Многоканальная МП система регулирования температуры (стр. 6 из 8)
· Входной ток утечки
= 50 нА;· Выходной ток утечки
= 70 нА.2.4 Выбор АЦП
По справочнику [4] выбираем 12-разрядный АЦП последовательных приближений с интерфейсом микропроцессора К1108ПВ2,поскольку требуется измерить мгновенное значение
Микросхема представляет собой быстродействующий 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения, сопрягаемый с микропроцессорами, со временем преобразования не более 2 мкс и предназначена для преобразования входного аналогового напряжения в выходной прямой двоичный код. Содержит ЦАП, встроенный источник опорного напряжения (ИОН), компаратор напряжения, генератор тактовых импульсов (ГТИ), регистр последовательных приближений, схему управления, выходной регистр на 3 состояния с хранением информации преобразования в течение последующего цикла преобразования и схему перевода в 8-разрядный режим работы с временем преобразования 0.75 мкс.
Предусмотрены режимы работы АЦП с внешним и внутренним тактированием и запуском, режим работы с внешним и внутренним ИОН, униполярный и биполярный диапазоны входного аналогового напряжения. Выходы имеют три состояния.
Имеется дополнительный цифровой выход переполнения OVF. Уровни соответствуют ТТЛ-схемам.
Цикл преобразования длится 14 тактов (первый и последний — служебные). Изменение входного сигнала допускается только во время первого такта. Сигнал переполнения с уровнем логической 1 появляется на выводе 5, если амплитуда входного сигнала превышает допустимое значение на 1 МЗР. Временные диаграммы показаны на рис.8.
Внутренний ГТИ может работать как в автоколебательном режиме, так и в режиме управления внешними импульсами. В первом случае к выводу 1 подключают частотозадающий конденсатор или кварцевый резонатор (на частоту до 7.3 МГц), во втором его соединяют с цифровой землей, а на вывод 2 подают импульсы с уровнями ТТЛ и длительностью не менее 60 нс. При биполярном преобразовании вывод 33 соединяют с землей. Управление микросхемы по входам CLK, ST и ERD осуществляется управляющим напряжением ТТЛ НИЗКОГО уровня. Назначения выводов сведены в табл.1., а схема подключения АЦП с внутренними ИОН и ГТИ показана на рис.9.
Для уменьшения уровня помех, приведенных к входу, управление выходным регистром по входу ERD и изменение сигнала на цифровых выходах желательно осуществлять после завершения цикла кодирования.
Выход внутреннего ИОН можно подключать к внешним устройствам с током нагрузки не более 1 мА.
Предельно допустимые режимы работы и основные электрические параметры сведены в таблицах 2 и 3 соответственно.
Максимальное измеряемое напряжение в биполярном режиме ±3 В.
Входное сопротивление АЦП не менее 1 Мом.
Рис.8. Временные диаграммы
Табл.1. Назначение выводов
Рис.9. Схема включения АЦП с внутренними ИОН и ГТИ
Табл.2. Предельно допустимые режимы работы
Табл. 3. Основные электрические параметры
2.5 Выбор гальванической развязки силовой части и схемы управления
В электрическом аппарате должна быть предусмотрена гальваническая развязка цепей управления и силовых цепей. Она используется для предотвращения поражения электрическим током обслуживающего персонала и защиты цепей управления. Гальваническая развязка может защитить цепи управления не только от высоковольтных сигналов, способных вывести их из строя, но и от электромагнитных помех, создаваемых силовыми цепями.
Обычно для гальванической развязки используют оптроны или трансформаторы.
Импульсными трансформаторами называются специальные типы сигнальных трансформаторов, которые предназначены для трансформации или формирования импульсов напряжения (тока) различной формы в схемах управления.
Недостатками импульсных трансформаторов являются:
· довольно большие искажения формы трансформируемого импульса;
· большая длительность фронта импульса tф (быстрого нарастания сигнала) – обусловлена действием индуктивности рассеяния Ls1 и собственной емкости C трансформатора;
· относительно большой спад вершины импульса – объясняется конечным значением индуктивности намагничивания L1;
· размагничивающее действие вихревых токов;
· гистерезис;
· увеличение габаритов и массы электрического аппарата.
Оптрон – полупроводниковый прибор, содержащий источник и приемник излучения, объединенные в одном корпусе, и связаны между собой оптически. Широко распространены оптроны, у которых в качестве приемника излучения используется фоторезистор, фотодиод, фототранзистор и фототиристор.
Для оптической коммутации высоковольтных сильноточных цепей главным образом используются тиристорные оптроны. Быстродействие тиристорных оптронов характеризуется временем переключения, которое часто лежит в диапазоне 5…50 мкс.
Принципиальные достоинства оптронов, обусловленные использованием фотонов в качестве носителей информации, заключаются в обеспечении высокой электрической изоляции входа и выхода, однонаправленности потока информации, отсутствии обратной связи с выхода на вход и широкой полосе пропускания. Кроме того, важными достоинствами оптронов являются:
· возможность бесконтактного (оптического) управления электронными объектами и обусловленные этим разнообразие и гибкость конструкторских решений управления;
· невосприимчивость оптических каналов связи к воздействию электромагнитных полей, что в случае оптронов с протяженным оптическим каналом обусловливает высокую помехозащищенность, а также исключает взаимные наводки;
Оптронам присущи и определенные недостатки:
· низкий КПД, обусловленный необходимостью двойного преобразования энергии (электричество – излучение – электричество), и значительная потребляемая мощность;
· сильная температурная зависимость параметров;
· высокий уровень собственных шумов.
Так как для моей схемы управления нужен достаточно большой коэффициент передачи сигнала с наименьшими потерями, то для гальванической развязки будем использовать маломощный трансформатор.
2.6 Выбор схемы управления нагревателем
Рассчитаем номинальный ток нагревателя одного канала. Силовая цепь изображена на рис.10.
Рис.10. Силовая цепь
Uсети = 220 В ± 10 %;
f = 50 Гц;
Pн = 2 кВт;
=> 
Ом; 
А.При максимальном напряжении сети 242 В ток в цепи будет равен:
А.Мощность в нагрузке можно регулировать двумя наиболее популярными способами:
1) Фазовое управление. При фазовом управлении тиристор отпирается импульсом управления и подключает напряжение питающей сети к нагрузке на определенную (регулируемую) часть периода, что позволяет экономично регулировать среднее значение мощности, подводимой к нагрузке. Регулировка мощности осуществляется путем изменения фазового угла φ, при котором происходит отпирание ключа – тиристора. В момент замыкания или размыкания ключа при фазовом регулировании из-за резкого изменения тока возникают перенапряжения и, как следствие, радиопомехи, коммутационные помехи и т.п. Это основной недостаток фазового регулирования.
2) Синхронная коммутация. При синхронной коммутации или коммутации при нулевом напряжении ключ отпирает и запирает цепь в момент, когда напряжение питающей сети проходит через нуль. При этом мощность в нагрузке регулируется путем изменения отношения длительности замкнутого состояния ключа (тиристор открыт), когда к нагрузке прикладывается целое число периодов питающей сети, к длительности его разомкнутого состояния (тиристор закрыт). Коммутационные помехи в этом случае резко уменьшаются.
Как для проектирования электрического аппарата с высокой степенью точности измерения и регулировки температуры, выбираем фазовое управление мощностью на нагрузке.
Регулировку будет осуществлять непосредственно микропроцессор. Микропроцессор постоянно делает тактовые отсчеты и в любой из этих отсчетов микропроцессор может подать управляющий импульс. Но микропроцессору нужна какая-то начальная точка отсчета. Этой начальной точкой для МП будет датчик нуля напряжения (ДНН) показанный на рис.11.
Рис.11. Схема датчика нуля напряжения
Схема ДНН состоит из понижающего трансформатора напряжения с коэффициентом трансформации к=10, диодного моста VD1-VD4, резистора R62 и стабилитрона VC2. На вход трансформатора подается сетевое напряжение, на выходе оно стает равным
В.На выходе мостового выпрямителя получается однонаправленное пульсирующее напряжение. Стабилитрон служит для ограничения выходного напряжения до напряжения стабилизации. Таким образом, на выходе ДНН получается пульсирующее напряжение, ограниченное сверху, задевающее область нуля. Выход ДНН подключается к порту микропроцессора p1.7, откуда микропроцессор получает сигнал о переходе сетевого напряжения через нуль. И в зависимости от программы управления подает цифровой импульс на схему управления с определенной задержкой времени через цифровые выходы. Схема управления представляет собой транзисторный каскад с общим коллектором (эмиттерный повторитель) (рис.12.). При подаче на базу транзистора логической «1», его выходное напряжение повторяет входное с вычетом сопротивления p-n перехода транзистора. Т. е. входное напряжение трансформатора, служащего как гальваническая развязка, равно 5-0,7=4,3 В. У трансформатора Т1 коэффициент трансформации к=1.