Rms to dc converter схема
Обновлено: 06.07.2024
Эта статья о преобразователях напряжения, без которых редко обходится какой-либо современный прибор.
Сначала о терминологии: dc (direct current) - постоянный ток, ас (alternating current) - переменный ток. Теперь понятны обозначения в заголовке. Это различные типы преобразователей: ac/dc - переменный ток - в постоянный, dc/dc - постоянный в постоянный (но с другим напряжением), dc/ac - постоянный ток в переменный. Как правило, с изменением вида тока меняется и его напряжение.
Начнем по порядку:
ac/dc преобразователи напряжения используются в импульсных блоках питания. Вот пример простейшего.
Переменное напряжение из сети через резистор R1, ограничивающем ток зарядки конденсатора С1 в момент включения, поступает на выпрямительный мост. Конденсатор С! сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. На транзисторе собран блокинг генератор с ПОС через базовую обмотку трансформатора. Диод D5 ограничивает импульсы на базе транзистора. Частота импульсов определяется временем зарядки и разрядки конденсатора С3 через R4. Резистор R2 определяет начальный ток транзистора, а цепочка С2 R3 ограничивает энергию, запасаемою в коллекторной катушке трансформатора. К вторичной обмотке подключен конденсатор С4 (керамический, емкостью несколько нанофарад - зависит от частоты), который сглаживает выбросы импульсов и снижает наводки. Затем импульсы через диод D6 заряжают конденсатор С5 большой емкости. Такой простой преобразователь не блещет надежностью и стабильностью напряжения на выходе. Все можно существенно улучшить, если ввести ООС.
Здесь напряжение ООС снимается с конденсаторов С5, С6 и подается на базу Т2 через стабилитрон D9. Как только напряжение на выходе превысит напряжение стабилизации стабилитрона, через него начинает течь ток и транзистор Т2 открывается и шунтирует базовую цепь Т1. Все бы хорошо в этой схеме, но вторичная обмотка соединена с высоковольтной частью. Поэтому вместо транзистора Т2 используют оптопару светодиод-фототранзистор, что позволяет изолировать выход блока питания от соединения с высоковольтной частью схемы.
Конечно, можно преобразовывать не только сетевое напряжение, но любое переменное. Смысл же использования ИБП в том, что трансформатор имеет во много раз меньшую массу, так как частота импульсов составляет 50-100 кГц, а иногда и 1 МГц.
Dc/dc - преобразователи напряжения призваны изменить напряжение постоянного тока. Кажется что же здесь сложного: поставь стабилизатор напряжения - и готово. Но так можно только понизить напряжение, да и то с весьма низким КПД, а вот повысить простым способом постоянное напряжение невозможно. Но выход есть. Нужно превратить постоянное напряжение в переменное - а там все просто: трансформатор и выпрямитель.
Простейший dc/dc преобразователь на одном транзисторе я описывал в предыдущей статье о блокинг-генератора.
Основой преобразователя является несимметричный мультивибратор на транзисторах разной проводимости. Достоинство несимметричного мультивибратора - малое количество деталей. Частота определяется конденсатором С1 и R3. Нагрузкой является дроссель L1, в котором возникает ЭДС самоиндукции, превышающее по своему значению напряжение питания и заряжающее через диод VD1 электролитический конденсатор. Величину выходного напряжения определяет стабилитрон VD2.
Рис. 4. Схемы понижающих преобразователей на МС34063. Рис. 4. Схемы понижающих преобразователей на МС34063.Обратите внимание на диапазон входных напряжений: от 8 до 38 В при выходном 5 В. А стоимость ее вообще смешная - 21р за 10 шт.
Всем привет!
Подскажите пожалуйста как можно измерить 5 каналов переменного напряжения от 0 до 500 вольт? И хотелось чтобы это было TRUE RMS.
Хочу использовать МК типа MEGA16
_________________
STM32F4 Discovery + KEIL + Windows 7
Последний раз редактировалось Mr.Denis Чт авг 18, 2011 11:26:53, всего редактировалось 2 раз(а).
Хотелось бы схему посмотреть, хотя бы приблизительную. А навскидку - резистивный делитель с которого удет сигнал на встроенный АЦП меги.JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет - любой!
У меня нету не каких соображений по поводу схемы!Я хочу понять как это можно реализовать с минимальными погрешностями.
_________________
STM32F4 Discovery + KEIL + Windows 7
Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет
Насколько минимальными они должны быть, эти погрешности? У меня подозрения, что АЦП МК не даст нужную точность. Чтобы посчитать tru rms, надо за период произвести достаточное количество отсчётов мгновенного значения напряжения, хотя бы 30-40. Это одного канала. А у вас их пять. АЦП может не справится. Тем более, что расчёт RMS - это достаточно времяёмкое занятие.Я недавно закончил один прибор измерительный - он у меня тоже измеряет RMS, как доп. функция. Но там у меня 1 канал и я использовал внешний АЦП. Правда, там ТЗ было достаточно жёсткое (могу вам прислать инструкцию, если хотите). Расчёт у меня производится конвеером.
Приглашаем всех желающих 25/11/2021 г. принять участие в вебинаре, посвященном антеннам Molex. Готовые к использованию антенны Molex являются компактными, высокопроизводительными и доступны в различных форм-факторах для всех стандартных антенных протоколов и частот. На вебинаре будет проведен обзор готовых решений и перспектив развития продуктовой линейки. Разработчики смогут получить рекомендации по выбору антенны, работе с документацией и поддержкой, заказу образцов.
Спасибо за хороший ответ и за помощь!)Погрешность желательно не более 0.5 - 1 V.
Если ты можешь скинуть свою инструкцию то я буду очень благодарен)))
А какая у тебя битность АЦП, есть ли смывал обратить внимание на более высокую АЦП или 10 бит вполне достаточно?
Как можно высчитать на сколько скоростной должен быт АЦП?
Может есть смысал использовать не Avr, а ARM 32 разрядный?
_________________
STM32F4 Discovery + KEIL + Windows 7
Навигационные модули позволяют существенно сократить время разработки оборудования. На вебинаре 17 ноября вы сможете познакомиться с новыми семействами Teseo-LIV3x, Teseo-VIC3x и Teseo-LIV4F. Вы узнаете, насколько просто добавить функцию определения местоположения с повышенной точностью благодаря использованию двухдиапазонного приемника и функции навигации по сигналам от MEMS-датчиков. Поработаем в программе Teseo Suite и рассмотрим результаты полевого тестирования.
Нам необходимо чтобы эта штука замеряла действующие значения: между фазами и нолем, между нолем и землей, токи фазные, нуля и земли. Вся проблема заключается в том что у нас в сети импульсные блоки питания. Ток в измеряемой сети от 63А и до 400А. Конечно сначало попробуем маленький какойнибуть на 32 или 63. Ток о котором я говорю это естествено важный на нейтрали соответственно 70% от суммы трех фаз. А количество замеров достаточно проблемно понять но я думаю около 100.
В современном мире электронная техника развивается семимильными шагами. Каждый день появляется что-то новое, и это не только небольшие улучшения уже существующих моделей, но и результаты применения инновационных технологий, позволяющих в разы улучшить характеристики.
Не отстает от электронной техники и приборостроительная отрасль – ведь чтобы разработать и выпустить на рынок новые устройства, их необходимо тщательно протестировать, как на этапе проектирования и разработки, так и на этапе производства. Появляются новая измерительная техника и новые методы измерения, а, следовательно – новые термины и понятия.
Для тех, кто часто сталкивается с непонятными сокращениями, аббревиатурами и терминами и хотел бы глубже понимать их значения, и предназначена эта рубрика.
Широкое применение нашли два способа измерения истинного среднеквадратического значения переменного тока:
- с применением балансного термопреобразователя;
- с вычислением среднеквадратичного значения по формулам, его определяющим.
В измерителе с балансным термопреобразователем на одно плечо подается измеряемый сигнал, нагревающий термопару. На другое плечо подается постоянный ток. Нулевой сигнал на выходе балансного преобразователя вырабатывается, когда значение постоянного тока оказывается равным среднеквадратическому значению переменного тока. Этот метод реализован в давно известных советских милливольтметрах B3-42/45 (частоты до 5 МГц) и B3-48 [15] (частоты даже до 50 МГц) и др.
Интересно сравнить наш милливольтметр истинного среднеквадратичерного значения B3-48 70-х годов с вполне современным стрелочным милливольтметром среднеквадратического значения GVT-417B фирмы Good Will. Последний, при примерно той же погрешности измерений (основная 3%, дополнительная 0,5%) имеет дополнительный предел измерения 0.3 мВ, но полоса частот у него в 50 раз уже (от 10 Гц до 1 МГц). Верхний предел нашего прибора 300 В, у GVT-417B 100 В. Правда прибор меньше по габаритам и вдвое легче – вес 2,7 кГ. А вот входной импеданс (1 МОм/50 пФ) у молодого юго-восточного собрата куда хуже, чем у советского «старца» (20 МОм и 8 пФ без делителя и 4 пФ с делителем 1/1000). Вот вам и «отсталая» советская техника!
Микросхемы содержат преобразователь абсолютного значения переменного напряжения в постоянное напряжение, вычислительные блоки для вычисления квадратного корня и истинного среднеквадратического значения, а также буферный каскад. Для питания преобразователей имеется многоканальный источник стабильных токов.
Микросхемы MX536 обеспечивают преобразование в диапазоне частот переменного напряжения до 1 В в диапазоне частот до 2 МГц, а MS536A переменного напряжения до 0,1 В в диапазоне частот до 1 МГц.
Рис. 1. Распайка выводов и основные схемы включения микросхем MX536A/536: с однополюсным (а) и двухполюсным (б) выходным фильтром
Полная схема преобразователя True RMS-to-DC для измерением децибел на основе микросхем MAXIM MX536A/536 представлена на рис. 2. В схему добавлен прецизионный источник опорного напряжения и усилитель на операционном усилителе.
Рис. 2. Схема преобразователя True RMS-to-DC для измерением децибел на основе микросхем MAXIM MX536A/536
На рис. 3 представлены зависимости выходного сигнала (дБ) от входного для реализации преобразователя на микросхемах MAXIM MX536A (а) и MX536 (б). На них проставлены (пунктирными линиями) зоны погрешности. Нетрудно заметить, что погрешность менее 1% достигается при максимальных частотах в десятки кГц.
Рис. 3. Зависимости выходного сигнала (дБ) от входного для реализации преобразователя на микросхемах MAXIM MX536A (а) и MX536 (б)
На рис. 4 показана рекомендуемая разработчиком типовая схема цифрового вольтметра истинных среднеквадратических значений переменного напряжения с пределами измерений 0.2, 2, 20 и 200 В. Схема довольно проста и выполнена всего на трех интегральныз микросхемах фирмы MAXIM. Она является основой мультиметров, реализующих метод True RMS.
Рис. 4. Типовая схема цифрового вольтметра истинных среднеквадратических значений переменного напряжения с пределами измерений 0,2; 2; 20 и 200 В
Очевидно, что дальнейшие разработки преобразователей True RMS-to-DC и мультиметров с ними будут направлены на расширение диапазона частот, уменьшение погрешности измерений и повышение динамического диапазона измерений.
Сегодня посмотрим на мультиметр условно среднего класса, с 6000 отсчетов, базовой точностью 0.3% и парой любопытных функций в комплектации «как у eevblog».
На сайте уже есть обзор похожего мультиметра, но этот обзор мне нужен, чтобы ссылаться на него в дальнейшем. BM235 — старшая модель в линейке BM230.
Это первый обзор в серии обзоров на ряд мультиметров финалом которой должен стать обзор-сравнение всех мультиметров, которые у меня есть, приправленный моими размышлениями о выборе «идеального» мультиметра для дома.
Услышал я про марку Brymen довольно-таки давно, еще со времен BM859s мне понравился их слоган «Лабораторная точность в полевом исполнении!», однако жаба была строго против. Но так сложилось, что меня немного «подвел» ZT301, я купил на распродаже B41t+ и посмотрел его разгромный обзор от joe smith, и мне попался комментарий к этому обзору, что бримен на Украине существенно дешевле, плюс у меня сложилась командировка в Киев. От моей внутренней жабы было получено разрешение купить BM869s.
При чем тут BM235? BM235 я собирался презентовать отцу, об этом мультиметре очень хорошие отзывы, тем более сам Дэйв ими торгует. В итоге BM235 я тогда не купил, отцу был презентован CEM DT9939, а я купил только BM869s. Он мне очень нравится, но он большой, а так как жаба уже дала слабину, и мой синдром приобретения оборудования уже перешел в клиническую стадию, ничего не оставалось, как купить этот милый мультиметр для себя.
Комплектация.
Далее будем рассматривать «стандартную» версию, а отличия я спрячу под спойлер.
Самый минимум, мультиметр, башмак, термопара, пара щупов и две батарейки ААА.
Чехольчик. Тот же eevblog, например, чехольчик в комплекте не дает, а продает отдельно, и, честно говоря, качество у него немного хуже.
В отличии от «базового» варианта щупы будут силиконовые, на щупах есть резьба, на которую накручивается адаптер под 4мм банан. Не Probe Master, конечно, но тот же Dave прилагает их к более дорогому 121GW. Как по мне, за 9 баксов, отличные щупы.
Еще я докупил пару крокодилов, с цангой 2мм, на щуп (4 EUR). Магнитик с веревочкой(4 EUR).
Щупы очень приятные, провода очень мягкий PVC (не силикон), кончики позолочены, ручки немного гнутся.
Защита разъёмов сделана с запасом.
Например в народный ut61e до конца не влазят.
Раз уж достали ut61e, положим его рядом, юнит компактный, но bm235 еще компактнее.
Внешний вид.
Спереди экран на 6000 отсчетов; Подсветка выключается через 10 минут после включения.
Две выделенные кнопки, под частоту и детектор электрического поля.
Кнопка выбора функций, при долгом нажатии включает подсветку. Прибор запоминает последнюю выбранную функцию и при следующем включении выберет именно её.
Кнопка ручного выбора диапазона.
Кнопка записи min/avg/max.
Кнопка удержания измерений или относительных измерений.
Удобный, хоть и не крупный переключатель.
Пара отдельных гнезд для измерения тока, гнезда сидят в глубоких колодцах. У Мультиметра есть интересная функция — если переключить на любой, кроме измерения тока, режим при воткнутых в гнездо для измерения тока щупа мультиметр начнет противно пищать. Несмотря на надпись «10А», прибор может измерить токи до 20А, но не дольше 30 секунд раз в 5 минут.
Гордая надпись «UL Listed» — значит что вот эти надписи сверху, про категории, подтверждены независимой лабораторией.
Сзади место под магнитик, виден вырез под ИК-порт, но в этой линейке возможности подключения к ПК нет вообще,
Приличная подставка и пара посадочных мест под щупы. Оказалось, что эти зажимы удобная штука, можно в него вставить щуп так, чтобы щуп и прибор представляли из себя единое целое.
Режимы измерений и их тестирование.
Исходя из названия, очевидно, что мультиметр должен что-то измерять. Пройдемся по режимам.
AutoV/LoZ. Режим низкого входного импеданса.
Как правило, ручной мультиметр в режиме измерения напряжения будет иметь импеданс около 10МОм. Иногда, например, требуется «придавить» линию связи или разрядить заряженную емкость, а шунт использовать не с руки. Вот для таких ситуаций и был придуман режим низкого импеданса, по сути это просто PTC, который за короткое время меняет импеданс прибора от 2.3кОм до сотен кОм, конечное сопротивление будет зависеть от приложенного напряжения, примерно 12k@100V,100k@300V, 240k@600V, 580k@1000V.
Этот режим может оказать значительное влияние на измеряемую схему, с моей точки зрения, вполне разумно было вынести его с другой стороны от OFF.
Кроме того, умеет автоматически выбирать постоянное или переменное напряжение, но с фиксацией диапазона 600 или 1000В. В режиме простоя показывает просто полоски, при каждом измерении издает короткий писк и показывает значение.
Так, как сейчас, я не горю желанием лезть в относительно высоковольтные, с бытовой точки зрения, цепи прибором, который может оказать значительное влияние на схему, а диапазон всего один, просто потыкаем все вокруг.
AD584KH, трансформатор 24В на холостом ходу, розетка, «горячая» сторона народного БП после диодного моста. Чтобы было точнее поставил два мультиметра рядом и вырезки делал из одной фотографии.
Заявленная точность 2.0% + 3d.
Как по мне, производитель перестраховался с 2%.
Еще есть интересный режим поиска электрического поля. Включается отдельной кнопкой, имеет два уровня чувствительности. Возьмем обычный кабель и проверим расстояние с которого мультиметр сможет найти это самое поле. Сначала ищем точки устойчивого приема, потом меряем рулеткой.
В низком режиме находит стандартный кабель 3*1,5 примерно в 2 сантиметрах от верхнего края, подключение нагрузки на другом конце кабеля расширяет радиус до 4см.
В режиме высокой чувствительности обнаруживает кабель без нагрузки примерно от 40см, включение нагрузки 800Вт на другом конце кабеля помогает обнаружить кабель в 47см.
Есть и контактный режим, можно использовать вместо индикаторной отвёртки, нужно воспользоваться одни из щупов подключив его в COM гнездо. В зависимости от выбранного режима будет показывать больше или меньше полосок(зависит от напряжения) и пищать.
Еще есть режим ACV VFD.
Это режим для работы с частотными преобразователями, по-сути это режим AC с фильтром низкой частоты установленным примерно на 400Гц. Сейчас частотники можно встретить везде, и, как правило, на выходе, кроме собственно синусоиды с заданной частотой можно увидеть еще много других гармоник, «иголок» и прочих артефактов импульсных силовых схем. Кроме того, если из этого режима перейти в режим частотомера, то этот же фильтр применяется и к частотомеру.
Заявленная точность не ахти, диапазон так же фиксирован 600 или 1000 В, но режим полезный.
Заявленная точность:
10Hz
100Hz 1.0% + 3d
100Hz
В процессе тестирования оказалось, что режим относительных измерений поддерживает переключение между диапазонами, я думал, что это нормально, но оказалось, что ни UT61E, ни Fluke 17B+, ни бессовестно дорогой 121GW так не умеют!
Наверное самый трудозатратный для тестирования режим. В качестве источника будем использовать генератор из прошлого обзора, помогать ему будет трансформатор 12-220В, это накладывает определенные ограничения как на частоты, так и на форму сигнала.
Сразу выясним, где у нас -3dB точка. В нашем случае это примерно 2.7 кГц, изменяться амплитуда начинает после примерно 900Гц.
Результаты свел в табличку.
Очень неплохо.
Так же есть отдельный режим для милливольт, используем все тот же генератор.
Явно виден как недостаток разрешения (отсчетов маловато), так и ограничения по частоте TrueRMS конвертера.
В качестве источника стабилизированного напряжения будем использовать LM317T подключенный к трансформаторному БП.
Для проверки режима милливольт, использование источника питания из прошлого обзора мне показалось более уместным чем делителя напряжения, подключён к тому же трансформаторному БП, после LM337T.
Выставим 5V RMS(6V), до 82 кГц все ок.
Добавим амплитуды и можем померить до 110 кГц.
Воспользуемся магазином сопротивлений МСР-63, точность класс точности 0.05. Магазин не молод, добавим ему в помощь 4 проводной LCR-метр XJW01, кроме того будем использовать пару металлопленочных резисторов 1% на 510к и 1М. Сделаем пару прогонов всех переключателей чтобы стереть окислы, подключаемся основным мультиметром по 4 проводной схеме и можно начинать.
Там где у прибора хватает разрешения — все хорошо.
После окончания измерений я еще раз подключил 34401А, но особых отличий не нашел, поэтому и в таблицу добавлять не стал.
У этого режима тоже есть интересная «фишка» — кроме того, что прибор пищит, он еще и моргает подсветкой экрана, в шумном окружении должно быть удобно. Конкретно у моего прибора порог срабатывания пищалки порядка 170 Ом.
Прозвонка очень быстрая, пишут 18 мс, послезвучание короткое.
Оказалось, что у меня дома нет эталона температуры, по этому прийдется по старинке, замораживаем лёд, ставим кипяток на плиту.
Попробуем померить температуру пламени. Выше 450 градусов мультиметр не показывает, очень странное ограничение.
Термопара знакомство с пламенем пережила без проблем, немного закоптилась.
Кроме того дадим мультиметру отлежаться в комнате примерно полдня, в комнате относительно стабильная температура и нет сквозняков. Важно это потому, что «холодный» спай термопары находится внутри мультиметра и обладает существенной большей инерцией чем «горячий» спай.
Сам мультиметр же меряет циклами по 0.5Гц.
Поэтому сверять пришлось с BM869s.
Особого смысла сравнивать этот режим с другим мультиметром нет, падение будет зависеть от приложенного напряжения.
Напряжение 3,2V без нагрузки, максимальный ток 0.3мА.
Диод 1n4007.
Белые светодиоды зажигает.
Я встречал упоминания, что со временем цепи измерения тока 34401А могут «уплывать», добавлю в цепь свежекалиброванный BM869s. Кроме того, будем изменять важный параметр — падение напряжения.
Пол вольта мы потеряли при измерении всего-то 0.5мА :(
Возможно в комментариях кто-нибудь подскажет относительно несложный вариант задавать ток приличных значений произвольной формы?
Разборка.
Башмак снимается легко, для замены батарей и предохранителей нужно открутить всего один винтик (при этом винтик остается в самой крышке, не выпадает).Измерим потребление во включенном состоянии — 2.4мА без подсветки и почти 24мА с подсветкой. Пары ААА должно хватить надолго.
Еще три винтика (тоже не выпадают). Монтаж настолько плотный, что производителю пришлось прибегнуть к использованию бутерброда из двух плат.
Используются микросхемы в QFP корпусах, но это не поможет починить прибор — программа живет в чипе брендированном под BTC (Brymen Technology Corporation), выше находится контроллер дисплея, справа-сверху два EEPROM, один для калибровочных констант с джампером для защиты от записи, второй, возможно, для запоминания режимов.
Я не рискнул распаивать две платы, поэтому воспользуюсь скриншотом из инструкции, он немного отличается от моего, но элементы должны остаться те же.
Большой предохранитель размером почти с батарейку ААА, стандартный высокоскоростной HRC (High Rupturing Capacity, высокая разрывная способность) предохранитель 11A, 1000В. Предохранитель поменьше немного необычный и найти его не так-то просто, сделан Siba, 400мА 1000В 6,3x32mm.
Так как маленький предохранитель я сжег, разломаем и посмотрим что внутри и правда песок.
С обратной стороны даже немного пусто.
Используются сухие контакты. Судя по всему это не проблема, один известный дядька прогонял 50000 полных циклов и на Brymen, и на Fluke (который тоже использует сухие контакты) и не нашел никаких проблем.
Итого.
Прибор мне очень понравился. Отдельного упоминания заслуживает подсветка которая горит 10 минут.
Это однозначно прибор для профессионального использования, он хорошо подойдет инженеру по обслуживанию больших климатических систем или других промышленных установок, именно там будут нужны хорошая физическая и электрическая защиты, там встречаются достаточно опасные токи, частотно управляемые привода, статическое электричество и долгие смены.
С моей точки зрения, Brymen позиционирует его скорее как конкурента серии 110 от Fluke, предлагая больше за меньшие деньги, хотя в нем есть и необходимый «электронщику» минимум.
Для фанатов eevblog, недавно вышел более интересный прибор — Brymen BM786, он тоже есть в версии с брендированным башмаком, у него 60000 отсчетов, есть барграф и он более точный, как по мне, это самый удачный из трех вариант.
Что касается лично меня, то этот мультиметр найдет своё применение для обслуживания инженерных систем дома, пригодится он и на столе. В комментариях, безусловно, есть супер люди, которые никогда не путают режимы, не превышают допустимые параметры, не роняют приборы и всегда работают в условиях хорошего освещения, я же про себя уверенно могу сказать, что я не отличаюсь особой внимательностью и аккуратностью.
Читайте также: