Применение микросхемы КР1095ПП1 – ЧАСТЬ 2

January 13, 2015 by admin Комментировать »

По данной формуле можно вычислить, что при мощности величиной Р = 1 Вт и N = 1000 диск счетчика совершит 1 оборот за 3600 секунд. Но будет велика погрешность измерения из-за трения в подвижных частях диска счетчика, а большая продолжительность одного оборота затруднит процесс измерения. Здесь и пригодится рассматриваемая микросхема преобразователя.

Схема такого счетчика представлена на рис. 5.7.

Микросхема преобразователя мощности DA4 включена в соответствии со схемой своего типового включения, показанной на рис. 5.6. Разница только в том, что здесь добавлены диоды VD2—VD5, подключенные ко входам микросхемы. Их назначение — ограничивать напряжение, приложенное к выводам 2 и 16 микросхемы. При превышении напряжением величины +6 В или -6 В открывается соответствующий диод и ограничивает напряжение на входе микросхемы на уровне около 7 В. Вместо ограничительных диодов можно применять стабилитроны типов КС133А, КС139А, включенные последовательно-встречно. Такие цепи из двух стабилитронов каждая включаются между общим проводом и выводами 2 и 16 микросхемы.

Датчики напряжения и тока — такие же, как и в предыдущей схеме. Для возможности регулировки сигнала с датчика напряжения резистор R2 выбран подстроечным.

Счетчик импульсов — трехразрядный. Каждый разряд выполнен на микросхеме К176ИЕ4 и семисегментном люминесцентном индикаторе ИВ-3 А Микросхема К76ИЕ4 представляет собой двоично-десятичный счетчик, совмещенный с дешифратором для преобразования двоичного кода счетчика в код семисегментного индикатора. Измене-

Рис. 5.7. Схема применения микросхемы КР1095ПП1 в счетчике электрической энергии ние состояния счетчика происходит по спадам входных импульсов, а установка в исходное состояние производится подачей напряжения высокого уровня на вход R с помощью выключателя SA1 «Пуск». Сигнал переноса снимается с выхода Р. Напряжение на сегменты индикатора подается непосредственно с выходов микросхемы DD1. При этом аноды-сегменты индикатора питаются пониженным напряжением 9 В (номинальное напряжение составляет 20…30 В), однако яркость свечения оказывается вполне достаточной. Зато значительно упрощается схема, так как не требуется применять семь транзисторных ключей и отдельный источник питания анодов индикатора. Нити накала индикаторов питаются через токоограничительный резистор R10. Для упрощения начертания схемы второй и третий разряды счетчика показаны прямоугольниками штрихпунктирной линией и обозначены символами С2 и СЗ.

Для преобразования двухполярных импульсов с амплитудой ±6 В, имеющихся на выходе FOP микросхемы, в однополярные импульсы использован ключ на транзисторе VT1. Диод VD7 исключает подачу отрицательных импульсов на базу транзистора. Светодиод HL1 служит для визуального контроля наличия импульсов на выходе микросхемы. На выходе ключа (то есть на коллекторе транзистора VT1) имеются прямоугольные импульсы положительной полярности с амплитудой 9 В, а их частота равна частоте импульсов на выходе FOP.

Питаются элементы устройства от двухполярного источника напряжений +9 В, +6 В, —6 В, выполненного на мостовом выпрямителе VD1 и интегральных стабилизаторах напряжения DAI—DA3.

Настройка счетчика электроэнергии состоит в установлении подстроечным резистором R2 коэффициента преобразования мощности в частоту, равным 10 Гц/Вт.

Для измерения количества поступившей в нагрузку электроэнергии замыкают контакты выключателя SA1 «Пуск». При этом счетчики С1—СЗ начинают работать в счетном режиме. Поскольку один импульс на выходе FOP микросхемы КР1095ПП1 при установленном коэффициенте преобразования соответствует переносу количества электричества в 0,1 Вт-с (2,77-10-8 кВт-час), счетчик С1 считает десятые доли ватг-секунд, счетчик С2 — единицы ватт-секунд, а счетчик СЗ — десятки ватт-секунд. Замерив секундомером время измерения, несложно определить среднюю за период измерения мощность в нагрузке: для этого следует разделить показания индикаторов на время измерения. Так, если по прошествии 60 с индикаторы показали 45,0 Вт-с, средняя мощность будет равна 0,75 Вт.

Чтобы повысить чувствительность электросчетчика (то есть увеличить коэффициент преобразования), сигнал на верхний вывод рези стора R7 можно подавать с выхода FOC микросхемы — это приведет к увеличению коэффициента преобразования мощности в частоту в 16 раз. Аналогичный результат может быть получен и при увеличении сопротивления резистора R1. Следует только помнить, что напряжения на измерительных входах микросхемы не должны превышать 4 В. Если же требуется, напротив, понизить чувствительность электросчетчика, то следует уменьшить сопротивление резистора R1.

Рис. 5.8. Схема включения трансформатора тока

Если этого недостаточно, между выходом транзисторного ключа и счетным входом микросхемы DD1 следует включить делитель частоты с требуемым коэффициентом деления. Для этого удобно использовать микросхемы К561ИЕ8, К561ИЕ10.

Для измерения мощности при большом токе через нагрузку можно использовать трансформатор тока, содержащий один виток в первичной обмотке, включенной в цепь нагрузки (рис. S.8).

Напряжение, снимаемое с резистора R1 и подаваемое на входы микросхемы, может быть вычислено по формуле

где 1И — ток нагрузки,

W2 — число витков вторичной обмотки трансформатора тока.

Зная максимальный ток нагрузки и предельное напряжение на входе ИМС (4 В амплитудного значения), несложно рассчитать количество витков вторичной обмотки. Резистор R1 должен иметь возможно меньшее значение сопротивления (на схеме указано предельное значение этого сопротивления), поскольку трансформатор тока должен работать в режиме короткого замыкания, в противном случае точность трансформации тока будет снижена. Трансформатор тока удобно выполнить на тороидальном (кольцевом) магнитопроводе, изготовленном из трансформаторной стали, например, типоразмера Κ50χ32χ16. Вторичная обмотка должна содержать 100…1000 витков провода ПЭТВ-2 0,1…0,2. При этом трансформатор тока сможет измерять значения токов от 2,8 А до 28 А.

Если устройство предполагается использовать для измерения мощности, потребляемой нагрузкой, а не для измерения количества электроэнергии, как это было реализовано в схеме на рис. S.7, цифровой

Рис. 5.9. Схема узла для непосредственного измерения мощности счетчик можно заменить стрелочным индикатором. Схема, такой приставки приведена на рис. 5.9.

С выхода FOP микросхемы ПМЧ через дифференцирующую цепь C1R1R2 импульсы поступают на ждущий мультивибратор, выполненный на триггерах Шмита DD1.1, DD1.2 и элементах С2, R3. В результате на выходе мультивибратора формируются импульсы строго постоянной длительности, определяемой постоянной времени C2R3. Средний ток, протекающий через рамку магнитоэлектрического прибора РА1, прямо пропорционален частоте импульсов, поступающих на вход ждущего мультивибратора. Как известно, для нормальной работы ждущего мультивибратора необходимо выполнение следующего неравенства: длительность .выходных импульсов должна быть больше длительности запускающих импульсов, но меньше периода следования выходных импульсов ПМЧ при наибольшей частоте, то есть при наибольшей мощности. Величины сопротивлений и емкостей, указанные на принципиальной схеме, обеспечивают нормальную работу ждущего мультивибратора при предельной частоте выходных импульсов ПМЧ (8 кГц).

Настройка приставки для измерения мощности заключается в подборке сопротивления добавочного резистора R4, которое зависит от тока полного отклонения стрелки прибора РА1; величина этого сопротивления может лежать в пределах от 5 кОм до 50 кОм. Прибор РА1 может быть с током полного отклонения 0,1…1 мА, например типа М4200.

Микросхема КР1095ПП1 может быть с успехом использована в стабилизированных регуляторах активной мощности. В одной из книг автора [1] был описан такой регулятор на базе электромеханического бытового счетчика электроэнергии. Напомним, что речь идет о стабилизации мощности, потребляемой нагрузкой, при изменяющемся сопротивлении нагрузки.

Схема стабилизированного регулятора мощности представлена на рис. 5.10.

Рис. 5.10. Стабилизированный регулятор мощности на базе микросхемы преобразователя мощности в частоту

Управление мощностью в нагрузке осуществляется, путем изменения угла включения симистора VS1, который (угол) зависит от разности между задающим напряжением (снимается с движка переменного резистора R19) и напряжением, пропорциональным мощности в нагрузке (снимается с резистора R16). Операционный усилитель DA1 работает таким образом, что указанная разность стремится к нулю. Поскольку напряжение на резисторе R16 пропорционально мощности в нагрузке, величина этой мощности поддерживается на заданном уровне.

Рассмотрим работу стабилизатора мощности подробнее. Датчиком тока является первичная обмотка трансформатора тока Т1. Напряжение с резистора R3, пропорциональное току нагрузки, подается на токовые входы микросхемы DA3. Датчиком напряжения является обмотка II трансформатора питания Т2, напряжение с которой через подстроечный резистор R4 подается на входы измерения напряжения микросхемы. Стабилитроны ограничивают напряжение на измерительных входах микросхемы на уровне около 4 В.

На микросхеме DD1 выполнен ждущий мультивибратор, работа которого была рассмотрена выше. На выходе интегрирующей цепи C9R16 имеется постоянное напряжение, среднее значение которого пропорционально мощности в нагрузке. Интегрирующая цепь применена для снижения уровня пульсаций напряжения.

Рассмотрим теперь процесс формирования импульсов для управления симистором VS1. Эта импульсы снимаются с выхода компаратора напряжения — микросхемы DA4. Интегральный компаратор К554САЗ имеет открытый коллекторный выход, рассчитанный на подключение нагрузки током до 50 мА. Выходной транзистор открыт (т. е. на выходе при подключенной нагрузке действует напряжение, низкого уровня), если напряжение на выводе 4 больше напряжения на выводе 3 микросхемы DA4. При противоположном соотношении напряжений на выходе компаратора будет напряжение высокого уровня.

Компаратор DA4 сравнивает пилообразное напряжение и напряжение, снимаемое с выхода микросхемы DA5. Генератор пилоообраого напряжения выполнен на транзисторах VT1, VT2. Он формирует импульсы пилообразной формы частотой 100 Гц, синхронизированные напряжением сета. Напряжение с выпрямительного моста VD7 через резистор R6 поступает на базу транзистора VT1. Большую часть времени транзистор открыт, а в моменты, когда синусоидальное выпрямленное напряжение становится равным нулю, транзистор закрывается. На его коллекторе формируются короткие прямоугольные импульсы, которые подаются на базу транзистора VT2. Пока напряжение на базе равно нулю (транзистор закрыт), на коллекторе транзистора формируется нарастающее напряжение (конденсатор С6 заряжается через резистор R8). В момент появления положительного импульса на базе транзистора VT2 последний открывается, и напряжение на коллекторе уменьшается практически до нуля. На выходе компаратора DA4 формируются прямоугольные импульсы. Нагрузкой компаратора являются резистор R17 и светодиод оптопары U1. При протекании тока через светодиод оптопары ее симистор открывается, обеспечивая открывание силового симистора VS1 — при этом через нагрузку, подключенную к гнездам разъема XS1, протекает ток. Изменение длительности импульсов на выходе компаратора приводит к изменению среднего значения напряжения и, следовательно, мощности в нагрузке. Увеличение напряжения на выходе микросхемы DAS приводит к уменьшению мощности в нагрузке, и наоборот.

Каково назначение микросхемы DA5? Она выполняет функции усилителя сигнала ошибки, то есть разностного сигнала задающего напряжения и напряжения, пропорционального мощности. Задающее напряжение снимается с движка переменного резистора R19 и подается на инвертирующий вход дифференциального усилителя через резистор R20, а на второй, неинвертирующий, вход усилителя через резистор R21 подается напряжение, пропорциональное мощности в нагрузке. Усреднение, или интегрирование, выходного сигнала, снимаемого с выхода ждущего мультивибратора, обеспечивается интегрирующей цепью C10R20. Операционный усилитель DA5, обладая весьма большим коэффициентом усиления (для данного типа микросхемы около 30000), работая в системе автоматического управления, которой является стабилизированный регулятор мощности, обеспечивает равенство напряжений на обоих своих входах. Это значит, что, например, уменьшение величины задающего напряжения заставит так работать систему управления, что мощность в нагрузке снизится до величины, при которой обеспечивается равенство напряжений на входах операционного усилителя. Это произойдет благодаря уменьшению напряжения на выходе микросхемы DA5. Очевидно, что нижнему по схеме положению движка переменного резистора R19 будет соответствовать нулевое значение мощности в нагрузке, а верхнему — максимальное.

Источник питания элементов регулятора мощности выполнен на двух микросхемах интегральных стабилизаторов напряжения — DA1 и DA2. Использование двух разнотипных микросхем обусловлено желанием обойтись одной вторичной обмоткой питающего трансформатора (хотя и с отводом от середины) и одним выпрямительным мостом. При использовании двух одинаковых микросхем (например,

КР142ЕН8В, у которых регулирующий транзистор включен в плюсовую цепь), такое схемное решение не удалось бы реализовать.

Диод VD6 исключает влияние фильтрующего конденсатора С2 на форму выпрямленного напряжения, подаваемого на вход генератора пилообразного напряжения через резистор R6.

О деталях стабилизатора мощности. В качестве компаратора DA4, помимо указанного на схеме, можно также использовать микросхемы типов К521САЗ, К521СА5, К521СА6, К1401СА1. Две последних микросхемы содержат соответственно два и четыре компаратора в одном корпусе. В качестве операционного усилителя DA5 можно также применить микросхемы К140УД7, К140УД8, К140УД20 (содержит два операционных усилителя в одном корпусе), К553УД2, К1401УД1 (содержит четыре операционных усилителя в корпусе) и любые аналогичные операционные усилители. Микросхему КР1157ЕН602А (DA1) можно заменить импортными аналогами 78L62 или 78М06, а микросхему КР1162ЕН6Б (DA2) — импортными аналогами 7906, 79М06. Транзисторы VT1, VT2 — любые из серий КТ315, КТ342, КТ503, КТ630, КТ3102. Оптопара импортного производства МОС3052 может бьггь заменена на отечественную АОУ160(А, Б, В). В качестве силового симистора VS1 может быть использован симистор из серий ТС112, ТС122, ТС132, ТС142 с допустимым импульсным напряжением в закрытом состоянии не менее 400 В и током в открытом состоянии, соответствующим максимальному току нагрузки. Диод КД243А (VD1) заменим на КД105, КД106, КД221, КД226 с любыми буквами. Выпрямительный мост VD7 — любой из серий КЦ402, КЦ403, КЦ417. Оксидные конденсаторы С2, СЗ могут бьггь типов К50-16, К50-35, К50-24, К50-29; С1, С4, С5, С9, СЮ – КМ-6, К10-17, К73-17; С6 – К73-17, К73-24, К76-П2 (этот конденсатор должен иметь небольшой температурный коэффициент емкости). Подстроечные резисторы R4, R18 — СП5-2, СПЗ-19, СПЗ-39, переменный резистор R19 — СП-04, СПЗ-4М, СПЗ-16, СПЗ-30. Остальные резисторы — МЛТ, С2-23. Трансформатор тока Т1 выполнен на тороидальном (кольцевом) магнопроводе, изготовленном из трансформаторной стали, например, типоразмера Κ50χ32χΐ6. Вторичная обмотка содержит 1000 витков провода ПЭТВ-2 0,1…0,2. Единственный виток первичной обмотки представляет собой отрезок провода ПЭТВ-2 диаметром 2…2,5 мм или монтажного провода сечением не менее 4 мм2. Трансформатор ТПП232 (Т2) заменим на любой другой, у которого вторичная обмотка обеспечивает напряжение 18…22 В, имеет отвод от середины и рассчитана на ток не менее 150 мА. Выключатель питания Q1 — автоматический выключатель типа АЗ 161, АЕ2050 или АП50. Он выполняет также функцию предохранителя, то есть размыкает цепь питания при недопустимом увеличении тока (свыше 40…50 А).

После проверки правильности монтажа проверяют работоспособность устройства. Сначала проверяют выходные напряжения микросхем DA1 и DA2 (они должны соответствовать указанным на принципиальной схеме).

Движки подстроечных резисторов R4 и R18 устанавливают в среднее положение, а переменного резистора R19 — в нижнее положение.

Подключив нагрузку (лампу накаливания мощностью 100…200 Вт) к разъему XS1, подают питание на регулятор мощности. Плавно вращая ось переменного резистора R19, убеждаются в увеличении напряжения на нагрузке. Может оказаться, что напряжение на нагрузке максимально при любом положении движка переменного резистора R19, а импульсы на выходе FOP микросхемы DA3 отсутствуют. Причиной этого может быть неправильная фазировка обмотки II трансформатора Т2 с вторичной обмоткой трансформатора тока Т1. В этом случае выводы любой из указанных обмоток следует поменять местами.

С помощью подстроечного резистора R4 добиваются, чтобы максимальное (амплитудное) значение напряжения на входе U1 микросхемы DA1 не превышало 4 В при максимальной мощности в нагрузке. Это удобно контролировать с помощью осциллографа. При его отсутствии можно воспользоваться вольтметром переменного тока. Тогда регулирование мощности должно плавно осуществляться во всем диапазоне поворота оси переменного резистора R19. Если в верхнем положении движка переменного резистора RI9 при максимальной подключенной нагрузке напряжение на ней не достигает величины сетевого, то следует уменьшить сопротивление подстроечного резистора R18.

Для проверки функции стабилизации мощности необходимо иметь нагрузку с изменяющимся сопротивлением (удобно использовать двухсекционный бытовой нагреватель) и лабораторный автотрансформатор соответствующей мощности. Нагрузка должна быть обязательно активной (т. е. не иметь индуктивной или емкостной составляющих). Регулятор мощности подключают к сети через автотрансформатор и подключают к выходу регулятора одну нагрузку (одну секцию бытового нагревателя). Автотрансформатором устанавливают напряжение 220 В. Подключив параллельно нагрузке вольтметр переменного тока, измеряющий эффективные значения (квадратичный вольтметр), переменным резистором R19 устанавливают на нагрузке напряжение 150…200 В. Затем подключают еще одну секцию на1рузки и вновь замеряют напряжение На разъеме XS1. Оно должно уменьшиться в. раза. Это следует из того, что подключение второй нагрузки уменьшит общее сопротивление нагрузки в два раза (по формуле о сопротивлении двух параллельно соединенныхрезисторов), а мощность нагрузки вычисляется по формуле Следовательно, для обеспечения функции стабилизации мощности (Рн = const) напряжение должно уменьшитьсяраз. При другом законе изменения сопротивления нагрузки в любом случае будет выполняться равенство= const — в диапазоне UH от нуля до мак симального значения, равного разности напряжений питающей сети и падения напряжения на открытом симисторе (1,5…2 В). Если же сопротивление нагрузки увеличится настолько, что для поддержания установленной мощности напряжение должно превысить свое максимальное значение, то регулятор выйдет из режима стабилизации мощности, поскольку UH не может превысить питающее напряжение сети.

Достоинство регулятора мощности — обладание стабилизирующими свойствамй не только в условиях изменения сопротивления нагрузки, но и по отношению к колебаниям сетевого напряжения. В этом можно убедиться, изменяя питающее напряжение регулятора с помощью автотрансформатора в диапазоне от 190 В до 240 В (разумеется, при подключенной нагрузке). Напряжение на нагрузке (действующее значение) при таком изменении питающего напряжения измениться не должно. Изменяться будет лишь угол открывания систора VS1, в чем можно убедиться с помощью осциллографа. Сигнал можно снимать либо с нагрузки (если в осциллографе имеется соответствующий делитель напряжения), либо с выхода компаратора DA4 (на экране осциллографа будет наблюдаться изменение скважности импульсов).

Стабилизированный регулятор мощности может быть легко превращен в стабилизатор переменного тока или напряжения. Для этого на одну пару измерительных входов микросхемы КР1095ПП1 должно быть подано постоянное напряжение величиной не более 4 В. Так, для стабилизации напряжения токовый вход II (вывод 2 микросхемы DA1) отключают от трансформатора тока и подают постоянное напряжение с движка переменного резистора, крайние выводы которого подключены к общему проводу и шине питания + 6 В или —6 В. Если же требуется стабилизировать ток через нагрузку, то задающее напряжение положительной или отрицательной полярности следует подавать на вход U1 (вывод 16 микросхемы DA1). Следует заметить, что входы напряжения и токовые входы являются равнозначными и сигнал с датчика тока или напряжения может быть подан на любой из них.

При подаче на измерительный вход постоянного напряжения коэффициент Киме преобразования произведения сигналов в частоту уменьшается. Это связано с тем, что в течение одной половины полериода переменного напряжения его знак совпадает со знаком постоянного задающего напряжения (сигналы синфазны), при этом выходные импульсы присутствуют на выходе FOP микросхемы; в течение второй половины полупериода знаки переменного напряжения и задающего напряжения противоположны (сигналы противофазны) и выходные импульсы имеются на выходе FON микросхемы.

Изменение К„мс необходимо учитывать также и в тех случаях, когда производится измерение или стабилизация мощности тока однополярной формы, например после однли двухполупериодного выпрямления.

Автор надеется, что радиолюбители смогут предложить и другие варианты применения этой действительно универсальной микросхемы, и с благодарностью примет замечания и пожелания на свой электронный адрес: evseev@tula.net.

Читателям будет полезно знать, что указанную микросхему выпускает единственное в России предприятие — Калужский радиолампый завод (E-mail: krlz@kaluga.ru).

Литература 1. Евсеев А. Н. Радиолюбительские устройства для дома. — М.: СОЛОН-Р, 2002. С. 186-206.

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