XNUMX개의 마이크로컨트롤러 전력 조정기. 계획, 설명

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XNUMX개의 마이크로컨트롤러 전원 레귤레이터. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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관성 부하를 제어하기 위해 사이리스터 전력 컨트롤러가 자주 사용되며, 이는 주전원 전압의 여러 반주기를 부하에 공급한 후 일시 중지하는 원리로 작동합니다. 이러한 조정기의 장점은 사이리스터의 스위칭 시간이 주전원 전압이 XNUMX을 통과하는 순간과 일치하므로 무선 간섭 수준이 급격히 감소한다는 것입니다. 또한 이러한 컨트롤러는 위상 제어 컨트롤러와 달리 아날로그 임계값 요소를 포함하지 않으므로 안정성이 향상되고 튜닝이 단순화됩니다.

부하는 주전원 전압이 10을 통과하는 순간에만 전환되므로 부하에 공급되는 에너지의 최소 부분은 한 반주기 동안 부하에서 소비하는 에너지와 같습니다. 따라서 전력 조정 단계를 줄이기 위해서는 반주기의 반복 시퀀스를 늘려야 합니다. 예를 들어, 10%의 간격을 얻으려면 반복 시퀀스의 길이는 1반주기입니다. 그림에. 그림 30(A)는 XNUMX% 부하의 전력에 대한 사이리스터 제어 전극의 펄스 시퀀스를 보여줍니다. 보시다시피, 사이리스터는 처음 세 반주기 동안 열려 있고 다음 XNUMX주기 동안 닫힙니다. 그런 다음 이 순서가 반복됩니다.

100% 미만의 전력에 대한 이러한 조정기의 스위칭 주파수는 반주기 반복률의 1/10과 같습니다. 사이리스터가 전체 시퀀스에 걸쳐 균등하게 열리는 동안 반주기를 분배하는 것이 훨씬 더 논리적입니다. 일반적인 경우, 길이 M의 시퀀스(N이 M보다 작거나 같을 때)에서 임펄스 수 N의 균일한 분포 문제는 일반적으로 래스터 그래픽에서 비스듬하게 플롯하는 데 사용되는 Bresenham 알고리즘에 의해 해결됩니다. 세그먼트. 이 알고리즘은 정수 산술을 사용하여 구현되므로 프로그래밍이 크게 단순화됩니다. 그림에. 1(B)는 30%의 동일한 검정력에 대한 시퀀스를 보여 주지만 Bresenham 알고리즘을 사용합니다.

XNUMX개의 마이크로컨트롤러 전력 조정기
그림. 1

후자의 경우 스위칭 주파수는 1배 더 높습니다. 전력 조정 단계가 작을수록 이득이 더 눈에 띄게 나타납니다. 예를 들어, 30%의 동일한 전력에 대해 30%의 단계를 수행하는 경우 게인은 XNUMX배가 됩니다.

그림 2. 전력 조정기 회로(확대하려면 클릭)

전력 조정기(그림 2 참조)의 기본은 ATMEL의 U1 유형 AT89C2051 마이크로컨트롤러입니다. 저전력 변압기 T1은 조정기 회로에 전원을 공급하는 데 사용되며, 광사이리스터를 사용하여 네트워크로부터 갈바닉 절연을 제공합니다. 이는 장치를 전기적으로 더욱 안전하게 만듭니다. 조정기의 또 다른 유용한 기능은 다양한 작동 전압용으로 설계된 부하와 함께 사용할 수 있다는 것입니다. 이렇게하려면 추가 변압기에서 필요한 전압을 사이리스터 입력에 적용하면 충분합니다. 예를 들어 레귤레이터를 사용하여 저전압 납땜 인두에 전원을 공급할 수 있습니다. 전압과 전류가 적용된 사이리스터에 허용되는 최대값을 초과하지 않는 것이 필요합니다.

부하의 전력 조정은 SB1 및 SB2 버튼을 사용하여 수행됩니다. 버튼 중 하나를 짧게 누르면 전력이 한 단계씩 변경됩니다. 버튼을 누르고 있으면 단조로운 전력 변화가 발생합니다. 두 개의 버튼을 동시에 누르면 이전에 켜져 있던 부하가 꺼지고 부하가 꺼진 경우 최대 전력이 켜집니다. 부하의 전력을 표시하기 위해 LED 1세그먼트 표시기 HG3 - HG17이 사용됩니다. 요소 수를 줄이기 위해 소프트웨어로 구현되는 동적 표시가 사용됩니다. 마이크로컨트롤러에 내장된 아날로그 비교기는 주전원 전압에 대한 바인딩을 수행합니다. 교류 전압은 전원 변압기의 18차 권선에서 리미터 R1, R2, VDXNUMX, VDXNUMX를 통해 입력에 공급됩니다.

음극 극성에 대한 제한기의 역할은 정류기 브리지의 다이오드에 의해 수행됩니다. 비교기는 주전원 전압의 부호를 복원합니다. 비교기 스위치는 주전원 전압이 0을 통과하는 순간에 발생합니다. 비교기 출력은 소프트웨어에 의해 조사되고 상태 변화가 감지되는 즉시 사이리스터 제어 출력(마이크로컨트롤러 포트 INT4)에 제어 레벨이 발행되어 사이리스터를 켭니다. 현재 반주기를 건너뛰면 제어 수준이 발행되지 않습니다. 그런 다음 HG3 표시기가 XNUMXms 동안 켜집니다. 이때 버튼을 누르는 정도를 확인하고, 필요한 경우 현재 전력값을 변경합니다.

그런 다음 사이리스터에서 제어 전압이 제거되고 표시기 HG4 및 HG1가 2ms 동안 켜집니다. 그 후 4ms 이내에 비교기 상태의 새로운 변경이 예상됩니다. 변경 사항이 없으면 시스템은 네트워크에 연결되지 않은 채 계속해서 주기를 시작합니다. 이 경우에만 사이리스터가 열리지 않습니다. 이는 주 주파수에 대한 기준 펄스 없이도 표시가 정상적으로 작동하도록 하기 위해 수행됩니다. 그러나 이러한 작동 알고리즘은 주 주파수에 몇 가지 제한을 부과합니다. 즉, 50Hz와의 편차가 20% 이하여야 합니다. 실제로 주전원 주파수 편차는 훨씬 작습니다. INT0 포트의 신호는 광사이리스터의 LED를 제어하는 데 사용되는 트랜지스터 VT3 및 VT4에 만들어진 키로 공급됩니다. 마이크로컨트롤러의 RESET 신호가 활성화되면 포트는 논리 XNUMX 레벨이 됩니다. 따라서 XNUMX이 활성 레벨로 선택됩니다. 부하를 전환하기 위해 역병렬로 연결된 두 개의 광사이리스터가 사용됩니다. 광사이리스터의 LED는 직렬로 연결됩니다.

LED의 전류는 저항 R16에 의해 설정되며 약 100mA입니다. 조정기는 전력 조정 단계가 다른 두 가지 모드로 작동할 수 있습니다. 작동 모드 선택은 점퍼 JP1에 의해 이루어집니다. 이 점퍼의 상태는 마이크로컨트롤러를 재설정한 직후에 폴링됩니다. 모드 1에서 전력 조정 단계는 1%입니다. 이 경우 표시기는 0(0%)부터 100(100%)까지의 숫자를 표시합니다. 모드 2에서는 전력 조정 단계가 10%입니다. 이 경우 표시기는 0(0%)부터 10(100%)까지의 숫자를 표시합니다. 모드 10에서 그라데이션 수 2을 선택하는 것은 일부 경우(예: 전기 스토브 제어) 작은 전력 조정 단계가 필요하지 않기 때문입니다.

레귤레이터가 모드 2에서만 사용되는 경우 HG1 표시기와 저항 R8, R9를 생략할 수 있습니다. 일반적으로 컨트롤러를 사용하면 각 모드에 대한 전원 수준 수를 임의로 설정할 수 있습니다. 이렇게 하려면 모드 0005에 대해 원하는 그라데이션 값을 프로그램 코드 주소 1H에, 모드 000에 대해 주소 2BH에 원하는 그라데이션 값을 입력해야 합니다. 모드 1의 최대 그라데이션 수는 다음을 넘지 않아야 한다는 점만 기억하면 됩니다. 127 및 모드 2에서 - 이 모드에서는 수백 표시가 불가능하므로 99 이하입니다. 최대 2A의 부하 전류로 방열판 없이 광사이리스터를 사용할 수 있습니다. 부하 전류가 높을수록 50 - 80cm 면적의 방열판에 광사이리스터를 설치해야 합니다.².

50V 미만의 전압으로 조정기를 사용하는 경우 광사이리스터는 모든 전압 등급이 될 수 있습니다. 주전원 전압으로 작업할 때 광사이리스터 클래스는 6 이상이어야 합니다. 8차 권선 전압이 10~200V(교류)이고 허용 부하 전류가 3mA 이상인 저전력 변압기를 전원으로 사용할 수 있습니다. 변신 로봇. 다이오드 VD6 - VD208은 문자가 있는 다이오드 KD209, KD405 또는 KTs2 정류기 브리지로 교체할 수 있습니다. 스태빌라이저 칩 U7805 유형 142 (국내 아날로그 KR5EN1180A, KR5EN1)에는 라디에이터가 필요하지 않습니다. 트랜지스터 VT3 - VT4 - 모든 저전력 pnp. 트랜지스터 VT815는 어떤 문자로든 트랜지스터 KT817, KT1로 대체될 수 있습니다. 다이오드 VD2, VD521 - 모든 저전력 실리콘(예: KD522, KD1) 버튼 SB2 및 SB159 - 고정되지 않은 작은 것(예: PKN-1). 표시기 HG3 - HGXNUMX - 공통 양극이 있는 XNUMX개 세그먼트.

충분한 빛의 밝기를 갖는 것이 바람직합니다. 커패시터 C3, C4, C6 - 모든 전해질. 나머지 커패시터는 세라믹입니다. 저항 R16 - MLT-0,5, 나머지 - MLT-0,125. 예를 들어 P1-12와 같은 SMD 저항을 사용하는 것이 훨씬 더 편리합니다. 칩 U1이 소켓에 설치됩니다. 조정기가 서비스 가능한 부품으로 조립되고 마이크로컨트롤러가 오류 없이 프로그래밍된 경우 조정기를 조정할 필요가 없습니다. 네트워크 주파수에 대한 올바른 바인딩을 확인하는 것이 좋습니다. 이렇게 하려면 오실로스코프를 주전원 전압과 동기화하고 디스플레이 스캔 펄스(마이크로컨트롤러의 RXD 및 TXD 핀)가 주전원과 동기화되고 주전원 주파수의 두 배를 갖는지 확인해야 합니다. 부하가 연결될 때 간섭으로 인해 동기가 방해받는 경우 비교기 입력(마이크로 컨트롤러의 핀 12, 13) 사이에 1 - 4,7nF 용량의 커패시터를 연결해야 합니다.

소프트웨어를 다운로드할 수 있습니다. pwr100.bin 파일(366바이트)에는 ROM 펌웨어가 포함되어 있고, pwr100.asm 파일(7,106바이트)에는 소스 텍스트가 포함되어 있습니다. TASM 2.76을 사용한 번역에 필요한 라이브러리는 lib.zip 아카이브(2,575바이트)에 있습니다.

1%의 전력 제어 단계에서는 주전원 전압 불안정이 전력 설정 오류의 주요 원인입니다. 부하가 네트워크에 갈바닉 연결되지 않은 경우 부하에 적용된 전압의 평균값을 쉽게 측정하고 피드백 회로를 사용하여 이를 일정하게 유지합니다. 이 원리는 두 번째 레귤레이터에서 구현됩니다. 장치의 블록 다이어그램이 그림에 나와 있습니다. 삼.

XNUMX개의 마이크로컨트롤러 전력 조정기. 장치 블록 다이어그램
그림 3. 장치 블록 다이어그램

자동 제어 모드에서 작동하기 위해 두 개의 Bresenham 변조기 Br이 사용됩니다. 모드. 1 및 Br. 모드. 2, 소프트웨어로 구현된다. 변조기 Br의 입력에서. 모드. 1은 제어 버튼을 사용하여 설정된 필요한 전력 코드를 수신합니다. 이 변조기의 출력에서 저역 통과 필터 LPF 1로 필터링 한 후 비교기의 입력 중 하나에 공급되는 펄스 시퀀스가 형성됩니다. 부하에서 가져온 전압은 저역 통과 필터 LPF 2를 통해 비교기의 두 번째 입력에 공급됩니다. 비교기의 출력에서 8비트 오류 신호가 마이크로컨트롤러의 입력으로 공급되며 여기에서 디지털 필터링됩니다. 디지털 필터의 디지털 필터는 변조기와 동시에 작동하므로 출력 펄스 시퀀스의 반복 주파수와 이 주파수의 고조파에서 리플을 효과적으로 억제하는 것이 보장됩니다. 디지털 필터의 출력에서 16비트 오류 신호가 IR 통합 컨트롤러에 공급됩니다. 정확성을 향상시키기 위해 통합 컨트롤러는 8비트 그리드에서 작동합니다. 컨트롤러 출력 코드의 하위 2비트는 변조기 Br의 입력에 공급됩니다. 모드. XNUMX, 출력에서 펄스 시퀀스가 형성되어 사이리스터 제어 장치에 공급됩니다.

두 번째 레귤레이터의 개략도가 그림에 나와 있습니다. 4.

그림 4. 두 번째 레귤레이터의 개략도(확대하려면 클릭)

이 컨트롤러는 위에서 설명한 것과 회로가 매우 유사하므로 차이점만 살펴보는 것이 좋습니다. 마이크로 컨트롤러의 사용 가능한 I/O 포트가 충분하지 않아 내장된 비교기의 사용을 포기해야 했습니다. 레귤레이터는 듀얼 비교기 U2 유형 LM393을 사용합니다. 비교기의 전반부는 주전원 전압에 바인딩하는 데 사용됩니다. LM393의 특성으로 인해 R27, R14와 함께 비교기 입력에서 음의 전압을 줄이는 전압 분배기를 형성하는 저항 R15을 바인딩 회로에 추가해야했습니다. 비교기 출력의 주전원 주파수 사행은 마이크로 컨트롤러 INT0의 입력으로 공급됩니다. 비교기의 후반부는 피드백 루프에 사용됩니다. 1비트 오류 신호가 마이크로컨트롤러 TXNUMX에 입력됩니다.

비교기의 입력에는 R16, C7 및 R17, C8 요소로 구성된 저역 통과 필터가 설치됩니다. 변조기 출력(마이크로 컨트롤러의 출력 T0)의 신호는 분배기 R18, R19를 통해 저역 통과 필터의 입력으로 공급됩니다. 공급 전압에 가까운 입력 전압에서는 비교기가 작동할 수 없기 때문에 분배기가 필요합니다. 분배기 이후 펄스의 진폭은 약 3,5V입니다. 진폭 안정성은 기준으로 사용되는 +5V 공급 전압의 안정성에 의해 결정됩니다. 부하에서 제거된 전압은 저항 R20, R21로 형성된 분배기를 통해 또 다른 저역 통과 필터의 입력으로 공급됩니다. 이 분배기는 정격 주전원 전압 및 100% 부하 전력에서 저역 통과 필터의 출력 전압이 3,5V가 되도록 선택됩니다. 트랜지스터 스위치를 통해 INT1 마이크로 컨트롤러 출력 신호가 공급됩니다. 사이리스터를 제어합니다. 광사이리스터 V1 및 V2는 VD11 다이오드 어셈블리와 함께 부하를 공급하는 제어 정류기를 형성합니다.

마이크로 컨트롤러 포트를 저장하는 제어 버튼은 다른 방식으로 포함되어 있습니다. 표시등이 꺼지면 레귤레이터의 작동주기에 공백이 있습니다. 이때 이러한 표시기의 선을 이용하여 버튼을 스캔하는 것이 가능했습니다. 따라서 세 개의 버튼은 단 하나의 추가 라인만 사용합니다. 이것이 리턴 라인 P3.7입니다. "AUTO" 모드를 제어하려면 세 번째 버튼이 필요했습니다. 스위치를 켠 직후 레귤레이터는 수동 모드로 전환됩니다. 기능적으로 위에서 설명한 레귤레이터에 해당합니다. 자동 제어 모드를 켜려면 "AUTO" 및 "UP" 버튼을 동시에 누르십시오. 동시에 "AUTO" LED가 켜집니다. 이 모드에서는 컨트롤러가 자동으로 설정된 전력을 유지합니다. 이제 "AUTO" 버튼을 길게 누르면 표시기에서 조정기의 현재 상태를 볼 수 있습니다(전력이 변경되지 않도록 주 전압의 변동에 따라 변경되는 출력 전력의 백분율).

주전원 전압이 너무 낮아 전원을 유지할 수 없는 경우 "AUTO" LED가 깜박이기 시작합니다. "AUTO" 및 "DOWN" 버튼을 동시에 눌러 자동 제어 모드를 끌 수 있습니다. 부하 전류가 2A를 초과하는 경우 방열판에 광사이리스터를 설치해야 합니다. 광사이리스터의 베이스는 양극에 연결되므로 이 회로에서는 장치의 공통 와이어에 연결된 공통 라디에이터에 장치를 장착할 수 있습니다. VD11로서 Schottky 다이오드 어셈블리(또는 KD2998과 같은 두 개의 개별 Schottky 다이오드)를 사용하는 것이 바람직합니다. 극단적인 경우 필요한 부하 전류를 허용하는 기존 다이오드를 사용할 수 있습니다.

KD2997, KD2999, KD213을 사용하면 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. LM393 비교기는 IL393이라는 명칭으로 Integral 소프트웨어에서 생산됩니다. 예를 들어 LM311(KR554CA3이라고도 함)과 같은 두 개의 개별 비교기를 사용할 수도 있습니다. KP505A 트랜지스터 (민스크 트랜지스터 공장에서 제조) 대신 VT815 컬렉터 회로에 817KΩ 저항을 직렬로 추가하여 바이폴라 트랜지스터 KT1, KT3을 사용할 수 있습니다. 나머지 세부 사항에 대한 요구 사항은 위에서 설명한 레귤레이터와 동일합니다. 조정기를 조정하려면 부하를 연결하고 정격 주전원 전압을 적용해야 합니다(예: LATR 사용). 그런 다음 최대 전력(100%)을 설정해야 합니다. 비교기 U21B의 입력 5와 6에서 2에 가까운 전압 차이를 달성하려면 트리머 저항 R90이 필요합니다. 그런 다음 전원을 21%로 줄이고 "AUTO" 모드를 켜야 합니다. R1을 조정하면 설치된 전력과 컨트롤러 상태의 제어 모드("AUTO" 버튼을 누른 상태)에서 표시기 판독값의 일치(±XNUMX 단위 정확도)를 달성해야 합니다.

소프트웨어를 다운로드할 수 있습니다. pwr100a.bin 파일(554바이트)에는 ROM 펌웨어가 포함되어 있고, pwr100a.asm 파일(10,083바이트)에는 소스 텍스트가 포함되어 있습니다. TASM 2.76을 사용한 번역에 필요한 라이브러리는 lib.zip 아카이브(2,575바이트)에 있습니다. 파일 다운로드.

저자: Leonid Ivanovich Ridiko, wubblick@yahoo.com; 간행물: cxem.net

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의료용 나노 젤 10.02.2021

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스탠포드 대학의 의료 연구원 팀은 외부 제어에 완벽하게 따르고 생체 조직에서 천천히 용해될 수 있는 특수 나노 겔의 새로운 개발을 발표하여 이러한 개발 전체의 주요 요구 사항을 충족합니다.

그리고 나노 겔을 개발하기 위한 새로운 연구 프로젝트의 주요 요구 사항은 다양한 약물 및 화합물의 일종의 담체 역할을 할 수 있는 이러한 겔의 점진적이고 제어된 용해의 필요성입니다. 사실 이러한 종류의 젤은 점진적인 방출 및 용해로 의약 화합물을 체내에 통합하는 매우 효과적인 방법으로 작용할 수 있으며, 이는 실제로 완전 자동 모드에서 작동하기 때문에 체계적인 약물 투여의 필요성을 제거합니다. .

또한, 초기 문제는 이 젤이 따뜻한 환경에서 너무 빨리 용해되어 후속 구성에서 전문가에 의해 처리되었다는 것이 초기 문제였기 때문에 전문가는 제어 정도와 젤의 자율성 사이에서 사실상 완벽한 균형을 찾을 수 있었습니다. . 또한 나노 입자와 함께 특수 고분자 화합물을 사용하므로 구성이 약간 복잡합니다.

이러한 나노 겔의 현재 버전은 실제로 연구자들이 원하는 약물 화합물의 운반체 및 전달자로서의 역할에서 이 겔을 조작할 때 높은 수준의 제어 및 유연성을 달성할 수 있도록 합니다. 따라서 현재로서는 제시된 나노 겔의 현재 개발 단계의 최종 완료를 기다리는 것만 남아 있으며, 이는 미래에 사용자에게 정말 유망한 것을 확실히 보여줄 수 있을 것입니다.

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