Подсистема питания датчикового модуля на основе импульсного преобразователя напряжения

У микроконтроллера АБиСМ360 оба АЦП имеют подобный буфер, за счет чего появляется возможность реализовать одновременное измерение падений напряжений с помощью основного и вспомогательного АЦП.

Основное преимущество такого подхода заключается в том, что компенсируется влияние временной нестабильности источника питания логометра. При этом, на результат измерения начинают влиять погрешности АЦП и погрешности от несогласования входных и выходных импедансов.

Влияние погрешности от несогласования входных и выходных импедансов на результат измерения, достаточно сложно скомпенсировать алгоритмическими методами, так как оно имеет нелинейный характер. Тем не менее, исследования микросхемы АБиСИЗбО показали, что встроенные буферы позволяют уменьшить погрешности от несогласования до уровня 0,0001%, при сопротивлениях каждого из плеч логометра от 0 до 1 МОм.

Погрешности нуля и масштаба для обоих АЦП также могут быть скомпенсированы за счет обеспечения линейности функций преобразования. Анализ линейности функции преобразования АЦП показал, что она также не превышает 0,0001%. Поэтому для данного подхода возможна реализация автоматической компенсации интегральной нелинейности за счет выполнения совокупных измерений падений напряжений на логометре осуществляющихся в два этапа. На первом этапе падение напряжения на измеряемом резисторе измеряется основным АЦП, а падение на эталонном - вспомогательным АЦП.

На втором этапе выполняются те же измерения, но АЦП при этом меняются местами. В результате решения системы уравнений, была получена формула для вычисления измеряемого сопротивления

R = R

N it )х N

Nfa)хN(t2) '

N fo )

код основного АЦП полученный при

измерении падения напряжения на измеряемом ре-

г2/

зисторе в момент времени

ti; No2

код вспо-

могательного АЦП полученный при измерении падения напряжения на эталонном резисторе в момент

времени ti; N^ (t2) - код вспомогательного АЦП

полученный при измерении падения напряжения на

измеряемом резисторе в момент времени t2; NQ

- код основного АЦП полученный при измерении падения напряжения на эталонном резисторе в момент времени t2.

Применение предложенной формулы позволяет скомпенсировать влияние интегральных нелинейно-стей основного и вспомогательного АЦП, что имеет положительный эффект в плане отсутствия необходимости в проведении операций технологической калибровки [3].

Еще одним немаловажным преимуществом является повышенная частота преобразовательного тракта АЦП. Оба АЦП могут работать с частотой до 3,8 тыс. выборок в секунду. Так же в тракте имеются встроенные фильтры 3 и 4 порядка для прецизионных измерений и встроенные фильтры 2-го порядка для быстрых измерений и отслеживания быстрых изменений входного сигнала.

Как и в случае микросхем серий ADuC8XX, микроконтроллер ADuCM360 имеет программируемый источник тока до 1 мА для возбуждения логометра.

Цифровая часть обработки данных и управления микросхемы ADuCM360 представляет собой высокопроизводительное 32-разрядное микропроцессорное ядро ARM CORTEX M3, работающее с частотой до 16 МГц. Также имеется возможность использования встроенного тактового генератора или подключения внешнего источника тактирования). Микроконтроллер имеет 8 кБайт SRAM память и 128 кБайт FLASH/EEPROM память. Для ускорения обмена данными между периферийными устройствами и памятью имеется DMA контроллер, соединяющий память и периферийные порты I2C, UART, SPI.

Таким образом, данный контроллер является подходящим средством для реализации прецизионных омметров построенных на логометрическом принципе измерений с погрешностью не превышающей 0,003%

ЛИТЕРАТУРА

1. http://www.eltech.spb.ru/news/mikroshemi aducm360aducm361 dlya sbora i obrabotki informacii s yadrom arm cortex m3 i malim energopotrebleniem

2. Доросинский, А.Ю. / Повышение точности логометрических схем измерения электрических сопротивлений / Доросинский А. Ю., Винчаков А.Н. // Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров: материалы международной конференции. - ПензГУ. - №1. - 2015. - С. 53-57.

3. Доросинский, А. Ю. Системы контроля параметров прецизионных резисторов / А. Ю. Доросинский, В.И. Андреев, Ю.В. Варламов // Надежность и качество: сб. тр. междунар. симп. : в 2 т. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2009. - Т. 2. - С. 71-75.

УДК 621.3.088.3

Куликов1 О.О., Гречина2 Ю.В.

1ОАО «Электромеханика», Пенза, Россия

2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза, Россия

ПОДСИСТЕМА ПИТАНИЯ ДАТЧИКОВОГО МОДУЛЯ НА ОСНОВЕ ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Предложена практическая реализация импульсного преобразователя напряжения с широким диапазоном входных напряжений. Описаны преимущества предложенной схемы относительно требований, предъявляемых к современным системам. Ключевые слова:

импульсный преобразователь, обратноходовая топология, гальваническая изоляция.

В связи с бурным развитием датчиковых систем, все чаще возникает необходимость обеспечить бесперебойное питание подобных систем от различных источников электроэнергии, часто такими источниками электропитания становятся бортовые сети автомобилей и другого транспорта. А так же, для обеспечения возможности максимально широкого применения разрабатываемых датчиковых систем, возникает необходимость создания преобразователей питания с очень широкими диапазонами входных напряжений [1, 2]. Например, для работы подобных преобразователей питания в бортовых сетях автотранспорта необходимо обеспечить уверенную их работу в диапазонах напряжений 10 - 30 вольт. Кроме того, подобные преобразователи должны обладать необходимыми системами защиты от перегрузок, перенапряжений по входным цепям, а так же

защиту от переразряда аккумуляторных батарей, при автономной работе.

В связи с вышесказанным, актуальным является создание преобразователя напряжения отвечающего требованиям, предъявляемым к современным датчи-ковым системам в области электропитания, а именно:

компактность;

широкий диапазон входных напряжений; наличие защит от перегрузок и перенапряжений. Для реализации подобного преобразователя целесообразно применение импульсной топологии, ввиду того, что импульсные преобразователи обладают навысшими показателями КПД. В связи с тем, что разрабатываемый преобразователь должен обеспечивать стабильность выходных напряжений

при довольно широком диапазоне входных напряжений, а так же, при динамически изменяющихся нагрузках, оптимальным является использование обратноходовой топологии преобразователя. В качестве задающего генератора была выбрана микросхема MAX608 производства Maxim Integrated. Данный генератор был выбран по ряду причин: малые габаритные размеры корпуса; высокий КПД в широком диапазоне входных напряжений и выходных мощностей;

наличие защит от низкого отпирающего напряжения и превышения тока силового ключа;

возможность построения преобразователей, работающих от низких напряжений, вплоть до 1.8 вольта.

Для обеспечения гальванической развязки выходных цепей от входных, индуктивность преобразователя была изготовлена трехобмоточной [3] . Конструктивно индуктивность выполнена на броневом Ш-образном сердечнике из феррита марки n87, производства Epcos. Для предотвращения насыщения, центральный керн сердечника выполнен с зазором в 0.2 мм. Одна вторичная обмотка используется для питания самого преобразователя и обратной связи по напряжению, вторая - для формирования стабилизированного выходного напряжения 5 вольт. Упрощенная схема разработанного преобразователя представлена на рисунке 1. Для обеспечения запуска преобразователя при подаче питания в схему введен резистор R1. Резистор R2 формирует сигнал обратной связи по превышению тока транзистора, или выходной мощности [4].

Рисунок 1 - схема электрическая принципиальная

Для защиты от превышения входного напряжения, в схему может быть введен диод-супрессор, с номинальным напряжением открытия в 36 вольт.

В результате проведенной работы была предложена реализация импульсного преобразователя напряжения, способного работать в диапазоне входных напряжений 4-30 вольт, обеспечивая при

этом стабильность выходного напряжения [5]. Среди преимуществ предложенного решения можно отметить: широкий диапазон входных напряжений, высокий КПД, наличие защит от превышения мощности, тока ключевого транзистора и перенапряжения на входе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Доросинский, А. Ю. Исследование погрешности селектора октантов, входящего в состав АЦП сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора / А. Ю. Доросинский // Измерительная техника.

- 2011. - № 2. - С. 29-32.

2. Доросинский, А. Ю. Анализ функционирования АЦП сигналов вращающегося трансформатора с помощью имитационной модели / А.Ю. Доросинский, В.Г. Недорезов // Сб. статей междунар. конф.:Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажёров. - Пенза, Изд-во Пенз. гос. технолог, ун-та, 2015. - Вып. 2. - С. 56-60.

3. Basic Concepts of Linear Regulator and SwitchingMode Power Supplies. Режим доступа: http://cds.linear.com/docs/en/application-note/AN140fa.pdf, свободный (дата обращения 28.03.2016).

- Заголовок с экрана.

4. Switched Mode Power Supplies. Режим доступа: http://www.nxp.com/documents/applica-tion note/APPCHP2.pdf, свободный (дата обращения 28.03.2016). - Заголовок с экрана.

5. Доросинский, А. Ю. Системы контроля параметров прецизионных резисторов / А. Ю. Доросинский, В.И. Андреев, Ю.В. Варламов // Надежность и качество : сб. тр. междунар. симп. : в 2 т. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2009. - Т. 2. - С. 71-75.

УДК 004.942

Баранова. И.А., Иванкова М.В. , Куличенко И.В,

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

РАЗРАБОТКА МНОГОКАНАЛЬНОГО ВЫСОКОНАДЕЖНОГО ДРАЙВЕРА ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Представлена структурная схема многоканального высоконадежного драйвера шаговых двигателей, подключаемого к управляющему устройству посредством параллельного порта LPT. Особенностью устройства является применение оптопар, для осуществления гальванической развязки между многоканальным драйвером и LPT портом компьютера. Представлена структурная схема устройства, дано описание принципа работы, приведен общий вид многоканального драйвера. Ключевые слова:

драйвер, шаговый двигатель, надежность, оптическая развязка, многоканальность.

Введение

В последние десятилетия широкое распространение получили шаговые двигатели, которые преимущественно используются для систем, в которых важна не только автоматизация, но и точность позиционирования [1, 2]. Так же от коллекторных двигателей их отличает возможность фиксирования ротора в определённом положении, что позволяет использовать их в старт-стопном режиме в механизмах, где на роторе имеется внешняя нагрузка, не связанная с нагрузкой, появляющейся непосред-

ственно при вращении вала [3-5]. Например, открытие вертикальных ставней, в отличие от открытия горизонтальных ворот, для коллекторных электродвигателей невозможно без специальных блокирующих устройств.

Простота управления заключается не только в отсутствии обратной связи. Чтобы управлять валом, достаточно подавать напряжение в обмотки шагового двигателя. Главное делать это в строгой последовательности и по определенным правилам, а так же в определённом диапазоне частот.