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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 12채널 위상 전력 조정기. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
이 기사에서는 89비트 AT4051C24-1,15PU 마이크로컨트롤러를 기반으로 하는 다중 채널 위상 컨트롤러에 대해 설명합니다. 이 장치에는 스위칭 장치와 XNUMX개의 위상 조정기가 포함되어 있으며, 각각은 XNUMXkW의 전력으로 XNUMX개의 부하를 제어할 수 있습니다(적용된 네트워크 필터의 기능에 따라 제한됨). 또한 각 듀얼 레귤레이터에는 실시간 시계가 있습니다. 이 장치는 접근 가능한 요소 기반으로 제작되었으며 평균 자격을 갖춘 무선 아마추어가 복제할 수 있습니다. 12채널 위상 조정기의 블록 다이어그램이 그림 1에 나와 있습니다. 1. 여기서 A6-A1은 회로, 설계 및 작동 알고리즘이 동일한 2채널 위상 전력 조정기입니다. S3은 전원을 조절하고 현재 시간과 두 가지 알람의 응답 시간을 설정하는 데 사용되는 스위칭 장치입니다. 하나의 XNUMX채널 전력 조정기의 개략도가 그림 XNUMX에 나와 있습니다. XNUMX 및 스위칭 블록 - 그림 XNUMX. 삼.
스위칭 장치의 소켓 XS1-1 - XS1-6은 레귤레이터 4-1의 XP6 플러그를 연결하도록 설계되었습니다. 각 조정기에는 두 개의 독립적인 위상 조정기가 있으며 추가로 전자 시계 기능을 구현합니다. 레귤레이터와 그 기능은 아래에서 자세히 설명됩니다. 스위칭 장치의 스위치 SA1에는 1개의 위치가 있습니다. 위치 "1"로 설정된 경우 SB4-SB1 버튼이 컨트롤러 2에 연결되고 이 컨트롤러에 대한 매개변수를 설정할 수 있습니다. 따라서 위치 "2"로 설정하면 컨트롤러 XNUMX 등의 매개변수를 설정할 수 있습니다. 레귤레이터 1(SA1 - 위치 "1")의 작동을 자세히 살펴보겠습니다. 장치에는 다음과 같은 기능이 있습니다. - 위상 펄스 조절의 XNUMX개의 독립적인 채널; - 시-분 모드("시계 24" 모드)의 2자리 디스플레이에 현재 시간을 XNUMX시간 형식으로 표시합니다. - 현재 시간 설정 및 조정 - 분-초 모드("시계 1" 모드)에서 작동합니다. - 5개의 알람 시계가 트리거되면 커넥터 XP6 및 XP10(TV, 라디오, 전기 히터 등)에 각각 연결된 부하가 켜지고 1초 동안 반복 빈도 XNUMX의 간헐적인 조명 및 소리 알람이 울립니다. 헤르츠; - 매 시간 초에 짧은(1초 지속) 경고음 신호를 보내고 알람이 울리는 순간 버튼을 눌러 조명 및 소리 알람을 강제로 끌 수 있습니다. 따라서 "Clock 1", "Clock 2", "Knob 1", "Knob 2", "Alarm 1" 및 "Alarm 2"의 1가지 작동 모드가 제공됩니다. 두 개의 독립적인 전력 컨트롤러가 시뮬레이터 VS2 및 VS0에 각각 조립됩니다. 전력 조절은 트라이액의 위상 펄스 제어에 의해 수행됩니다. 각 채널의 출력 전력 제어 간격은 99부터 XNUMX까지 상대 단위로 설정됩니다. 물론 위상 펄스 제어 레귤레이터는 잡음을 발생하지만 구현이 쉽고 백열등, 히터 등 부하의 전력을 조절할 수 있습니다. , AC 유도 전동기 등 컨트롤러 인터페이스에는 버튼 SB1-SB4(그림 3), LED 스트립 HL1, HL2 및 1개의 디지털 6요소 표시기 HG2-HGXNUMX 디스플레이(그림 XNUMX 참조)가 포함되어 있습니다. 버튼의 목적은 다음과 같습니다.
장치의 모든 작동 모드에서 각 버튼은 한 가지 기능만 수행합니다(알람이 켜졌을 때 소리 및 조명 신호 끄기 제외). 인터페이스 표시 비트의 목적은 다음과 같습니다(그림 2의 오른쪽에서 왼쪽으로).
전원을 켜면 장치는 시계 1 모드로 들어갑니다. 현재 시간을 설정하려면 SB1 버튼을 눌러 "시계 2" 모드로 들어간 다음(HG1 표시기에 숫자 1이 나타나야 함) SB4 버튼을 한 번 눌러야 합니다. 이 경우 분 단위 숫자가 선택됩니다(HG6 표시기의 h 지점이 켜지기 시작합니다). 필요한 방전 값은 SB2 및 SB3 버튼을 사용하여 설정됩니다. 다음 번에 SB4를 누르면 수십 분 자리가 선택됩니다(HG5 표시기에서 h 지점이 켜짐). 수십 시간 자리(HG2 표시기)로 값을 설정한 후 다시 SB4 버튼을 누르면 시간 계산을 허용합니다. 채널 1의 전력 값을 설정하려면 SB1 버튼을 사용하여 "Regulator 1" 작동 모드를 선택합니다(HG1 표시기에 숫자 2가 켜져야 합니다). 그런 다음 SB4 버튼을 사용하여 방전을 선택하고 SB2("More") 및 SB3("Less") 버튼을 사용하여 필요한 전력 값을 설정합니다. "Clock 2" 모드에서 시간을 설정하면 현재 시간 계산이 금지되며, 다른 모든 모드에서는 활성화됩니다. 알람 1과 2의 시간을 설정한 후(SB4 버튼으로 숫자 선택 완료) 라이트 스트립 HL1과 HL2가 각각 켜집니다. 발광 스트립은 설정된 알람 시간이 마이크로 컨트롤러의 메모리에 기록되었음을 나타냅니다(필요한 경우 다시 프로그래밍할 수 있음). 현재 시간이 "알람 1" 및 "알람 2" 모드에서 설정된 시간과 일치하면 간헐음(HA10) 및 표시등(HL1) 알람이 1초의 켜짐 및 꺼짐 간격으로 0,5초 동안 활성화됩니다. 이 시간이 지나면 켜져 있던 라이트 스트립 HL1이 꺼집니다. 조정기 1의 주요 기능 단위를 고려해 보겠습니다(그림 2 참조). 그 기본은 DD1 마이크로 컨트롤러이며, 작동 주파수는 1MHz의 외부 석영 공진기 ZQ10이 있는 생성기에 의해 설정됩니다. 주전원 전압 센서는 어셈블리 U1의 트랜지스터 옵토커플러에 조립됩니다. 주전원 전압이 8을 넘는 순간을 모니터링합니다. 저항 R7의 센서 출력 전압은 마이크로 컨트롤러의 핀 1에 공급됩니다. 전력 제어 채널 1은 트라이악 VS2 및 옵토커플러 U8에 조립되어 있으며 DD1 핀 2의 신호에 의해 제어됩니다. 부하는 커넥터 XP2에 연결됩니다. 두 번째 채널은 트라이악 VS3 및 옵토커플러 U9에 조립되며 마이크로컨트롤러 핀 3의 신호에 의해 제어됩니다. 부하는 커넥터 XP1에 연결됩니다. 규제 기관에 의해 발생하는 간섭 수준을 줄이기 위해 규제 기관은 네트워크 필터 Z2 및 ZXNUMX를 통해 네트워크에 포함됩니다. 동적 표시는 미세 회로 DD2, DD3, 트랜지스터 VT1 -VT5 및 디지털 1개 요소 표시기 HG6-HG2에서 이루어집니다. 레지스터 DD1는 마이크로 컨트롤러 포트 라인 수를 늘리고 소리 및 빛 경보(각각 압전 이미터 HA1 및 라이트 스트립 HL2 및 HL4), 트라이액 옵토커플러 U5, U1, HG9 표시기 방전 등 내부 액추에이터를 제어하는 역할을 합니다. 저항 R15-RXNUMX는 디지털 표시기 요소를 통해 전류를 제한합니다. 레지스터 DD3의 출력 6(핀 2)에서 저항 R26을 통해 주기적으로(1초 간격으로) 신호는 "Clock 4" 및 "Clock 1" 모드에서 HG2 표시기의 요소 g를 켜고 끕니다. 저항 R4을 통해 레지스터 DD9의 출력 2(핀 27)에서 나온 신호는 선택된 표시기 HG2, HG3, HG5, HG6 중 하나에서 지점 h를 켭니다. 장치의 디지털 부분은 네트워크로부터 갈바닉 절연되어 있습니다. 마이크로 컨트롤러 프로그램은 전자 시계의 작동을 제어하고 트라이악 전력 조정기의 위상 펄스 제어 구현을 보장합니다. 프로그램의 "시계" 부분의 주요 작업(1초 동안 지속되는 정확한 시간 간격의 형성)은 TF0 타이머의 인터럽트를 사용하여 해결됩니다. TF0 타이머 인터럽트 처리 루틴의 주기에서 마이크로컨트롤러는 80μs마다 핀 7의 상태를 폴링합니다. 레지스터 R4, R6의 카운터는 인터럽트 수를 계산하고 특정 값과 동일해지면 현재 시간이 다음과 같이 증가합니다. 잠깐. 현재 시간은 6시간마다 조정됩니다. 이 장치에서는 시계가 하루에 약 0초씩 지연되는데, 일상 생활에서는 이 정도가 상당히 허용됩니다. TFXNUMX 타이머의 인터럽트도 동적 표시를 제공합니다. 마이크로컨트롤러가 주기적으로(3ms 주기로) 포트 P1과 동기 레지스터 DD2에 각각 기록하는 바이트를 표시 및 상태 바이트라고 부르겠습니다. 표시 바이트의 낮은 테트라드는 디코더 DD3의 입력에 공급되어 숫자 값을 결정하고 트랜지스터 VT2-VT5를 통해 높은 테트라드의 숫자는 동적 디스플레이의 표시기 HG2, HG3, HG5, HG6을 제어합니다. . 트랜지스터 VT1 및 그에 따른 표시기 HG1은 레지스터 DD12의 핀 2의 신호에 의해 제어됩니다. "컨트롤러 1" 및 "컨트롤러 2" 모드에서는 HG2 및 HG3 표시기가 꺼집니다. 표시기를 끄려면 표시 바이트의 하위 순서에 코드 F가 있어야 합니다. 레벨 로그. 마이크로 컨트롤러의 핀 0에서 16은 트랜지스터 VT2를 열고 HG2 표시기를 켜고, 핀 17에서 동일한 레벨의 신호는 트랜지스터 VT3을 열고 HG3 표시기를 켜는 등입니다. 낮은 테트라드는 이진 코드 십진수이며, DD3 디코더를 통해 HG4를 제외한 모든 표시기의 요소를 제어합니다. HG2, HG3, HG5, HG6 표시기가 켜지면 마이크로컨트롤러는 INTO 입력(P3.2, DD6의 핀 1) 상태를 폴링합니다. SB1-SB4 버튼을 누를 때마다 표시된 표시기가 켜지면서 이 입력에 낮은 레벨이 나타납니다. 따라서 스위칭 장치의 각 버튼은 표시 바이트의 상위 순서에 있는 "자체" 숫자에 "연결"됩니다. 채널 1의 예를 사용하여 위상 펄스 조정기 프로그램의 작동 알고리즘을 고려해 보겠습니다. 조정기의 작동을 설명하는 오실로그램이 그림 4에 나와 있습니다. 4. 주전원 전압의 각 반주기(그림 8, a)에서 마이크로컨트롤러는 80μs 지속 시간의 핀 4의 트리거 펄스를 사용하여 옵토커플러 U1를 통해 트라이악 VS2을 켭니다(그림 2, c) . 커넥터 XP1에 연결된 부하의 전력 값은 주 전압의 각 반주기 동안 트라이악이 켜져 있는 시간에 따라 달라집니다. 장치 표시기에 설정된 전력 값이 증가함에 따라 부하의 전력 값이 증가하고 4%와 같은 제어 불연속성을 얻으려면 트라이액 켜기 펄스를 이동해야 합니다(에서 그림 100의 오른쪽에서 왼쪽으로, b) 장치 표시기의 설정 전력 값이 XNUMX만큼 증가할 때 주전원 전압이 XNUMX을 통과하는 순간부터 XNUMXμs 간격으로.
트리거링 펄스는 주전원 전압이 "0"을 통과하는 순간에 비해 특정 지연으로 공급됩니다. 전환 순간은 로그에 해당합니다. 마이크로 컨트롤러의 핀 7에서 4입니다 (그림 1b). 지연 시간은 "조정기 0" 모드의 장치 표시기에 있는 숫자에 의해 결정되며 99부터 7까지의 값을 가질 수 있습니다. 서브루틴은 이 두 자리 이진수를 단일 바이트 이진수로 변환합니다. 이 숫자는 시간 지연을 구현하는 카운터(레지스터 R80)에 로드됩니다. 이미 언급한 것처럼 마이크로컨트롤러는 1μs마다 네트워크 센서 출력을 폴링합니다. 주전원 전압이 1을 통과하면 카운터가 시작됩니다. 버튼이 "Regulator 2" 모드의 표시기에 표시된 숫자를 변경하면 트라이악 VS3을 켜기 위한 제어 펄스를 켜기 위한 지연 시간이 변경됩니다. 즉, 주전원 전압의 각 반주기마다 트라이액이 켜지는 순간 XPXNUMX 커넥터에 연결된 부하의 유효 전압이 변경됩니다. 장치의 두 번째 채널도 비슷하게 작동하여 XPXNUMX 커넥터에 연결된 부하의 전원을 조절합니다. 부하 유출에 따른 트라이악 조절 각도는 동일하지 않습니다. 실제로 장치에서 표시기에 따른 100W 백열등의 전원 제어 간격은 18~97입니다. 즉, 밝기 수준을 79단계로 설정할 수 있습니다. 이는 램프를 가열 요소로 사용하는 경우에 필요합니다. 밝기를 더 빠르게 변경하려면(실습에서 알 수 있듯이 조명의 경우 그렇게 많은 레벨이 필요하지 않음) 설정된 전력의 상대적 제어 범위 중 가장 중요한 숫자만 변경할 수 있습니다. 프로그램에 대해 간략하게 설명합니다. 동적 디스플레이를 위한 디스플레이 버퍼는 주소 2BN부터 48H까지 마이크로컨트롤러 데이터 메모리에 구성됩니다. 디스플레이 버퍼에 있는 각 바이트의 최하위 XNUMX개는 숫자 값을 정의하는 이진 코드 십진수이며, 가장 중요한 XNUMX개는 동적 디스플레이의 숫자를 결정합니다. 따라서 버퍼의 각 바이트에서 숫자 값과 표시되는 위치가 결정됩니다. 기능적 목적에 따라 장치의 작동 모드에 따라 버퍼 주소 공간은 XNUMX개의 기능 그룹으로 나뉩니다.
타이머 인터럽트 루틴 TF0의 루프 기능 그룹의 각 바이트는 마이크로컨트롤러 DD1의 포트 P1에 출력됩니다. 표시 바이트의 가장 중요한 1개 부분은 실행 중인 1 코드입니다. 따라서 버퍼 기능 그룹의 바이트를 주기적으로 포트 P1에 하나씩 기록함으로써 동적 표시 모드를 얻습니다. 포트 P2에 표시 바이트를 쓴 후 버튼 폴링이 시작됩니다. SB0 버튼을 누르면 레지스터 R3의 단위가 왼쪽으로 이동하여 위의 0개 작동 모드 중 하나가 설정됩니다. 기능 그룹의 첫 번째 주소는 레지스터 RXNUMX에 기록됩니다. 인터럽트 처리 서브루틴에서 XNUMXms마다 레지스터 RXNUMX이 증가합니다. 메인 프로그램에서는 현재 시간을 계산 및 수정하고, 알람 시계를 설정하고, 현재 시간을 알람 시계 시간과 비교하고, 조명 및 소리 신호를 켜고, 두 자리 이진수 십진수를 변환합니다( 장치 표시기의 설정된 전력 레벨 값)을 "Regulator 1" 및 "Regulator 2"에서 XNUMX바이트 바이너리로 변환하여 위상 펄스 제어 알고리즘을 구현합니다. 개발된 어셈블러 프로그램은 약 3,7kBytes의 마이크로컨트롤러 프로그램 메모리를 차지합니다. 각 조정기와 스위칭 장치는 120x80mm 크기의 별도 브레드보드에 장착됩니다. 조정기를 설치할 때 장치의 디지털 부분을 네트워크 부분과 분리하는 것이 좋습니다. 모든 저항기는 소산 전력이 2W인 C33-0,125N이지만 소산 전력이 동일하고 공칭 값에서 허용되는 저항 편차가 ±5%인 다른 저항기도 적합합니다. 커패시터 C1, C4는 수입 산화물이고, C2, C3은 세라믹 K10-17입니다. 마이크로컨트롤러 DD5과 레지스터 DD1의 전원 단자(+2V 및 공통 와이어) 사이에 10μF 용량의 차단 커패시터 K17-0,1을 설치하는 것이 유용합니다. 디스플레이에서 장치의 현재 작동 모드를 나타내는 숫자(HG1 표시기)를 다른 숫자의 배경과 대조하여 강조 표시하는 것이 좋습니다. 따라서 이 카테고리에는 001요소 적색 표시기 HDSP-F151이 선택되었습니다(HDSP-F2이 적합함). 표시기 HG6-HG501 - 녹색 HDSP-F4(공통 양극과 허용 가능한 밝기를 가진 다른 표시기 사용 가능) HG3 표시기에서는 g 세그먼트만 "-" 기호를 형성하는 데 사용됩니다. 표시 요소를 통과하는 전류는 DD514 디코더의 부하 용량에 따라 결정됩니다. KR2ID22의 경우 각 출력의 최대 허용 전류는 1mA입니다. 라이트 스트립 HL2, HL2300 - No.-XNUMXEW 빨간색. 각 전력 제어 채널을 통과하는 전류는 FS-5 네트워크 필터(Z220, Z1)를 통해 최대 허용 전류 2A로 제한됩니다. 경부하 및 소음 수준 요구 사항이 그다지 높지 않은 경우 라인 필터를 생략할 수 있습니다. 부하는 MPW-2 플러그를 통해 장치에 연결됩니다(상대편은 MHU-2 소켓). 대신 TV-10-2 터미널 블록을 사용할 수 있습니다. 제어 채널의 정격 부하 전력이 100W를 초과하는 경우 트라이악을 적절한 방열판에 설치해야 합니다. 허용 전류가 236A인 TIC12M 트라이악을 사용하면 최대 1,5kW의 부하를 제어할 수 있습니다. 가능한 대체품은 국내 트라이악 KU208G이지만 감도가 훨씬 더 나쁩니다. 안정적인 작동을 위해서는 이 트라이악의 제어 전극을 통해 최소 250mA의 전류가 흘러야 하므로 저항 R1 및 R3의 저항을 100으로 줄여야 합니다. 옴. 최대 2kW 전력의 부하에는 허용 전류가 최대 16A인 트라이액을 사용할 수 있습니다(예: ^C246N). 특정, 특히 저전력 부하 작업에 대한 트라이악의 적합성을 평가하려면 사용되는 트라이액의 제어 및 유지 전류의 실제 값을 측정하는 것이 좋습니다. 장치에 사용되는 SHARP(U202, U2)의 트라이액 옵토커플러 S4SE5는 최대 8A까지 전류를 전환할 수 있습니다. 주 전압의 제로 크로싱 근처에서 켜집니다. 옵토커플러 S202S02를 사용할 수 있으며, 부하의 스위칭 전류가 2A를 초과하지 않으면 S202TO1을 사용할 수 있습니다. 전원 조정기의 5V 전원 공급 장치에서 소비되는 전류는 80mA를 초과하지 않습니다. 스위칭 장치의 커패시터 C1은 수입 산화물입니다. Galet 스위치 SA1 - PG2-12-6P8N(1개 위치 및 4개 방향). 푸시 버튼 스위치 SB125-SBXNUMX - PKNXNUMX 또는 이와 유사한 스위치. 장치는 설정이나 조정을 제공하지 않으며 설치가 올바르게 완료되고 모든 부품이 제대로 작동하면 공급 전압이 켜진 직후 작동을 시작합니다. 전원 제어 채널을 확인할 때 예를 들어 20~30W 전력의 백열등을 사용하여 가벼운 부하로 첫 번째 스위치를 켜는 것이 좋습니다. 먼저 전원 제어 채널 1을 확인한 다음 2를 확인하는 것이 좋습니다. 이렇게 하려면 "Regulator 1" 모드로 들어가야 하며 표시기를 사용하여 키보드를 사용하여 전원 레벨을 변경하여 밝기 변화를 모니터링해야 합니다. 램프의. 램프가 전혀 켜지지 않으면 네트워크 센서(DD7 마이크로 컨트롤러의 핀 1)의 신호, 즉 로그 레벨의 펄스가 있는지 확인해야 합니다. 0...1ms의 지속 시간과 1,2ms의 주기를 갖는 10입니다(그림 4,b). 저자: S. Shishkin
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