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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fonte de alimentação ajustável com proteção, 220 / 1,2-24 volts 2 amperes. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação A fonte de alimentação de laboratório proposta fornece configuração de software de limites de tensão e corrente de saída, cuja superação é impossível não apenas como resultado do mau funcionamento mais provável da unidade, mas também devido à influência descuidada em seus elementos de controle operacional. Isto protege eficazmente o equipamento alimentado pela unidade. Uma vez usando uma fonte de alimentação de laboratório, acidentalmente mudei o regulador de tensão para o nível errado. Como resultado, a tensão permitida para o dispositivo energizado caro foi excedida e ele falhou. Depois disso, pensei em criar uma fonte de alimentação ajustável com a função de proteger a carga de sobretensões e, como resultado, desenvolvi e montei o dispositivo descrito no artigo. A tensão de saída do bloco de 1,2 a 24 V é definida com quatro resistores variáveis (dois - aproximadamente e dois - precisamente). Os indicadores do dispositivo mostram os valores atuais de tensão com resolução de 0,1 V e corrente de carga de até 1 A com resolução de 1 mA e de 1 a 2 A com resolução de 10 mA. A unidade está protegida contra exceder os valores máximos de tensão e corrente definidos pelo usuário, bem como contra curto-circuito na saída. A temperatura do dissipador de calor do estabilizador de tensão ajustável é medida continuamente; se exceder o valor permitido em 2 °C, o ventilador ligará automaticamente. O dispositivo consiste em quatro unidades funcionais principais: uma fonte de alimentação chaveada de rede RS 50-24 [1], configurada para uma tensão CC de saída de 26 V e capaz de fornecer corrente de até 2,2 A, um estabilizador de tensão de saída ajustável (diagrama na Fig. .1), estabilizadores de tensões +12 V e +5 V para alimentação das unidades do bloco (Fig. 2) e do módulo de controle e display (Fig. 3).
Todas as operações de leitura de parâmetros controlados de seus sensores, configuração de modos de operação e saída de informações para os indicadores HG1-HG3 são realizadas pelo microcontrolador DD4 PIC16F1827-I/SO, cuja frequência de clock é de 4 MHz definida pelo gerador RC embutido nele. O conector XP1 é usado para programar o microcontrolador. Após conectar a fonte de alimentação RS-220-50 (U24) a uma rede de 1 V, sua tensão é fornecida ao estabilizador de tensão de comutação ajustável no chip DA1 LM2576T-ADJ e ao estabilizador não regulado DA4 KR142EN8B. Utilizando este último, obtém-se uma tensão de 12 V para alimentar o enrolamento do relé K1 e o ventilador M1. A seguir, o estabilizador integrado DA5 KR142EN5A reduz a tensão de +12 V para +5 V, necessária para alimentar os demais componentes da unidade. O estabilizador de pulso também inclui um diodo Schottky VD3, um indutor de armazenamento L1 e capacitores C7-C11. Sua tensão de saída é regulada por resistores variáveis R7-R10. Seu número foi aumentado para alcançar a suavidade de ajuste desejada. A tensão estabilizada é fornecida à carga da unidade através dos contatos do relé K1.1. Isso é feito para que você possa desligar a carga quando a proteção for acionada ou, se necessário, desligá-la sem desconectar os fios de alimentação da unidade. Independentemente do estado dos contatos K1.1, parte da tensão da saída do estabilizador ajustável através de um divisor de tensão nos resistores R12 e R13 é fornecida à entrada do microcontrolador ADC DD4, medida por ele, e o valor da tensão em a saída do estabilizador é exibida no indicador HG3. Isto permite definir a tensão desejada quando a saída estiver desligada e só então, pressionando o botão SB3, dar o comando para fechar os contatos K1.1. Quando estão fechados, pressionar o mesmo botão os abre. Após conectar a unidade à rede e antes de pressionar o botão SB3, os contatos são abertos. O sensor de corrente de carga é um shunt conectado ao seu fio negativo. É composto pelos resistores R14 e R15 conectados em paralelo. Resistência de derivação - 0,05 Ohm. Com uma corrente de carga de 2 A, a tensão cai para 0,1 V. Isso não é suficiente para medir com precisão a corrente, então a tensão do sensor é amplificada pelo amplificador de instrumentação DA2 AD623ARZ [2], cujo ganho é definido como 11 pelo resistor R6. Da saída deste amplificador, uma tensão proporcional à corrente de carga é fornecida à entrada do ADC DA14 ADS3A1100IDBVT [0] de 3 bits, que possui um amplificador interno de 2. A cada segundo, o conversor realiza conversões, os resultados de dez dos quais são lidos pelo microcontrolador via interface I2C. O uso de um ADC externo se deve ao fato de que o ADC de dez bits integrado do microcontrolador não fornece medição de corrente de até 2 A com a precisão necessária. A temperatura do dissipador de calor do estabilizador DA1 é medida pelo sensor BK1 DS18B20 ou DS18S20 montado nele. O programa do microcontrolador determina o tipo de sensor automaticamente. Se a temperatura medida ultrapassar o valor especificado em 2 °C ou mais, então, ao comando do microcontrolador, o ventilador M1 é ligado por meio dos transistores VT2 e VT1, soprando o dissipador de calor. O funcionamento do ventilador é indicado pela inclusão de um ponto decimal após o dígito menos significativo do indicador HG2. Quando a temperatura cai 2 °C abaixo da temperatura definida, o ventilador e a vírgula no indicador serão desligados. Quando o sensor de temperatura está ausente ou com defeito, o ventilador funciona continuamente e o indicador HG2 apresenta dois sinais negativos acesos. O valor medido da tensão de saída da unidade é exibido no indicador HG3 de três dígitos em volts com um ponto decimal antes do dígito menos significativo (décimos de volt). O valor medido da corrente de carga é exibido no indicador de três dígitos HG1. Se for inferior a 1 A, será exibido em miliamperes, conforme evidenciado pelos pontos decimais suprimidos em todos os dígitos. Valores de corrente iguais ou superiores a 1 A são exibidos em amperes com resolução de 0,01 A e ponto decimal após o dígito mais significativo (unidades de amperes). O microcontrolador controla todos os indicadores estaticamente através dos conversores de código serial para paralelo DD1-DD3, DD5-DD9. Isso possibilita não utilizar interrupções no programa do microcontrolador, que dificultam a leitura das informações do sensor de temperatura BK1 e ADC DA3. Os ânodos de todos os indicadores estão conectados entre si. A tensão é fornecida a eles através de uma chave no transistor VT5, que é aberta por pulsos de ciclo de trabalho variável gerados pelo microcontrolador. Isto permite ajustar o brilho dos indicadores. Quando a proteção é acionada, os contatos do relé K1.1 se abrem e o cabeçote dinâmico BA1, que é controlado por uma chave no transistor VT6, emite sinais sonoros com frequência de 1000 Hz e duração de 0,5 s. A fonte de alimentação U1 e os estabilizadores integrados DA1, DA4, DA5 possuem sua própria proteção integrada contra curto-circuito de saída. O estabilizador de tensão ajustável é montado em uma placa de circuito impresso, mostrada na Fig. 4. Contém todos os elementos mostrados no diagrama da Fig. 1, excluindo fonte de alimentação U1 e interruptor SA1. Existe um tamanho de jumper 1206 para montagem em superfície. O chip DA1 está equipado com um dissipador de calor.
Os estabilizadores integrados DA4 e DA5 estão localizados em uma placa fabricada de acordo com a Fig. 5. Eles são fixados em lados diferentes no mesmo dissipador de calor.
Um desenho dos condutores do circuito impresso da placa de controle e indicação é mostrado na Fig. 6, e a disposição dos elementos nele está na Fig. 7. Nesta placa você precisa instalar sete jumpers semelhantes ao mencionado acima. Os pinos 9 e 26 do indicador HG1 e os pinos 14 e 26 do indicador HG3 são removidos antes da instalação na placa. A cabeça dinâmica BA1 junto com o resistor R16 é removida da placa. Ao selecionar este resistor, o volume desejado dos sinais sonoros é definido.
Fora da placa também existem resistores variáveis R7-R10. É aconselhável escolhê-los o maior possível, pois isso garantirá a suavidade desejada na regulação da tensão. Atenção especial deve ser dada à confiabilidade do contato entre os motores de resistores variáveis e suas camadas resistivas. As violações deste contato levam a surtos na tensão de saída da unidade, que podem acionar a proteção, mas são perigosos para o dispositivo energizado. Os resistores R1-R4, R11, R19, R20 são do tamanho padrão 1206 para montagem em superfície, os demais são do tamanho padrão 0805. R7-R10 são escolhidos nos tamanhos necessários, mas com as classificações indicadas no diagrama. Resistores R14 e R15 - KNP-500-5W-0R1-FP Capacitores de óxido C1, C11 - alumínio com fios em uma direção, C19, C22 - tamanho de tântalo CTSMD-A. Os capacitores restantes são de cerâmica tamanho 0805 para montagem em superfície. Os microcircuitos da série ADS1100 são produzidos em diversas versões, diferenciando-se no endereço escravo no barramento I2C, por meio do qual as informações são trocadas com o microcontrolador. O endereço é indicado por dois caracteres após a parte principal do nome do chip e não pode ser alterado. Somente microcircuitos com endereço A0 (ADS1100A0) são adequados para uso no bloco em questão. Para utilizar microcircuitos com outros endereços é necessária uma alteração no programa do microcontrolador. O projeto utiliza o relé OJ-SS-112LM12 [4]. Pode ser substituído por outro com enrolamento de 12 V e contatos capazes de comutar correntes de até 3 A com tensão constante de 30 V. A aparência do painel frontal da fonte de alimentação é mostrada na Fig. 8. Aqui estão os indicadores HG1 (corrente de carga), HG2 (temperatura do dissipador de calor), HG3 (tensão de saída), LED HL2, sinalizando que a saída está ligada, botões SB1 (aumentar parâmetro), SB2 (diminuir parâmetro) e dois duplicadores botões SB3 (ligando e desligando a saída).
Para passar do modo principal de exibição de tensão, corrente e temperatura para definir o limite de aumento de tensão, pressione o botão SB1. Os indicadores HG1 e HG2 apagarão e o indicador HG3 exibirá o valor limite. Cada pressão do botão SB1 aumentará e o botão SB2 diminuirá em 0,5 V. O limite pode ser alterado de 2 para 25,5 V. A saída deste e dos modos subsequentes para o modo principal ocorre automaticamente se você não pressionar o SB1 e SB2 por 10 s. Para passar do modo principal para definir o limite para aumentar a corrente de carga, pressione brevemente o botão SB2. Os indicadores apagar-se-ão, exceto HG1, onde será apresentado o valor limite. Ao pressionar os botões SB1 e SB2 é alterado de 0,05 para 2 A em passos de 0,05 A. Se, enquanto estiver no modo principal, você pressionar e segurar o botão SB2, 1,5 s após ativar o modo de configuração do limite atual, uma seleção cíclica de modos para alterar cinco outros parâmetros começará com o mesmo período. Você pode fazer o mesmo pressionando e segurando o botão SB1, mas neste caso o modo de configuração do limite de tensão será ativado primeiro, depois o limite de corrente e então a seleção de outros parâmetros começará. Quando os indicadores assumirem a forma correspondente ao parâmetro desejado, o botão pressionado deverá ser liberado. No modo de configuração da temperatura permitida do dissipador, todos os indicadores apagam, exceto HG2, que exibirá este valor. Pressionando os botões SB1 e SB2 pode-se alterar de 30 a 70 °C em passos de 1 °C. No modo de calibração do voltímetro do bloco, o indicador HG1 apaga, o indicador HG2 exibe a constante de calibração e o indicador HG3 exibe o valor da tensão de saída medido pelo bloco. Neste modo, deve-se conectar um voltímetro de referência na saída do bloco, ajustar a tensão de saída próxima do máximo e, pressionando os botões SB1 e SB2, selecionar a constante de calibração para garantir que as leituras do indicador HG3 e do correspondência do voltímetro de referência. No modo de compensação de deslocamento zero do amplificador de instrumentação DA3, o indicador HG3 apaga, o relé entra em contato com K1. 1, a carga é desconectada da unidade, o indicador HG1 exibe o valor do valor compensado e o indicador HG2 exibe a correção que está sendo feita. Ao pressionar os botões SB1 e SB2, as leituras dos indicadores HG1 e HG2 devem ser equalizadas. O indicador HG3 também fica apagado no modo de calibração do medidor de corrente de carga, mas no momento em que este modo é ligado, o indicador HG1 apresenta valor zero, pois no modo anterior a carga foi desligada pelos contatos do relé K1.1 . Uma carga é conectada à saída do bloco através de um amperímetro padrão e ao pressionar o botão SB3 é aplicada uma tensão a ela, que é ajustada para que a corrente de carga fique próxima do máximo. Ao pressionar os botões SB1 e SB2, eles alteram a constante de calibração exibida no indicador HG2, garantindo que as leituras do indicador HG1 e do amperímetro de referência correspondam. A última coisa no ciclo é o modo de configuração do brilho dos indicadores. Neste modo estão todos habilitados. A ação dos botões SB1 e SB2 neste caso é oposta aos outros modos. Ao pressionar o botão SB1 o brilho é reduzido e ao pressionar o botão SB2 o brilho aumenta. Todos os valores dos parâmetros definidos são salvos automaticamente na memória não volátil do microcontrolador, não sendo necessário digitá-los novamente na próxima vez que a unidade for ligada. Arquivos de placas de circuito impresso no formato Sprint Layout 5.0 e o programa do microcontrolador podem ser baixados em ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/10/blok.zip. Literatura
Autor: P. Kozhukhin
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