РадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >
Три регулятора переменного напряжения.
Лабораторных источников питания постоянного напряжения описано невероятное количество, а источников переменного напряжения практически нет. Тем не менее они могут быть достаточно полезны. Так появилась идея сделать универсальный источник питания переменного напряжения, чтобы к нему можно было подключать различный электроинструмент применяемый в радиолюбительском деле. И паяльники на разные напряжения, и моторы переменного напряжения, и обжигатель. У меня было два блока питания "Марс" , один было решено переделать. Одной из задач ставилось вместить в достаточно компактный корпус как можно больше полезных функций. Не хватает электронной защиты , но на момент разработки этой штуки у меня не было соответствующих решений , а сейчас наверное можно поставить самовосстанавливающийся предохранитель , но с ним не пробовал.
Итак: Представляю на Ваш суд "Блок питания стабилизированный тиристорный". Далее будем называть его просто и коротко прибор БПСТ-2 .
Он имеет следующие характеристики:
Мощность трансформатора ____________ 63 Вт
Диапазоны регулирования _____________9-13,5 ; 12-18 ; 18-27 ; 24-36 ; 30-45 вольт
Ток на дополнительном выходе_________до 10А
Тип регулирования напряжения _________ключевой ( фазовый и беспомеховый)
Диапазон контроля температуры________180-360о С
Время установки таймера______________1 час
Габариты____________________________123х72х208 мм
Описание
В качестве элементной базы были выбраны счетверенные операционные усилители, а для таймера - счетчик с набором делителей и встроенным генератором 176ИЕ5. Это позволило получить достаточно компактную конструкцию.
Принципиальная схема для удобства чтения разбита на функциональные узлы . Схемотехника прибора достаточно простая . Основные узлы хорошо описаны в радиолитературе и нуждаются лишь в коротких пояснениях .
Весь диапазон регулирования разбит на 5 поддиапазонов. Обмотки расчитаны так, что бы в каждом поддиапазоне получить как можно большую мощность .
Включается прибор кратковременным нажатием на кнопку SW3 , одна группа контактов которой , обнуляет таймер . Отключается нажатием на кнопку SW4 .
В приборе применяется таймер на 1 час. После 1 часа работы раздается предупреждающий сигнал и , если не сбросить таймер нажатием на SW3 , прибор отключится. Это очень удобно при применении прибора в качестве паяльной станции .
Для контроля напряжения на нагрузке применяется среднеквадратичный детектор . Это дает точное представление о напряжении на нагрузке , не зависимо от формы напряжения.
С помощью SW2 выбирается тип регулирования. Для формирования беспомехового режима используется метод аналогичный принципу работы сигма-дельта АЦП, где в качестве задающего генератора используется частота сети. Такой метод дает равномерное распределение периодов поступающих на нагрузку. Подробнее , с моделью в Proteus"е , об этом рассказывается в следующей конструкции "Беспомеховый регулятор".
Измеритель PV1 включен таким образом , что он дает показания в верхней трети диапазона . То есть он работает по принципу "растянутой шкалы". Так в диапазоне 30-45 В показаниям "0" по шкале будет соответствовать 30 В. Диапазоны регулирования выбраны из удобства считывания показаний по одной шкале 0-15 В.
С помощью SW1 можно включить встроенный измеритель температуры. Его диапазон 180-360 о С. Отсчет показаний начинается со 180 о С . Коэффициент усиления термоусилителя был "подсмотрен" у паяльной станции "Solomon". В качестве датчика температуры использовалась термопара от китайского мультиметра . При "горячей" проверке она показала 3мВ при 100 о С. Как оказалось взаимно совместимо. Прибор не имеет обратной связи по температуре. Возможен только контроль . (Микропроцессорный термостат все равно этим прибором не заменить ).
При подключении на выход "~10А" обжигателя срабатывает датчик тока на герконе и выход "~9-45 В" отключается. Если применение обжигателя неактуально можно подключать выжигатель . Во всяком случае наличие выхода с большим током ( до 10A ) может пригодиться .
Изготовление
Прибор БПСТ-2 собран в корпусе из под блока питания типа "Марс". От него же используется и измерительный прибор. В качестве потенциометра R8 применен проволочный переменный резистор. Трансформатор был взят более мощный чем в "Марсе", на 63 ВТ, что практически перекрывает все потребности в малых мощностях.
Вместо имеющейся фальш-панели была сделана новая из алюминия . На кнопки насажены алюминиевые втулки. Надписи нанесены маркером. Очень удобно , так как надпись можно "подновить".
Провод термопары свит в бухточку и уложен сбоку, чтобы при калибровке термоусилителя термопару было удобно помещать в кипяток .
В качестве соединительных контактов применяются одиночные гнезда и штекера . За более чем 15 лет работы они ни разу не менялись .
Катушка датчика тока L1 мотается на герконе с нормально разомкнутыми контактами во всю длину геркона, проводом которым намотана обмотка обжига . В моем случае L1, была намотана непосредственно на герконовом реле РЕС-55 без удаления обмоток .
Почти все детали смонтированы на печатной плате размером 68х115 мм. Плата односторонняя с перемычками из МГТФ "а . Реле К1 и симистор VS1 на радиаторе смонтированы на задней стенке. Резисторы R33-R36 распаяны непосредственно на галетном переключателе. Кнопки SW3, SW4 типа П2К без фиксации, SW1, SW2 - П2К с фиксацией.
Данные на трансформатор даны по напряжениям на обмотках на холостом ходу и диаметру провода которым мотались обмотки . Обмотка выхода "~10A" W8 мотается самой наружной.
JP1 убирается, если необходимо ограничить длительность запускающих импульсов .
Чертеж печатной платы не приводится, так существует только в бумажном виде невысокого качества. Да и сам прибор за время эксплуатации был несколько модифицирован.
На плате установлены некоторые детали другие чем указаны на схеме.
Настройка
С помощью подстроечного резистора R27 добиваемся уверенной работы синхронизатора . При крайнем правом положении потенциометра R8 , устанавливаем подстроечником R10 отклонение стрелки измерительного прибора на максимальную отметку .
Далее проводим калибровку среднеквадратичного детектора [Л1]. Сначала измеряем амплитудное (Umax) значение напряжения на выходе. Потом потенциометром R8 выставляем показания PA1 U = 1/2 (Umax). Затем подстроечником R4 выставляем в режиме фазового регулирования 1/2 полупериода или 50% заполнения в режиме беспомехового регулирования. Можно посчитать и так U = Uср.в.полн./1.41. Где Uср.в.полн. - средневыпрямленное полное (до симисторного регулятора) напряжение. Его измеряем обычным тестером непосредственно на обмотке трансформатора.
Резистором R7 выставляют значение, которому будет соответствовать нулевой отсчет шкалы при измерении температуры. Напряжение на роторе R7 относительно точки +7.5V должно быть равно половине от напряжения на (R7+R8) . Затем помещают термопару в кипящую воду и выставляют подстроечником R10 напряжение на 6 ноге DA4 напряжение в 1.8 меньшее чем на роторе R7. Это измерение проводится также относительно точки +7.5V. О настройке термоусилителя можно прочитать [Л3].
Нет техники которую нельзя усовершенствовать. О некоторых недостатках конструкции честно расскажем. Желательна электронная защита, чтобы не менять предохранители. Для работы на индуктивную нагрузку желательны демпфирующие цепи .
Литература
1. Среднеквадратичный милливольтметр. Н. СУХОВ "Радио", 1981. № 11, с. 53.
2. Искусство схемотехники . Хоровиц П., Хилл У.
3. Паяльная станция своими руками . https://audio.micronet.lv/diy/soldering/solder.html#2
Эта конструкция существует в виде модели реализованной в Proteus"е. Вы можете им пополнить свою библиотеку моделей . В "живую" схема не делалась , так как не было необходимости в подобной конструкции , а сам метод регулировки прошел проверку в ранее описанном приборе БПСТ-2 . Proteus для моделирования был выбран с перспективой перехода на микроконтроллеры.
Собственно этот проект является частным случаем предыдущего. В нем реализован , как следует из названия , только один беспомеховый метод регулирования. Остановимся на его особенностях подробней. Схема аналогична схеме сигма-дельта АЦП и реализует равномерное распределение периодов поступающих на нагрузку ( Как выяснилось у такого метода есть название - алгоритм Брезенхема [L2] ). Особенно это заметно при малых шагах регулирования и малых мощностях. Предположим: шаг регулировки 1% и нам надо выставить 10% мощности . При обычно применяемом методе заполнение/пауза , распределение будет : (10 периодов активных)/ (90 периодов пауза) или (200 милисекунд)/(1.8 секунды) . Как видим пауза составит 1,8 секунды ! В нашем случае все периоды будут равномерно распределены по времени : (1 период активный) / (9 периодов пауза ) или (20 милисекунд)/(180 милисекунд). Как видим пауза сократилась аж в 10 раз !
Выход имеет гальваническую развязку от схемы управления. Схема управления регулятора отсчитывает полные периоды напряжения , для симметрии перемагничивания индуктивностей , и поэтому к нему можно подключать в том числе и трансформаторы. Этот регулятор может применяться для регулирования различных нагревателей, таких как паяльники , ТЕНы и т.п. .
Литература
1. Искусство схемотехники. Хоровиц П., Хилл У.
2. Леонид Иванович Ридико. Два микроконтроллерных регулятора мощности https://www.telesys.ru/electronics/projects.php?do=p022
Разумеется реализовать подобные регуляторы можно и на микроконтроллерах. Удобство микроконтроллеров состоит в том что меняя только прошивку можно задавать разные алгоритмы управления и вводить дополнительные функции.
Заменяем схему на программу
В этой части рассмотрим перевод схемы , собранной на дискретных элементах , в программный код . Для начала возьмем исходную схему сигма-дельта АЦП .
Программа написана на ассемблере для AVR "ов . В программе входное значения U_in и значение тока уравновешивания I_ur, взяты с инверсией от схемы. В качестве элемента AND применяется ключ переменного напряжения (симистор). F - частота сети. Значения С_INT специально задавать не нужно. Постоянная времени интегратора будет формироваться частотой подачи входных значений U_in. Для удобства подавать входные значения U_in будем с частотой F. Синхронизировать триггер DT будем по моменту перехода сетевого напряжения через ноль. Максимальное входное значение ( U_in ) примем 100. Это оптимально для хранения результатов преобразований в одном восьмиразрядном регистре и удобно для расчетов . Таким образом дискретность шага регулирования получится 1/100 или 1% .
Программа получается на удивление простой .
.def U_in = r17 ; Регистр входного значения
.def D_INT= r18 ; Регистр значения интегратора DA1
.equ I_ur = 100 ; Задаем значение тока уравновешивания I_ur
.equ REF_comp = 125 ; Задаем уровень сравнения компаратора D_comp
.equ DT = PortB ; Задаем порт выполняющий назначение триггера DT
.equ Q = 0 ; Задаем бит выполняющий назначение выхода Q триггера DT
;************************************************************************************
; С частотой равной или кратной частоте задающего генератора входим в программу
; дельта-модулятора в момент нулевого сетевого напряжения
delta :
add D_INT, U_in ; Увеличиваем значение интегратора D_int на величину входного значения
cpi D_INT , REF_comp ; Имитация компаратора D_comp
brpl DT_1 ; Если больше триггер DT переключим в "1"
DT_0 :
cbi DT , Q ; Установим выход Q триггера DT в "0"
reti ; Выйдем из подпрограммы
DT_1 :
subi D_INT , I_ur ; Подадим ток уравновешивания
sbi DT, Q ; Установим выход Q триггера DT в "1"
reti ; Выйдем из подпрограммы
;***********************************************************************************
Описание регулятора
С применением этого алгоритма было спроектировано следующее устройство. В качестве микроконтроллера взят воcьминожечный чип с АЦП - ATtiny15 . Схема формирует отрицательные запускающие импульсы необходимые для симистора ТС106. Стабилизатор на 5 вольт выполнен на транзисторе . В качестве потенциометра используется переменный резистор с линейной шкалой. Его шкала градуируется в % в режиме "Б.П." и в градусах в режиме "ФАЗА". В устройстве реализована автоподстройка под частоту питающей сети. Кнопкой КН1 включают и отключают регулятор. Кнопкой КН2 выбирают режим регулирования "ФАЗА" или "Б.П." (беспомеховый). При отключении в EEPROM запоминается последний режим и с него начинается включение . Кроме того в режиме "ФАЗА" реализовано плавное включение нагрузки до уровня заданного регулятором. Светодиод VL1 сигнализирует о наличии сетевого напряжения. Светодиод VL2 сигнализирует о режиме. Мигает - "ФАЗА", горит постоянно - "Б.П.", не горит - управление отключено. На этом ножки у ATtiny15 закончились : (Конечно можно поизощряться и нарастить функциональность , но мы этого делать на будем ).
Характеристики
Диапазон регулирования в режиме "Фаза"_____________10:80 град
Диапазон регулирования в режиме "Б.П." ______________2:98 %
Диапазон рабочих частот______________________________ 30:80 Гц
Изготовление
Устройство собиралось на макетной плате по самой прогрессивной технологии (кучка проводов и деталей в три этажа). Желающие привести плату к промышленному знаменателю, могут воспользоваться возможностями трассировщика ARES ( схема в Proteus"e прилагается ).
Кнопки КН1 и КН2 - угловые, над ними установлены светодиоды. Cимистор , нагрузка и питающее напряжение подключаются через разъем установленный сзади. При программирование байт коррекции частоты внутреннего генератора записывается по адресу 0 в EEPROM. Для безопасности на такие устройства разъемы внутрисхемного программирования лучше совсем не ставить.
Абсолютно безопасно посмотреть работу регулятора можно в Proteus"e.
Режим "Б.П." можно использовать для создания световых эффектов - смотрите видео.
Файлы:
Проект для Proteus (часть вторая).
Проект для Proteus (часть третья).
Прошивка МК.
Видео работы регулятора (WMV, 2Мб).
Вопросы, как обычно, складываем тут.
|
Как вам эта статья?
|
Заработало ли это устройство у вас?
|
|
|
|
