Новый многофункциональный блок питания для моей лаборатории встраиваемых систем

Одним из важных параметров при проектировании встраиваемых систем является потребляемая мощность.

Многофункциональный настольный блок питания

Этот блок питания обеспечивает фиксированное напряжение ±5 В, а также переменное постоянное напряжение в диапазоне от 1,25 В до 9 В. Микроконтроллер PIC16F689 встроен в блок питания для измерения регулируемого выходного напряжения вдоль с током нагрузки.

Теория

Источники питания с фиксированным напряжением ±5 В созданы на основе микросхем регуляторов LM7805 и LM7905. Выпрямленный выходной сигнал 12 В от трансформатора с отводом от средней точки обеспечивает вход постоянного тока для этих ИС регулятора. Для переменного выхода постоянного тока используется микросхема LM350. LM350 — это регулируемый стабилизатор положительного напряжения с 3 клеммами, способный подавать более 3 А в диапазоне выходного напряжения от 1,2 В до 33 В. Для установки выходного напряжения требуется всего 2 внешних резистора. Поскольку мой вход постоянного тока составляет всего 12 В (выпрямленный выход трансформатора), регулируемый выход микросхемы LM350 увеличится до 9 В.

Далее идет микроконтроллер PIC16F689, который измеряет выходное напряжение и ток LM350. Вы правы, я реализую измерение напряжения и тока только на выходе LM350. Принципы измерения напряжения и тока с помощью микроконтроллера обсуждались в двух моих постах: Цифровой вольтметр на базе PIC и Как измерить постоянный ток с помощью микроконтроллера. Здесь я не буду повторять подробности. Оба параметра могут быть измерены встроенными каналами АЦП PIC16F689.. Поскольку выходное напряжение LM350 может превысить 5 В (в данном случае до 9 В), его нельзя измерить напрямую с канала АЦП. Для уменьшения выходного напряжения до безопасного диапазона входного сигнала АЦП (0–5 В) используется простая схема делителя напряжения с использованием двух резисторов.

Токочувствительный резистор

Поскольку это сопротивление очень мало, падение напряжения на нем не будет очень большим для малых токов. Даже при силе тока 1 А падение напряжения на нем составит всего 0,286 В. Для улучшения разрешения (и, следовательно, точности) измерения тока это напряжение должно быть усилено перед процессом аналого-цифрового преобразования. С этой задачей может справиться операционный усилитель с подходящим коэффициентом усиления. На рисунке ниже показано, как работает вся эта техника.

Блок-схема для измерения напряжения и тока

Интересно отметить, что выходное напряжение на нагрузке (Vo) фактически представляет собой измеренное напряжение (Vm) за вычетом падения напряжения на Rs (Vs). При малом токе нагрузки разница между Vm и Vo не будет большой, но может быть существенной при более высоком токе. При токе нагрузки 1 А выходное напряжение на нагрузке на 0,286 В меньше измеренного выходного напряжения LM350. Эта ошибка будет исправлена ​​позже в программной части путем вычитания Vs из Vm.

Счетчик частоты использует модуль Timer0 в режиме счетчика для измерения частоты внешнего сигнала. Однотранзисторный каскад предусилителя используется для усиления сигналов низкой амплитуды перед их отправкой в ​​модуль Timer0 для подсчета. Для этой цели используется легкодоступный ВЧ-транзистор BF199.

Принципиальная схема

Как упоминалось ранее, две микросхемы линейного регулятора (LM7805 и LM7905) используются для получения фиксированного питания ±5 В.

Принципиальная схема постоянного питания +/- 5 В

В блоке переменного питания используется регулируемый стабилизатор IC (LM350). Выходное напряжение можно регулировать резисторами R3 и Rp (см. рисунок ниже). Выражение для выходного напряжения Vo ? 1,25 х (1+Rp/R3). Эта специальная конструкция позволяет изменять выходное напряжение от 1,25 до 9,0 В. R1 и R2 образуют цепь делителя напряжения для масштабирования выходного напряжения в безопасном пределе (0-5 В) канала АЦП микроконтроллера. Дополнительный стабилитрон на выходе обеспечивает, чтобы входное напряжение на канале АЦП ПОС не превышало 5,1 В.

Переменный источник питания с измерением напряжения и тока

Измерение тока возможно с помощью шунтирующего резистора (Rs = 0,286 Ом) и схемы операционного усилителя. Rs расположен на обратном пути тока, поэтому падение напряжения на нем пропорционально току, потребляемому от источника переменной мощности. Это напряжение сначала усиливается схемой неинвертирующего операционного усилителя, а затем проходит через другой неинвертирующий буферный каскад для снижения выходного импеданса. Выход из буфера идет на канал AN4 (пин 16) PIC16F689.для аналого-цифрового преобразования. При R4 = 1,3 К и R5 = 12 К общий коэффициент усиления каскада операционного усилителя составляет 10,23. Я использую микросхему LM324 для каскада операционного усилителя. LM324 не обеспечивает качание от рельса к рельсу; максимальный выход примерно на 1,5 В меньше, чем приложенное напряжение источника питания. В этом случае LM324 питается от 0 до 5 В, и, следовательно, максимальное выходное напряжение может составлять около 3,5 В.

Каскад предварительного усилителя для счетчика частоты имеет ВЧ-транзистор (BF199), который смещен по схеме обратной связи коллектора с помощью резистора 10 кОм. Резистор 1 кОм с диодами D1 и D2 на стороне входа ограничивает уровни входного сигнала до ±0,7 В. Конденсатор 0,1 мкФ устраняет любую постоянную составляющую, присутствующую во входном сигнале. Усиленный выходной сигнал поступает от коллектора с 470 Ом. резистор последовательно и отправляется на вывод T0CKI PIC16F689. Модуль Timer0 подсчитывает количество входящих импульсов через вывод T0CKi, чтобы определить входящую частоту.

Каскад предварительного усилителя для счетчика частоты

PIC16F689 работает с внешним кристаллом 20,0 МГц. ЖК-дисплей 16 x 2 символа (совместимый с HD44780) подключен в 4-битном режиме. Данные передавались через контакты RB4-RB7, тогда как сигналы RS и E управляются через контакты RC7 и RC6 соответственно. Диод, подключенный между RC1 и RA2, действует как разрешение стробирования для счетчика частоты. Когда на RC1 высокий уровень, на входе T0CKI также сохраняется высокий уровень, отключая процесс подсчета. RC1 устанавливается в низкий уровень, когда микроконтроллер должен подсчитывать внешние импульсы с выхода каскада предусилителя. 470? Резистор на выходе каскада предусилителя предназначен для предотвращения любого возможного короткого замыкания на выводе T0CKI из-за конфликта напряжений между контактами RC1 и RA2.

Назначение портов ввода-вывода микроконтроллера

Я построил полную схему на макетной плате общего назначения размером 180 x 128 мм, которая показана ниже.

Полная схема, припаянная к макетной плате общего назначения.

Установка на передней панели

Математика аналого-цифрового преобразования

Использование аналого-цифрового преобразования для измерения напряжения и тока требует некоторой математики для повторного преобразования цифровых выходов обратно в напряжение и ток для отображения. Давайте сначала поработаем над отображением напряжения. Аналоговое входное напряжение (Ва) на контакте RA0/AN0 связано с выходом аналого-цифрового преобразования (цифровое число, DN) как,

DN = Va * (1024/5) = 204,08 * Va   (Vref = 5 В, разрешение АЦП 10 бит)

или Va = 0,0049 * DN

Но Va = Vout * R2/(R1+R2 ), Vout — фактический выход LM350.

=> Va = 0,2418*Vout

=> Vout = 4,136 * Va = 4,136 * 0,0049 * DN

=> Vout = 0,0203 * DN

Это уравнение преобразования для расчета выходного напряжения LM5 для0 10-битный результат аналого-цифрового преобразования (DN) для канала AN0.

Аналогично, для измерения тока выход операционного усилителя (V0) связан с аналогово-цифровым выходом канала AN4 следующим образом:

V0 = 0,0049 * DN (как указано выше)

Но V0 связано с током нагрузки (I _L ) через Rs как,

V0 = 10,23 * I _L * Rs = 10,23 * 0,286 * I _L = 2,926 * I _L = 0,0049 * DN

=> I _L = 0,001675 * DN (дает ток с выхода аналого-цифрового преобразования)

Выходное напряжение фактически меньше, чем расчетное напряжение (Vout) в условиях нагрузки. Это связано с падением напряжения на шунтирующем резисторе Rs = 0,286 Ом. за счет тока I _л . Таким образом, скорректированное выходное напряжение должно составлять Модуль Timer1 используется для создания точной длительности 100 мс в качестве интервала подсчета. Это означает, что разрешение измерения частоты составляет 10 Гц. Это разрешение действительно для частот до 99990 Гц. Помимо этого, модуль Timer0 использует предварительный делитель (1:64), а новое разрешение становится равным 640 Гц или 0,64 кГц. Как PIC16F689использует тактовую частоту 20 МГц, со значением предварительного делителя h 1:64, он может считать частоты более 50 МГц. Работа частотомера такова.

• Инициализировать регистры Timer1 с соответствующими значениями для создания задержки 100 мс.
• Включить Timer0 в качестве счетчика с предварительным делителем 1:64.
• Считайте импульсы в течение 100 мс.
• Частота = 10 x Число импульсов
• Если частота < 99990, измените предварительный делитель на 1:1, пересчитайте частоту и отобразите ее (в Гц). В противном случае отобразите частоту в кГц.

Программное обеспечение

Для разработки прошивки я использовал компилятор MikroC. Компилятор имеет встроенные библиотечные процедуры для аналого-цифрового преобразования, ЖК-дисплея и работы с таймером. Это делает разработку прошивки проще и быстрее. Исходный код и HEX-файлы можно загрузить по ссылке, указанной ниже. Биты конфигурации для PIC16F689 можно установить с помощью окна редактирования проекта в редакторе MikroC (показано ниже).

Окно редактирования проекта в MikroC

Загрузка полного исходного кода проекта и скомпилированных HEX-файлов

Тестирование

Готовый проект тестируется на измерение напряжения, тока и частоты. Отображаемое напряжение перепроверяется внешним вольтметром, и показания согласуются. А 56? резистор подключен как нагрузка для измерения тока. Выходное напряжение установлено на 5,2 В, а отображаемый ток равен 90 мА. Идеальное значение тока должно быть 5,2/56 = 92,8 мА. Это дает погрешность около 3% при измерении тока, но 56 Ом. сам резистор имеет допуск 5%. Счетчик частоты тестирования выполняется с помощью тактовой частоты микроконтроллера 20 МГц, полученной от контакта OSC2/CLKOUT (3). Отображаемое значение составляет 20,00128 МГц, что очень близко.

Проверка с тактовой частотой 20 МГц от схемы PIC16F689

Проверка показаний напряжения с помощью внешнего вольтметра без нагрузки

Напряжение и ток под нагрузкой (нагрузкой является резистор 56 Ом с допуском 5%).

Похожие сообщения

HSEUREG04801 Лабораторная мощность 480 Вт | Camtec Power Supplies GmbH

HSEUREG04801

• Экономичный программируемый лабораторный блок питания мощностью 480 Вт, 0-Vmax
• Многофункциональный аналоговый интерфейс 0–10 В/0–20 мА
• Удаленное отключение
• Зондирование
• Характеристики Perfect C/V

Информация о продукте (PDF)

ШАГ-Датеи (СТП)

Data Sheet HSEUREG04801 (PDF)

Модель	HSEUREG04801(R2)
Мощность	480 Вт
Номинальный ввод	Селектор 115/230 В переменного тока
Входной диапазон переменного тока	90–115 В переменного тока/184–264 В переменного тока
Диапазон ввода постоянного тока	250–375 В пост. No related posts. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт 2019 © Все права защищены. Карта сайта