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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Conversor de tensão no microcontrolador para alimentar o dispositivo de medição. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Conversores de tensão, retificadores, inversores O dispositivo proposto é um conversor de 3 V DC para 9 V DC, fabricado nas dimensões de uma bateria Krona de nove volts e tem como objetivo substituí-la em instrumentos de medição autoalimentados. A fonte de tensão primária são duas células galvânicas alcalinas ou de sal tamanho AAA. É possível usar baterias Ni-MH do mesmo tamanho. A eficiência do conversor é de 66...81%. O circuito conversor é mostrado na Fig. 1. Seu principal componente é o microcontrolador ATtiny13A-SU (DD1), sincronizado a partir de um oscilador RC interno. O conversor de tensão boost é implementado no transistor VT1, indutor L1, diodo Schottky VD1 e capacitor C4. O transistor VT2 desconecta a carga do conversor no modo “sleep” de operação do microcontrolador. O diodo Zener VD2 e o resistor R5 protegem os elementos do conversor em caso de ruptura de carga (desconexão). Durante a operação normal não há corrente através do circuito de proteção.
O conversor foi projetado para operar com carga constante. Sua tensão de saída não está estabilizada e depende da tensão de alimentação. Por exemplo, cai para 7,6 V quando a alimentação cai para 2,5 V. Para utilizar mais plenamente a energia da fonte de alimentação primária e manter a tensão de saída em um determinado nível, o microcontrolador DD1 verifica a tensão em sua saída quando o conversor é iniciado. Para fazer isso, parte da tensão de saída do resistor trimmer R4 é fornecida à entrada PB4 do microcontrolador, que funciona como modo de entrada do comparador de tensão integrado. Todos os componentes do conversor são colocados em uma placa de 48x26 mm feita de folha de fibra de vidro em ambos os lados com espessura de 1 mm. Seu desenho e disposição das peças são mostrados na Fig. 2. Na lateral da placa livre de peças, quatro contatos para conexão de baterias são soldados nos orifícios destinados a elas. Os contatos são cortados em chapa de latão com 0,3 mm de espessura. Altura do contato - 10 mm, largura - 5...8 mm, comprimento da pétala para soldar no furo - 2 mm, largura - 1,5 mm.
Os capacitores de óxido são TECAP tamanho D, os demais capacitores e resistores são tamanho 1206 para montagem em superfície. Resistor trimmer R4 - SP3-19a-0,5 W, indutor L1 - LQH43CN101K. A escolha do indutor afeta significativamente a eficiência do conversor. Por exemplo, substituir o indutor mencionado acima por um RLB0712 um pouco maior aumenta a eficiência em 3...5%, mas, infelizmente, leva as dimensões do conversor além das dimensões da bateria Krona. Para montar este indutor na placa, existem pastilhas com furos marcados com L1'. É montado na posição “deitada”. A substituição do diodo BAT1 originalmente utilizado em uma das opções de conversor como VD41 por um MBR0540 possibilitou aumentar a eficiência em 2%. Uma vista do conversor montado pelo lado das peças é mostrada na Fig. 3, e do lado da instalação da bateria - na Fig. 4.
Arroz. 4. Vista do conversor montado do lado da instalação da bateria O programa do microcontrolador utiliza seu temporizador de oito bits, operando em modo PWM rápido, e um comparador analógico. A taxa de repetição de pulso com PWM é escolhida como 37500 Hz - o máximo possível em uma frequência de clock do microcontrolador de 9,6 MHz. Uma fonte de tensão de referência interna é conectada à entrada não inversora AI N0 do comparador analógico. mesa
1 - não programado
A tensão de saída controlada aplicada ao pino PB4 do microcontrolador é fornecida à entrada inversora do comparador AIN1 através do multiplexador ADC. O status da saída do comparador ACO é verificado pela rotina de processamento de interrupção quando o temporizador T0 transborda. Quando ACO=1, o valor no registro de comparação do temporizador é incrementado, o que aumenta o ciclo de trabalho dos pulsos que controlam o transistor VT1 do conversor. Com ACO=0, este valor permanece inalterado, pois a tensão de saída já atingiu os 9 V especificados. O temporizador de desligamento do conversor é implementado em software e é um contador decrementado pelas interrupções do temporizador T0. O programa calcula o valor inicial escrito nos registros deste contador através da fórmula N=TWOW!·37500, onde TWOW! - duração necessária da operação do conversor antes do desligamento, s; 37500 - frequência de repetição dos pulsos de controle, Hz. O programa especifica TWOW!=900s (15min). Após este tempo, o microcontrolador “adormece”, passando para o modo de consumo de microenergia POWER DOWN. É possível controlar o conversor através do botão opcional SB1, cuja conexão é mostrada no diagrama da Fig. 1 por linhas tracejadas. Uma solicitação de interrupção externa gerada quando este botão é pressionado retorna o microcontrolador "adormecido" ao modo de operação. E se você pressioná-lo enquanto o conversor estiver funcionando, o microcontrolador passará do modo operacional para o modo “sleep”, desligando o conversor. Para operar o botão em vários modos, o programa gera atrasos de 0,5 s. No modo “sleep” do microcontrolador, o conversor consome apenas 6...10 μA, portanto se houver botão, a chave SA1 não é necessária e pode ser omitida e substituída por um jumper. Se o botão SB1 estiver faltando, ligar o conversor com a chave SA1 novamente após o acionamento do temporizador de desligamento só será possível após dois minutos. Durante esse tempo, quando a chave está aberta, o microcontrolador consome a energia armazenada no capacitor C2 e fica em modo sleep. O conversor foi projetado sem referência a um tipo específico de dispositivo de medição que requer uma tensão de alimentação de 9 V. A modificação de tal dispositivo se resume à instalação da chave SA1 ou do botão SB1 nele. Por conveniência, eles podem ser conectados ao conversor usando conectores miniatura. Substituir o conversor por uma bateria Krona não causa dificuldades. Depois de instalar todas as peças na placa, exceto o indutor L1, e verificar se há quebras e curtos-circuitos, coloque o controle deslizante do resistor R4 na posição intermediária e prossiga com a programação do microcontrolador. Os códigos do arquivo CONVERTER-DC2.hex anexado ao artigo devem ser carregados na memória de programa do microcontrolador. Sua configuração deverá ser programada conforme tabela. Observe que o bit CKDIV8, programado pelo fabricante do microcontrolador, deve ser desprogramado. Todos os contatos necessários para conectar ao programador estão disponíveis na placa. Se o programador operar apenas com tensão de alimentação de 5 V, aplique a mesma tensão ao circuito de alimentação do microcontrolador. A placa precisará ser alimentada com 3 V após a programação bem-sucedida. Meça a corrente consumida pelo medidor com o qual você pretende usar o conversor e carregue o conversor com um resistor de valor apropriado. Tendo instalado o indutor L1 no lugar, aplique energia ao conversor e ajuste a tensão de saída com o resistor de corte R4, tornando-o igual a 9 V. Mover o controle deslizante do resistor trimmer para seu terminal inferior de acordo com o circuito aumenta a tensão de saída e na direção oposta - diminui-a. Observe que o programa altera a tensão de saída somente quando a energia é ligada ou quando o microcontrolador sai do modo de hibernação. Desligue o conversor, conecte uma carga real nele e ligue-o novamente. Se a tensão for diferente da necessária, ajuste-a com o resistor de corte R4. Em seguida, meça a corrente retirada dos elementos G1 e G2 e calcule a eficiência do conversor. Para uma das amostras que fiz, acabou sendo 74% com uma tensão de alimentação de 3 V e 64% com 2 V. Com um conversor no qual está instalado o indutor RLB0712, a eficiência foi de 78% e 66%, respectivamente . Se, com uma tensão de entrada de 3 V e uma corrente de carga de 6 mA, a tensão de saída for ajustada para 9,2 V, então com uma tensão de entrada de 2 V ela diminuirá para 8,5 V. Com uma descarga adicional da bateria de alimentação, quando a tensão de saída cai para 6,5 V. Um símbolo de bateria fraca aparece no indicador do dispositivo de medição. Fiz duas cópias do conversor: uma para alimentar o multímetro DT930F+ e a segunda para alimentar o medidor de capacitância e indutância MY6243. Esses dispositivos não possuem temporizador de desligamento, portanto, descarregar completamente as baterias por esquecimento era bastante comum. Depois de instalar conversores neles, esses problemas cessaram. O programa do microcontrolador pode ser baixado em ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/01/conv.zip. Autor: N. Salimov
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