Описание схемы преобразователя.

Введение.

Микроконтроллер – функционально законченное устройство обработки информации, управляемое хранимой в памяти программой. Появление микроконтроллеров стало возможным благодаря развитию интегральной электронике. Это позволило перейти от схем малой и средней степени интеграции к большим и сверхбольшим интегральным микросхемам (БИС и СБИС).

Микроконтроллеры и микроЭВМ, вследствие малой материалоемкости и стоимости, низкого энергопотребления и высокой надежности находят всё большее применение в промышленности. Эти устройства позволяют создавать миниатюрные, дешёвые и экономичные, но в то же время достаточно «умные» и сложные приборы, способные управлять силовыми преобразователями, коммутирующими большие токи и напряжения.

Область применения микроконтроллеров не ограничивается только силовой электроникой, с каждым годом значительно расширяясь.

Разработка подсистемы защит

Защита от превышения максимальной мощности на нагрузке и короткого замыкания нагрузки

От превышения максимальной мощности нагрузку защищает схема аналогового перемножения выходных напряжения и тока.

При значении произведения величин, пропорциональных току и напряжению выше установленного резистивным делителем R₄R₅ на выходе компаратора DA3.1 формируется нулевое напряжение. Оно подаётся на вход INT0 микроконтроллера, при этом выполнение основной программы останавливается и с транзисторов снимаются управляющие импульсы. На выходе преобразователя напряжение становится равно нулю и не изменится, пока не будет нажата клавиша «Сброс».

Мгновенная мощность на нагрузке не должна превышать значения :

Выбран измерительный трансформатор тока AC1005

Рис.7. Внешний вид трансформатора тока.

Параметры трансформатора тока:

Входной ток ................................5А номин., 60А макс.;

Коэффициент трансформации...1000:1;

Рассчитаем напряжение на резисторе R₂, соответствующее минимальному ( ) и максимальному ( ) току нагрузки.

Примем .

Это напряжение является входным для перемножителя (Вход Y).

Входное напряжение перемножителя по входу контроля напряжения (вход Х):

Выбран аналоговый перемножительAD734 (сайт производителя www.analog.com)

Рис.8. Схема подключения перемножителя.

Выходное напряжение определяется по формуле:

Выходное напряжение перемножителя, соответствующее максимальной мощности нагрузки:

Выбран компаратор MAX972

Рис.9. Внутренняя структура компаратора.

Параметры компаратора:

Количество каналов.................2

Напряжение питания...............2,5...11 В

Время задержки........................20 нс

Выбран источник опорного напряжения REF195 со след. параметрами:

Напряжение питания.................5,1...15 В

Выходное напряжение...............5 В

Максимальный выходной ток....30 мА

Рассчитаем номиналы резисторов в цепи контроля от КЗ и превышения максимальной мощности преобразователя:

Пусть ток делителя напряжения равен 1 мА, тогда:

Номиналы резисторов

Стандартные значения .

Стандартные значения .

Печатная плата.

Размеры платы 90х70мм.

Рис.29. Размеры печатной платы.

Рис.30. Вехний слой проводников.

Рис.31. Нижний слой проводников.

Рис.32. Карта сверления отверстий.

Рис.33. 3D модель (вид сверху).

Рис.34. 3D модель (вид снизу).

Заключение

В процессе курсового проектирования было разработано устройство, позволяющее управлять работой силового преобразователя мощностью 5 кВА, который осуществляет регулирование и стабилизацию переменного напряжения в диапазоне 250…500 В, а также были предусмотрены:

- ввод значения выходного напряжения;

- индикация выходного напряжения;

- защита схемы от короткого замыкания в нагрузке и превышения максимальной мощности.

Список используемой литературы:

1. Микушин А. В. Занимательно о микроконтроллерах. – СПб.: БХВ-Петербург, 2006. – 432 с.

2. Бродин В. Б., Шагурин И. И. Микроконтроллеры. Архитектура, программирование, интерфейс. – М.: Издательство ЭКОМ, 1999. – 400 с.

3. Александров, К.К. Электротехнические чертежи и схемы / К.К. Александров, Е.Г. Кузьмина. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 288 с.

4. www.niiem46.ru

5. www.kingbright.com

6. www.analog.com

7. www.atmel.com

ПРИЛОЖЕНИЕ.

Листинг результата трансляции программы.

C51 COMPILER V8.05a ADC 12/28/2013 23:16:09 PAGE 1

C51 COMPILER V8.05a, COMPILATION OF MODULE ADC

OBJECT MODULE PLACED IN ADC.OBJ

COMPILER INVOKED BY: C:\Keil\C51\BIN\C51.EXE ADC.c BROWSE DEBUG OBJECTEXTEND

line level source

1 #include <t89c51ac2.h>

2 /*===============ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕМЕННЫХ=====================*/

3 unsigned char Xy, Xoc, Xz; // сигналы управления, обратной связи и задания

4 signed Xpacc; // сигнал ошибки

5 unsigned T_acp, T_indic, T_kbrd; // переменные контроля времени событий

6 unsigned char T_ind; // переменная, определяющая моменты индикации во время срабатывания за

-щиты

7 unsigned int Uz; // сигнал задания (Вольт)

8 perezapis; // биты разрешения перезаписи

10 /*++++++++++++++ЗАДЕРЖКА+++++++++++++++++*/

11 void DELAY(unsigned pause)

12 { unsigned int i; // при pause=454 задержка=454*2,2= 1 милисек.

13 1 for (i=pause;i>0;i--);

14 1 }

15 /*+++++++++++++++ЗАДЕРЖКА+++++++++++++++++*/

17 /******************АЦП**********************/

18 void SCAN_ADC()

19 { ADCON = 0x28; // Запуск АЦП, проверка окончания оцифровки

20 1 do { ACC=ADCON & 0x10; } // и сохранение результата в переменной

21 1 while(ACC==0); //перевод: 380=1,62В=165;

22 1 Xoc = ADDH; // 250=1,2В=122; 500=2В=204 ;

23 1 }

24 void INIT_ADC() //ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ АЦП

25 {

26 1 ADCF = 0x00; // Выбор канала (Р1.0)

27 1 ADCLK = 1; // Установка частоты оцифровки

28 1 }

29 /******************АЦП**********************/

31 /*** ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ ПРЕРЫВАНИЙ ***/

32 void INIT_interrupt()

33 {

34 1 EA = 1; // разрешение всех прерываний

35 1 EC = 1; // разрещение прерывания от РСА

36 1 EX0=1; // разрешение прерывания от входа INT0

37 1 EX1=1; // разрешение прерывания от входа INT1

38 1 IPH0=5; // Задание приоритетов

39 1 IPL0 = 0x45; // максимальный приоритет (3) для входов INT0, INT1

40 1 // меньше (1) для таймера РСА

41 1 }

42 /*** ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ ПРЕРЫВАНИЙ ***/

44 /*=================PCA=====================*/

45 void INIT_PCA () //ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ PCA

46 {

47 1 CL = 0x14; // загрузка начальных значений

48 1 CH = 0xFF; // в PCA таймер-счетчик

49 1 CF = 0; // сброс флага переполнения

50 1

51 1 CCAP0H = 0xFF; //загрузка значений в

52 1 CCAP0L = 0x15; //первый модуль ключ "К1"

-

-

C51 COMPILER V8.05a ADC 12/28/2013 23:16:09 PAGE 2

53 1

54 1 CCAP1H = 0xFF;

55 1 CCAP1L = 136; //второй модуль ключ "К3"

56 1 P1_5=0;

57 1 CCAP2H = 0xFF; //третий модуль (инверсия второго) ключ "К4"

58 1 CCAP2L = 136;

59 1 P1_6=0;

60 1 CCAP3H = 0xFF; //четвертый модуль (инверсия первого) ключ "К2"

61 1 CCAP3L = 0x15;

62 1

63 1 CCAPM0 = 0x4C; // выбор режима скоростного вывода-

64 1 CCAPM1 = 0x4C; // инверсия порта при совпадении значения

65 1 CCAPM2 = 0x4C; // соответствующего модуля с значением

66 1 CCAPM3 = 0x4C; // младшего регистра таймера-счетчика PCA

67 1

68 1 CMOD = 1; // Установка частоты РСА: Fosc/12

69 1 // разрешение прерывания от переполнения счетчика PCA

70 1 }

71 void PCA() interrupt 6

72 {CR=0; // остановка таймера PCA

73 1 CL=0x14; // загрузка в младший регистр счетчика

74 1 CH = 0xFF; // загрузка в старший регистр счетчика

75 1 CF = 0; // сброс флага переполнения

76 1 if(perezapis==1) // проверка необходимости перезаписи модулей

77 1 { perezapis=0;

78 2 P1=0xFF;

79 2 CL = 0x14;

80 2 CH = 0xFF;

81 2 CF = 0;

82 2 CCAP0H = 0xFF;

83 2 CCAP0L = 0x15;

-

-

84 2 CCAP1H = 0xFF;

85 2 CCAP1L = Xy;

86 2 P1_5=0; //после перезаписи модулей

87 2 CCAP2H = 0xFF; //начать выдачу импульсов

88 2 CCAP2L = Xy; //в прежнем режиме

89 2 P1_6=0;

90 2 CCAP3H = 0xFF;

91 2 CCAP3L = 0x15;

92 2 CCAPM0 = 0x4C; CCAPM1 = 0x4C; CCAPM2 = 0x4C; CCAPM3 = 0x4C;

93 2 CMOD = 1;

94 2 }

95 1 CR=1; // запуск PCA

96 1 if (T_acp>0) {T_acp--;} // приближение работы с АЦП

97 1 if (T_kbrd>0) {T_kbrd--;} // с клавиатурой

98 1 if (T_indic>0) {T_indic--;} // с индикатором

99 1 }

100 /******************PCA**********************/

102 /*============== КЛАВИАТУРА ================*/

103 #define ne_najata 0

104 #define najata 1

105 unsigned char key_value; // Значение нажатой клавиши

106 unsigned char digit; // Номер вводимой цифры

107 unsigned char DISPLAY[3]; // Массив со значениями,

108 // которые необходимо вывести на индикацию

109 unsigned char DISPLAY_pred[3]; // Массив, хранящий предыдущее введенное значение

110 bit key_status; // бит статуса клавиши ("нажата"/"не нажата")

112 unsigned char poisk_key_code() // обнаружение нажатой клавиши

C51 COMPILER V8.05a ADC 12/28/2013 23:16:09 PAGE 3

113 { unsigned char str_code;

114 1 P0 = 0x0F; //поиск строки

115 1 if(P0!=0x0F) {

116 2 str_code = ACC; // в аккумуляторе инверсия порта Р0

117 2 P0 = 0xF0; // поиск столбца

118 2 if(P0!=0xF0) { return(ACC+str_code); } // передать код клавиши

119 2 else { return(0); }

120 2 }

121 1 else { return(0); }

122 1 }

123 unsigned char poisk_key_value(unsigned char key_code) //Декодирование кода клавиши в значение клавиши

124 {unsigned char stroka, stolbec,value;

125 1 stroka = key_code & 0x0F;

126 1 stolbec = key_code >> 4;

127 1

128 1 switch (stroka)

129 1 {

130 2 case(8): value=(stolbec>>1)+9; break;

131 2 case(4): value=(stolbec>>1)+6; break;

132 2 case(2): value=(stolbec>>1)+3; break;

133 2 case(1): value=(stolbec>>1); break;

134 2 }

135 1 return(value);

136 1 }

138 void load_key_value() // загрузка значения клавиши в переменную

139 {

140 1 if(key_value<0x0A) // если цифра

141 1 {

142 2 if(digit==0) {

143 3 DISPLAY[0]=10; DISPLAY[1]=10; DISPLAY[2]=10; //при начале вводе заменить цифры символами "_"

144 3

145 3 }

146 2 if(digit<=2) // пока не будет введена 3-я цифра,

147 2 {

148 3 DISPLAY[digit]=key_value; // сохранять введённые значения в массиве.

149 3 digit++;

150 3 }

151 2 }

152 1 else {

153 2 if(key_value==0x0A) // если после ввода любой цифры нажата клавиша "сброс" -

154 2 {

155 3 DISPLAY[0]=DISPLAY_pred[0]; // вернуть в массив

156 3 DISPLAY[1]=DISPLAY_pred[1]; // предыдущие

157 3 DISPLAY[2]=DISPLAY_pred[2]; // значения

158 3 digit=0;

159 3 }

160 2 if(key_value==0x0B && digit>=3) // если после ввода 3-ей цифры нажата клавиша "ввод" -

161 2 {

162 3 // перезаписать массив предыдущих значений,

163 3 Uz = DISPLAY[0]*100 + DISPLAY[1]*10 + DISPLAY[2]; // вычислить введённое значение задания

164 3 if (Uz>500 || Uz<250){DISPLAY[0]=3; DISPLAY[1]=8; DISPLAY[2]=0;}

165 3 else {DISPLAY_pred[0]=DISPLAY[0]; DISPLAY_pred[1]=DISPLAY[1]; DISPLAY_pred[2]=DISPLAY[2];}

166 3 digit=0;

167 3 }

168 2 }

169 1 }

171 scan_kbrd() // ОПРОС КЛАВИАТУРЫ

172 {

173 1 unsigned char key_code;

174 1 key_code=poisk_key_code(); //переменная кода клавиши

C51 COMPILER V8.05a ADC 12/28/2013 23:16:09 PAGE 4

175 1

176 1 if(key_code!=0)

177 1 {

178 2 if(key_status==ne_najata)

179 2 {

180 3 key_value=poisk_key_value(key_code);

181 3 load_key_value();

182 3 key_status=najata;

183 3 }

184 2 }

185 1 if(key_code==0) {key_status=ne_najata;}

186 1

187 1 }

188 /*============ КЛАВИАТУРА ============*/

190 /*------------ИНДИКАТОР------------*/

191 sbit OUT100 = P3^7; // биты

192 sbit OUT10 = P3^6; // выбора

193 sbit OUT1 = P3^5; // номера цифры

194 // коды семисегментного индикатора, соответствующие символам "0-9", "_", "Е", "r"

195 code char indicator_code[13]={ 0x80, 0xF2, 0x48, 0x60, 0x32,

196 0x24, 0x04, 0xF1, 0x00, 0x20, 0xEF, 0x0D, 0x5F };

197 unsigned char razrad; // переменная, определяющая номер выводимого на индикацию разряда

198 unsigned char T_ind; // переменная, определяющая моменты индикации во время срабатывания защиты

200 void print()

201 {

202 1 unsigned char simbol;

203 1 /* gfed cba

204 1 ----------

205 1 0 | 1000 0001

206 1 1 | 1111 0011

207 1 2 | 0100 1001 таблица

208 1 3 | 0110 0001 соответствия 0 OUT100

209 1 4 | 0011 0011 кодов 1 OU10

210 1 5 | 0010 0101 7-сегментного 2 OUT1

211 1 6 | 0000 0101 индикатора

212 1 7 | 1111 0001 отображаемым символам

213 1 8 | 0000 0001

214 1 9 | 0010 0001

215 1 _ | 1110 1111

216 1 E | 0000 1101

217 1 r | 0101 1111

218 1 */

219 1 simbol=DISPLAY[razrad-1];

220 1 P2=0xFF; // гашение символа

221 1 OUT100=1; // отключение

222 1 OUT10=1; // всех разрядов

223 1 OUT1=1;

224 1

225 1 P2 = indicator_code[simbol]; // выдача символа на порт

226 1 // подключение необходимого разряда

227 1 switch(razrad)

228 1 {

229 2 case(3): OUT1=0; break;

230 2 case(2): OUT10=0; break;

231 2 case(1): OUT100=0; break;

232 2 }

233 1 razrad++;

234 1 if(razrad>3) razrad=0;

235 1 }

236 /*------------ИНДИКАТОР------------*/

C51 COMPILER V8.05a ADC 12/28/2013 23:16:09 PAGE 5

238 /*___________ЗАЩИТА___________*/

240 void K_Z () interrupt 0 // обработка прерывания от входа INT0 (короткое замыкание)

241 {

242 1 unsigned char key_code;

243 1 CR=0; // Остановка таймера РСА

244 1 P1=0; // Снятие импульсов управления

245 1

246 1 // Запись в массив индикации выхода кодов символов "Err"

247 1 DISPLAY[0]=11; DISPLAY[1]=12; DISPLAY[2]=12;

248 1

249 1 do { key_code=poisk_key_code(); // Опрос клавиатуры и

250 2 T_ind--;

251 2 if(T_ind==0)

252 2 {

253 3 print(); // индикация

254 3 T_ind=100;

255 3 }

256 2 }

257 1 while(key_code!=0x28); // пока не будет нажата клавиша "Сброс"

258 1 INIT_PCA(); // инициализация РСА

259 1 CR=1; // Запуск таймера РСА

260 1 }

261 void MAX_POWER() interrupt 2 //обработка прерывания от входа INT1 (превышение максимальной мощности)

262 {

263 1 unsigned char key_code;

264 1 CR=0;

265 1 P1=0;

266 1

267 1 DISPLAY[0]=11; DISPLAY[1]=12; DISPLAY[2]=12;

268 1

269 1 do { key_code=poisk_key_code();

270 2 T_ind--;

271 2 if(T_ind==0)

272 2 {

273 3 print();

274 3 T_ind=100;

275 3 }

276 2 }

277 1 while(key_code!=0x28);

278 1 INIT_PCA();

279 1 CR=1;

280 1 }

281 /*___________ЗАЩИТА___________*/

283 /******************РЕГУЛЯТОР**********************/

284 void regulyator ()

285 {

286 1 Xz=33*(Uz+39)/100+27; // привидение напряжения задания к аналогичным значениям АЦП (122...204)

-

287 1 Xpacc=Xz-Xoc; // переменная рассогласования (ошибка)

288 1 if (Xpacc!=0) // проверка ошибки

289 1 {if (Xz > Xoc)

290 2 {Xy = Xy - 1; perezapis=1;} // добавка напряжения

291 2 else {Xy = Xy +1; perezapis=1;} // отбавка напряжения

292 2 }

293 1 }

294 /******************РЕГУЛЯТОР**********************/

296 /*****ОСНОВНАЯ ПРОГРАММА****/

297 void main ()

C51 COMPILER V8.05a ADC 12/28/2013 23:16:09 PAGE 6

298 {

299 1 Uz=380; // cтартовый сигнал задания

300 1

301 1 DISPLAY[0]=3; // запись в массив индикации

302 1 DISPLAY[1]=8; // значений, соответствующих номинальному заданию (380)

303 1 DISPLAY[2]=0;

304 1 Xoc=165; // cтартовый сигнал обратной связи, соответствующий 380 В

305 1 // (нач. условие для регулятора)

306 1

307 1 Xy=136; // стартовый сигнал управления, соответствующий

308 1 // режиму прямой передачи (Пределы при номинальном входном: 66...206)

309 1 INIT_ADC();

310 1 INIT_PCA();

311 1 INIT_interrupt();

312 1 CR = 1;

313 1 DELAY(65000); // задержка перед началом опроса выходного

314 1 DELAY(65000); // напряжения (после установления переходного процесса)

315 1 T_acp=2300;

316 1 T_kbrd=385;

317 1 T_indic=100;

318 1

319 1 while (1) // цикл основной программы

320 1 {

321 2 if (T_acp==0) {

322 3 SCAN_ADC();

323 3 regulyator ();

324 3 T_acp=2300; // опрос АЦП раз в 120 мс (чуть больше постоянной времени внешнего датчика напряжения)

325 3 }

326 2 if (T_kbrd==0) {

327 3 scan_kbrd(); // опрос клавиатуры

328 3 T_kbrd=385; // раз в период (20 мс)

329 3 }

330 2 if (T_indic==0) {

331 3 print(); // вывод на индикацию выходного напряжения

332 3 T_indic=100; // для каждого разряда с частотой 200 Гц

333 3 }

334 2 }

335 1 }

336 /*********КОНЕЦ*************/

MODULE INFORMATION: STATIC OVERLAYABLE

CODE SIZE = 868 ----

CONSTANT SIZE = 13 ----

XDATA SIZE = ---- ----

PDATA SIZE = ---- ----

DATA SIZE = 25 ----

IDATA SIZE = ---- ----

BIT SIZE = 1 ----

END OF MODULE INFORMATION.

C51 COMPILATION COMPLETE. 0 WARNING(S), 0 ERROR(S)

Введение.

Микроконтроллер – функционально законченное устройство обработки информации, управляемое хранимой в памяти программой. Появление микроконтроллеров стало возможным благодаря развитию интегральной электронике. Это позволило перейти от схем малой и средней степени интеграции к большим и сверхбольшим интегральным микросхемам (БИС и СБИС).

Микроконтроллеры и микроЭВМ, вследствие малой материалоемкости и стоимости, низкого энергопотребления и высокой надежности находят всё большее применение в промышленности. Эти устройства позволяют создавать миниатюрные, дешёвые и экономичные, но в то же время достаточно «умные» и сложные приборы, способные управлять силовыми преобразователями, коммутирующими большие токи и напряжения.

Область применения микроконтроллеров не ограничивается только силовой электроникой, с каждым годом значительно расширяясь.

Описание схемы преобразователя.

Необходимо разработать систему управления стабилизатором переменного напряжения, в котором использовуется регулирующий орган с вольтодобавкой на основе ячейки с ОРМ (однополярной реверсивной модуляцией) в звене повышенной частоты. Схема такой ячейки и режимы её работы приведены в табл.1.

Таблица 1

Схема регулирующего органа С ОРМ в звене повышенной частоты	Режим	Цикл замыкания ключей
Инвертор	Демодулятор
	МД
РД		4-3 3-4
РОН		4-3 3-4
МО

Рис. 1. Диаграммы напряжений РО со звеном повышенной частоты.

Выходное напряжение с регулирующего органа проходит через LC фильтр, который подавляет лишние гармоники и на нагрузке формируется синусоидальное напряжение.

Напряжение сети изменяется в пределах 380В +10%-15%, т.е. 323…418 В.

Напряжение на выходе регулируется в пределах 250…500 В.

Повышенную частоту выберем в раз больше частоты сети :

.

Выходное напряжение регулируется в соответствии с формулой:

(“-“ – отбавка, “+“ – добавка);

где - эквивалентная относительная добавка напряжения,

- напряжение на выходе симметрирующего трансформатора, входящего в состав схемы преобразователя для повышения возможностей регулируемого канала в режиме стабилизации и снижения его габаритной мощности, а также для улучшения энергетических показателей преобразователя.

Диапазон изменения , обеспечивающий заданную регулировку напряжения при максимальных отклонениях напряжения сети:

Отбавка:

Добавка:

Основная задача системы управления – контролировать выходное напряжение (по действующему, либо по мгновенному значению) и в случае его отклонения от заданного изменять сдвиг открытых состояний ключей определённым образом, осуществляя при этом добавку либо отбавку.

Второстепенная задача - обеспечить взаимодействие пользователя с устройством. Должна быть возможность задавать необходимую величину выходного напряжения с помощью клавиатуры и индикатора выходного напряжения.