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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 마이크로 컨트롤러의 전원 조정기. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 전력 조절기, 온도계, 열 안정기 이 기사에서는 관성 부하용 사이리스터 전력 조정기 1개에 대해 설명합니다. 마이크로컨트롤러를 사용하면 부하에서 전류 펄스를 균일하게 분배하기 위한 특수 알고리즘을 사용할 수 있으며 XNUMX%의 전력 제어 단계에서도 높은 스위칭 주파수를 얻을 수 있습니다. 첫 번째 장치는 주전원 전압용으로 설계된 부하의 전력을 조절하도록 설계되었습니다. 두 번째는 네트워크에 전기적으로 연결되지 않은 저전압 부하로 작동합니다. 또한 이 조정기는 주전원 전압이 변동할 때 부하의 전력 안정화를 보장합니다. 관성 부하를 제어하기 위해 사이리스터 전력 조정기가 사용되며, 이는 부하에 주전원 전압의 여러 반주기를 공급한 후 일시 정지하는 원리로 작동합니다. 이러한 장치의 장점은 사이리스터의 스위칭 순간이 주 전압이 0을 넘는 순간과 일치하여 무선 간섭 수준이 급격히 감소한다는 것입니다. 또한 이러한 장치는 위상 제어 조정기와 달리 아날로그 임계값 요소를 포함하지 않으므로 작동 안정성이 향상되고 설정이 단순화됩니다. 스위칭은 주전원 전압이 0으로 전환되는 동안에만 발생하므로 부하에 공급되는 에너지의 최소 부분은 한 반주기 동안 부하에서 소비되는 에너지와 같습니다. 따라서 전력 제어 단계를 줄이기 위해서는 반주기의 반복 시퀀스를 늘려야 합니다. 예를 들어, 10%의 단계를 얻으려면 1번의 반주기 시퀀스가 필요합니다. 그림에서. 그림 30a는 XNUMX% 전력 부하에 대한 사이리스터 제어 전극의 펄스 시퀀스를 보여줍니다.
보시다시피, 사이리스터는 처음 100개의 반주기 동안 열려 있고 다음 1개 동안 닫힙니다. 그런 다음 이 순서가 반복됩니다. 10% 미만의 전력에 대한 이러한 조정기의 스위칭 주파수는 반주기 주파수의 XNUMX/XNUMX과 같습니다. 가능하다면 사이리스터가 열려 있는 동안의 반주기를 전체 시퀀스에 걸쳐 균등하게 분배하는 것이 훨씬 더 논리적입니다[1]. 일반적인 경우, 길이가 M인 시퀀스(M보다 작거나 같은 N의 경우)에서 임의 개수의 펄스 N이 균일하게 분포되는 문제는 Bresenham 알고리즘으로 해결됩니다. 일반적으로 래스터 그래픽에서 경사 세그먼트를 구성하는 데 사용됩니다. 이 알고리즘은 정수 산술을 사용하여 구현되므로 프로그래밍이 크게 단순화됩니다. 그림에서. 1,6은 30%의 동일한 전력에 대한 시퀀스를 보여줍니다. 하지만 Bresenham 알고리즘을 사용합니다. 후자의 경우 스위칭 주파수는 XNUMX배 더 높습니다. 전력 제어 단계가 작을수록 이득이 더 두드러진다는 점에 유의해야 합니다. 전력 컨트롤러(그림 2)의 기본은 ATMEL의 DD1 AT89C2051 마이크로컨트롤러입니다[2]. 전원 공급에는 저전력 TT 변압기가 사용됩니다. 이는 광사이리스터를 사용하여 네트워크로부터 갈바닉 절연을 제공합니다. 이는 장치를 전기적으로 더욱 안전하게 만듭니다. 조정기의 또 다른 유용한 특성은 다양한 작동 전압에 맞게 설계된 부하와 함께 사용할 수 있다는 것입니다. 이를 위해서는 추가 변압기에서 사이리스터에 필요한 전압을 공급하는 것으로 충분합니다. 예를 들어 저전압 납땜 인두에 전원을 공급할 수 있습니다. 전압과 전류는 사용된 사이리스터에 허용되는 최대 값을 초과하지 않아야 합니다.
버튼 SB1 및 SB2를 사용하여 부하의 전원을 조정합니다. 버튼 중 하나를 짧게 누르면 한 단계씩 증가하거나 감소하며, 버튼을 누르고 있으면 전력이 단조롭게 변경됩니다. 두 개의 버튼을 동시에 누르면 이전에 켜져 있던 부하가 꺼지고 부하가 꺼진 경우 최대 전력이 켜집니다. 부하 전력 값은 1개 LED 표시기 HG3~HG3에 표시됩니다. 요소 수를 줄이기 위해 소프트웨어로 구현된 동적 디스플레이를 사용했습니다. 표시기 음극은 마이크로 컨트롤러 포트에 연결되고 양극에는 트랜지스터 VT4 및 VT1가 포함됩니다. 이는 표시기 스캐닝 신호에 의해 제어됩니다. 최상위 숫자에는 하나만 표시할 수 있으므로 요소 B와 C는 저항을 통해 하나의 포트에 연결되고 표시기 HG2 및 HG10의 양극이 결합됩니다. 요소의 펄스 전류는 저항 R18-R15에 의해 약 20mA로 제한되며 이는 포트에 허용되는 최대 전류(XNUMXmA)보다 낮습니다. 그러나 필요한 밝기를 얻기에는 충분합니다. 마이크로컨트롤러에 내장된 아날로그 비교기는 주전원 전압이 5을 넘는 순간에 바인딩됩니다. 리미터 VD2R6 및 VD3R3.2을 통한 입력은 전력 변압기의 4차 권선에서 교류 전압을 수신합니다. 주전원 전압의 음의 반주기에 대한 제한기 역할은 정류기 브리지의 다이오드에 의해 수행됩니다. 주전원 전압이 3을 넘으면 비교기가 전환됩니다. 비교기 출력은 소프트웨어에 의해 폴링되며 상태 변화가 감지되는 즉시 이를 켜는 제어 신호가 사이리스터 제어 출력(마이크로컨트롤러 포트 P4)에 나타납니다. 현재 반주기가 건너뛰는 경우 이 신호는 나타나지 않습니다. 그런 다음 HG1 표시기가 2ms 동안 켜집니다. 이때, 버튼의 닫힘 상태를 확인합니다. 필요한 경우 현재 전력 값이 변경됩니다. 그 후 사이리스터에서 제어 전압이 제거되고 표시기 HG4 및 HGXNUMX가 XNUMXms 동안 켜집니다. 다음으로 XNUMXms 이내에 비교기 상태의 새로운 변경이 예상됩니다. 포트 P3.2의 신호는 트랜지스터 VT1 및 VT2로 구성된 스위치로 전송되며, 이는 광사이리스터의 방출 다이오드를 제어하는 데 사용됩니다. 부하를 전환하기 위해 연속적으로 연결된 두 개의 광사이리스터가 사용됩니다. 방출 다이오드는 직렬로 연결됩니다. 방출 다이오드의 전류(약 100mA)는 저항 R1에 의해 설정됩니다. 조정기는 서로 다른 전력 제어 단계를 사용하여 두 가지 모드로 작동할 수 있습니다. 작동 모드는 납땜된 점퍼 S1을 사용하여 선택됩니다. 마이크로컨트롤러는 재설정 직후 위치를 폴링합니다. 다이어그램에 표시된 위치 1에서는 전력 조정 단계가 1%입니다. 이 경우 표시기는 0(0%)부터 100(100%)까지의 숫자를 표시합니다. 위치 2에서는 단계가 10%입니다. 표시기는 0(0%)부터 10(100%)까지의 숫자를 표시합니다. 모드 2에서 1계조를 선택하는 것도 사실 때문이다. 어떤 경우에는(예: 전기 스토브 제어) 전력 조정의 작은 단계가 필요하지 않습니다. 조정기를 이 모드에서만 사용하려는 경우 HG17 표시기와 저항 R18, R0005을 설치할 필요가 없습니다. 일반적으로 장치를 사용하면 각 모드의 전력 수준 수를 임의로 설정할 수 있습니다. 모드 1의 원하는 그라데이션 값을 주소 000Н의 프로그램 코드와 모드 2의 경우 주소 1ВН에 입력하기만 하면 됩니다. 모드 127의 최대 그라데이션 수는 다음 이하여야 한다는 점만 기억하면 됩니다. 2, 모드 99에서는 XNUMX 이하입니다. 이 모드에서는 XNUMX개 표시가 불가능하기 때문입니다. 부하 전류가 2A를 초과하지 않으면 방열판 없이 광사이리스터를 사용할 수 있습니다. 더 높은 전류에서는 50~80cm' 면적의 방열판에 설치됩니다. 부하에 50V 미만의 전압이 공급되면 광사이리스터는 모든 클래스(전압)가 될 수 있습니다. 주전원 전압으로 작업할 때 광사이리스터 클래스는 6 이상이어야 합니다. 전력 변압기는 8차 권선의 전압이 10~200V이고 허용 전류가 최소 157mA인 저전력 변압기입니다. 다이오드 FR1(VD4-VD208)은 문자 인덱스가 있는 KD209 KD405 또는 정류기 브리지 KTs1로 교체할 수 있습니다. DA7805 142 스태빌라이저 칩(KR5EN1180A, KR5EN2의 국내 아날로그)에는 추가 열 제거가 필요하지 않습니다. 트랜지스터 VT4-VT1 - 모든 저전력 pn-p 구조. VT815 대신 문자 인덱스가 있는 트랜지스터 KT817, KT5을 적용할 수 있습니다. 그러나 저항 R5를 선택해야 합니다. 다이오드 VD6. VD521 - KD522, KD1와 같은 저전력 실리콘. 버튼 SB2 및 SB159 - 잠그지 않는 소형 버튼(예: PKN-1). 표시기 HG3 - HG1 - 공통 양극이 있는 3개 요소, 필요한 밝기. 커패시터 C6. C1, C0,5 - 모든 산화물, 나머지 - 세라믹. 저항 R0.125은 MLT-1이고 나머지는 MLT-12입니다. 예를 들어, 표면 장착용 저항기를 사용하는 것이 훨씬 더 편리합니다. RNXNUMX-XNUMX. 조정기는 알려진 양호한 부품으로 조립되고 마이크로컨트롤러가 오류 없이 프로그래밍된 경우 조정이 필요하지 않습니다. 주전원 전압의 주파수에 대한 연결이 올바른지 확인하는 것이 좋습니다. 이렇게 하려면 오실로스코프를 주전원 전압과 동기화하고 디스플레이 스캐닝 펄스(마이크로컨트롤러의 RXD 및 TXO 신호)가 네트워크와 동기화되고 주전원 주파수가 두 배인지 확인해야 합니다. 부하가 연결되면 간섭으로 인해 동기화가 중단되는 경우가 있습니다. 이 경우 비교기 입력(마이크로 컨트롤러의 핀 12, 13) 사이에 1000-4700pF 용량의 커패시터를 연결해야 합니다. 마이크로 컨트롤러 프로그램 코드는 표에 나와 있습니다. 하나.
1% 제어 단계에서는 네트워크 전압 불안정이 전원 설정 오류의 주요 원인입니다. 부하가 네트워크에 갈바닉 연결되지 않은 경우 부하에 인가되는 전압의 평균값을 측정하고 피드백 회로를 사용하여 이를 일정하게 유지하는 것이 쉽습니다. 이 원리는 두 번째 레귤레이터에서 구현됩니다. 장치의 기능 다이어그램은 그림 3에 나와 있습니다. 삼.
자동 제어 모드에서 작동하려면 소프트웨어로 구현된 두 개의 Bresenham 변조기(Mod. 1 및 Mod. 2)가 사용됩니다. 첫 번째 입력은 제어 버튼을 사용하여 설정되는 필수 전원 코드를 수신합니다. 출력에서 펄스 시퀀스가 형성되어 저역 통과 필터(Z1)를 통해 비교기의 반전 입력으로 공급됩니다. 저역 통과 필터(Z2) 이후의 비반전 입력은 부하에서 제거된 전압을 수신합니다. 비교기의 출력에서 XNUMX비트 오류 신호가 마이크로컨트롤러의 입력으로 공급되어 디지털 필터링을 거칩니다. 디지털 필터(DF)는 변조기와 동시에 작동하므로 출력 펄스 시퀀스 및 해당 고조파의 반복 주파수에서 효과적인 리플 억제가 제공됩니다. 디지털 필터의 출력에서 2비트 오류 신호가 통합 조정기(IR)로 전송됩니다. 정확성을 높이기 위해 통합 컨트롤러는 XNUMX비트 그리드에서 작동합니다. 컨트롤러 출력 코드의 하위 XNUMX비트는 변조기 Mod의 입력으로 전송됩니다. 펄스 시퀀스가 형성된 출력에서 XNUMX가 공급되어 사이리스터를 제어합니다. 이 조정기는 위에서 설명한 것과 회로가 매우 유사하므로 차이점만 살펴보는 것이 좋습니다. 그림에서. 그림 4는 회로의 다른 부분을 보여줍니다. 마이크로 컨트롤러 DD1의 나머지 핀은 다이어그램에 표시되지 않습니다. 그들은 같은 방식으로 연결됩니다. 그림과 같이. 2.
마이크로컨트롤러의 사용 가능한 I/O 포트가 충분하지 않았기 때문에 내장 비교기의 사용을 포기해야 했습니다. 대신 레귤레이터는 듀얼 비교기 DA2를 사용합니다. 하나(DA2.1)에서는 주전원 전압의 제로 크로싱 순간에 바인딩하기 위해 장치가 조립됩니다. LM393 마이크로 회로의 기능으로 인해 이 노드에 저항 R19를 추가해야 했습니다. 이 저항은 저항 R2 및 R3(그림 2 참조)과 함께 비교기 입력에서 음의 극성 전압을 감소시키는 전압 분배기를 형성합니다. 비교기 출력의 신호(네트워크 주파수 구형파)는 마이크로컨트롤러 P3.2의 입력으로 공급됩니다. 두 번째 비교기(DA2.2)는 피드백 회로에 사용됩니다. 3.5비트 오류 신호가 마이크로컨트롤러 P23의 입력으로 전송됩니다. 저역 통과 필터는 비교기 입력에 설치됩니다. 요소 R7, C24 및 R8, C3.4로 구성됩니다. 변조기 출력(마이크로 컨트롤러의 포트 P22 핀)의 신호는 분배기 R26R3,5을 통해 저역 통과 필터의 입력에 공급됩니다. 이는 비교기가 공급 전압에 가까운 입력 전압으로 작동할 수 없기 때문에 필요합니다. 분배기 이후의 펄스 진폭은 약 5V입니다. 진폭의 안정성은 기준 전압으로 사용되는 +XNUMXV 공급 전압의 안정성에 의해 결정됩니다. 부하에서 제거된 전압은 또한 분배기 R20R21을 통해 다른 저역 통과 필터의 입력에 공급됩니다. 이것이 그가 선택되는 방법입니다. 따라서 정격 네트워크 전압 및 100% 부하 전력에서 저역 통과 필터 출력의 전압은 3,5V입니다. 마이크로 컨트롤러 RZ.Z 출력의 신호는 광사이리스터를 제어하는 트랜지스터 스위치에 공급됩니다. 네트워크 변압기에는 광사이리스터 VS111로 형성된 제어 정류기가 연결되는 추가 권선(1)이 있습니다. VS2 및 다이오드 어셈블리 VD7. 그로부터 부하를 공급합니다. 마이크로 컨트롤러 포트를 절약하기 위해 제어 버튼이 이전 장치와 다르게 연결됩니다. 표시기가 꺼지면 레귤레이터의 작동 주기에 공백이 있습니다. 이때 표시 제어선을 따라 버튼을 스캔하는 것이 가능한 것으로 나타났습니다. 따라서 세 개의 버튼은 추가로 단 하나의 라인만 사용합니다. 이는 포트 P3.7의 핀에 연결된 리턴 라인입니다. "자동" 모드에는 세 번째 버튼이 필요했습니다. 스위치를 켜자마자 장치는 수동 제어 모드에 있습니다. 즉, 기능적으로 위에서 설명한 컨트롤러와 일치합니다. 자동 제어를 켜려면 "자동"과 "+" 버튼을 동시에 눌러야 합니다. 동시에 HL1 "자동" LED가 켜집니다. 이 모드에서는 조정기가 자동으로 설정된 전력을 유지합니다. 이제 "자동"버튼을 길게 누르면 표시기에서 조정기의 현재 상태를 볼 수 있습니다. 주전원 전압이 더 이상 전원을 유지할 수 없을 정도로 감소하면 "자동" LED가 깜박이기 시작합니다. "자동"버튼과 "-"버튼을 동시에 눌러 자동 제어 모드를 끌 수 있습니다. 이 레귤레이터의 마이크로 컨트롤러 프로그램 펌웨어 코드는 표에 나와 있습니다. 2.
부하 전류가 2A를 초과하는 경우 방열판에 광사이리스터를 설치해야 합니다. 광사이리스터 본체의 방열판은 양극에 연결되므로 장치의 장치를 하나의 방열판에 장착할 수 있습니다. VD7 대신 쇼트키 다이오드 어셈블리(또는 KD2998A와 같은 두 개의 별도 쇼트키 다이오드)를 사용하는 것이 좋습니다. 최후의 수단으로 필요한 부하 전류에 맞게 설계된 기존 다이오드를 사용할 수 있습니다. KD2997 시리즈 다이오드를 사용하면 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. KD2999. KD213. LM393 비교기는 IL393이라는 명칭으로 Integral 소프트웨어에서 생산됩니다. LM311과 같은 두 개의 별도 비교기를 사용할 수도 있습니다. KP505A 트랜지스터 대신 VT815 트랜지스터의 컬렉터 회로에 817kOhm 저항을 연결하여 KT2, KT1 시리즈의 바이폴라 트랜지스터를 사용할 수 있습니다. 다른 부품에 대한 요구 사항은 동일합니다. 위에서 설명한 레귤레이터와 같습니다. 조정기를 설정할 때 부하가 연결되고 정격 주전원 전압이 공급됩니다(예: LATR 사용). 그런 다음 최대 전력(100%)을 설정합니다. 트리밍 저항 R21은 비교기 0A2.2의 입력 전압 차이가 90에 가깝도록 보장하는 데 사용됩니다. 그런 다음 전원을 21%로 줄이고 "자동" 모드를 켭니다. 저항 R1을 조정하여 조정기 상태 모니터링 모드("자동" 버튼을 누른 상태)에서 설정된 전력과 표시기 판독값 사이의 일치(정확도 ± XNUMX)를 달성합니다. 문학
저자: L.Ridiko, 민스크, 벨로루시
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