Лабораторний блок живлення з мікроконтролерним управлінням 0 ... 25,5 В з подвійним захистом (ч2)

Подробиці Переглядів: 2313

В.Д. Котик, м Львів
(Продовження. Початок див. В РА 3/2011)
Опублікована в [1] схема блоку живлення з мікроконтролерним управлінням мала на меті зацікавити радіоаматорів і допомогти їм зрозуміти потенційні можливості і перспективи використання мікроконтролерів (МК) в блоках харчування апаратури, а також освоїти МК практично. Друга частина цієї статті - продовження досліджень автора в цьому напрямку і аналіз питань і пропозицій, висловлених автору читачами журналу.

Відгуки на статтю [1] показали наявність в середовищі радіоаматорів як теоретичного, так і практичного інтересу до цієї теми, а також виявили труднощі, з якими зіткнулися читачі.
Увага автора привернула справедливе зауваження одного з радіоаматорів з м Курська, який побажав повторити блок. У нього в наявності були тільки семисегментний індикатори із загальним катодом, а купувати подібні із загальним анодом, використовувані в БП зі статті [1], не викликало особливого ентузіазму. Як і очікувалося, не обійшлося без «релігійних воєн» з боку прихильників продукції конкуруючих фірм-виробників мікроконтролерів AVR і PIC.
До цього БП також проявили інтерес радіоаматори, які не мають досвіду роботи з МК. Багатьох читачів цікавить можливість підвищити вихідну потужність БП зі збереженням заявлених раніше характеристик і можливостей.
З огляду на вищевикладені побажання, автор розробив ряд доповнень, які можна умовно
розбити на три напрямки:
1. Модернізація існуючої цифрової частини БП (А1) і поділ її схеми на два вузла
(Частини).
2. Перенесення отриманого результату на іншу Мікроконтроллерні платформу.
3. Підвищення вихідної потужності БП і вихідного струму до 2 А.
Слід врахувати, що при цьому модернізація торкнулася як принципової схеми, так і програми МК.
Крім того, програма захисту контролює тепер верхню межу струму споживання в 2,05 А.
Решта заявлені в [1] характеристики блоку живлення не змінилися.
Опис змін в принциповій електричній схемі блоку харчування і логіки його роботи
Структура джерела живлення, як і раніше, складається з трьох частин. Зміні, як описано вище, піддався цифровий модуль управління з індикацією (А1). Аналогова частина (А2) і модуль харчування (A3) самого БП залишилися без змін.
Цифровий модуль управління розділений на дві частини, так як практика показала, що при прагненні зробити БП якомога більш компактним, розташувати на одній платі мікроконтролер з обв'язкою, індикатори та елементи управління практично неможливо. Крім того, так вирішується проблема універсальності використання різних типів світлодіодних індикаторів.
Таким чином, до плати мікроконтролерного керування (А1) тепер додана плата управління і індикації (А4).
Принципова електрична схема модернізованого модуля А1 показана на рис.1.

Робота цифрової частини пристрою на мікросхемі U1 фірми AVR ATMEGA16 в цілому не змінилася (див. [1]).
На МК, як і раніше, покладено функції оцифровки вихідного напруги і струму через внутрішні АЦП і висновок результату на шість семисегментних індикаторів, обробка клавіатури, управління регулятором вихідної напруги і захист стабілізатора напруги. Для зручності роботи з блоком живлення в програму додані алгоритм включення звукового випромінювача (біпера) при переході системи в режим «Аварія» та алгоритм обробки енкодера (погано-дера). При цьому залишено режим роботи з кнопками. Таким чином, користувачеві надана можливість вибору варіанту управління. Наприклад, можна використовувати тільки одну кнопку S3 «Крок» і енкодер. Такий варіант особливо стане в нагоді тим, хто має механічний енкодер з вбудованою кнопкою.
Разом, в схемі до первісного варіанта уз-ла (А1) з [1] в принципову схему доданий вузол опитування енкодера: два резистора (R46, R47) і сам енкодер, підключений до раніше вільним висновків РА5, РА6. Додана також система управління звуковим випромінювачем R49, Т11, ЕР. У даній конструкції потрібно використовувати бипер з внутрішньої генерацією. Зроблено це, щоб не «відволікати» мікроконтролер на генерацію сигналу. Тим, хто не зможе дістати такий випромінювач, рекомендую замінити його звичайним генератором на транзисторах або логічних елементах з пьезоізлучателем, харчування на який треба знімати з колектора Т11. Цей вузол побудований так, що за бажанням його можна одночасно використовувати для режиму повного відключення виходу блоку живлення за допомогою реле або польового транзистора при нештатної ситуації.
У нинішньому варіанті багато чого винесено в вузол індикації і управління (А4), який може бути виконаний в двох варіантах: для індикаторів з загальним анодом (рис.2)

і для індикаторів з загальним катодом (рис.3).

Він підходить для всіх мікроконтролерів, зазначених в статті.
Таким чином, А4 містить 6 транзисторних ключів індикації Т1-Т6 (npn або pn-р провідності в залежності від типу індикатора), які зменшують до прийнятного значення струм через порти мікроконтролера. До складу А4 входять схема управління самогенерирующих бипером на транзисторі Т11 і енкодер. Резистори R46, R47, що входять у вузол опитування енкодера, розташовані на А1.
На прохання радіоаматорів, які зіткнулися з проблемою придбання МК AVR
ATMEGA16, розроблена і випробувана програма для МК AVR ATMEGA8535, який збігається з висновками з ATMEGA16. Можливо також застосування МК AVR ATMEGA32, у автора є відповідна версія програми.
Крім того, був розроблений варіант схеми блоку А1 на МК типу PIC16F877A, принципова схема якого показана на рис.4.

В цілому в ньому інша архітектура портів. Проте, вдалося підібрати оптимальний варіант його підключення з мінімальними відмінностями. Основні з якого -наявність кварцового резонатора Сr1, відсутність обв'язки ланцюга «RESET», харчування аналогової частини АЦП і, звичайно, іншого роз'єму внутрисхемного програмування. У цьо му випадку він 10-штир-ковий. Програмна частина PIC16F877A працює аналогічно. До плати фізично підходить будь-який варіант плати управління та індикації (А4).

Принципова схема аналогової частини (А2) не змінилася. Її можна подивитися на рис.2 в [1].
Харчування самого блоку виконано за схемою рис.3 з [1] і пояснене там же.
Деталі та конструкція
U1 - AVR ATMEGA16-16PU, ATMEGA16L або ATMEGA16А, а також вищевказані ATMEGA8535, ATMEGA32, аналогічно - PIC16F877 і PIC16F877A.
Нагадую, що в разі використання зазначених мікроконтролерів AVR не потрібно переробки схеми і плати.
МК PIC між собою також взаємозамінні. При цьому автор використовує кварцовий резонатор на 10 МГц. Індикатори, як зазначено вище, із загальним катодом або анодом будь-якого типу і розміру. Від вибору індикатора і їх розмірів залежить значення струму в їх ланцюга. Тому, можливо, необхідний підбір резисторів в ланцюзі між індикатором і портом РВ МК в діапазоні 100 ... 300 Ом, але ці резистори обов'язково повинні мати однакові номінали.
Як буферних транзисторів Т1-Т6 на платі індикаторів (А4) можна використовувати будь-які з наявних транзисторів малої потужності з урахуванням провідності і струмом колектора близько 100 мА.
Енкодер типу РЕС 12, РЕС 16 або аналогічний.
Потужність мережевого трансформатора повинна бути 70 ... 100 Вт, вихідна напруга від 25 до 35 В, струм ЗА.
Радіатор вихідного транзистора повинен мати корисну площу охолодження не менше 500 см2.
Інакше треба поставити вентилятор для примусового обдування.
Збірка і налагодження
Правильно зібраний БП починає працювати відразу. Збірку проводити в порядку, зазначеному в попередній статті.
До кварцового резонатора в схемі на PIC16F877A, можливо, не буде потрібно приєднання по стандартній схемі двох однакових конденсаторів на 10 ... 30 пФ (С2 і СЗ).
Програмувати мікроконтролер можна як в окремо зібраному программаторе, так і внутрішньо-схемно через відповідний роз'єм на платі.
Акцентую увагу на перевірку при програмуванні правильності встановлених фьюз, так як програматори не мають єдиного стандарту в цьому питанні. Спочатку потрібно прочитати, яким способом позначається встановлений фьюз, і тільки потім активувати.
Варіант установки фьюз для програми РоnyProg2000 показаний на рис.5.

Для AVR ATMEGA8535 зазначені фьюз виставляються аналогічно, а для МК PIC16F877 потрібно використовувати слово конфігурації: Ox3f3a.
скачати файли для прошивки
Файли для прошивки мікроконтролерів викладені в архіві на сайті видавництва «Радіоаматор» [2].
У цьому архіві знаходиться 8 файлів:
• файл anod-2_05A_PIC877.hex прошивки МК PIC16F877 для індикаторів з ОА;
• файл anod-2_05A_PIC877A.hex прошивки МК PIC16F877A для індикаторів з ОА;
• файл catod-2_05A_PIC877.hex прошивки МК PIC16F877 для індикаторів з ОК;
• файл catod-2_05A_PIC877A.hex прошивки МК PIC16F877A для індикаторів з ОК;
• файл anod_2A_16.hex прошивки МК ATMEGA16 для індикаторів з ОА;
• файл catod_2A_16.hex прошивки МК ATMEGA16 для індикаторів з ОК;
• файл anod_2A_8535.hex прошивки МК ATMEGA8535 для індикаторів з ОА;
• файл catod_2A_8535.hex прошивки МК ATMEGA8535 для індикаторів з ОК.
В даний час автором здійснюється ряд експериментів для вивчення поведінки блоку, особливо стабільності його характеристик при вихідному струмі від 3 до 5 А.
література:
1. Котик В.Д. Лабораторний блок живлення з мікроконтролерним управлінням 0 .. .25,5 В з подвійним захистом // Радіоаматор. - 2011 - №3. - С.26-30.
2. http://www.ra7.com.ua/ - сайт видавництва «Радіоаматор».
Джерело РА 6'2011

Залишати коментарі можуть тільки зареєстровані користувачі