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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Regulador de potência de fase de 12 canais. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação O artigo descreve um regulador de fase multicanal baseado em microcontroladores de oito bits AT89C4051-24PU. O dispositivo inclui uma unidade de comutação e reguladores de seis fases, cada um dos quais é capaz de controlar duas cargas com uma potência de 1,15 kW cada (limitada pelas capacidades dos filtros de rede aplicados). Além disso, cada um dos reguladores duplos possui um relógio de tempo real. O dispositivo é feito em uma base de elemento acessível e pode ser repetido por radioamadores com habilidades médias. O diagrama de blocos do controlador de fase de 12 canais é mostrado na fig. 1. Aqui A1-A6 são reguladores de potência de fase de dois canais idênticos em esquema, design e algoritmo de operação; S1 - unidade de comutação, com a ajuda da qual é realizado o controle de potência, definindo a hora atual e a hora de operação de dois alarmes. Um diagrama esquemático de um controlador de potência de dois canais é mostrado na fig. 2, e a unidade de comutação - na fig. 3.
Os soquetes XS1-1 - XS1-6 da unidade de comutação são projetados para conectar os plugues XP4 dos reguladores 1-6. Cada regulador possui dois reguladores de fase independentes e, além disso, são implementadas as funções de um relógio eletrônico. Detalhes sobre o controlador e suas funções serão descritos a seguir. A chave SA1 da unidade de comutação tem seis posições. Se estiver definido como "1", os botões SB1-SB4 estão conectados ao controlador 1 e você pode definir os parâmetros para este controlador. Da mesma forma, se estiver definido como "2", você pode definir os parâmetros para o botão 2, etc. Considere detalhadamente a operação do regulador 1 (SA1 - na posição "1"). O dispositivo tem as seguintes funções: - dois canais independentes de regulação de pulso de fase; - indicação da hora atual no formato de 24 horas em um display de quatro dígitos no modo hora-minuto (modo "Hora 2"); - ajuste da hora atual e seu ajuste; - trabalhe no modo minuto-segundo (modo "Relógio 1"); - dois despertadores, no momento do acionamento das cargas conectadas aos conectores ХP5 e ХP6 (aparelho de TV, receptor de rádio, aquecedor elétrico, etc.), e sinalização luminosa e sonora intermitente com taxa de repetição de 10 Hz por 1 s; - emitindo um sinal sonoro curto (duração 1 s) no início de cada hora e desligamento forçado da luz e sinalização sonora pelo botão no momento em que o alarme dispara. Consequentemente, são fornecidos seis modos de operação: "Relógio 1", "Relógio 2", "Regulador 1", "Regulador 2", "Despertador 1" e "Despertador 2". Dois controladores de potência independentes são montados respectivamente nos simuladores VS1 e VS2. O controle de potência é realizado pelo controle de pulso de fase dos triacs. O intervalo de controle de potência de saída de cada canal é definido em unidades relativas de 0 a 99. É claro que os controladores de fase de pulso criam ruído, mas são fáceis de implementar e permitem controlar a potência de cargas como lâmpadas incandescentes, aquecedores, motores de indução AC, etc. A interface do controlador inclui os botões SB1-SB4 (Fig. 3), tiras de LED HL1, HL2 e um display de seis indicadores digitais de sete elementos HG1-HG6 (consulte a Fig. 2). A finalidade dos botões é a seguinte:
Em qualquer modo de operação do dispositivo, cada botão executa apenas uma função (exceto para desligar os sinais sonoros e luminosos quando os alarmes são ativados). Os bits da indicação da interface têm a seguinte finalidade (da direita para a esquerda na Fig. 2):
Depois de ligar a energia, o dispositivo entra no modo "Clock 1". Para definir a hora atual, você precisa entrar no modo "Relógio 1" pressionando o botão SB2 (o número 1 deve aparecer no indicador HG1) e, em seguida, pressionar o botão SB4 uma vez. Isso selecionará o dígito das unidades de minutos (o ponto h no indicador HG6 começará a brilhar). O valor necessário da descarga é definido pelos botões SB2 e SB3. Na próxima vez que você pressionar SB4, o dígito das dezenas de minutos será selecionado (o ponto h acende no indicador HG5), etc. Após definir o valor no dígito das dezenas de horas (indicador HG2), pressione o botão SB4 novamente, resolvendo assim a contagem do tempo. Para definir o valor de potência no canal 1, use o botão SB1 para selecionar o modo de operação "Regulator 1" (o número 1 deve estar aceso no indicador HG2). Em seguida, use o botão SB4 para selecionar a categoria e use os botões SB2 ("Mais") e SB3 ("Menos") para definir o valor de potência necessário. Ao definir a hora no modo "Relógio 2", a contagem regressiva da hora atual é proibida, em todos os outros modos é permitida. Depois de definir a hora dos despertadores 1 e 2 (a enumeração dos dígitos com o botão SB4 é concluída), as faixas de luz HL1 e HL2 acendem, respectivamente. A faixa luminosa indica que o horário definido para o alarme está registrado na memória do microcontrolador (se necessário, pode ser reprogramado). Se a hora atual coincidir com a hora definida nos modos "Despertador 1" e "Despertador 2", os alarmes sonoros intermitentes (HA10) e luminosos (HL1) são ativados por 1 s com intervalos de ativação e desativação de 0,5 s. Decorrido este tempo, a faixa luminosa HL1 ligada apaga-se. Vamos considerar as principais unidades funcionais do regulador 1 (ver Fig. 2). Sua base é o microcontrolador DD1, cuja frequência operacional é definida por um oscilador com um ressonador de quartzo ZQ1 externo a 10 MHz. Um sensor de tensão de rede é montado nos optoacopladores de transistor do conjunto U1. Ele monitora os momentos em que a tensão da rede passa por zero. A tensão de saída do sensor do resistor R8 é alimentada no pino 7 do microcontrolador. O canal de controle de potência 1 é montado em um triac VS1 e um optoacoplador U2 e é controlado por um sinal do pino 8 DD1. A carga é conectada ao conector XP2. O segundo canal é montado no triac VS2 e no optoacoplador U3 e é controlado por um sinal do pino 9 do microcontrolador. A carga está conectada ao conector XP3. Para reduzir o nível de interferência gerado pelos reguladores, eles são incluídos na rede através dos filtros de linha Z1 e Z2. A indicação dinâmica é feita nos microcircuitos DD2, DD3, transistores VT1-VT5 e indicadores digitais de sete elementos HG1-HG6. O registro DD2 serve para aumentar o número de linhas de porta do microcontrolador e controla os atuadores internos: alarmes sonoros e luminosos (respectivamente, um emissor piezoelétrico HA1 e faixas de luz HL1 e HL2), optoacopladores triac U4, U5, bem como uma descarga no indicador HG1. Os resistores R9-R15 limitam a corrente através dos elementos dos indicadores digitais. O sinal da saída 3 (pino 6) do registrador DD2 através do resistor R26 periodicamente (com período de 1 s) liga e desliga o elemento g do indicador HG4 nos modos "Clock 1" e "Clock 2". O sinal da saída 4 (pino 9) do registrador DD2 através do resistor R27 inclui o ponto h em um dos indicadores selecionados HG2, HG3, HG5, HG6. A parte digital do dispositivo é isolada galvanicamente da rede. O programa do microcontrolador controla a operação do relógio eletrônico e fornece a implementação do controle de fase de pulso dos controladores de potência triac. A principal tarefa da parte "horária" do programa - a formação de intervalos de tempo precisos com duração de 1 s - é resolvida por meio de interrupções do cronômetro TF0. No ciclo de rotina de interrupção do timer TF0, a cada 80 µs, o microcontrolador pesquisa o status do pino 7. Os contadores nos registradores R4, R6 contam o número de interrupções e, quando se torna igual a um determinado valor, o tempo atual aumenta em um segundo. A hora atual é atualizada a cada hora. Neste dispositivo, o relógio fica atrasado cerca de 6 s por dia, o que é bastante aceitável na vida cotidiana. As interrupções do timer TF0 também fornecem indicação dinâmica. Vamos chamar condicionalmente os bytes que o microcontrolador escreve periodicamente (com um período de 3 ms) em sua porta P1 e no registrador síncrono DD2, respectivamente, como bytes de indicação e status. O tetrad inferior do byte de indicação é alimentado na entrada do decodificador DD3 e determina o valor do bit, e os bits do tetrad superior através dos transistores VT2-VT5 controlam os indicadores HG2, HG3, HG5, HG6 na indicação dinâmica. O transistor VT1 e, consequentemente, o indicador HG1 são controlados por um sinal do pino 12 do registrador DD2. Nos modos "Regulator 1" e "Regulator 2", os indicadores HG2 e HG3 apagam. Para apagar o indicador, é necessário que o código F esteja presente na tétrade baixa do byte de indicação. nível de log. 0 no pino 16 do microcontrolador abre o transistor VT2 e liga o indicador HG2, um sinal do mesmo nível no pino 17 abre o transistor VT3 e liga o indicador HG3, etc. Com os indicadores HG3, HG4, HG2, HG3 ligados, o microcontrolador pesquisa o status de sua entrada INTO (P5; pino 6 DD3.2). Quando qualquer botão SB6-SB1 é pressionado, há um nível baixo nesta entrada com a inclusão dos indicadores indicados. Assim, cada botão da unidade de comutação é "ligado" ao seu "próprio" bit na tétrade superior do byte de indicação. Vamos considerar o algoritmo do programa do controlador de pulso de fase usando o exemplo do canal 1. Os oscilogramas que explicam a operação do controlador são mostrados na fig. 4. A cada meio ciclo da tensão de rede (Fig. 4, a), o microcontrolador, com um pulso de disparo da saída 8 com duração de 80 μs (Fig. 4, c), liga o triac VS1 através do optoacoplador U2. O valor da potência na carga conectada ao conector XP2 depende de quanto tempo o triac fica ligado durante cada meio ciclo da tensão de rede. Para que o valor da potência na carga aumente com o aumento do valor da potência definida no indicador do dispositivo, e também para obter uma discrição de controle igual a 1%, é necessário que o pulso de ativação do triac mude (da direita para a esquerda na Fig. 4, b) com um passo de 100 μs a partir do momento em que a tensão da rede passa por zero com um aumento por unidade do valor da potência definida no indicador do dispositivo.
O pulso de disparo é dado com algum atraso em relação ao momento em que a tensão de rede passa por "zero". O momento da transição corresponde ao log. 0 no pino 7 do microcontrolador (Fig. 4b). O tempo de atraso é determinado pelo número no indicador do dispositivo no modo "Regulador 1", que pode assumir um valor de 0 a 99. A sub-rotina converte este número binário-decimal de dois dígitos em binário de um byte. Este número é carregado no contador (registrador R7) que implementa o retardo de tempo. Como já mencionado, o microcontrolador pesquisa a saída do sensor de rede a cada 80 µs. No momento em que a tensão de rede passa por zero, o contador é iniciado. Quando o botão altera o número exibido no indicador no modo "Regulador 1", o tempo de atraso para ligar o pulso de controle para ligar o triac VS1 muda. Ou seja, o momento de ligar o triac a cada meio ciclo da tensão da rede e a tensão efetiva na carga conectada ao conector XP2 mudam. O segundo canal do dispositivo opera de maneira semelhante, regulando a potência na carga conectada ao conector XP3. O ângulo de regulagem do triac, dependendo da vazão da carga, não é o mesmo. Na verdade, no dispositivo, o intervalo para regular a potência de uma lâmpada incandescente de 100 watts de acordo com o indicador é de 18 a 97. Ou seja, 79 níveis de brilho podem ser definidos. Isso é necessário quando a lâmpada é usada como elemento de aquecimento. Para uma mudança mais rápida no brilho (para iluminação, como mostra a prática, não é necessário um número tão grande de níveis), você pode alterar apenas o bit mais alto da faixa relativa de regulação da potência especificada. Brevemente sobre o programa. Na memória de dados do microcontrolador do endereço 2BH a 48H, um buffer de exibição é organizado para indicação dinâmica. A tétrade inferior de cada byte no buffer de exibição é um número decimal codificado em binário que especifica o valor do bit, e a tétrade superior especifica o número do bit na exibição dinâmica. Assim, em cada byte do buffer, é determinado o valor do número e seu lugar quando exibido. De acordo com sua finalidade funcional, dependendo do modo de operação do dispositivo, o espaço de endereço do buffer é dividido em seis grupos funcionais:
Cada byte do grupo de função de ciclo na rotina de interrupção do temporizador TF0 é enviado para a porta P1 do microcontrolador DD1. A tétrade superior do byte de indicação é um código "zero em execução". Assim, escrevendo em um ciclo bytes do grupo funcional do buffer alternadamente para a porta P1, obtemos um modo de indicação dinâmica. Depois que o byte de indicação é escrito na porta P1, o polling dos botões começa. Ao pressionar o botão SB1, a unidade no registro R2 é deslocada para a esquerda e, portanto, um dos cinco modos de operação acima é definido. O registrador R0 é escrito no primeiro endereço dos grupos funcionais. O registrador R3 é incrementado a cada 0 ms na rotina de interrupção. No programa principal, a hora atual é calculada e corrigida, os alarmes são ativados, a hora atual é comparada com a hora do alarme, os sinais luminosos e sonoros são ativados, o número decimal binário de dois dígitos (o valor do nível de potência definido no indicador do dispositivo) é convertido em um número binário de byte único nos modos "Regulador 1" e "Regulador 2" para implementar o algoritmo de controle de pulso de fase. O programa desenvolvido em assembler ocupa cerca de 3,7 kB de memória de programa do microcontrolador. Cada um dos reguladores e a unidade de comutação são montados em placas de prototipagem separadas de 120x80 mm de tamanho. Ao instalar reguladores, é desejável separar a parte digital do dispositivo da rede. Todos os resistores são S2-33N com uma potência de dissipação de 0,125 W, mas qualquer outro com a mesma potência de dissipação e uma tolerância de ± 5% da resistência nominal serve. Capacitores C1, C4 - óxido importado, C2, C3 - cerâmica K10-17. Entre as saídas de energia (+5 V e um fio comum) do microcontrolador DD1 e o registro DD2, é útil instalar capacitores de bloqueio K10-17 com capacidade de 0,1 μF. No visor, é aconselhável destacar o dígito que indica o modo atual de operação do dispositivo (indicador HG1), contra o fundo de outros dígitos. Portanto, para esta descarga, um indicador de brilho vermelho de sete elementos HDSP-F001 foi selecionado (o HDSP-F151 é adequado); indicadores HG2-HG6 - brilho verde HDSP-F501 (qualquer outro com um ânodo comum e brilho aceitável serve). No indicador HG4, apenas o segmento g é usado para formar o sinal "-". A corrente através dos elementos indicadores é determinada pela capacidade de carga do decodificador DD3. Para KR514ID2, a corrente máxima permitida para cada saída é 22 mA. Tiras de luz HL1, HL2 - №-2300EW brilho vermelho. A corrente através de cada canal de controle de energia é limitada pela corrente máxima permitida de 5 A através do filtro de rede FS-220 (Z1, Z2). Em cargas leves, e também se os requisitos para o nível de interferência não forem muito altos, os filtros de rede podem ser omitidos. As cargas são conectadas ao dispositivo por meio de plugues MPW-2 (a contrapartida são os soquetes MHU-2). Em vez disso, você pode usar blocos de terminais TV-10-2. Se a potência de carga nominal no canal de controle exceder 100 W, o triac deve ser instalado em um dissipador de calor apropriado. O triac TIC236M, cuja corrente permitida é de 12 A, permite controlar uma carga com potência de até 1,5 kW. Uma possível substituição é o triac doméstico KU208G, no entanto, ele tem uma sensibilidade muito pior: para operação confiável, uma corrente de pelo menos 250 mA deve fluir pelo eletrodo de controle deste triac, portanto, a resistência dos resistores R1 e R3 deve ser reduzida para 100 ohms. Para cargas de até 2 kW, podem ser usados triacs com corrente permitida de até 16 A, por exemplo ^C246N. É aconselhável medir os valores reais do controle e manter a corrente dos triacs aplicados para avaliar a adequação do triac para trabalhar com uma carga específica, especialmente de baixa potência. Os optoacopladores triac S202SE2 da SHARP (U4, U5) usados no dispositivo podem comutar correntes de até 8 A. Eles são ligados perto do cruzamento zero da tensão de rede. É possível usar optoacopladores S202S02 e, se a corrente comutada na carga não exceder 2 A, S202TO1. O consumo de corrente de uma fonte de alimentação de 5 V em reguladores de potência não excede 80 mA. O capacitor C1 da unidade de comutação é óxido importado. Chave de sal SA1 - PG2-12-6P8N (seis posições e oito direções). Botões de pressão SB1-SB4 - PKN125 ou similares. O dispositivo não fornece configurações e ajustes e, se a instalação for feita corretamente e todas as peças estiverem em boas condições, ele começará a funcionar imediatamente após a ativação da tensão de alimentação. Ao verificar os canais de controle de energia, é melhor ligar o primeiro interruptor com carga baixa, por exemplo, com uma lâmpada incandescente com potência de 20 ... 30 W. É aconselhável verificar primeiro o canal de controle de potência 1 e depois o 2. Para isso, entre no modo "Regulador 1" e, alterando o nível de potência com o indicador do teclado, controle a alteração do brilho da lâmpada. Se a lâmpada não acender, é necessário verificar o sinal do sensor de rede (pino 7 do microcontrolador DD1) - a presença de pulsos com nível de log. 0 com uma duração de 1...1,2 ms e um período de 10 ms (Fig. 4b). Autor: S. Shishkin
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