两个微控制器电源调节器。方案、说明

两个微控制器电源调节器。无线电电子电气工程百科全书

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为了控制惯性负载，通常使用晶闸管功率控制器，其工作原理是向负载提供几个半周期的电源电压，然后暂停。这种稳压器的优点是晶闸管的开关时间与电源电压过零的时刻一致，因此无线电干扰的水平急剧降低。此外，与相控控制器不同，这种控制器不包含模拟阈值元件，这提高了稳定性并简化了调节。

由于负载仅在市电电压过零时才切换，因此提供给负载的最小能量部分等于负载在一个半周期内消耗的能量。因此，为了减少功率调整步长，需要延长半周期的重复序列。例如，要获得 10% 的步长，重复序列的长度为 10 个半周期。上图。图1(A)示出了负载为30%时的功率的晶闸管控制电极上的脉冲序列。正如您所看到的，晶闸管在前三个半周期内打开，在接下来的七个半周期内关闭。然后重复该序列。

对于任何小于 100% 的功率，此类调节器的开关频率等于半周期重复率的 1/10。将晶闸管打开的半周期均匀地分布在整个序列上会更符合逻辑。一般情况下，任意数量的脉冲N在长度为M的序列中均匀分布的问题（当N小于或等于M时）可以通过Bresenham算法来解决，该算法通常用于光栅图形中绘制斜线段。该算法使用整数运算来实现，这大大简化了其编程。上图。图 1(B) 显示了相同功效 30% 的序列，但使用 Bresenham 算法。

两个微控制器功率调节器
图。 1

在后一种情况下，开关频率高出三倍。应该注意的是，功率调整步长较小时，增益会更加明显。例如，同样功率1%，步进30%的情况下，增益将是30倍。

图 2。电源稳压电路（点击放大）

功率调节器的基础（见图 2）是 ATMEL 的 AT1C89 型微控制器 U2051。低功率变压器 T1 用于为调节器电路供电，该调节器电路与光晶闸管一起使用，提供与网络的电流隔离。这使得该设备更加电气安全。该稳压器的另一个有用功能是它可以与针对不同工作电压设计的负载一起使用。为此，只需将所需的电压从附加变压器施加到晶闸管输入即可。例如，调节器可用于为低压烙铁供电。只需要电压和电流不超过所使用晶闸管的最大允许值即可。

使用按钮 SB1 和 SB2 进行负载功率调整。短按其中一个按钮会导致功率改变一级。当按住按钮时，功率会发生单调的变化。同时按下两个按钮将关闭负载（如果之前打开过负载）或打开最大功率（如果负载已关闭）。为了指示负载中的功率，使用LED七段指示灯HG1-HG3。为了减少元素的数量，使用了动态指示，这是在软件中实现的。微控制器内置的模拟比较器执行与电源电压的绑定。交流电压通过限制器 R17、R18、VD1、VD2 从电源变压器的次级绕组提供至其输入。

负极性限制器的作用是由整流桥的二极管执行的。比较器恢复电源电压的符号。比较器开关在电源电压过零时发生。比较器输出由软件询问，一旦检测到其状态发生变化，就会向晶闸管控制输出（微控制器端口 INT0）发出控制电平以打开晶闸管。如果要跳过当前半周期，则不发出控制电平。然后HG4指示灯亮3ms。此时，检查按钮的按下情况，并且如果需要，则改变当前功率的值。

然后，晶闸管上的控制电压消失，指示灯HG4和HG1点亮2ms。此后，预计比较器状态将在 4 ms 内发生新的变化。如果没有变化，系统仍然开始循环，而不连接到网络。只有在这种情况下，晶闸管才不会打开。这样做是为了即使没有参考电源频率的脉冲，指示也能正常工作。然而，这种操作算法对电源频率施加了一些限制：它与 50 Hz 的偏差必须不超过 20%。实际上，电源频率偏差要小得多。来自 INT0 端口的信号被馈送到晶体管 VT3 和 VT4 上的按键，用于控制光晶闸管的 LED。当微控制器的 RESET 信号有效时，端口处于逻辑 XNUMX 电平。因此，选择零作为活动电平。为了切换负载，使用两个反并联的光晶闸管。光晶闸管的 LED 串联连接。

LED 的电流由电阻器 R16 设置，约为 100 mA。该稳压器可以在两种模式下运行，并具有不同的功率调整步骤。通过跳线 JP1 来选择工作模式。复位微控制器后立即轮询该跳线的状态。模式1下，功率调整步长为1%。在这种情况下，指示器显示从 0 (0%) 到 100 (100%) 的数字。模式2下，功率调整步长为10%。在这种情况下，指示器显示从 0 (0%) 到 10 (100%) 的数字。选择模式10中的分级2的数量是由于以下事实：在某些情况下(例如，电炉的控制)不需要小功率调节步骤。

如果调节器仅用于模式2，则指示器HG1和电阻R8、R9可以省略。一般来说，控制器允许您任意设置每种模式的功率级别数量。为此，您需要在程序代码的地址 0005H 处输入模式 1 所需的灰度值，在地址 000BH 处输入模式 2 所需的灰度值。您只需记住模式 1 下的最大灰度数不应超过127，在模式 2 中 - 不超过 99，因为在此模式下无法显示百位。负载电流高达 2 A，光晶闸管无需散热器即可使用。负载电流较高时，光晶闸管必须安装在面积为50 - 80 cm的散热器上².

当使用电压低于 50 V 的稳压器时，光晶闸管可以是任何电压等级。当使用电源电压时，光晶闸管的等级必须至少为 6。任何次级绕组电压为 8 - 10 V（交流）且允许负载电流至少为 200 mA 的小功率变压器都可以用作电源。变压器。二极管VD3～VD6可用二极管KD208、KD209或任意字母的KTs405整流桥代替。稳定器芯片U2型7805（国产模拟KR142EN5A、KR1180EN5）不需要散热器。晶体管 VT1 - VT3 - 任何低功率 pnp。三极管VT4可用任意字母的三极管KT815、KT817代替。二极管 VD1、VD2 - 任何低功率硅，例如 KD521、KD522。按钮 SB1 和 SB2 - 任何没有固定的小型按钮，例如 PKN-159。指示器 HG1 - HG3 - 任何七段共阳极。

唯一期望的是它们具有足够的发光亮度。电容器 C3、C4、C6 - 任何电解电容器。其余的电容器是陶瓷电容器。电阻R16 - MLT-0,5，其余 - MLT-0,125。使用贴片电阻就更方便了，例如P1-12。芯片U1安装在插座上。如果调节器是由可维修部件组装而成，并且微控制器的编程没有错误，则不需要调节调节器。仅建议检查与网络频率的正确绑定。为此，您需要将示波器与电源电压同步，并确保显示扫描脉冲（在微控制器的 RXD 和 TXD 引脚上）与电源同步，并且频率是电源频率的两倍。如果连接负载时由于干扰而导致同步受到干扰，则需要在比较器的输入（微控制器的引脚 12、13）之间连接一个容量为 1 - 4,7 nF 的电容器。

您可以下载该软件：pwr100.bin 文件（366 字节）包含 ROM 固件，pwr100.asm 文件（7,106 字节）包含源文本。使用 TASM 2.76 进行翻译所需的库位于 lib.zip 存档（2,575 字节）中。

当功率控制步长为1%时，电源电压不稳定是功率设置误差的主要来源。如果负载没有电流连接到网络，则很容易测量施加到负载的电压的平均值并使用反馈电路保持其恒定。该原理在第二个调节器中得到实现。该装置的框图如图3所示。 XNUMX.

两个微控制器电源调节器。设备框图
图 3。设备框图

为了在自动控制模式下运行，使用两个 Bresenham 调制器 Br。莫德。 1和Br。莫德。 2、通过软件实现。在调制器 Br 的输入端。莫德。 1 接收所需功率的代码，该代码使用控制按钮进行设置。在该调制器的输出端形成一个脉冲序列，该脉冲序列经过低通滤波器 LPF 1 滤波后，被馈送到比较器的输入之一。从负载获取的电压通过低通滤波器 LPF2 提供给比较器的第二输入。一位误差信号从比较器的输出馈送到微控制器的输入，并在其中进行数字滤波。由于数字滤波器的数字滤波器与调制器同步工作，保证了输出脉冲序列的重复频率处的纹波以及该频率的谐波处的纹波的有效抑制。从数字滤波器的输出，8 位误差信号被馈送到 IR 积分控制器。为了提高精度，积分控制器在 16 位网格上运行。控制器输出代码的低8位被馈送到调制器Br的输入。莫德。 2，在其输出端形成脉冲序列，馈送到晶闸管控制。

第二个调节器的原理图如图4所示。 XNUMX.

图 4。二级调节器示意图（点击放大）

该控制器的电路与上述控制器非常相似，因此仅关注其差异是有意义的。由于微控制器的可用I/O端口不够，不得不放弃使用内置比较器。该稳压器采用双比较器 U2 型 LM393。比较器的前半部分用于绑定电源电压。由于LM393的特殊性，必须在绑定电路中添加电阻R27，它与R14、R15一起形成分压器，以降低比较器输入端的负电压。来自比较器输出的电源频率的曲折被馈送到微控制器 INT0 的输入。比较器的后半部分用于反馈环路。一位误差信号被输入到微控制器T1。

在比较器的输入端安装了一个低通滤波器，由元件 R16、C7 和 R17、C8 组成。来自调制器输出（微控制器的输出 T0）的信号通过分频器 R18、R19 馈送到低通滤波器的输入。分压器是必要的，因为比较器无法在接近电源电压的输入电压下工作。经过分频器后，脉冲的幅度约为 3,5 V。幅度稳定性由用作参考的 +5 V 电源电压的稳定性决定。从负载去除的电压也通过由电阻器R20、R21形成的分压器馈送到另一个低通滤波器的输入。该分压器的选择方式是，在额定电源电压和 100% 负载功率下，低通滤波器输出端的电压为 3,5 V。来自 INT1 微控制器输出端的信号通过晶体管开关馈入来控制晶闸管。光晶闸管 V1 和 V2 与 VD11 二极管组件一起形成一个为负载供电的受控整流器。

用于保存微控制器端口的控制按钮以不同的方式包含在内。当指示灯熄灭时，调节器的运行周期存在间隙。此时，可以使用这些指示器的线条来扫描按钮。因此，这三个按钮仅使用一根附加线：这是返回线 P3.7。需要第三个按钮来控制“自动”模式。接通电源后，调节器立即处于手动模式，即功能上对应于上述调节器。要打开自动控制模式，请同时按下“AUTO”和“UP”按钮。同时，“AUTO”LED 亮起。在此模式下，控制器自动维持设定功率。如果您现在按住“AUTO”按钮，那么您可以在指示灯上看到调节器的当前状态（随着市电电压波动而变化的输出功率百分比，从而使功率保持不变）。

如果电源电压下降太多以至于无法维持供电，“AUTO”LED 开始闪烁。同时按下“AUTO”和“DOWN”按钮可以关闭自动控制模式。当负载电流超过2A时，光晶闸管必须安装在散热器上。光晶闸管的基极连接到阳极，因此，在该电路中，器件可以安装在公共散热器上，该散热器连接到器件的公共导线。对于 VD11，最好使用肖特基二极管组件（或两个单独的肖特基二极管，例如 KD2998）。在极端情况下，您可以使用允许所需负载电流的传统二极管。

使用KD2997、KD2999、KD213可以获得良好的结果。 LM393 比较器由 Integral 软件生产，名称为 IL393。您还可以使用两个单独的比较器，例如 LM311（又名 KR554CA3）。可以使用双极晶体管KT505、KT815代替KP817A晶体管（明斯克晶体管厂制造），在VT1集电极电路中串联一个3KΩ电阻。对于其余细节，要求与上述调节器相同。要调整调节器，需要将负载连接到其上并施加额定电源电压（例如，使用 LATR）。然后你需要设置最大功率（100%）。为了使比较器 U21B 的输入端 5 和 6 处的电压差接近于零，需要微调电阻器 R2。之后，您需要将电量降低至90%并开启“AUTO”模式。通过调整R21，需要使控制器状态控制模式（按下“AUTO”按钮）下的装机功率与指示灯读数一致（精度为±1个单位）。

您可以下载该软件：pwr100a.bin 文件（554 字节）包含 ROM 固件，pwr100a.asm 文件（10,083 字节）包含源代码。使用 TASM 2.76 进行翻译所需的库位于 lib.zip 存档（2,575 字节）中。下载文件.

作者：Leonid Ivanovich Ridiko，wubblick@yahoo.com；出版：cxem.net

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