Исходя из расчетов, представленных в файле Расчет производительности повышающего преобразоателя. xls, для выполнения задачи авторегулирования имеется максимум 295 шагов программы.

Таймер Т1 настроен на синхронизацию от тактового генератора микроконтроллера с коэффициентом деления 1/64. Частота импульса задается путем ввода длительности полупериода. При прохождении цикла, состоящего из деления тактовой частоты внутреннего генератора и инвертирования выходного сигнала дважды, формируется период с заданной частотой.

Код программы на ассемблере представлен в листинге 8.1, а шест-надцатеричный код — в листинге 8.2.

В основе программы заложено использование таймера Т1 совместно с альтернативной функцией OClA-вывода порта РВ1. В режиме ШИМ состояние счетного регистра TCNT1 изменяется от 0 до установленного значения в регистре сравнения OCR1B. При совпадении данных счетный регистр TCNT1 сбрасывается в 0. Цикл счета регистра TCNT1 повторяется, но при совпадении значения счетного регистра TCNT1 и регистра сравнения OCR1A напряжение на выводе РВ1 изменяется на противоположное до момента совпадения данных TCNT1 и OCR1B. В момент совпадения напряжение на выводе РВ1 изменяется на противоположное. Таким образом, содержимое регистра OCR1A определяет скважность ШИМ-сигнала (с максимальным углом заполнения единичного состояния от 0,1 до 0,5), а содержимое регистра OCR1B — его частоту.

Если угол заполнения более 0,5 и менее 0,7 (согласно таблице Расчет параметров повышающего преобразователя.xls, угол заполнения 0,7 является критическим), таймер Т1 переключается на режим инвертирования. В результате таймер Т1 отрабатывает угол заполнения нулевого состояния от 0,3 до 0,5.

После настройки таймеров программа выполняет алгоритм проверки входного напряжения питания с помощью встроенного АЦП. Для микроконтроллера Tiny 15 во время преобразования АЦП необходимо отработать непрерывно 25 тактов с запретом на прерывание (в представленной программе этот запрет исключен). В реальном времени выполняется подпрограмма обработки преобразования АЦП. Поскольку для получения достоверной информации от источника и от нагрузки необходимо два преобразования АЦП, то один раз за восемь тактов преобразователя выполняется также проверка напряжения источника питания. Проверка осуществляется и в случае аварии в нагрузке.

Начальный запуск и выход преобразователя на необходимое напряжение стабилизации реализованы с помощью начальной подпрограммы.

При этом проверка АЦП выходного напряжения на нагрузке не происходит — преобразователь выполняет задачу с фиксированным минимальным значением заполнения ШИМ. Далее, после нескольких тактов преобразователя с помощью АЦП проверяется напряжение на нагрузке. По результатам проверки включается зеленый светодиод и устанавливается угол заполнения ШИМ, исходя из табличных значений. Во время стабилизации напряжения на нагрузке, один раз за восемь циклов работы преобразователя проверяется выходное напряжение. По результатам проверки с помощью таблицы формируется угол открытия транзистора ШИМ. При большем напряжении нагрузки угол ШИМ уменьшается, при меньшем — увеличивается.

На нагрузку подается постоянное напряжение с заметной пульсацией (см. рис. 8.2). Пульсация напряжения обусловлена работой АЦП, при которой невозможно изменять угол регулирования ШИМ. Этот недостаток можно компенсировать, установив линейный стабилизатор на выходе или дополнительный дроссель.

В случае большой пульсации напряжения на нагрузке ниже или выше 50% от нормы преобразователь прекращает ШИМ, программа переходит в подпрограмму Error, загорается красный светодиод. Подпрограмма Error обнуляет вывод управления микроконтроллера РВ1 транзистором преобразователя и включает таймер ТО на отсчет времени 0,16 с. Если за это время условия нагрузки изменились, микроконтроллер формирует одиночный импульс. По результатам проверки выходного напряжения с помощью АЦП запускается начальная подпрограмма, и весь цикл запуска и стабилизации повторяется заново, или, если напряжение на нагрузке равно нулю, запускается подпрограмма Error.

В рассмотренной программе алгоритм проверки и аварийной остановки имеет упрощенную версию, поскольку основан на простой форме реализации. Но даже простой алгоритм предотвращает выход из строя элементов схемы.

Плата

Монтажная схема платы представлена на рис. 8.6, а схема разводки с двух сторон — на рис. 8.7. Плата изготавливается из двухстороннего текстолита или на макетной плате (см. рис. 8.3). Существует два варианта изготовления печатной платы:

• по габаритам стандартного ба!арейного отсека размерами 56x32 мм (батарейный отсек крепится на задней стороне платы);

• батарейный отсек и колодка предохранителя крепятся непосредственно на монтажную плату (как на рис. 8.6).

Рис. 8.6. Монтажная схема платы управления повышающим преобразователем

Все элементы преобразователя, а также батарейный отсек 1 находятся на монтажной плате. Индуктивность наматывается на изолированном ферритовом стержне (рис. 8.8). Количество витков соответствует расчетным значениям из таблицы Расчет параметров повышающего преобразователя. xls. Автор выполнил расчеты для разных размеров ферритового сердечника 600НН с магнитной индукцией 0,31 Тл, индуктивность дросселя 376 мкГн. Для ферритового стержня диаметром 4 мм и длиной 4 см необходимо намотать 118 витков проводом ПЭЛ-0,01. После намотки витков их следует зафиксировать на концах. Наматывается провод на изолированную основу от ферритового стержня. В качестве изолятора хорошо подходит тефлоновая лента (применяется в сантехнике).

Если во время эксплуатации функция контроля источника не нужна, можно отказаться от батареи 1 или не вставлять батарейку в отсек. Выключатель источника питания можно сделать выносным. В качестве ба-

тарей иногда используют аккумуляторы. При этом время эксплуатации увеличивается более чем в два раза. Нагрузка подключается через провода к разъему SL1. Поскольку питание — полярное, то лучше использовать разноцветные провода.

Настройка

В качестве источника тока можно использовать элемент CR2032 [15] для батарейного отсека 1 и элемент А А или LR6 [14] для батарейного отсека 2. Время непрерывной работы преобразователя на полностью заряженных батареях составляет около 2,5 часов. Технология настройки преобразователя выполняется по европейским нормам.

Большинство радиолюбительских схем при повторении аматерами терпят неудачу. Анализ этих неудач показывает, что причиной является невнимательная сборка устройств, недостаточная точность настройки, отсутствие поэтапной проверки, отсутствие измерительных средств. Автор предлагает поэтапную проверку преобразователя.

1. Внимательно проследить все соединения с контроллером.

2. Записать в микроконтроллер тестовую программу для проверки правильности монтажа.

3. Включить питание на плату без микросхемы микроконтроллера и проверить напряжение питания на выводах 4-8 микроконтроллера.

4. При включенной плате без микроконтроллера закоротить поочередно выводы 4-5 и 4-7 панельки чшкроконтроллера. Должны засветиться поочередно зеленый и красный светодиоды.

5. После записи тестовой программы вставить микроконтроллер в панельку и включить преобразователь с нагрузкой в 10 кОм. Должны поочередно включаться зеленый и красный светодиоды, а транзи-

стор преобразователя — работать в прерывистом режиме генерации с частотой 40 кГц.

6. После прохождения теста можно перезаписать в микроконтроллер программу рабочую преобразователя (см. листинг. 8.1) и включить устройство с нормальной нагрузкой.

7. Проверка стабилизируемого напряжения на разных значениях нагрузки. Если напряжение не соответствует установленному значению, то изменяют коэффициент угла открытия транзистора. Для этого в таблице Расчет параметров повышающего преобразователя . xls (зеленый лист Коррекция) указаны значения напряжения на нагрузке и, соответственно, — данные угла ШИМ в виде НЕХ-кода. Если измеренные значения напряжения ниже заданного, то необходимо изменить НЕХ-код: для увеличения напряжения его уменьшают, а для уменьшения напряжения — увеличивают.

8. Повторное программирование микроконтроллера с новыми значениями НЕХ-кода. Эту операцию выполняют для всего диапазона изменения нагрузки, после чего поправочные коэффициенты записывают в память программ микроконтроллера.

Проверку параметров преобразователя необходимо выполнить несколько раз:

Вывод

Таблица Расчет параметров повышающего преобразователя, xls составлена для проверки параметров преобразователя на различных частотах и при разном йоведении источника и нагрузки. В инженерных расчетах использованы известные методики. Автор пришел к выводу, что наиболее оптимальная частота преобразователя — 40 кГц при тактовой частоте микроконтроллера Tiny 15 в 1,6 МГц. Если использовать микроконтроллер с более высокой тактовой частотой, то можно достичь частоты преобразователя 100 кГц при условии программирования на языке ассемблера.

Файлы к статье Повышающий преобразователь 3 В - 5 В на микроконтроллере