Применение микросхемы КР1095ПП1 – ЧАСТЬ 1

January 20, 2015 by admin Комментировать »

А. Евсеев, г. Тула

Выпускаемая отечественной промышленностью микросхема КР1095ПП1 рбеспечивает преобразование мощности электрической энергии переменного тока промышленной частоты (50 или 60 Гц) в частоту импульсов. Микросхема, изготавливается по технологии КМДП-транзисторов с поликремниевыми затворами. Изготовитель рекомендует использовать данную микросхему преобразователя мощности в частоту (ПМЧ) для изготовления на ее основе счетчиков активной и реактивной электрической энергии промышленной частоты класса точности 0,1…1%. Однако эта микросхема может быть использована и в других устройствах, о чем пойдет речь в данной статье.

Основные технические характеристики микросхемы:

диапазон изменения входных сигналов переменного напряжения (амплитудное значение)            1…4000 мВ

диапазон линейного изменения частоты выходных импульсов …. 2…8000 Гц напряжение питания                         ±6 В ±5%

ток потребления, не более ……………………………………………………………………………. 10 мА

диапазон рабочих температур…………………………………………………… от —60*С до +60°С

В микросхеме используется принцип импульсного перемножения двух сигналов на основе широтно-импульсной и амплитудно-импульсной модуляции входных сигналов, пропорциональных мгновенным значениям напряжения и тока.

Как известно из физики, мощность Р равна энергии W, израсходованной за единицу времени t, т. е.

Значение потребленной энергии W выражается формулой:

где p(t) —: мгновенное значение активной мощности в момент времени t, Т — период измерения.

Согласно последней написанной формуле, значение активной мощности Р может быть получено как среднеарифметическое произведений дискретных значений напряжения Ц и тока I; в последовательной выборке по периоду измеряемого сигнала:

где N — количество дискретных интервалов, на которых производится измерение и перемножение мгновенных значений напряжения и тока.

Чем больше Ν, тем выше точность измерения.

Следует особо заметить, что такой метод измерения и вычисления позволяет определить значение активной мощности, потребляемой нагрузкой. Напомним, что активная мощность Р определяется по формуле Р = UI cos<p, а реактивная Q — по формуле Q = Ulsinqj, где U, I — действующие значения напряжения и тока, φ — угол сдвига фаз между напряжением и током.

Условное графическое обозначение микросхемы КР1095ПП1 и типовая схема включения представлены на рис. S.6, а назначение выводов и их буквенно-цифровые обозначения — в табл. 5.1.

Микросхема выполнена в DIP-корпусе, расстояние между рядами выводов составляет 10 мм.

Итак, рассмотрим работу микросхемы в режиме ее типового включения для измерения мощности переменного тока (рис. 5.6). Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, с выхода которого сигнал, пропорциональный величине сетевого напряжения, поступает на вход Ш микросхемы (второй вход U2 соединен с общим проводом). Напряжение на резисторе R3, являющемся датчиком тока, пропорционально величине тока нагрузки, и сигнал с датчика тока поступает на вход II (второй вход 12 соединен с общим проводом). На входы +U0 и —U0 подается образцовое напряжение (около 9 В) с параметрического стабилизатора напряжения, выполненного на резисторах R4, R5 и стабилитроне VD1.

При подаче напряжения питания и подключении нагрузки на выводах микросхемы имеются следующие сигналы:

•          на выходе FT — импульсы тактовой частоты 1 МГц (частота основной гармоники кварцевого резонатора Z1);

•          на выходе FOP — импульсы с частотой, пропорциональной мощности, потребляемой нагрузкой;

•      на выходе FON — постоянное напряжение —6 В;

•          на выходе FOC — импульсы с частотой, в 16 раз большей частоты импульсов на выходе положительной мощности FOP;

Таблица 5.1

• на выходе FO — импульсы с частотой, в 218 раз меньше тактовой частоты (т. е. около 3,81 Гц).

Коэффициент Кимс преобразования произведения сигналов напряжения и тока в частоту составляет примерно 1700 Гц/В2 и зависит от частоты тактового генератора и напряжения стабилизации стабилитрона VD1 (с уменьшением величины опорного напряжения Κ„Μ(; уменьшается).

Зная номиналы элементов R1R2 и датчика тока R3, несложно вычислить коэффициент преобразования мощности Кр в частоту FBblx:

Рис. 5.6. Схема типового включения микросхемы КР1095ПП1

Для указанных на схеме рис. S.6. параметров он составляет около 2,2 Гц/Вт. По выходу FOC коэффициент преобразования в 16 раз больше, чем по Выходам FOP и FON.

Термины «положительная мощность» и «отрицательная мощность» являются условными. Они введены для того, чтобы микросхема «чувствовала» направление потока электрической энергии: от питающей сети к нагрузке или наоборот. Как было указано выше, для схемы питания нагрузки, показанной на рис. 1.1, импульсы снимаются с выхода положительной мощности FOP. Если выводы подключения нагрузки и питающей сети поменять местами, то импульсы, пропорциональные величине мощности, появятся на выходе отрицательной мощности FON (на выходе FOP при этом установится напряжение —6 В). Такого же эффекта можно достигнуть, если поменять местами подключение выводов Ш и U2 (либо выводов II и 12) микросхемы. Можно также сказать, что «знак» мощности определяется знаком падения напряжения на датчике тока резисторе R1, определяемого, в свою очередь, направлением протекания тока через этот резистор.’

‘ При построении устройств на базе данной микросхемы частотную последовательность импульсов можно снимать с выходов FOP и FON. Если удобнее работать с большей частотой, то выходной сигнал снимают с выхода FOC. Сигнал на этом выходе не зависит от «знака» мощности.

Как уже было отмечено выше, стабильность коэффициента преобразования мощности в частоту зависит от стабильности опорного напряжения и стабильности частоты кварцевого генератора. Высокая температурная стабильность опорного напряжения обеспечивается применением прецизионного стабилитрона с термокомпенсацией Д818Е или аналогичного (КС 191 и пр.). Для дополнительного повейия стабильности опорного напряжения питание ±6 В следует осуществлять от стабилизированного источника. Стабильность частоты генератора обеспечивается стабильностью параметров кварцевого резонатора Ζ1. Для повышения стабильности частоты резонатор может быть помещен в термостабилизированную камеру, однако в большинстве случаев в этом нет необходимости.

Убедиться в том, что микросхема учитывает только активную мощность переменного тока, можно следующим образом. В качестве нагрузки подключают бумажный конденсатор, например, типа К73-17 емкостью 1 мкФ и напряжением не менее 400 В. При этом импульсы на выходе FOP микросхемы должны отсутствовать. При использовании конденсаторов с большими потерями (например, МБГО-400 В — 10 мкФ) на выходе FOP могут присутствовать импульсы невысокой частоты (порядка 20…30 Гц). При проведении экспериментов с конденсаторами следует помнить, что в момент включения конденсатора через него протекает значительный ток, что вызывает всплеск напряжения в несколько десятков вольт на датчике тока. Если не принять мер к защите входа микросхемы, она выйдет из строя. Напряжение на входе ПМЧ можно ограничить двумя последовательно-встречно включенными стабилитронами КС133 или КС 139 либо с помощью диодных ограничителей, как это будет показано ниже.

На входы U или I может быть также подано постоянное напряжение положительной либо отрицательной полярности величиной не более 4 В. Это позволяет применять микросхему для стабилизации напряжения или тока (ниже это будет рассмотрено более подробно). Микросхема может также работать и с пульсирующим однополярным напряжением, получающимся в результате однли двухполупердного выпрямления.

Рассмотрим применение микросхемы КР1093ПП1 в счетчике электрической энергии. Необходимость в таком счетчике может возникать в радиолюбительской практике, когда требуется измерить количество электричества, переносимое мощностью в единицы ватт или десятые доли ватт. В практике автора такая потребность возникала, например, при измерении мощности холостого хода маломощных трансформаторов. Казалось бы, такую мощность можно вычислить, замерив напряжение и ток (их можно замерить с достаточной точностью). Но ток холостого хода содержит активную и реактивную составляющие, а мощность требуется измерить только активную. Разделить активную и реактивную составляющие тока непросто, и здесь очень удобен счетчик электроэнергии, учитывающий только активную составляющую мощности. Бытовые электросчетчики учитывают активную мощность, но их разрешающая способность составляет десятки ватт. Так, например, широко распространенные счетчики СО-И446, СО-И449, СО-505 имеют передаточное число, то есть количество оборотов диска (обозначим его Ν), соответствующее количеству электроэнергии 1 кВт-час, порядка 1000 (может находиться в диапазоне от 500 до 1300 оборотов). Несложно вывести, что скорость вращения диска счетчика ω [об/с] при мощности электроэнергии Р [кВт] может быть вычислена по формуле

Источник: Под редакцией А. Я. Грифа, Оригинальные схемы и конструкции. Творить вместе! — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 200 с.: ил. – (Серия «СОЛОН – РАДИОЛЮБИТЕЛЯМ», вып. 23)

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты