電源を測定および保護するためのモジュール。スキーム、説明

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電源を測定および保護するためのモジュール。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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提案されたモジュールは、確立された制限を超える電圧および電流から負荷を保護するために、実験室用電源と組み合わせて使用できます。

このようなデバイスの説明は繰り返し発表されており、その一例として、記事「測定機能を備えた高度なデジタル保護デバイス」(「Radio」、2007 年、No.7、26 ～ 28 ページ、著者 N. Zaets) があります。この目的のデバイスは、16 桁の 873 要素 LED インジケータを備えたマイクロコントローラ PIC8535F8 上にあります。対照的に、提案されたモジュールは、ATmega16L-XNUMXPU マイクロコントローラーと、それぞれ XNUMX 文字の XNUMX 行を含む LCD に基づいています。

当初はプリアンプ内蔵マイコンのADCの差動入力を利用して電流を測定しようと考えていました。しかし、このテストでは、そのような測定が不安定であることが明らかになりました。電流測定ユニットでのオペアンプの使用も、同じ理由で不適切であることが判明しました。電流センサー抵抗器の抵抗値が比較的高い XNUMX つの ADC チャネルで電流を測定するための妥協的なオプションが選択されました。

最初のチャンネルは、抵抗 0,5 オームの電流センサーを使用し、1 mA の分解能で最大 10 A の電流を測定します。 5 番目のチャネルは、抵抗 0,1 オームの電流センサーを使用して、0,05 A の分解能で最大 0,1 A の電流を測定できます。このデバイスは、XNUMX V の分解能で電圧を測定します。

保護応答時間は主に ADC クロック周波数 (125 kHz) に依存します。オシロスコープを使用して計算および確認すると、アナログからデジタルへの変換にかかる時間は 110 μs です。マイクロコントローラーは、電圧と電流の両方を測定するために、220 μs にスイッチングコマンドの実行の合計時間を加えた時間を費やします。マイクロコントローラーのクロック周波数が 8 MHz の場合、これらは 3,7 μs で完了します。

インジケーターに情報を表示する手順は、保護の応答時間の短縮に貢献する可能性があります。プログラムは、0,28 秒ごとにアクセスします (TimeDisp 定数で指定)。情報の出力には 4 ミリ秒かかります (オシロスコープで測定)。時間は XNUMX つのカウンタによってカウントされ、最初のカウンタは各測定サイクルでプログラムによってインクリメントされ、XNUMX 番目のカウンタは最初のカウンタのオーバーフローをカウントします。秒カウンタの内容が上記の定数に達すると、インジケーターに情報が表示されます。

インジケーターのサービス時間中に緊急事態が発生する確率は、インジケーターへの呼び出し時間が長くなるほど減少します。最小限の応答遅延が必要な場合は、プログラムがインジケーターにアクセスすることを禁止する必要があります。このようなモードが設けられている。

このデバイスは、64 つのボタン、スイッチ、ボタン付きエンコーダーを使用して制御されます。エンコーダを使用すると、マイクロコントローラへの情報の入力が簡素化されます。 XNUMX の慣れ度を示すインジケーターにより、ユーザーにデバイスのステータスを知らせる可能性が大幅に高まります。

プログラムのボリュームが比較的大きいのは、インジケーターに表示される多数のメッセージテキストがプログラム内に存在するためです。視覚的な情報の表示に加えて、保護動作を知らせる音響信号もあります。

プログラムの 4 つのバージョンが記事に添付されています。最初のもの (ソーステキスト Modul-P&M4.asm、ブートファイル Modul-P&MXNUMX.hex) は、保護動作しきい値の設定値をマイクロコントローラーの不揮発性メモリに保存することを提供しません。電源がオンになるか、マイクロコントローラーが強制的にリセットされた後、このプログラムは比較レジスタに最大許容値を書き込みます。

プログラムの XNUMX 番目の亜種 (ソースコード Modul-P&M-EP.asm、ブートファイル Modul-P&M-EP.hex) では、電源がオフになったときに、設定されたしきい値が EEPROM に保存されます。次回電源を入れると、プログラムによってそれらが復元されます。

モジュール図を図に示します。 1. 第 12 の電流測定チャネルは抵抗器、電流センサー R14、R16、トリマー抵抗器 R1、および ADC ADC11 の非対称入力によって形成され、第 13 の電流測定チャネルは抵抗器 R15、R3、トリマー抵抗器 R2、および ADC ADC18 の非対称入力によって形成されます。最初のチャネルの負荷は、保護されたソースの正端子と「-out.17」端子の間に接続され、4 番目のチャネルの負荷は、同じソース端子と「-out.XNUMX」端子の間に接続されます。「+U」端子からの電源電圧の一部は、定抵抗器 RXNUMX とトリマ抵抗器 RXNUMX で形成された分圧器を介して、測定のために ADCXNUMX ADC の不平衡入力に供給されます。

米。 1. モジュール図 (クリックして拡大)

トリマー抵抗器 R15 ～ R17 は、標準機器を使用して HG1 インジケータの電圧と電流の読み取り値を設定する場合に使用されます。必要に応じて負荷と制御されたソースを切断する各トランジスタスイッチは、強力な電界効果トランジスタとそれを制御するバイポーラトランジスタで構成されます。ここでは、しきい値電圧が 2 ... 5 V の電界効果トランジスタを使用できます。

電源投入時(初期状態への設定時)にHL1 LEDが短時間点滅するのは、その後しばらくマイコン出力がハイインピーダンス状態になるためです。その結果、プラス電源回路 - HL1 LED - 抵抗 R2、R7 - エミッタ接合 VT4 - ダイオード VD3 - 共通線 (チャンネル 1 用) を介して電流パルスが流れます。同様の理由で、HL2 LED も点滅します。

モジュールが動作しているときは、オンになっているチャンネル (チャンネル 1 - HL1、チャンネル 2 - HL2) と同時に対応する LED が点灯します。

エンコーダ S1 は、電流および電圧保護のしきい値を設定するために使用されます。電圧または電流による保護動作を音声で知らせます。このために、VT5トランジスタと電磁音エミッタHA1に基づくアンプからのノードが機能します。

LCD HG1 は、マイクロコントローラーのポート B のラインによって形成される XNUMX ビットデータバスで動作します。プログラムは、その画面に、電圧と電流の測定値、デバイスの動作モードに関する情報を表示します。

電源が投入されるか、マイクロコントローラがリセットされると、モジュールはスタンバイモードに入ります。両方のチャネルが閉じられており、電圧と電流は測定されません。安定化電圧源を端子「+U」および「-izh」に接続し、負荷を端子「+U」および「-out1」に接続します。 SB3 ボタンを押して最初のチャンネルを選択したら、トリマー抵抗器 R16 および R17 を使用して、モジュールと基準電流計および電圧計の読み取り値を一致させます。 SB2ボタンを押すとスタンバイモードに戻ります。

次に、負荷をチャンネル 2 (端子「+U」および「-out.2」) に接続し、SB4 ボタンを押して 15 番目のチャンネルを選択し、LCD と基準電流計の読み取り値と一致するようにトリマー抵抗 RXNUMX を調整します。

エンコーダボタンを押して選択し、電圧および電流の保護しきい値を設定します。エンコーダを回転させ、SB6 (チャネル 1) または SB7 (チャネル 2) ボタンを押して、チャネルの 1 つに希望の電流しきい値を設定し、この値をマイクロコントローラの比較レジスタに書き込みます。プログラムは、チャネル 1 で 5 A を超える保護しきい値の設定を禁止しており、これを行おうとすると、対応する警告が LCD に表示されます。 SBXNUMX ボタンを押すと、過電圧保護しきい値が比較レジスタに書き込まれます。

すべてのしきい値を記録した後、SB2 ボタンを押してモジュールをスタンバイモードに戻します。電圧と電流の設定されたしきい値を超えて、保護の動作を確認します。トリガーされると音声信号が発せられ、イベントに関する情報が LCD に表示されます。同時に、トリガが発生したチャンネルの LED が消灯します。

保護がトリガーされた後、さらなるアクションの 2 つのオプションが可能です。SBXNUMX ボタンを押してスタンバイモードに戻るか、エンコーダーボタンを押してしきい値設定モードに入ります。 XNUMX 番目のケースでは、比較レジスタの現在の値がエンコーダサービスルーチンで使用されるレジスタにコピーされ、新しい値のインストールが高速化されます。

モジュールの動作モードでは、ボタンSB5〜SB7を押すと、スイッチがオンになっているチャンネルの電圧または電流の現在値を最下位桁のXNUMX単位ずつ増加させて比較レジスタに書き込むことができます。

高速保護スイッチSA1を有効にし、電圧、電流、しきい値の必要な値を事前設定します。関連情報が LCD に表示されます。

モジュールのプリント基板を図に示します。 2、その上の要素の配置 - 図。 3. ボタン、エンコーダ、LED、LCD、電源を接続するためのすべてのパッドは、ボードの端に 2,54 mm のピッチで配置されています。必要に応じて、オスのマルチピンコネクタを介して外部コンポーネントと電源を接続できます。消費電流が大きい (最大 220 mA) ため、インジケータのバックライトには SA2 スイッチを介して電源から直接電力が供給されます。コントラスト調整抵抗 R20 をケース壁の 1 つに配置することをお勧めします。 XNUMX 番目のチャネルの負荷電流が流れるプリント導体の部分は、直径 XNUMX mm のワイヤをはんだ付けして強化する必要があります。

電源測定および保護モジュール
米。 2.モジュール回路基板

電源測定および保護モジュール
米。 3.ボード上の要素の位置

基板上には、必要に応じてトランジスタ VT1 および VT2 用のヒートシンクを取り付けるのに十分なスペースがあります。 ATmega8535L-8PU マイクロコントローラは ATmega8535-16PU または PI インデックスを備えた同じファミリの 16400 つと置き換えることができ、DV-1S1604F-BLY-H/R LCD は WH-0066A-YGH-CT または別の Russified と置き換えることができます。 KS0905Uと互換性のあるコントローラを使用した1212系統。 HC1F 電磁サウンドエミッタの代わりに、HCM2A を使用できます。図に示されている GS3A ダイオード (VD1 および VD4001) は、表面実装バージョンの XNUMXNXNUMX ダイオードの類似品です。

トリマー抵抗器 R15-R17 - 3266 ～ 100 オーム (R500、R15) および少なくとも 16 オーム (R500) の抵抗を持つマルチターン輸入 17W。チューニング抵抗を、試運転中に選択した XNUMX つの固定抵抗からの分圧器に置き換えることができます。

抵抗 R12、R14 - MOH-0,5。輸入された CF-50 または CF-100 と置き換えることができます。抵抗 R11、R13 - 電力 3 ワットの SQP。 5A の電流制限は、これらの抵抗が電流が高くなると過熱しすぎるために発生します。巻線型のKNP-500やKNP-600などのより強力なものに交換することで、プログラムを変更することなく9,9Aまでの電流を測定することが可能です。

モジュールに電力を供給するために、作者はビデオプレーヤーからの変圧器電源を使用しました。電圧 + 12 V は、積分電圧レギュレータ +5 V の入力から除去されます。

このモジュールは 300 W のコンピュータ電源ユニットのケースに組み込まれており、ケースの古い内容物はすべて取り外され、背面の壁が切り取られています。その残骸はフレームを形成しており、モジュールの新しいプラスチック製フロントパネルが M3 ネジで取り付けられています。このパネルから見た図を図に示します。 4.

電源測定および保護モジュール
米。 4. モジュールの外観

マイクロコントローラプログラムは AVR Studio 4 開発環境で作成されており、8535 MHz の周波数で内部 RC 発生器と動作する ATmega8L マイクロコントローラの構成はテーブルに一致する必要があります。

テーブル

カテゴリ	コンプ。	カテゴリ	コンプ。
S8535C	1	ボッドレベル	1
WDTON	1	ボーデン	1
スパイ	0	SUT1	1
スキップ	1	SUT0	0
保存	1	CKSEL3	0
ブーツZ1	0	CKSEL2	1
ブーツZQ	0	CKSEL1	0
起動する	1	CKSEL0	0

仕事で80年代に製造された可変電源を使用しているのですが、P210調整トランジスタが過熱して出力電圧が上昇するケースがあります。これは、説明した保護モジュールと併用した場合にも発生しました。モジュールは期待どおりに動作し、電圧がオフになり、音と光の信号が発せられ、LCD に関連情報が表示されました。

マイクロコントローラプログラムは、ftp：//ftp.radio.ru/pub/2016/10/modul.zipからダウンロードできます。

著者: N. サリモフ

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