전원 공급 장치를 측정하고 보호하기 위한 모듈입니다. 구성표, 설명

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전원 공급 장치를 측정하고 보호하기 위한 모듈입니다. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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제안된 모듈은 설정된 한계를 초과하는 전압 및 전류로부터 부하를 보호하기 위해 실험실 전원 공급 장치와 함께 사용할 수 있습니다.

이러한 장치에 대한 설명은 반복적으로 게시되었으며, 예를 들어 "측정 기능이 있는 고급 디지털 보호 장치"("Radio", 2007, No. 7, pp. 26-28, 저자 N. Zaets) 기사가 있습니다. 16자리 873요소 LED 표시기가 있는 마이크로컨트롤러 PIC8535F8에서 이 목적의 장치. 대조적으로, 제안된 모듈은 ATmega16L-XNUMXPU 마이크로컨트롤러와 각각 XNUMX자씩 XNUMX줄을 포함하는 LCD를 기반으로 합니다.

처음에는 전치 증폭기가 내장된 마이크로컨트롤러의 ADC 차동 입력을 사용하여 전류를 측정하려고 했습니다. 그러나 테스트 결과 그러한 측정의 불안정성이 드러났습니다. 전류 측정 장치에서 연산 증폭기를 사용하는 것도 같은 이유로 부적합한 것으로 나타났습니다. 전류 센서 저항의 저항이 상대적으로 높은 XNUMX개의 ADC 채널로 전류를 측정하기 위해 타협 옵션이 선택되었습니다.

저항이 0,5옴인 전류 센서를 사용하는 첫 번째 채널은 1mA의 분해능으로 최대 10A의 전류를 측정합니다. 두 번째 채널은 저항이 5옴인 전류 센서를 사용하여 0,1A의 분해능으로 최대 0,05A의 전류를 측정할 수 있습니다. 이 장치는 0,1V의 분해능으로 전압을 측정합니다.

보호 응답 시간은 주로 ADC 클록 주파수(125kHz)에 따라 달라집니다. 오실로스코프의 도움으로 계산 및 확인된 아날로그-디지털 변환 기간은 110µs입니다. 마이크로컨트롤러는 전압과 전류를 모두 측정하기 위해 220μs에 스위칭 명령 실행의 총 시간을 더한 시간을 소비합니다. 8MHz의 마이크로컨트롤러 클록 주파수를 사용하면 3,7µs 내에 완료됩니다.

표시기에 정보를 표시하는 절차는 보호 응답 시간을 늘리는 데 기여할 수 있습니다. 프로그램은 0,28초마다 액세스합니다(TimeDisp 상수로 지정됨). 정보를 출력하는 데 4ms가 걸립니다(오실로스코프로 측정). 시간은 두 개의 카운터로 계산되며 첫 번째 카운터는 각 측정 주기에서 프로그램에 의해 증가하고 두 번째 카운터는 첫 번째 카운터의 오버플로를 계산합니다. 두 번째 카운터의 내용이 위의 상수 값에 도달하면 표시기에 정보가 표시됩니다.

지표에 대한 호출 기간이 증가함에 따라 지표의 서비스 시간 동안 비상 이벤트가 발생할 확률이 감소합니다. 최소 응답 지연이 필요한 경우 프로그램이 표시기에 액세스하는 것을 금지해야 합니다. 그런 모드가 제공됩니다.

장치는 64개의 버튼, 스위치 및 버튼이 있는 인코더를 사용하여 제어됩니다. 엔코더를 사용하면 마이크로컨트롤러에 대한 정보 입력이 간소화됩니다. XNUMX 친숙도 표시기는 장치의 상태에 대해 사용자에게 알릴 가능성을 크게 높입니다.

상대적으로 많은 양의 프로그램은 표시기에 표시되는 수많은 메시지 텍스트가 있기 때문입니다. 시각적 정보를 표시하는 것 외에도 보호 작동에 대한 청각 신호도 있습니다.

두 가지 버전의 프로그램이 기사에 첨부되어 있습니다. 첫 번째 항목(소스 텍스트 Modul-P&M4.asm, 부팅 파일 Modul-P&M4.hex)은 마이크로컨트롤러의 비휘발성 메모리에 보호 작업 임계값의 설정 값을 저장하는 기능을 제공하지 않습니다. 전원이 켜지거나 마이크로 컨트롤러가 강제로 재설정된 후 이 프로그램은 허용 가능한 최대 값을 비교 레지스터에 씁니다.

프로그램의 두 번째 변형(소스 코드 Modul-P&M-EP.asm, 부팅 파일 Modul-P&M-EP.hex)에서 전원이 꺼지면 설정된 임계값이 EEPROM에 저장됩니다. 다음에 전원을 켜면 프로그램이 이를 복원합니다.

모듈 다이어그램은 그림에 나와 있습니다. 1. 첫 번째 전류 측정 채널은 저항-전류 센서 R12, R14, 트리머 저항 R16 및 ADC ADC1의 비대칭 입력으로 구성되고 두 번째 전류 측정 채널은 저항 R11, R13, 트리머 저항 R15 및 ADC ADC3의 비대칭 입력입니다. 첫 번째 채널의 부하는 보호 소스의 양극 단자와 "-out" 단자 사이에 연결되고, 두 번째 채널의 부하는 동일한 소스 단자와 "-out.2" 단자 사이에 연결된다. 일정한 저항 R18과 트리머 저항 R17로 형성된 분압기를 통한 "+U" 단자의 소스 전압의 일부는 측정을 위해 ADC4 ADC의 불균형 입력에 공급됩니다.

쌀. 1. 모듈 다이어그램(확대하려면 클릭)

트리머 저항 R15-R17은 표준 기기를 사용하여 HG1 표시기에서 전압 및 전류 판독 값을 설정하도록 설정할 때 사용됩니다. 필요한 경우 부하와 제어 소스를 분리하는 각 트랜지스터 스위치는 강력한 전계 효과 트랜지스터와 이를 제어하는 바이폴라 트랜지스터로 구성됩니다. 임계 전압이 2 ~ 5V인 전계 효과 트랜지스터를 여기에서 사용할 수 있습니다.

전원을 켤 때(초기 상태로 설정) HL1 LED의 단기 깜박임은 그 후 마이크로 컨트롤러 출력이 얼마 동안 높은 임피던스 상태에 있기 때문에 발생합니다. 결과적으로 전류 펄스는 플러스 전원 회로-HL1 LED-저항 R2, R7-에미 터 접합 VT4-다이오드 VD3-공통 와이어 (채널 1 용)를 통해 흐릅니다. 비슷한 이유로 HL2 LED도 깜박입니다.

모듈이 작동 중일 때 해당 LED는 켜지는 채널(채널 1 - HL1, 채널 2 - HL2)과 동시에 켜집니다.

인코더 S1은 전류 및 전압 보호를 위한 임계값을 설정하는 데 사용됩니다. 전압 또는 전류에 의한 보호 동작의 소리 신호가 제공됩니다. 이를 위해 VT5 트랜지스터 기반 증폭기의 노드와 전자기 사운드 이미 터 HA1이 사용됩니다.

LCD HG1은 마이크로컨트롤러의 포트 B 라인으로 구성된 XNUMX비트 데이터 버스로 작동합니다. 화면에서 프로그램은 전압 및 전류의 측정 값, 장치 작동 모드에 대한 정보를 표시합니다.

전원이 켜지거나 마이크로 컨트롤러가 재설정되면 모듈이 대기 모드로 들어갑니다. 두 채널이 모두 닫혀 있고 전압과 전류가 측정되지 않습니다. 조정된 전압원을 단자 "+U" 및 "-izh"에 연결하고 부하 -를 단자 "+U" 및 "-out1"에 연결합니다. SB3 버튼을 눌러 첫 번째 채널을 선택한 후 트리머 저항 R16 및 R17을 사용하여 모듈 판독값과 기준 전류계 및 전압계를 일치시킵니다. SB2 버튼을 눌러 대기 모드로 돌아갑니다.

그런 다음 부하를 채널 2(단자 "+U" 및 "-out.2")에 연결하고 SB4 버튼을 눌러 두 번째 채널을 선택하고 트리머 저항 R15를 조정하여 LCD 및 기준 전류계의 판독값과 일치시킵니다.

엔코더 버튼을 눌러 엔코더 버튼을 선택하여 전압 및 전류 보호 임계값을 설정합니다. 인코더를 회전하고 SB6(채널 1) 또는 SB7(채널 2) 버튼을 눌러 채널 중 하나에서 원하는 전류 임계값을 설정하고 이 값을 마이크로컨트롤러 비교 레지스터에 씁니다. 이 프로그램은 채널 1에서 보호 임계값을 1A 이상으로 설정하는 것을 금지하며, 이를 시도하면 LCD에 해당 경고가 표시됩니다. SB5 버튼을 누르면 비교 레지스터에 과전압 보호 임계값이 기록됩니다.

모든 임계값을 기록한 후 SB2 버튼을 눌러 모듈을 대기 모드로 되돌립니다. 전압 및 전류에 대해 설정된 임계값을 초과하여 보호 기능의 작동을 확인하십시오. 트리거되면 사운드 신호가 제공되고 이벤트에 대한 정보가 LCD에 표시됩니다. 동시에 트리거가 발생한 채널의 LED가 꺼집니다.

보호가 트리거된 후 추가 작업에 대한 두 가지 옵션이 가능합니다. SB2 버튼을 눌러 대기 모드로 돌아가거나 인코더 버튼을 눌러 임계값 설정 모드로 들어갑니다. 두 번째 경우에는 비교 레지스터의 현재 값이 인코더 서비스 루틴에 사용되는 레지스터로 복사되어 새 값의 설치 속도가 빨라집니다.

모듈의 작동 모드에서 SB5-SB7 버튼을 누르면 스위치가 켜진 채널의 전압 또는 전류의 현재 값을 최하위 자릿수 XNUMX 단위로 증가한 비교 레지스터에 쓸 수 있습니다.

고속 보호 스위치 SA1을 활성화하고 필요한 전압, 전류 및 임계 값을 사전 설정하십시오. 관련 정보가 LCD에 표시됩니다.

모듈의 인쇄 회로 기판은 Fig. 2, 그것에 요소의 배열 - 그림에서. 3. 버튼, 엔코더, LED, LCD 및 전원 공급 장치를 연결하기 위한 모든 패드는 보드 가장자리에 2,54mm 간격으로 위치합니다. 원하는 경우 수 멀티핀 커넥터를 통해 외부 구성 요소와 전원을 연결할 수 있습니다. 큰(최대 220mA) 전류 소비로 인해 표시기 백라이트는 SA2 스위치를 통해 전원 공급 장치에서 직접 전원을 공급받습니다. 케이스 벽 중 하나에 대비 조정 저항 R20을 배치하는 것이 좋습니다. 두 번째 채널의 부하 전류가 흐르는 인쇄 도체 부분은 그 위에 직경 1mm의 와이어를 납땜하여 강화해야 합니다.

전원 측정 및 보호 모듈
쌀. 2. 모듈 회로 기판

전원 측정 및 보호 모듈
쌀. 3. 보드의 요소 위치

보드에는 필요한 경우 트랜지스터 VT1 및 VT2용 방열판을 설치할 수 있는 충분한 공간이 있습니다. ATmega8535L-8PU 마이크로컨트롤러는 ATmega8535-16PU 또는 PI 인덱스가 있는 동일한 제품군 중 하나로 교체할 수 있으며 DV-16400S1F-BLY-H/R LCD는 WH-1604A-YGH-CT 또는 다른 Russified로 교체할 수 있습니다. KS0066U와 호환되는 컨트롤러가 있는 0905라인. HC1212F 전자음 방출기 대신 HCM1A가 적합합니다. 다이어그램에 표시된 GS2A 다이오드(VD3 및 VD1)는 표면 실장 버전의 4001NXNUMX 다이오드와 유사합니다.

트리머 저항 R15-R17 - 저항이 3266~100옴(R500, R15)이고 최소 16옴(R500)인 다중 회전 수입 17W. 커미셔닝 중에 선택한 두 개의 고정 저항에서 분배기로 튜닝 저항을 교체할 수 있습니다.

저항기 R12, R14 - MOH-0,5는 수입 CF-50 또는 CF-100으로 교체할 수 있습니다. 저항 R11, R13 - 3W 전력의 SQP. 5A의 전류 제한은 이러한 저항이 더 높은 전류에서 너무 많이 가열되기 때문에 발생합니다. 권선 KNP-500 또는 KNP-600과 같은 더 강력한 것으로 교체하면 프로그램을 변경하지 않고도 최대 9,9A의 전류를 측정할 수 있습니다.

모듈에 전원을 공급하기 위해 작성자는 비디오 플레이어의 변압기 전원 공급 장치를 사용했습니다. 통합 전압 조정기 +12V의 입력에서 전압 +5V가 제거됩니다.

모듈은 300W 컴퓨터 전원 공급 장치의 케이스에 조립되며 케이스의 모든 오래된 내용물이 제거되고 뒷벽이 잘립니다. 나머지는 모듈의 새 플라스틱 전면 패널이 M3 나사로 부착되는 프레임을 형성합니다. 이 패널에서 본 모습은 그림 4에 나와 있습니다. XNUMX.

전원 측정 및 보호 모듈
쌀. 4. 모듈의 외관

마이크로컨트롤러 프로그램은 AVR Studio 4 개발 환경에서 생성되었으며, ATmega8535L 마이크로컨트롤러가 8MHz의 주파수에서 내부 RC 생성기와 함께 작동하도록 구성하는 것이 표와 일치해야 합니다.

테이블

배출	비교	배출	비교
S8535C	1	보드레벨	1
WDTON	1	보덴	1
스파이엔	0	SUT1	1
스코프	1	SUT0	0
EESAVE	1	CKSEL3	0
부츠Z1	0	CKSEL2	1
부츠츠	0	CKSEL1	0
부트스트	1	CKSEL0	0

나는 80 년대에 만들어진 조정 가능한 전원 공급 장치를 작업에 사용하는데 P210 조절 트랜지스터가 과열되어 출력 전압이 증가하는 경우가 있습니다. 이는 설명된 보호 모듈과 함께 작업할 때도 발생했습니다. 모듈은 예상대로 작동하고 전압을 끄고 소리와 빛 신호를 주며 관련 정보를 LCD에 표시했습니다.

마이크로 컨트롤러 프로그램은 ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/10/modul.zip에서 다운로드할 수 있습니다.

저자: N. 살리모프

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