» » » Микроконтроллерный регулятор мощности на Atmega16

 
 
 
11

Микроконтроллерный регулятор мощности на Atmega16

Разместил ddssu 28 августа 2009. Просмотров: 42 572

На фото представлен действующий макет регулятора мощности, схема которого (с небольшими доработками) используется в реальной действующей установке. Цель публикации ознакомить коллег с практической реализацией принципов регулирования мощности в замкнутом контуре регулирования (т.е. регулирование с обратной связью по току, по напряжению, или скорости), с микроконтроллером Atmega16 в качестве регулятора. В нижней части фото расположен стандартный шунт 75ШСМ-10-0.5.

Микроконтроллер в данном случае представляет собой часть замкнутого контура регулирования. Его задача выдавать на регулируемый объект управляющее напряжение и контроль тока в нагрузке. На программное обеспечение возложена задача, передавать напряжение ЦАП, контролировать его при помощи АЦП, а также после несложной доработки программы - поддерживать величину выходного напряжения в заданных пределах.

Я постарался максимально упростить программу и сделать ее доступной для понимания даже начинающих радиолюбителей желающих познакомиться с AVR микроконтроллерами.
Внимание! Если у Вас нет LCD дисплея, просто закомментируйте строки, относящиеся к дисплею, и схема будет работать. Контроль можно осуществлять и по приборам.

Работа регулятора по принципиальной схеме

Работу начинаем с подачи напряжения на питание схемы управления и выдержав паузу 10 – 15 секунд подаем силовое напряжение. Выключение схемы производим в обратном порядке. При подаче напряжения питания, на дисплее на короткое время на дисплее появляется сообщение о наименовании регулятора и через 2000 mS. регулятор переходит в режим ожидания начала работы, а на дисплей выводится сообщение “press PUSK”, при этом обнуляются регистры управления Таймера_1 и импульсы не вырабатывается. При нажатии кнопки “Пуск” происходит инициализация Таймера_1 (см. программу) и ШИМ начинает выдавать импульсы для управления силовым транзистором. Выходные импульсы с вывода OCR1B MK поступает на драйвер. Для упрощения схемы драйвера выход OCR1B инвертирован с 1-м уровнем.

Драйвер

Драйвер предназначен для согласования уровней сигналов МК и мощного полевого транзистора. В данной схеме драйвер включен как драйвер нижнего плеча. Драйвер представляет собой электронный ключ и собран из доступных деталей. Для безопасности работы и защиты схемы управления, силовая часть и схема управления разделены оптронной развязкой VU1. При инициализации МК на вход оптрона подается уровень 1. Оптрон открывается и шунтирует базы транзисторных ключей на землю. Так как транзисторы разной проводимости один транзистор будет открыт, а другой закрыт. При нуле на базах транзисторов открывается транзистор VT2 и замыкает затвор полевого транзистора на землю – транзистор закрыт. При поступлении на оптрон импульсов управления поочередно открывается то один, то другой транзистор, подавая на затвор мощного КМОП-транзистора или +15в или 0. Питание драйвера осуществляется простым параметрическим стабилизатором, собранным на VD2, VD3, R17, C4.

Данная схема настраивалась на напряжении 30 Вольт, поэтому номиналы деталей драйвера даны конкретно для данного напряжения (хотя схема устойчиво работала и при 18 вольтах). Так как Вам, вероятно, предстоит работать с другими напряжениями вплоть до1000 Вольт, придется, пересчитать сопротивление и мощность балластного резистора R17, а также заменить диод VD2 на более высоковольтный. Так как у меня в схеме применен полевой транзистор 17N80C3: ток 17 Ампер, напряжения 800 Вольт я склонен считать, что данный драйвер будет работать с любым мощным полевым транзистором. Можно так же использовать уже готовый драйвер типа IR, которых на рынке радиодеталей достаточно широкий ассортимент. Данный драйвер может работать как драйвер нижнего плеча так и верхнего. Но лучшие результаты он показал при включении драйвером нижнего плеча.

Для получения высокой точности преобразования АЦП входной сигнал должен быть отфильтрован от помех. Для подавления помех в схеме применен ФНЧ собранный на ОУ DA1. Хорошие результаты показал и фильтр Чебышева четвертого порядка, но он несколько сложнее и поэтому выбор был сделан в пользу данного фильтра. Недостатком данного ФНЧ является его инерционность. При деталях указанных на схеме номиналах, фильтр подавляет помехи, начиная с частоты порядка 10-12 Hz. Отфильтрованный сигнал поступает на вход масштабирующего усилителя DA2. Для более качественной обработки входного сигнала в схему желательно ввести дополнительный каскад усиления с Кус.= 2, при этом пересчитать коэффициент усиления DA2 и уменьшить номинал резистора R10 до 1.2к. При помощи RP1 масштабирующего усилителя производится окончательная подгонка параметров измерительной системы АЦП.

Наладка

Регулятор, собранный из исправных деталей и без ошибок в монтаже в наладке не нуждается, и вам остается только произвести калибровку регулятора, т.е. привести к равенству значения измеряемого тока и измерительной системы АЦП МК. К сожалению, я не могу дать конкретные рекомендации по калибровке схемы, так как не знаю, что Вы будете использовать в качестве датчика, поэтому ограничусь общими рекомендациями по настройке АЦП. АЦП в данной разработке 10 разрядное, т.е. представить его можно как 210 = 3FFh = 1023 дискрет (единиц).

Калибровку производим в следующей последовательности:

1. Включаем устройство и нажимаем на кнопку ПУСК. На 40 выводе ATmega16 замеряем напряжение и резистором RP2 балансируем (т.е. добиваемся нулевого напряжения входного сигнала) контролируя показания и по верхней шкале LCD дисплея и по прибору (ориентируемся по прибору). Получив 0 на выходе усилителя, переходим к следующему этапу.

2. Рассчитываем коэффициент усиления масштабирующего усилителя. Исходим из того, что стандартные шунты имеют выходное напряжение Umax. = 75mv, а АЦП входное напряжение Umax =5000mv – вычисляем коэффициент усиления масштабирующего усилителя, считая, что сопротивление резистора RP1 = 0. Коэффициент усиления рассчитываем по формуле Кус= Uвых /Uвх = 5000/75 ≈ 66.6. Резистор R12 выбираем произвольно равным 2к (3, 4, 5к – для нас это не суть важно) и рассчитываем сопротивление резистора R11 по формуле: R11= R12 (Кус-1) ≈ 130к, а окончательную настройку производим резистором RP1. При токе 10 Ампер на входе АЦП (40 ножка ATmega16) напряжение должно быть равно 5 Вольт.

3. Масштабируем шкалу измерений АЦП. Стандартные шунты, как правило, имеют выходное напряжение 75мВ. Настроив масштабирующий усилитель на выходное напряжение 5в, мы можем, меняя шунты измерять токи в широких пределах, не подстраивая входную часть схемы. Расчеты произведены для 10 амперного шунта. Так как у нас АЦП 10 разрядное, в десятичном виде = 1023. Коэффициент рассчитываем по формуле: К = Iшунта / 1023 = 10a / 1023 ≈ 0.009775. Полученный результат вставляем в строку 28 программы.

Аналогичным образом можно рассчитать значение коэффициента любого в том числе и самодельного шунта на любой ток .

Файлы:

- Программа написана на языке С и откомпилирована CVAVR 1.25.9
- Описание работы регулятора по принципиальной схеме и принципиальная схема регулятора.
prilozhenie.7z | Файл 319,21 Kb загружен 329 раз.
Имя героя неизвестно (ddssu)
Местоположение в тайне.
Профиль ddssu
О себе автор ничего не сообщил.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 14

11 сентября 2009 изменил Datagor. Добавлена схема в виде картинки gif.

Поделись с друзьями!

Связанные материалы:


Схема на Датагоре. Новая статья Контроллер управления кухонной электроплитой. Регулятор мощности и таймер отключения... Благодаря идее и участию Юрия Зинченко (ZenitSoft) было разработано и построено устройство,...
Схема на Датагоре. Новая статья Windows 10 и программаторы на базе AVR910 Prottos... Я он-лайн геймер, поэтому недавно пришлось на моём компьютере обновить ОС с MS Windows 8.1 до MS...
Схема на Датагоре. Новая статья Облегченный лестничный регулятор громкости с дистанционным управлением... Конструкция регулятора громкости (РГ) в моей статье на Датагоре «Блок управления аудиоусилителем...
Схема на Датагоре. Новая статья PIC16F876: таймер вытяжного вентилятора в ванной и электронный термометр... Я недавно делал капитальный ремонт ванной комнаты и возник вопрос, как управлять вентилятором...
Схема на Датагоре. Новая статья V7 — Измерение RMS-значений напряжения, тока, активной и полной мощности. Облегченная версия... После публикации моей статьи «V6» — измеритель RMS-значений напряжения, тока, активной и полной...
Схема на Датагоре. Новая статья Регулятор мощности на полевых транзисторах с ШИ-управлением + устройство для питания 110-вольтовой аппаратуры от 220 Вольт... Привет всем датагорцам и гостям Датагории! Предлагаю схемку простого в изготовлении и наладке...
Схема на Датагоре. Новая статья Блок управления аудиоусилителем с лестничным регулятором громкости и ДУ... Сделал я усилитель SE на ГУ-50 и как обычно встал вопрос о регуляторе громкости. Ставить обычный СП...
Схема на Датагоре. Новая статья RC-Test. Тестер ИК пультов дистанционного управления... Современная бытовая техника уже как-то не представляется без опции дистанционного управления и,...
Схема на Датагоре. Новая статья 3-х фазный регулятор с Системой Импульсно-Фазового Управления.... 3-х фазный регулятор с СИФУ Регулятор собран на печатной плате размерами 120х150 мм, и...
Схема на Датагоре. Новая статья Микроконтроллерный регулятор мощности - 2... Учитывая замечания и предложение, поступившие в мой адрес после публикации статьи ...
Схема на Датагоре. Новая статья Однофазный привод постоянного тока... В основе разработки электропривода лежит принцип работы следящего привода с одноконтурной системой...
Схема на Датагоре. Новая статья Универсальный привод с Системой Импульсно — Фазового Управления... Регулятор служит не только для плавного регулирования оборотов двигателя постоянного тока, но в...
<
  • Главный редактор
28 августа 2009 11:50

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 631 комментарий
  • 261 публикация
 
  • 0
Уважаемый Сергей, спасибо за новую статью!
Очень было бы здорово добавить схему в виде картинки.
Ваш исходник вроде в Пикаде? Ведь можно экспортировать картинку в gif, например?

<
  • Прохожий
29 августа 2009 00:49

/ ddssu

  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Уважаемый Игорь!
Спасибо Вам за то, что сочли мою публикацию достойной страниц Вашего сайта. Я попытался последовать Вашему совету и перевести схему в другой формат но, к сожалению, у меня нет хорошего транслятора и перевести схему P-Cad в другой формат у меня не получилось. Искусством перевода из одного формата в другой владеет Геннадий (hgm0 ), и если он любезно согласиться помочь коллегам по цеху я буду ему весьма признателен.
С уважением, Сергей.

<
  • Прохожий
29 августа 2009 03:14

/ radiometrist

  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
я бы мог переформатировать файл в картинку, только скажите необходимый формат и приемлимый размер файла, а вообще такие файлы легко редактируются через "select all", "Ctrl-C" и "Ctrl-V" в Corel-Draw, а дальше экспортируем в необходимом формате.

<
  • Гражданин
29 августа 2009 21:05

Сева / cccaaa

  • С нами с 25.09.2008
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 5 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Здравствуйте хорошая статья, спасибо. Вопрос такой, что нужно переделать для контроля напряжения и насколько это сложно.

<
  • Главный редактор
31 августа 2009 01:42

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 631 комментарий
  • 261 публикация
 
  • 0
Цитата: radiometrist

я бы мог переформатировать файл в картинку, только скажите необходимый формат и приемлимый размер файла


Отлично - формат gif, png.
Размер и разрешение можно побольше - до 2400dpi по любой стороне.
Я сам по месту уменьшу.
Засылайте на kzsejr(sobakka)gmail.com

<
  • Прохожий
31 августа 2009 02:11

/ ddssu

  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Здравствуйте, Сева!
Для реализации измерения тока и напряжения нужно изменить не только аппаратную, но и программную часть проекта. Извините но, к сожалению, в течение недели я буду очень занят, но в выходные, я обязательно вышлю Вам доработанную программу и подробное описание работы программы, и доработанную схему.
С уважением, Сергей.

<
  • Главный редактор
1 сентября 2009 17:04

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 631 комментарий
  • 261 публикация
 
  • 0
Тэкс, благодаря помощи radiometrist-а,имеем схему в обще доступном виде.

Ув. Сергей, засылайте и на портал Ваши дополнения - забацаем новой статейкой.
А еще хочу Вас порадовать, если Вы не в курсе.
Все Ваши статьи подборочкой всегда доступны тут:
//datagor.ru/user/ddssu/news/

Раздавайте ссылку коллегам и друзьям.

<
  • Прохожий
2 сентября 2009 03:00

/ ddssu

  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Спасибо Вам, Уважаемый Игорь. Весьма польщен и признателен Вам.
С уважением, Сергей.

<
  • Гражданин
2 сентября 2009 21:46

Геннадий / hgm0

  • С нами с 18.02.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 18 комментариев
  • 6 публикаций
 
  • 0
Перевел схему в BMP, отсылаю.


Было бы неплохо получить переработанную схему, а если приспособить ее и на электропривод...

<
  • Гражданин
30 декабря 2009 22:38

РАДИК / RADO

  • С нами с 28.12.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 4 комментария
  • 0 публикаций
 
  • 0
Присоединяюсь к просьбе ув Геннадия видеть переработанную схему, если конечно не трудно. На сегодняшний день для меня актуальна тема элприводав особенно для асинхронников.
С уважением

<
  • Гражданин
9 февраля 2010 18:48

Николай / 507

  • С нами с 25.11.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 12 комментариев
  • 4 публикации
 
  • 0
Сергей, а скажите, можно ли его использовать в качестве регулятора оборотов, для коллекторного двигателя 220 В 900 ватт. имеется ввиду плавная регулировка от 0 до максимальных, с отображение оборотов на дисплее.
С уважением, Николай.

Информация
Вы не можете участвовать в комментировании. Вероятные причины:
— Администратор остановил комментирование этой статьи.
— Вы не авторизовались на сайте. Войдите с паролем.
— Вы не зарегистрированы у нас. Зарегистрируйтесь.
— Вы зарегистрированы, но имеете низкий уровень доступа. Получите полный доступ.