Курсовая работа: Блок питания EVPX с синхронным выпрямителем и LC-фильтром

Коррекция основана на измерении напряжения еще одного встроенного в микроконтроллер источника образцового напряжения (1,3 В) и в сравнении измеренного значения с истинным (константа lowbat). Процедура измерения питающего напряжения выполняется перед началом каждого цикла измерения. При напряжении более 2,6 В измеренное значение совпадет со значением константы, при меньшем -- оно превысит это значение, что и будет сигналом для выполнения процедуры коррекции. Коэффициент коррекции, на который умножается результат преобразования АЦП, определяется, как отношение значения константы lowbat к измеренному значению напряжения источника образцового напряжения 1,3 В. Для информирования о том, что напряжение питания менее 2,6 В и индицируемое значение прошло программную коррекцию, на индикатор HG1 выводится символ примерного равенства. Следует отметить, что при снижении напряжения питания уменьшаются и границы переключения пределов измерения. Так, при напряжении питания 2,2 В и измерении постоянного напряжения пределы составят 8,58, 85,8 и 858 В, а при измерении переменного напряжения -- 60,6 и 606 В.

При измерении переменного напряжения на одном из выбранных пределов микроконтроллер также выполняет измерение и сравнивает его с верхним порогом переключения предела. Если порог превышен, то осуществляются операции, как и при измерении постоянного напряжения. Число измерений задает константа midlcikl, после этого определяется среднее значение, которое умножается на 1,111 (перевод в действующее значение) и затем на 2 (выпрямление однополупериодное), при необходимости также выполняется программная коррекция.

В устройстве предусмотрены меры по снижению потребляемого тока. Так, модуль АЦП микроконтроллера включается только на время измерения и выполняет преобразование входного напряжения в код в режиме шумопонижения (ADC Noise Reduction), при котором вычислительное ядро и некоторые другие модули микроконтроллера отключены. Такая организация процесса измерения повышает точность преобразования. Предусмотрено также автоматическое выключение устройства по истечении заданного числа полных циклов отображения на индикаторе HG1 (константа offcikl), при этом потребляемый ток уменьшается до 20 мкА. Продолжительность одного полного цикла составляет 2,3...2,5 с. При указанном в программе значении этой константы выключение произойдет примерно через 15 мин, но только при выполнении одного из следующих условий:

— установлен предел 9,99 В;

— установлен предел 99,9 или 999 В, и входное напряжение равно нулю.

Такой порядок автоматического выключения применен для уменьшения вероятности повреждения выключенного прибора при не отключенном входном напряжении. Для предупреждения о предстоящем автоматическом выключении предусмотрено соответствующее сообщение -- анимированное изображение часов. При указанном в программе значении константы message предупреждение появляется примерно за одну минуту до отключения.

Все детали смонтированы на печатной плате из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Применены резисторы МЛТ, оксидный конденсатор -- импортный, остальные -- К10-17, дроссель -- ЕС24. Можно применить оптопару КР293КП4 с любым буквенным индексом, диод 1N4007 заменим на КД257Д, КД258Д, 1N4249, ERB12-10, КД102А -- на КД102Б, КД103А, светодиодная матрица АЛС340А1 -- на 31С340А1. Переключатель SA1 -- движковый EG1249 на два положения, SA2 -- также движковый EG2308 на три положения, у них с корпуса удалены крепежные выводы. Гнезда XS1, XS2 -- одиночные цанговые зажимы от импортного разъема, с платой они соединены гибкими изолированными проводами, которые закреплены проволочным бандажом с последующей пайкой. Взамен низковольтного микроконтроллера ATmega8L можно применить микроконтроллер ATmega8, рассчитанный для работы с напряжением питания 4,5...5,5 В, но предварительно следует убедиться в его работоспособности при питании от напряжения 3 В. Микроконтроллер устанавливают в панель, при этом ее выводы 1, 9, 10, 13 и 19 удалены, а отверстия на плате для них не предусмотрены. Для гальванических элементов на плате смонтированы пружинящие металлические пластины. Загрузку кодов программы в память микроконтроллера можно выполнить программой PonyProg. В исходном тексте программы предусмотрена константа koef, позволяющая задавать коэффициент перевода кода АЦП в напряжение, отображаемое на индикаторе HG1. Это, в свою очередь, позволяет использовать резисторы R1--R7, R9, R10 с номиналами, отличными от приведенных на схеме. Значение этой константы можно определить по формуле

koef = 100 U_o6p (R1+R2+R3+R4+R5+ +R6+R7)/(1024 R7),

где и_обр -- фактическое значение источника образцового напряжения (2,56 В), мВ. В исходном тексте koef =1000, что соответствует и_обр = 2,58 В. При выборе значений сопротивления резисторов R1--R7 и заданном значении Uo6_P должно выполняться условие 978 < koef <1000.

При налаживании устройство подключают к источнику напряжения, значение которого измеряют с высокой точностью эталонным вольтметром. На пределе 9,99 В подают напряжение около 9 В, и подборкой резисторов R3--R5 уравнивают показания. Затем увеличивают выходное напряжение до 90 В и сравнивают показания подборкой резистора R10. Аналогичную процедуру повторяют с резистором R9, подав на вход напряжение 200...300 В. Сопротивления резисторов R11 и R8 могут отличаться от приведенных на схеме, но неизменным должно остаться их отношение R11/R8 = 0,5, поэтому их следует подобрать с отклонением не более 1 %.

Как было отмечено выше, для программной коррекции показаний предусмотрен контроль снижения напряжения питания. При налаживании необходимо выполнить измерение фактического значения напряжения встроенного образцового источника 1,3 В при питающем напряжении 2Д..З В, а затем откорректировать константу lowbat в исходном тексте программы и откомпилировать ее заново. Поскольку источник образцового напряжения 1,3 В не имеет внешнего выхода, измерение его напряжения выполняется программно. Для этого при включенном устройстве вывод 13 микроконтроллера DD1 временно соединяется с общим про при включенном устройстве вывод 13 микроконтроллера DD1 временно соединяют с общим проводом. При этом на индикаторе HG1 отобразится трехзначное число, соответствующее напряжению этого образцового источника. Значение константы lowbat в программе следует увеличить на одну-две единицы относительно измеренного значения.

1.2 Анализ условий эксплуатации и дестабилизирующих факторов

Для эксплуатации в помещениях с кондиционированным или частично кондиционированным воздухом. Температура окружающего воздуха от + 1 до + 40°С. Относительная влажность воздуха не более 80% при температуре 25°С. Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая активных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию, не насыщенная токопроводящей пылью и водяными парами. Степень защиты человека от поражения электрическим током класса II по ГОСТ 27570.0-87. Требования техники безопасности по ГОСТ 27570.0-87

По электробесопасности блок должен соответствовать требованиям ГОСТ 27570.0-87:

Прибор должен быть спроектирован и сконструирован так, чтобы при нормальной эксплуатации его работа была безопасной и не могла возникнуть опасность для обслуживающего персонала даже в случае небрежного обращения с прибором, которое возможно при нормальном обслуживании.

Проверку осуществляют путем проведения всех соответствующих испытаний.

Выбор радиоэлементов должен обеспечивать работу контроллера в заданных условиях без снижения надежности.

Разрабатываемая конструкция устройства должна быть технологична.

Основными дестабилизирующими факторами в условиях эксплуатации могут быть внутреннее тепловыделение при работе изделия и влажность воздуха. Повышение температуры ухудшает механические свойства большинства конструкционных материалов и диэлектрические свойства изолирующих материалов. Периодическая смена теплоты и холода особенно вредна, так как приводит к изменению электрических и магнитных свойств металлов, линейных размеров деталей и их деформации и смещению. Влага, всегда содержащаяся в атмосферном воздухе, вызывает коррозию металлов, изменяет диэлектрические свойства изолирующих материалов, способствует росту плесневых грибов. Механические факторы также способны влиять на зарядное устройство, так как оно является возимым. Поэтому важно предусмотреть при выборе материалов и элементной базы возможность повышенной влажности, температуры, наличие вибрации и механические удары.

Согласно ГОСТ 16019-2001, автоматическое зарядное устройство относится к группе В4 - аппаратура, возимая на автомобилях, мотоциклах, сельскохозяйственной, дорожной и строительной технике. Следовательно, допустимые значения механических воздействующих факторов следующие:

Диапазон частот синусоидальной вибрации - до 70 Гц, амплитудное ускорение до 39,2 м/с2, с длительностью воздействия до 90 мин.

2. Выбор и обоснование элементной базы, унифицированных узлов, установочных изделий и материалов конструкции

Конструктивные и массогабаритные показатели печатной платы во многом определяются типом используемой элементной базы и способами ее монтажа. Проведем предварительный выбор элементной базы на основании того, что разрабатываемое изделие является возимым и при эксплуатации должно сохранить свои технические параметры: температура воздуха от + 1 до + 40°С. Относительная влажность воздуха не более 80% при температуре 25°С, согласно УХЛ 4.1, ГОСТ 1515-69.

1) Диод КД102А: диффузионный, кремниевый. Имеет пластмассовый корпус. Выводы - гибкие. Возле анода на корпусе имеется цветная точка, которая обозначает тип диода.

Рисунок 2.1 Диод КД102А

Таблица 2.1

Характеристики диода КД102А

Диод 1N4007 Корпус диода изготовлен из негорючей пластмассы, рабочее положение любое. Цветной полосой обозначен вывод катода.

Рисунок 2.2 Диод 1N4007

Таблица 2.2

Параметры диода 1N4007

2) Катушка индуктивности L1: ДМ0.1-100 высокочастотные дроссели постоянной индуктивности типа ДМ предназначены для работы в аппаратуре специального назначения, бытовой технике, а также в составе помехоподавляющих фильтров.

Дроссели высокочастотные постоянной индуктивности типа ДМ выпускаются в 162 типономиналах и 3-х типоразмерах.

Рисунок 2.3 Дроссель ДМ0,1-100

Таблица 2.3

Характеристики дросселя

3) Конденсаторы С1- С4 (К50-35 Мини) Алюминиевые электролитические конденсаторы, благодаря электрохимическому принципу работы обладают следующими преимуществами: высокая удельная емкость; высокий максимально допустимый ток пульсации; высокая надежность

Таблица 2.4

Характеристики конденсатора К50-35 Мини

Рисунок 2.4 Конденсатора К50-35 Мини

Таблица 2.5

Габаритные и установочные размеры, мм

4) ATMEGA8L-8PU представляет собой маломощный 8-разрядный микроконтроллер на основе RISC на базе AVR, объединяющий в себе EEPROM 512 КБ и 6 или 8-канальный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь. Устройство поддерживает пропускную способность 16 MIPS на частоте 16 МГц и работает от 2,7 до 5,5 В.