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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 실험실 전원 공급 장치용 전류계 전압계. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
이 장치는 [1]에 설명이 게시된 전원 공급 장치와 함께 작동하도록 설계되었지만 다른 유사한 장치에도 연결할 수 있습니다. 장치의 출력 전압과 부하 전류를 표시할 뿐만 아니라 실험실 전원 공급 장치를 보다 안정적으로 만들고 실제 작업을 용이하게 하는 몇 가지 추가 기능을 수행합니다. 제안 된 전류계 (이하 AVM)의 주요 기능 (전원 공급 장치의 출력 전압 및 부하 전류 측정)은 설명에 따라 조립 된 장치의 전류 보호 작동을 위해 설정된 임계 값을 표시하는 기능으로 보완됩니다. [1]에서. 이렇게 하면 이 임계값을 설정하는 과정에서 주어진 최대 전류로 장치를 로드할 필요가 없으며 컨트롤 노브의 원하는 위치를 조심스럽게 "잡을" 수 있습니다. AVM에서 사용할 수 있는 마이크로컨트롤러는 가변 저항기 R5([1]의 그림 1 참조) 엔진에서 측정한 전압과 전류 센서 저항기 R13(ibid.)의 저항에서 전류 임계값을 쉽게 계산합니다. 계산된 값은 LCD에 표시됩니다.
장치의 입력 및 출력 전압과 부하 전류를 측정한 결과를 바탕으로 부하 전력 값과 장치의 제어 트랜지스터에서 소비되는 전력이 계산되어 표시됩니다. 또한, 이 트랜지스터의 방열판 온도가 제어됩니다. 측정 결과에 따라 방열판을 부는 팬이 자동으로 켜지고 꺼집니다. 과열이 심한 경우 전원 공급 장치가 네트워크에서 분리됩니다. AVM의 추가 기능은 네트워크에 연결될 때 발생하는 장치에 전원을 공급하는 정류기의 평활 커패시터 충전 전류의 서지를 제한하는 것입니다. 또한 AVM은 자체 교정 모드를 제공합니다. 장치의 크기는 장치에 사용된 LCD의 크기를 약간 초과합니다. 선택한 디스플레이 모드에 따라 출력 전압 V와 부하 전류 A가 화면에 표시됩니다(그림 1). 부하 전력, W(그림 2); 전류 보호 임계값 A(그림 3); 조절 트랜지스터의 방열판 온도, оC, 소비 전력, W(그림 4). 작동 중에 현재 화면에 표시되지 않는 매개변수가 변경되면 해당 값이 표시되고 잠시 후 이전 디스플레이 모드로 복원됩니다.
AVM 체계는 그림에 나와 있습니다. 5. 주요 구성 요소는 입력 전압 분배기 및 노이즈 억제 필터, ADC를 포함하고 필요한 모든 계산을 수행하는 DD1 마이크로 컨트롤러 및 1비트 LCD HGXNUMX입니다.
AVM은 두 개의 버튼을 사용하여 제어됩니다. SB1 버튼은 그림에 표시된 링 주변의 디스플레이 모드를 전환합니다. 1-4 시퀀스. SB2 버튼은 AVM이 작동하는 전원 공급 장치를 켜고 끄도록 설계되었습니다. 마이크로컨트롤러에 내장된 ADC는 공급 전압을 초과하지 않는 전압만 측정할 수 있기 때문에 두 ADC 입력에 전압 분배기가 설치됩니다. 저항 R1 및 R3으로 구성된 첫 번째는 전원 공급 장치의 출력 전압을 2배 줄입니다. 두 번째 분할기는 저항 R10 및 R20으로 구성되며 분할 계수는 XNUMX입니다. 정류기에서 전원 공급 장치로 공급되는 전압을 ADC에 허용되는 값으로 줄입니다. 이 전압의 측정은 제어 트랜지스터에서 소모되는 전력을 계산하는 데 필요합니다. 전류 센서 R13 [1] 및 가변 저항 R5 [1]의 전압이 ADC에 허용되는 값을 초과하지 않기 때문에 부하 전류 및 전류 보호 임계값을 측정하기 위한 회로에는 분배기가 필요하지 않습니다. 측정된 전압은 차단 주파수가 약 7Hz인 저역 통과 필터를 통해 마이크로 컨트롤러의 모든 사용된 ADC 입력에 적용됩니다. 이것은 출력 전압 측정 채널(UO), 부하 전류 측정 채널의 R5C2(Iн), 현재 보호 임계값을 측정하기 위한 채널의 R6C3(I최대), 온도 측정 채널의 R7C4 및 정류 전압 측정 채널 U의 R9C5바이프 측정된 전압의 리플과 관련된 오류를 줄이는 데 필요합니다. 프로그램에 의해 처리된 ADC 연산 결과는 I 인터페이스를 통해 마이크로컨트롤러에 연결된 HG1 표시기에 표시됩니다.2C. 사양 I에 따르면2C, 인터페이스 신호 출력은 오픈 컬렉터(드레인)여야 하며 프로그램은 이에 따라 마이크로 컨트롤러의 PB0 및 PB2 라인을 구성합니다. 부하는 두 개의 저항 어셈블리 DR1입니다. 동일한 어셈블리의 두 개의 추가 저항은 연결된 버튼 SB1 및 SB3를 누르지 않을 때 입력 PB1 및 PB2에서 높은 수준을 유지합니다. 그 중 하나를 누르면 해당 입력이 낮게 설정됩니다. 저항 R10은 마이크로컨트롤러 리셋의 입력에서 하이 레벨을 유지합니다. 프로그램을 메모리에 로드하는 데 사용되는 마이크로컨트롤러 핀은 필요한 경우 프로그래머에 연결되는 X3 커넥터로 연결됩니다. 마이크로 컨트롤러의 신호에 따라 트랜지스터 VT1은 LCD 화면 HG1의 백라이트를 제어합니다. 측정된 신호는 소켓 X1이 설치된 유연한 케이블에 의해 공급됩니다. 팬 제어, 전원 켜기, 정류기 평활 커패시터 충전을위한 전류 제한 회로 제어 신호는 핀 블록 X2로 출력됩니다. 5V의 공급 전압이 마이크로컨트롤러의 핀 5와 15에 적용됩니다. 내장된 ADC는 15번 핀에서 전원을 공급받으므로 이 핀의 회로에 L1C9 필터가 포함되어 작동 간섭을 제거합니다. 커패시터 C7을 통해 마이크로 컨트롤러가 소비하는 전류의 펄스 구성 요소가 닫힙니다. AVM은 양면 인쇄 회로 기판에 장착됩니다(그림 6). 설치하기 전에 "링"하고 도체 사이에서 감지된 에칭되지 않은 점퍼를 제거해야 합니다. AVR 제품군의 마이크로 컨트롤러 프로그래밍 오류의 경우 기존 직렬 프로그래머 AVM과의 연결이 끊어지는 경우가 종종 있기 때문에 보드에 마이크로 컨트롤러용 패널을 설치하는 것이 좋습니다.
집에서 기판 구멍을 금속화하는 것은 어렵기 때문에 부품의 리드를 양면에 납땜해야 합니다. 이 경우 마이크로 컨트롤러의 패널은 콜릿이어야 합니다. 그렇지 않으면 부품 설치 측면에서 결론을 납땜할 수 없습니다. 그림에 표시된 구멍을 통해 6 충전, 금속화가 없으면 양쪽에 짧은 나선 조각을 삽입하고 납땜해야 합니다. 속이 빈 구리 리벳(퍼커션 캡)을 사용하여 금속화를 수행하여 보드의 구멍에 삽입하고 양쪽에서 확장할 수도 있습니다. 이러한 피스톤 세트는 예를 들어 LPKF EasyContac 및 BG9.S 리벳이라는 상표로 판매되지만 상당히 비쌉니다. 보드에는 이를 장착하기 위한 구멍이 있고 버튼 SB1 및 SB2를 설치하기 위한 장소와 다이어그램에 표시되지 않은 다른 버튼(SB3으로 지정되고 중간 릴레이를 통해 [1]에서 SB1 버튼으로 사용할 수 있음)과 HL1 LED [1]. SB3 버튼의 접점과 LED 출력은 다이어그램에 표시되지 않은 X5 커넥터에 연결됩니다. 필요한 경우 보드의 크기를 그림에 따라 절단하여 65x42mm로 줄일 수 있습니다. 6 점선. 이 경우 버튼 SB1 및 SB2는 편리한 위치에 있으며 와이어 하네스 또는 플랫 케이블을 사용하여 X4 커넥터에 연결됩니다. 전압 분배기 저항(R1-R3, R10) - 허용 오차가 ±2%인 C23-1. 공칭 값이 2kOhm 인 저항 R191를 찾을 수 없으면 180 및 10kOhm의 두 값으로 구성 할 수 있습니다. 나머지 저항은 C1-4-0,125입니다. NTC 서미스터 RK1 - B57703. 5A332J 저항기 어셈블리는 공칭 값이 1kOhm 인 저항기에서 가정용 HP-4-4-3,3M으로 교체 할 수 있습니다. 커패시터 - 세라믹 K10-17 또는 수입. 초크 L1 - EC-24 100 uH. AVM은 커넥터 BLD-6(X1), PLD-6(X2), PLD-10(X3), PLS-4(X4, X5)를 사용합니다. 버튼 - TS-A6PS와 같이 푸셔 길이가 적합한 모든 시계. 표시기 - 10V11을 제외한 모든 알파벳 및 디지털 색인이 있는 MT-2T3 [0]. 이 인덱스가 있는 표시기는 3V 공급 전압용으로 설계되었으며 5V에서는 작동하지 않습니다. MT-10T12 표시기도 작동하지만 크기가 두 배입니다. 2N7000 전계 효과 트랜지스터는 임계 전압이 3V 이하인 다른 n채널 절연 게이트 트랜지스터로 교체할 수 있습니다. npn 바이폴라 트랜지스터도 사용할 수 있지만 이렇게 하면 더 많은 전력이 소비되고 백라이트가 낮아집니다. 명도. ATtiny26-16PU 마이크로 컨트롤러를 ATtiny26L-PU로 교체할 수 있지만 8MHz 이하의 석영 공진기 주파수에서 작동이 보장됩니다. 마이크로 컨트롤러 프로그램은 Atmel AVR Studio 환경에서 개발되었으며 어셈블리 언어로 작성되었습니다. 독점 AVR ISP mk II 프로그래머를 사용하여 개발 환경에서 직접 마이크로컨트롤러 메모리에 로드하거나 AVReAl 프로그램[3] 및 Altera ByteBlaster 어댑터[4]를 사용할 수 있습니다. X3 커넥터의 핀 지정은 이 특정 어댑터에 해당합니다. AVR 제품군의 마이크로컨트롤러에 다른 프로그래머를 사용하는 것은 배제되지 않습니다. avm.hex 파일의 코드는 마이크로컨트롤러의 FLASH 메모리에 입력되고 avm.eep 파일의 코드는 EEPROM에 입력됩니다. 마이크로컨트롤러의 구성은 그림과 일치해야 합니다. 7.
프로그램 작동 알고리즘은 주파수가 50Hz인 2,56개 측정 채널의 주기적 폴링으로 구성됩니다. 전압 및 전류 채널에서 측정할 때 ADC의 기준 전압은 5V이며 마이크로 컨트롤러에 내장된 소스에서 공급됩니다. 온도를 측정할 때 마이크로컨트롤러 공급 전압(XNUMXV)이 대표적입니다. ADC 작업의 결과는 각각 25바이트를 차지하는 5개의 판독값을 포함하는 링 버퍼에 추가됩니다(마이크로컨트롤러의 ADC는 0비트임). 실제로 마지막 255개 판독값의 이력이 각 채널에 저장됩니다. 각 채널의 판독값 변동을 줄이기 위해 마지막 0,1개 판독값의 평균을 계산합니다[0,01]. 처리 후 전류 및 전압 값은 25,5-2,55 범위의 정수로 표시되며 전압의 최하위 자릿수 값은 XNUMXV이고 전류는 XNUMXA입니다. 따라서 전압 측정 한계 및 전류는 각각 XNUMXV 및 XNUMXA입니다. 전원 공급 장치[1]의 입력에서 정류된 전압 값은 표시기에 표시되지 않지만 이 전원 공급 장치에서 소비되는 전력을 계산하는 데 사용됩니다. ADC 매개변수와 분압기 저항의 확산을 고려한 각 채널(온도 채널 제외)의 보정 계수는 마이크로컨트롤러의 EEPROM에 저장됩니다. 기본적으로는 모두 1이지만 자체 교정 절차의 결과로 0/2 단위로 1에서 64-1/64까지의 값을 사용할 수 있습니다. 온도는 -55에서 +125 ° C 사이의 값을 가질 수 있으며 LCD에 전체 섭씨 온도로 표시됩니다. 이를 계산하기 위해 ADC 연산 결과의 테이블 변환이 사용됩니다. 측정된 온도 값이 45보다 큰 경우 оC, 40 미만이면 팬을 켜라는 명령이 생성됩니다. оC, 팬이 꺼져 있습니다. 온도가 90도를 넘으면 о전원 공급 장치가 비상 종료되면 LCD에 "과열"이라는 문구가 표시됩니다. 자체 보정 모드를 시작하려면 SB2 버튼을 사용하여 전원 공급 장치를 끄고(AVM은 켜져 있음) SB1 버튼을 누른 상태에서 SB2를 다시 누릅니다. 그 후 X1 AVM 커넥터에 다음 예시 전압이 적용됩니다.바이프 (핀 6) - 40V, 입력 UO (계속 1) - 20V, 입력 I에н(계속 2) 그리고 나최대 (핀 5) - In = 0,5A에서 전류 센서([13]의 R1)의 전압 강하에 해당하는 2V. 전압 7 IN. 교정하는 동안 채널은 가장 왼쪽에 친숙한 문자로 표시기에 표시됩니다. U - 출력 전압, I - 부하 전류, L - 보호 작동 전류, t - 온도, r - 정류기 전압. 예를 들어, 출력 전압 채널을 보정하기 전에 그림에 표시된 비문. 8.
보정할 채널은 SB1 버튼을 눌러 하나씩 선택하고 SB2를 사용하여 선택한 채널의 보정 프로세스를 시작합니다. "저장됨"이라는 비문은 완료에 대해 알려주고 결과를 EEPROM에 기록하며 2초 후에 표시기에서 선택한 계수를 사용하여 계산된 해당 매개변수의 값을 볼 수 있습니다. 그런 다음 SB1 버튼을 눌러 다음 채널로 이동하거나 SB2를 눌러 이전 채널의 보정을 반복할 수 있습니다. 표시기에 출력 전압 값을 표시함으로써 AVM은 전류 센서의 전압 강하를 고려하여 측정 결과에서 뺍니다. 따라서 교정 완료 시 AVM 입력의 기준전압을 제거한 상태에서 19,5V(기준전압 0,5V보다 20V 낮음)와 2A(전류 센서의 전압 강하 0,5V에 해당) . AVM은 그림에 표시된 방식에 따라 전원 공급 장치 [1]에 연결됩니다. 9. 블록 설명에 따르면 저항 R13은 공칭 값이 1ohm이고 병렬로 연결된 0,33개의 0,25와트 저항으로 구성되며 저항은 XNUMXohm입니다. 동일한 저항을 하나 더 추가하여 총 저항을 XNUMX옴으로 줄여야 합니다. 이는 AVM 마이크로컨트롤러가 수행하는 계산을 단순화합니다.
동일한 다이어그램은 전원을 켠 후 평활 커패시터를 충전하기위한 전류 제한 장치가 장착 된 변압기 T1 및 다이오드 VD1-VD4에서 전원 공급 장치의 입력 전압원 역할을하는 정류기를 보여줍니다. 릴레이 K1의 작동과 변압기의 주전원 권선에 주전원 전압을 공급하는 트랜지스터 VT1을 여는 신호와 동시에 작동하기 위해 마이크로 컨트롤러는 광 커플러 U1의 포토 트랜지스터를 여는 신호도 보냅니다. . 결과적으로 트랜지스터 VT2는 장치가 켜진 후에도 닫힌 상태를 유지하고 정류기 평활 커패시터의 충전 전류는이를 제한하는 저항 R5를 통해 흐릅니다. AVM 마이크로컨트롤러 프로그램은 이러한 커패시터의 전압 변화율을 모니터링합니다. 충분히 감소하자마자 (커패시터가 거의 완전히 충전되었음을 의미) 광 커플러 U1의 포토 트랜지스터를 여는 신호가 제거됩니다. 결과적으로 트랜지스터 VT2의 게이트-소스 전압이 증가합니다. 드레인 소스 채널이 열립니다. 열린 채널의 저항이 0,018옴에 불과하기 때문에 저항 R5를 통해 눈에 띄는 전류가 더 이상 흐르지 않으며 장치의 추가 작동에 영향을 미치지 않습니다. 트랜스포머 T1 - TTP-60 2x12 V. 브리지 정류기가 조립되는 쇼트키 다이오드 90SQ045는 1N5822로 교체할 수 있습니다. AVM 자체는 최소 리플이 주요 요구 사항인 2V 전압의 별도 소스 U5에 의해 전원이 공급됩니다. 마이크로 컨트롤러는 20mA 이하를 소비하고 표시기 백라이트는 약 100mA를 소비하며 릴레이 K100(TRIL-1VDC-SD-5CM)에는 2mA가 더 필요합니다. Sprint Layout 5.0 형식의 AVM 인쇄 회로 기판 파일과 해당 마이크로 컨트롤러 프로그램은 ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/02/avm.zip에서 다운로드할 수 있습니다. 문학
저자: V. 리바코프
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