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無線電子工学および電気工学の百科事典 12チャンネルのフェーズパワーレギュレータ。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
この記事では、89 ビット AT4051C24-1,15PU マイクロコントローラに基づくマルチチャネル位相コントローラについて説明します。 このデバイスには、スイッチング ユニットと XNUMX つの位相レギュレータが含まれており、それぞれが XNUMX kW の電力で XNUMX つの負荷を制御できます (適用されるネットワーク フィルタの能力によって制限されます)。 さらに、各デュアル レギュレータはリアルタイム クロックを備えています。 この装置はアクセス可能な要素ベースで作られており、平均的な資格を持つアマチュア無線家であれば複製することができます。 12 チャンネル位相レギュレータのブロック図を図に示します。 1. ここで、A1 ～ A6 は、回路、設計、および動作アルゴリズムが同一の 1 チャネル位相電力レギュレータです。 S2 はスイッチング ユニットで、電力を調整し、現在時刻と 3 つのアラームの応答時間を設定するために使用されます。 XNUMX つの XNUMX チャネル電力レギュレータの回路図を図に示します。 XNUMX、およびスイッチングブロック - 図。 XNUMX.
スイッチングユニットのソケット XS1-1 ～ XS1-6 は、レギュレータ 4 ～ 1 の XP6 プラグを接続するように設計されています。 各レギュレータには XNUMX つの独立した位相レギュレータがあり、さらに電子時計の機能も実装されています。 レギュレータとその機能については、以下で詳しく説明します。 スイッチング ユニットのスイッチ SA1 には 1 つのポジションがあります。 「1」の位置に設定されている場合、SB4 ～ SB1 ボタンはコントローラー 2 に接続され、このコントローラーのパラメーターを設定できます。 したがって、「2」の位置に設定すると、コントローラ XNUMX などのパラメータを設定できます。 レギュレーター 1 (SA1 - 位置「1」) の動作を詳しく考えてみましょう。 このデバイスには次の機能があります。 -位相パルス調整のXNUMXつの独立したチャネル。 - 時分モード (「クロック 24」モード) の 2 桁ディスプレイに XNUMX 時間形式で現在時刻を表示します。 -現在の時刻とその調整を設定します。 - 分 - 秒モード (「時計 1」モード) で動作します。 - 5 つの目覚まし時計。トリガーされると、コネクタ XP6 と XP10 にそれぞれ接続されている負荷 (テレビ、ラジオ、電気ヒーターなど) がオンになり、繰り返し周波数 1 の断続的な光と音のアラームが XNUMX 秒間発生します。 Hz; - 各正時の初めに短い（持続時間 1 秒）ビープ音信号を発し、アラームが鳴った瞬間にボタンで光と音のアラームを強制的にオフにします。 したがって、「時計 1」、「時計 2」、「ノブ 1」、「ノブ 2」、「アラーム 1」、「アラーム 2」の 1 つの動作モードが用意されています。 2 つの独立した電力コントローラーがそれぞれシミュレーター VS0 と VS99 に組み込まれています。 電力調整はトライアックの位相パルス制御によって行われます。 各チャネルの出力電力制御間隔は、XNUMX ～ XNUMX の相対単位で設定されます。もちろん、位相パルス制御レギュレータはノイズを生成しますが、実装が簡単で、白熱灯、ヒーターなどの負荷の電力を制御できます。 、AC誘導モーターなど コントローラのインターフェースには、ボタン SB1 ～ SB4 (図 3)、LED ストリップ HL1、HL2、および 1 つのデジタル 6 要素インジケータ HG2 ～ HGXNUMX (図 XNUMX を参照) のディスプレイが含まれています。 ボタンの目的は次のとおりです。
デバイスのどの動作モードでも、各ボタンは 2 つの機能のみを実行します (アラームがオンになっているときに音と光の信号をオフにすることを除く)。 インターフェイス表示ビットには次の目的があります (図 XNUMX の右から左へ)。
電源投入後、クロック 1 モードになります。 現在時刻を設定するには、SB1 ボタンを押して「時計 2」モードに入り (HG1 インジケーターに数字 1 が表示されるはずです)、SB4 ボタンを 6 回押します。 この場合、分桁が選択されます（HGXNUMXインジケーターのh点が点灯します）。 必要な吐出量はボタンSB2、SB3で設定します。 次に SB4 を押すと、十の位が選択されます（HG5 インジケーターの h 点が点灯）。 十の位（HG2 インジケーター）の値を設定した後、再度 SB4 ボタンを押すと、時間を計測できるようになります。 チャンネル 1 の電力値を設定するには、SB1 ボタンを使用して「レギュレーター 1」動作モードを選択します (HG1 インジケーターの数字 2 が点灯します)。 次に、SB4 ボタンを使用して放電を選択し、SB2 (「More」) ボタンと SB3 (「Less」) ボタンを使用して必要な電力値を設定します。 「時計 2」モードで時刻を設定する場合、現在時刻のカウントは禁止され、それ以外のモードではカウントが可能になります。 アラーム 1 と 2 の時刻を設定すると (SB4 ボタンで桁の選択が完了します)、ライト ストリップ HL1 と HL2 がそれぞれ点灯します。 発光ストリップは、設定されたアラーム時間がマイクロコントローラーのメモリに記録されたことを示します (必要に応じて再プログラムできます)。 「アラーム 1」および「アラーム 2」モードで現在時刻が設定時刻と一致すると、10 秒間隔で断続音 (HA1) と光 (HL1) のアラームが 0,5 秒間作動します。 この時間が終了すると、オンになっていたライト ストリップ HL1 が消えます。 レギュレーター 1 の主な機能ユニットを考えてみましょう (図 2 を参照)。 その基礎となっているのは DD1 マイクロコントローラーで、その動作周波数は外部水晶共振器 ZQ1 を備えたジェネレーターによって 10 MHz に設定されます。 主電源電圧センサーは、アセンブリ U1 のトランジスタ フォトカプラに組み込まれています。 主電源電圧がゼロと交差する瞬間を監視します。 抵抗器 R8 からのセンサーの出力電圧は、マイクロコントローラーのピン 7 に供給されます。 電力制御チャネル 1 はトライアック VS1 とフォトカプラ U2 で組み立てられ、DD8 のピン 1 からの信号によって制御されます。 負荷はコネクタ XP2 に接続されます。 2 番目のチャネルはトライアック VS3 とフォトカプラ U9 で組み立てられ、マイクロコントローラーのピン 3 からの信号によって制御されます。 負荷はコネクタ XP1 に接続されます。 レギュレータによって生成される干渉のレベルを低減するために、レギュレータはネットワーク フィルタ Z2 および ZXNUMX を介してネットワークに組み込まれます。 動的表示は、超小型回路 DD2、DD3、トランジスタ VT1 ～ VT5、およびデジタル 1 要素インジケータ HG6 ～ HG2 で行われます。 レジスタ DD1 は、マイクロコントローラのポート ラインの数を増やし、内部アクチュエータを制御します。音と光のアラーム (それぞれ、圧電エミッタ HA1、ライト ストリップ HL2 および HL4)、トライアック フォトカプラ U5、U1、および HG9 インジケータの放電です。 抵抗 R15 ～ RXNUMX は、デジタル インジケータ要素を流れる電流を制限します。 レジスタ DD3 の出力 6 (ピン 2) からの信号は、抵抗 R26 を介して、「クロック 1」および「クロック 4」モードで HG1 インジケータの要素 g を周期的に (2 秒周期で) オンおよびオフにします。 レジスタ DD4 の出力 9 (ピン 2) からの信号が抵抗 R27 を介して、選択されたインジケータ HG2、HG3、HG5、HG6 の XNUMX つの点 h をオンにします。 デバイスのデジタル部分はネットワークから電気的に絶縁されています。 マイクロコントローラー プログラムは電子時計の動作を制御し、トライアック電力レギュレーターの位相パルス制御の実装を保証します。 プログラムの「クロック」部分の主なタスク、つまり 1 秒続く正確な時間間隔の形成は、TF0 タイマーからの割り込みを使用して解決されます。 TF0 タイマ割り込み処理ルーチンの周期では、マイコンは 80 μs ごとに 7 番ピンの状態をポーリングします。レジスタ R4、R6 のカウンタが割り込み回数をカウントし、一定値になると現在時間が 6 ずつ増加します。 0番目。 現在時刻はXNUMX時間ごとに修正されます。 このデバイスでは、時計は XNUMX 日あたり約 XNUMX 秒遅れますが、日常生活ではこれはまったく許容範囲です。 TFXNUMX タイマーからの割り込みも動的に表示します。 マイクロコントローラーがポート P3 と同期レジスタ DD1 に定期的に (2 ミリ秒の周期で) 書き込むバイトを、それぞれ表示バイトとステータス バイトと呼びます。 指示バイトの下位 3 進数はデコーダ DD2 の入力に供給されて桁の値を決定し、上位 5 進数の桁はトランジスタ VT2 ～ VT3 を介して動的表示のインジケータ HG5、HG6、HG1、HG1 を制御します。 。 トランジスタ VT12 とそれに応じてインジケータ HG2 は、レジスタ DD1 のピン 2 からの信号によって制御されます。 「コントローラー 2」および「コントローラー 3」モードでは、HGXNUMX および HGXNUMX インジケーターが消灯します。 インジケータを消灯するには、インジケータバイトの下位にコード F が存在する必要があります。 レベルログ。 マイクロコントローラーのピン 0 の 16 はトランジスタ VT2 を開き、HG2 インジケータをオンにします。ピン 17 の同じレベルの信号はトランジスタ VT3 を開き、HG3 インジケータをオンにします。などです。低四進数は 3 進数でコード化された 4 進数で、 DD2 デコーダを通じて、HG3 を除くすべてのインジケーターの要素を制御します。 HG5、HG6、HG3.2、HG6 インジケータがオンになると、マイクロコントローラーは INTO 入力 (P1; DD1 のピン 4) の状態をポーリングします。 SBXNUMX ～ SBXNUMX ボタンが押されるたびに、この入力には低レベルが存在し、表示されたインジケーターがオンになります。 したがって、スイッチングユニットの各ボタンは、表示バイトの上位の「独自の」桁に「結び付けられ」ます。 チャンネル 1 の例を使用して、位相パルス調整器プログラムの動作アルゴリズムを考えてみましょう。調整器の動作を説明するオシログラムを図に示します。 4. 主電源電圧の各半サイクル（図 4、a）で、マイクロコントローラーはピン 8 からの 80 μs の期間のトリガー パルスでフォトカプラ U4 を介してトライアック VS1 をオンにします（図 2、c）。 。 コネクタ XP2 に接続された負荷の電力値は、主電源電圧の各半サイクル中にトライアックがオンになる時間によって異なります。 デバイスインジケータの設定電力の値が増加するにつれて負荷の電力値が増加し、1％に等しい制御離散性を得るには、トライアックのターンオンパルスを（から）シフトする必要があります。図 4,b) の右から左へ、主電源電圧がゼロを通過した瞬間から 100 μs 刻みで、デバイスのインジケーターの設定電力の値が XNUMX ずつ増加します。
トリガパルスは、主電源電圧が「ゼロ」を通過する瞬間に対して一定の遅延をもって供給されます。 遷移の瞬間がログに相当します。 マイクロコントローラーのピン 0 は 7 (図 4b)。 遅延時間は、「レギュレーター 1」モードのデバイスインジケーターの数値によって決まります。数値は 0 ～ 99 の値をとることができます。サブルーチンは、この 7 桁の 80 進 1 進数を 1 バイトの 2 進数に変換します。 この数値はカウンタ (レジスタ R3) にロードされ、時間遅延が実現されます。 すでに述べたように、マイクロコントローラーは XNUMX μs ごとにネットワーク センサーの出力をポーリングします。 主電源電圧がゼロを通過すると、カウンターが開始します。 「レギュレータXNUMX」モードでボタンを押すとインジケーターに表示される数字が変化し、トライアックVSXNUMXをオンするための制御パルスがオンするまでの遅延時間が変化します。 つまり、主電源電圧の各半サイクルでトライアックがオンになる瞬間と、XPXNUMX コネクタに接続された負荷の実効電圧が変化します。 デバイスの XNUMX 番目のチャネルも同様に動作し、XPXNUMX コネクタに接続された負荷の電力を調整します。 負荷流出に応じたトライアックの調整角度は同じではありません。 実際、この装置では、インジケーターによる 100 ワットの白熱灯の電力制御間隔は 18 ～ 97 です。つまり、79 段階の明るさを設定できます。 これはランプを発熱体として使用する場合に必要です。 明るさをより迅速に変更するには (練習でわかるように、照明の場合はそれほど多くのレベルは必要ありません)、設定電力の制御の相対範囲の最上位桁のみを変更できます。 プログラムについて簡単に。 動的表示用の表示バッファは、マイクロコントローラのデータメモリのアドレス 2BN ～ 48H に構成されています。 表示バッファ内の各バイトの最下位 XNUMX 進数は、桁値を決定する XNUMX 進化 XNUMX 進数であり、最上位 XNUMX 進数は動的表示の桁数を決定します。 したがって、バッファの各バイトで、数値の値と表示されるときのその位置が決定されます。 機能的目的に従って、デバイスの動作モードに応じて、バッファ アドレス空間は XNUMX つの機能グループに分割されます。
タイマ割り込みルーチン TF0 のループ関数グループの各バイトは、マイクロコントローラ DD1 のポート P1 に出力されます。 指示バイトの最上位四進数はランニング ゼロ コードです。 したがって、サイクル内でバッファ機能グループからバイトを 1 つずつポート P1 に書き込むことによって、動的表示モードが得られます。 指示バイトをポート P1 に書き込んだ後、ボタンのポーリングが開始されます。 SB2 ボタンを押すと、レジスタ R0 の単位が左に移動し、上記の 3 つの動作モードのいずれかが設定されます。 機能グループの最初のアドレスがレジスタ R0 に書き込まれます。 割り込み処理サブルーチン内で XNUMX ミリ秒ごとに、レジスタ RXNUMX がインクリメントされます。 メインプログラムでは、現在時刻をカウントして修正し、目覚まし時計をセットし、現在時刻と目覚まし時計の時刻を比較し、光と音の信号を点灯し、1 桁の 2 進数と XNUMX 進数を変換します ( 「レギュレータ XNUMX」および「レギュレータ XNUMX」のデバイス インジケータ上の設定電力レベルの値）を XNUMX バイトのバイナリに変換して、位相パルス制御アルゴリズムを実装します。 開発したアセンブラプログラムは、マイコンプログラムメモリの約3,7kバイトを占有します。 各レギュレータとスイッチング ユニットは、120x80 mm の別々のブレッドボードに取り付けられています。 レギュレータを設置するときは、デバイスのデジタル部分をネットワーク部分から分離することをお勧めします。 すべての抵抗器は、損失電力が 2 W の C33-0,125N ですが、同じ損失電力と公称値からの許容抵抗偏差が ±5% である他の抵抗器も適しています。 コンデンサ C1、C4 は輸入酸化物、C2、C3 はセラミック K10-17 です。 マイクロコントローラ DD5 とレジスタ DD1 の電源端子 (+2 V と共通線) の間に、容量 10 μF のブロッキング コンデンサ K17 ～ 0,1 を取り付けると便利です。 ディスプレイでは、デバイスの現在の動作モードを示す数字 (HG1 インジケーター) を他の数字の背景に対して強調表示することをお勧めします。 したがって、このカテゴリでは、001 要素の赤色インジケータ HDSP-F151 が選択されました (HDSP-F2 が適しています)。 インジケーター HG6-HG501 - 緑色 HDSP-F4 (共通のアノードと許容可能な明るさを備えた他のインジケーターでも十分です)。 HG3 インジケーターでは、g セグメントのみが「-」記号の形成に使用されます。 インジケーター要素を流れる電流は、DD514 デコーダーの負荷容量によって決まります。 KR2ID22の場合、各出力の最大許容電流は1mAです。 ライトストリップHL2、HL2300 - No.-XNUMXEW レッド。 各電力制御チャネルを流れる電流は、FS-5 ネットワーク フィルタ (Z220、Z1) を介して最大許容電流 2 A に制限されます。 軽負荷の場合、またノイズ レベルの要件がそれほど高くない場合は、ライン フィルタを省略できます。 負荷は MPW-2 プラグ (対応するものは MHU-2 ソケット) を介してデバイスに接続されます。 代わりに、TV-10-2 端子台を使用できます。 制御チャネルの定格負荷電力が 100 W を超える場合は、トライアックを適切なヒートシンクに取り付ける必要があります。 TIC236M トライアックの許容電流は 12 A で、最大 1,5 kW の負荷を制御できます。 代替品として国産のトライアック KU208G がありますが、感度が大幅に悪くなります。信頼性の高い動作のためには、このトライアックの制御電極に少なくとも 250 mA の電流を流す必要があるため、抵抗器 R1 と R3 の抵抗を 100 に下げる必要があります。オーム。 最大 2 kW の電力を持つ負荷の場合、許容電流が最大 16 A のトライアック (^C246N など) を使用できます。 特定の、特に低電力負荷での動作に対するトライアックの適合性を評価するために、使用されるトライアックの制御電流と保持電流の実際の値を測定することをお勧めします。 このデバイスで使用されている SHARP のトライアック フォトカプラ S202SE2 (U4、U5) は、最大 8 A までの電流を切り替えることができます。これらは主電源電圧のゼロクロス付近でオンになります。 フォトカプラ S202S02 を使用することができます。負荷のスイッチ電流が 2 A を超えない場合は、S202TO1 を使用します。 電力レギュレータの 5 V 電源からの消費電流は 80 mA を超えません。 スイッチングユニットのコンデンサC1は輸入酸化物です。 ガレットスイッチ SA1 - PG2-12-6P8N (1 ポジション、4 方向)。 押しボタンスイッチ SB125-SBXNUMX - PKNXNUMX または類似品。 このデバイスには設定や調整はありません。設置が正しく行われ、すべての部品が正常に動作していれば、電源電圧をオンにするとすぐに動作を開始します。 電力制御チャネルをチェックするときは、最初のスイッチオンを軽い負荷で行うことをお勧めします。たとえば、電力が 20 ～ 30 W の白熱灯を使用します。 最初に電力制御チャンネル 1、次に 2 をチェックすることをお勧めします。これを行うには、「レギュレーター 1」モードに入り、インジケーターを使用してキーボードを使用して電力レベルを変更し、レギュレーターの明るさの変化を監視する必要があります。ランプ。 ランプがまったく点灯しない場合は、ネットワークセンサー（DD7マイクロコントローラーのピン1）からの信号、つまりログレベルのパルスの存在を確認する必要があります。 0、持続時間1...1,2ミリ秒、周期10ミリ秒（図4、b）。 著者: S. シシキン
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