圧の値をインジケーターに表示することにより、AVM は電流センサーの両端の電圧降下を考慮し、それを測定結果から差し引きます。 したがって、キャリブレーションが完了すると、AVM 入力からの基準電圧が除去され、19,5 V (基準電圧 0,5 V より 20 V 低い) および 2 A (電流センサーの電圧降下 0,5 V に相当) になります。 。 AVM は、図に示すスキームに従って電源ユニット [1] に接続されます。 9. ブロックの説明によると、抵抗 R13 は、公称値 1 オームの 0,33 つの 0,25 ワットの抵抗が並列に接続されて構成されており、抵抗値は XNUMX オームです。 同じ抵抗をもう XNUMX つ追加して、合計抵抗を XNUMX オームに下げる必要があります。 これにより、AVM マイクロコントローラーによって実行される計算が簡素化されます。
同じ図は、スイッチオン後に平滑コンデンサを充電するための電流制限ユニットを備えた、変圧器 T1 およびダイオード VD1 ～ VD4 上の電源の入力電圧源として機能する整流器を示しています。 トランジスタ VT1 を開く信号と同時に動作するため、リレー K1 の動作と変圧器の主巻線への主電源電圧の供給につながります。マイクロコントローラは、フォトカプラ U1 のフォトトランジスタを開く信号も送信します。 。 その結果、ユニットの電源が入った後もトランジスタ VT2 は閉じたままとなり、整流器の平滑コンデンサの充電電流はそれを制限する抵抗 R5 を流れます。 AVM マイクロコントローラー プログラムは、これらのコンデンサーの両端の電圧変化率を監視します。 十分に減少すると（これはコンデンサがほぼ完全に充電されることを意味します）、フォトカプラ U1 のフォトトランジスタを開く信号は除去されます。 その結果、トランジスタＶＴ２のゲート・ソース間電圧が増加する。 ドレイン-ソースチャネルが開きます。 オープンチャネルの抵抗はわずか 2 オームであるため、抵抗 R0,018 を流れる目立った電流はもう流れず、デバイスのその後の動作には影響しません。 トランス T1 - TTP-60 2x12 V。ブリッジ整流器を組み立てるショットキー ダイオード 90SQ045 は、1N5822 に置き換えることができます。 AVM 自体は、電圧 2 V の別個の電源 U5 から電力を供給されます。その主な要件はリップルを最小限に抑えることです。 マイクロコントローラーは 20 mA 以下を消費し、インジケーターのバックライトは約 100 mA を消費します。リレー K100 (TRIL-1VDC-SD-5CM) にはさらに 2 mA が必要です。 Sprint Layout 5.0 形式の AVM プリント基板ファイルとそのマイクロコントローラー プログラムは、ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/02/avm.zip からダウンロードできます。 文学
著者: V. リバコフ
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