учебный центр
УДК 681.325
А. П. Дианов, Н. Н. Щелкунов
малогабаритные источники питания длямикросистем
(Продолжение цикла.
Начало см. в ММ 5, 6 за 1986 г., ММ 1, 2 за 1987 г.)
Успехи современной микроэлектроники позволяют соз-
давать достаточно компактные и дешевые микросистемы
(МС) различного назначения. В составе этих устройств
прикладные изделия [1, 2] и инструментальные средст-
ва для их проектирования [3—6]. В связи с этим акту-
альна задача разработки небольших по объему, но мощ-
ных по нагрузочным характеристикам источников пита-
ния (ИП), обеспечивающих надежную эксплуатацию
прикладных и инструментальных микросистем.
Повышение рабочей частоты импульсных источников
питания позволяет увеличить КПД и удельную мощ-
ность, т. е. мощность, приходящуюся на единицу объема
источника. Уменьшение числа компонентов за счет пе-
рехода на специализированные микросхемы существенно
повышают надежность ИП. Так, применение толстопле-
ночной гибридной схемы управления собственной раз-
работки, заменяющей 165 дискретных компонентов, поз-
волило фирме Power One Inc. (США) выпустить серию
SPL150 компактных ИП с габаритами 203X102X53 мм
[7]. Эти работающие от промышленной сети источники
имеют номинальную мощность 150Вт и снабжены че-
тырьмя выходами со стандартными напряжениями пи-
тания.
Типовые источники отечественного производства дан-
ного класса, использующие стандартную элементную ба-
зу (блок питания БПС6-1 микроЭВМ «Электроника 60»
[8] и блок БПТ-201М алфавитно-цифрового дисплея
ВТА-2000 [9]), имеют низкую надежность работы, боль-
шие габариты 95X176X392 мм, 221X260X196 мм и до-
статочно высокую массу 7,7 кГ, 3,2 кГ соответственно.
Отсутствие легко доступных конкурирующих изделий
ставит перед разработчиками МС задачу проектирова-
ния ИП, которая требует детального знакомства с осо-
бенностями магнитных компонентов, силовыми полупро-
водниковыми приборами, методами построения управ-
ляемых схем с обратными связями.
Большинство микросистем [1, 2] использует не более
четырех напряжений питания. Как правило, это ±5 В и
±12 В. Токи потребления для выходов — 5 В и — 12 В
обычно не превышают сотен миллиампер, для выхода
12 В — порядка 1 А. Значительная часть выходной мощ-
ности ИП потребляется по выходу 5 В. Нестабильность
выходных напряжений не должна превышать нескольких
процентов. В ряде систем требуется определенная по-
следовательность подачи и снятия напряжений при
включении-выключении сети или коротком замыкании на
одном из выходов ИП.
Предлагаются два новых малогабаритных источника
питания ММС9003 (рис. 1) и мМС9004, мощностью
80 Вт каждый. Для получения стабилизированных на-
пряжений 5 В (8 А), 12 В (1 А),—12 В (1 А), —5 В
(0,5 А) используются постоянные напряжения +Е,
+Еп, —Еп, которые получаются на выходах вы-
прямителей VD27... VD32 и фильтров С1 ... СЗ. Напря-
жение Е через плавкий предохранитель Пр (4 А) посту-
пает на импульсный стабилизатор напряжения 5 В.
В качестве понижающего силового трансформатора
применен накальный трансформатор ТН 60, у которого
вторичные обмотки соединены последовательно, В этом
случае Е =+Еп=18 В, —Еп = —18 В.
Питающие напряжения ±Еп используются для полу-
чения стабилизированных напряжений —5 В, 12 В,
—12 В с помощью усилителей постоянного тока (УПТ),
реализованных на операционных усилителях DA1 ... DA3
и выходных транзисторах VT7... VT9. Входным для ис-
точника—5 В (DAI, VT7) является опорное напряже-
ние на стабилитроне VD26, ток через который задается
источником тока на транзисторе VT6. С выходной клем-
мы напряжение —5 В поступает на вход стабилизатора
12 В (DA2, VT8). Аналогичным образом формируется
напряжение —12 В (DA3, VT9). Величины выходных на-
пряжений устанавливаются подбором резисторов R2,
R5, R8. Операционные усилители DA1 ... DA3 имеют за-
щиту выхода от короткого замыкания и обеспечивают
максимальную величину тока нагрузки 20 мА. Подбором
резисторов R3, R6, R9 можно обеспечить допустимую
величину тока короткого замыкания УПТ.
Напряжение с выхода стабилизатора 12 В использу-
ется для формирования опорного напряжения импульс-
ного стабилизатора 5 В. Опорное напряжение получает-
ся на стабилитроне VD23.
Описанная структура подключения источников позво-
ляет просто сформировать последовательность включе-
ния напряжений; короткое замыкание на выходе како-
го-либо источника отключает следующий в цепочке ста-
билизаторов; пропадание напряжения —5 В вызывает
выключение всех напряжений ИП. Требования на защи-
ту такого рода возникают при использовании микросхем
типа КР580ВМ80, К565РУЗ.
Разработчику микросистем в процессе отладки изде-
лий часто приходится выключать и включать питание,
поэтому в ИП предусмотрена схема электронного вклю-
чения-выключения стабилизированных напряжений, ко-
торая содержит RS-триггер на микросхемах DDI.2,
DD1.1 и транзистор VT4. Напряжение питания подается
на микросхему DDI со стабилитрона VD25. При под-
ключении ИП к силовой сети 220 В, благодаря началь-
ному нулевому заряду на конденсаторе С6, RS-триггер
устанавливается в состояние «Выключено». На выходе
DD1.1 присутствует уровень «Лог. 1», который откры-
вает транзистор VT4. При этом на вход УПТ (DA1)
подается практически нулевое опорное напряжение.
Замыкание кнопки «Вкл» перебросит триггер и закроет
транзистор VT4. Использование электронного включе-
ния-выключения напряжений практически исключает по-
мехи, связанные с подключением к сети трансформатора
и зарядом конденсаторов фильтров С1...СЗ, так как
при выключении стабилизированных напряжений в про-
цессе отладки изделий нет необходимости отключать
ИП от сети.
Импульсный стабилизатор напряжения 5 В содержит:
силовой ключ на транзисторах VT5, VT1, VT3; LC —
фильтр, образованный накопительным дросселем Др2,
высокочастотным дросселем ДрЗ и конденсаторами С7,
СЮ; диоды рекуперации VD1 ... VD20, через которые
протекает ток накопительного дросселя при закрытом
транзисторе VT3; сравнивающее устройство на микро-
схеме DD2 с источником опорного напряжения на ста-
билитроне VD23.
Опорное напряжение V, которое подается на вывод
питания микросхемы DD2, устанавливается на несколь-
ко миллисекунд, что обеспечивает плавное включение
стабилизатора. Как показал опыт работы, порог пере-
ключения микросхемы DD2 практически зависит толь-
ко от напряжения питания и приблизительно равен
V/2.
При значении выходного напряжения стабилизатора
ниже 5 В напряжение на входе DD2.2 становится ниже
порога переключения триггера Шмидта. Напряжение на
выходе DD2.3 становится равным 0, что, при отсутствии
перегрузки (выход001.4 равен 0) приводит к открыва-
нию силового ключа. Увеличивается ток через накопи-
тельный дроссель Др2 — растет напряжение на нагруз-
ке. При его увеличении более 5 В транзистор VT3 запи-
рается. Величина выходного напряжения устанавлива-
ется резистором R27.
Дроссель Др1 в импульсном стабилизаторе играет
двойную роль: ограничивает сквозной ток через тран-
зистор VT3 и диоды VD1 ... VD20, возникающий в мо-
мент открывания VT3;
использует накопленную энергию для формирования
напряжения вольтодобавки на конденсаторе С4, что
позволяет лучше открывать силовой транзистор VT3.
Защита выхода от перенапряжения реализована на
двух мощных стабилитронах VD21, VD22. При повыше-
нии напряжения до 6 В происходит открывание стабили-
тронов и срабатывание защиты по выходному току.
В случае пробоя силового транзистора VT3 перегорает
плавкий предохранитель Пр2.
Цепь защиты от короткого замыкания содержит тран-
зистор VT2 и ждущий мультивибратор DD1.3, DD1.4.
При наличии перегрузки открывается транзистор VT2
и запускается ждущий мультивибратор, который закры-
вает по цепи DD2.1, VT5, VT1 силовой транзистор VT3.
Длительность импульса определяется цепочкой R22,
С9; по окончании устраняется блокировка цепи обратной
связи от триггера Шмидта DD2.2, DD2.3 и происходит
запуск стабилизатора. Однако в этом случае опорное
напряжение уже подано на четырнадцатый вывод мик-
росхемы. Поэтому в процессе включения возникает пе-
регрузка по току, запускается мультивибратор и про-
цесс повторяется. При этом дроссель Др2 издает низко-
частотные звуки, оповещая о наличии перегрузки. Чув-
ствительность срабатывания схемы защиты можно регу-
лировать резистором, включаемым между базой и эмит-
тером транзистора VT2.
В случае подключения резистора R32 при перегрузке
стабилизатора 5 В будут выключаться все напряжения
ИП. После окончания импульса мультивибратора будет
происходить процесс плавного включения ИП, эквива-
лентный нажатию кнопки «Вкл».
Источник мМС 9003 реализован в виде отдельного
прибора с размерами корпуса 120X130X260 мм. При-
мер использования источника в программаторе ПЗУ
мМС 0602 описан в [1]. Значительная часть массы и
объема ИП определяется силовым трансформатором и
конденсаторами фильтра С1..*СЗ. Такие размеры не
удовлетворяют требованиям при создании компактных
переносных систем, поэтому был разработан вариант
ИП, в котором высоковольтная часть схемы ИП,
отмеченная на рис. 1 штрихом, заменена новым преоб-
разователем напряжения (рис. 2); схема получила ин-
декс мМС 9004, Для получения постоянного напряже-
ния 300 В служит выпрямитель VD10 и фильтр С4. Не-
значительная емкость конденсатора С4 позволяет не
использовать схемы для ограничения зарядного тока.
Сетевой фильтр С1... СЗ, L3, L4 служит для уменьше-
ния помех в цепях питания.
Основным узлом преобразователя является инвертор,
который предназначен для преобразования выпрямлен-
ного напряжения сети в переменное напряжение прямо-
угольной формы. Инвертор — это релаксационный авто-
генератор мостового типа. Две стороны моста образо-
ваны транзисторами VT1, VT2, работающими в ключе-
вом режиме, а две другие стороны — конденсаторами
С5, Сб, зашунтированными резисторами R3, R4, которые
обеспечивают равенство напряжений на конденсаторах в
момент запуска инвертора. К эмиттерным переходам
транзисторов VT1, VT2 через токоограничительные ре-
зисторы Rl, R2 подсоединены обмотки положительной
обратной связи.
Частотозадающими элементами инвертора являются
дроссели L1 и L2, время перемагничивания которых
меньше времени перемагничивания сердечника Tpl, по-
этому трансформатор работает в линейном режиме.
Устранение асимметрии в работе плеч инвертора про-
изводится индуктивностями LI, L2. Для этого наблюда-
ют осциллограмму напряжения на резисторе R8, когда
инвертор работает под нагрузкой Подбором числа
витков L1 или L2 устраняется одностороннее насыщение
сердечника трансформатора.
Узел запуска предназначен для пуска инвертора; со-
держит цепочку R5, С7, стабилитрон VD1 и тиристор
VD2. При включении в сеть напряжение начинает воз-
растать и за 1 с достигает напряжения пробоя стаби-
литрона. При этом открывается тиристор и возникает
короткий импульс тока, обусловленный зарядом конден-
сатора С7, который открывает транзистор VT2 и обес-
печивает запуск инвертора. На дальнейшую работу узел
запуска влияния не оказывает, так как тиристор откры-
вается на каждый период колебания, что исключает
повторное появление положительного заряда на конден-
саторе С7#
Выпрямители вторичных постоянных напряжений вы-
полнены на диодах VD4... VD9 и емкостных фильтрах
С8... С13. Для уменьшения паразитных выбросов при
включении инвертора без нагрузки подключены рези-
сторы R7... R9. Напряжения подаются на стабилизато-
ры с выходов выпрямителей (рис. 1). Амплитуда 100-
герцовых пульсаций напряжения на входах уменьшает-
ся, так как эквивалентная емкость фильтра на выходах
выпрямителей в данном случае больше, чем С1 ... СЗ.
Например, для выхода -f-En—18 В эквивалентная ем-
кость фильтра составляет около 12 000 мкФ, что поз-
воляет повысить ток нагрузки для выходов стабилиза-
торов ±12 В. В таблице приведены данные трансфор-
матора и дросселей, используемых в схеме ИП.
Описанный источник питания мМС 9004 реализован
в виде отдельного модуля, монтируется на стандартной
печатной плате 240X135 мм и закрывается сетчатым
кожухом с габаритами 200X120X27 мм. На переднем
крае платы выведены индикатор VD33 и кнопки «Вкл»,
«Выкл». Сетевой включатель рекомендуется устанавли-
вать на заднем крае платы. Жесткая компоновка источ-
ника с объединительной панелью мМС 9503 на 8 мест*
позволяет создать компактное шасси для сборки микро-
процессорных систем и комплексов различного типа.
Справки по телефону: 408-62-44 (Москва).
ЛИТЕРАТУРА
1. Щелкунов Н. Н., Дианов А. П. Универсальный
одноплатный микроконтроллер // Микропроцессорные
средства и системы.—1986.— № 5.—С. 65—69.
2. Щелкунов Н. Н., Дианов А. П. Одноплатный
16-разрядный микроконтроллер общего назначения //
Микропроцессорные средства и системы.—1987.—
№ 1.—С. 77—82.
3. Д и а н о в А. П., Щелкунов Н. Н. Модуль про-
граммирования микросхем ПЗУ // Микропроцессорные
средства и системы.—1985.—№ 3.—С. 80—83.
4. Дианов А. П., Щелкунов Н. Н. Технические
средства программирования логических схем // Мик-
ропроцессорные средства и системы.—1986.— № 2.—
С. 77—80.
5. Щ е л к у н о в Н. Н., Дианов А. П. Техника про-
граммирования 8-разрядных микроконтроллеров //
Микропроцессорные средства и системы.—1986.—
№ 6.— С. 23—28.
6. Щелкунов Н. Н., Дианов А, П. Техника про-
граммирования 16-разрядных микроконтроллеров //
Микропроцессорные средства и системы.—1987.—
№ 2.
7. Импульсные источники питания // Электроника. —
1986.—№ 2.—С. 99—104.
8. Блок питания стабилизированный БПС6-1. Техниче-
ское описание и инструкция по эксплуатации.
9. Блок питания БПТ-201М. Техническое описание и ин-
струкция по эксплуатации.
Статья поступила 11 сентября 1986 г.
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
От редакции. В № 3 за 1985 г. наш журнал
поместил описание Е-практикума — программного обес-
печения школьного курса информатики и вычислитель-
ной техники для ряда семейств мини- и микроЭВМ.
В многочисленных письмах-откликах на цикл «Как
учить программированию?» наши читатели спрашивают:
«Существует ли версия Е-практикума для ЕС ЭВМ?»,
Публикуем краткое сообщение на эту тему,
М. А. Исаев
Е-Г1РАКТИКУМ ДЛЯ ЕС ЭВМ
В НИВЦ АН СССР разработана версия программно-
го обеспечения школьного курса информатики — Е-прак-
тикума [1] —для ЕС ЭВМ. Обеспечивается поддержка
языка в объеме учебников для 9-х и 10-х классов
[2, 3]. Разработка выполнена под руководством доцен-
та механико-математического факультета МГУ А. Г«
Кушниренко.
В основу данной разработки положена новая по срав-
нению с описанной в [1] версия Е-практикума, создан-
ная на механико-математическом факультете МГУ в
1986 г. Эта версия, которая получила название Е86,
написана на языке Си и работает на нескольких типах
отечественных и зарубежных мини- и микроЭВМ. Была
обеспечена тождественность входных языков Е-практи-
кума-ЕС и Е86. Общий порядок работы с терминалом
практически сохранен.
Е-практикум-ЕС работает в операционных системах
ПДО СМВ ЕС (аналог CMS VM/370) и ОС ЕС с дис-
плеями ЕС-7920. На ЭВМ серии Ряд-1 работа возмож-
на только в ОС ЕС. В этом случае требуется 160К байт
оперативной памяти под ядро системы и по 20К байт
на каждого пользователя (при объеме ученической прог-
раммы до 50 строк). При работе в СВМ на ЭВМ серии
Ряд-2 Е-практикум может быть запущен на любой вир-
туальной машине, функционирующей под управлением
ПДО.
В настоящее время идет разработка версии Е-практи-
кума, предназначенной для интеллектуальных термина-
лов ЕС-7970.
С декабря 1986 г. Е-практикум-ЕС находится в опыт-
ной эксплуатации. С февраля 1987 г. эта программа
будет распространяться через фонд алгоритмов и прог-
рамм НИВЦ АН СССР. По вопросам получения Е-прак-
тикума для ЕС следует обращаться по адресу: 142292,
г. Пущино, Моск. обл., НИВЦ АН СССР, Фонд алго-
ритмов и программ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Варсанофьев Д. В., Кушниренко А. Г., Ле-
бедев Г. В. Е-практикум — программное обеспече-
ние школьного курса информатики и вычислительной
техники // Микропроцессорные средства и систе-
мы.—1985.—№ 3.—С. 27—32.
2. Е р ш о в А. П. и др. Основы информатики и вычи-
слительной техники: Пробное учебное пособие для
9~го класса средней школы.— М.: Просвещение,
1985.
3. Е р ш о в А. П. и др. Основы информатики и вычисли-
тельной техники: Пробное учебное пособие для 10-го
класса средней школы.— М.: Просвещение, 1986.
Сообщение поступило 20 января 1987 г«
УДК 535.33
А. Ю. Кузьминов, А. В. Мацея, А. В. Старцев
сопряжение микроэвм см 1800
и мини-эвм ес 1010
Для микроЭВМ СМ 1800 и мини-ЭВМ ЕС 1010
разработан модуль стыковки и создано соответствующее
программное обеспечение, позволяющее:
обмениваться массивами данных при решении мате-
матических и иных задач;
обмениваться текстами программ для хранения про-
граммного обеспечения ЕС 1010 на гибких магнитных
дисках СМ 1800;
пользоваться широким - набором периферийных уст-
ройств, входящих в СМ 1800 (в частности, выводить
результаты расчетов на АЦПУ DZM-180 и графопо-
строитель СМП-6408 и др.)
Модуль стыковки выполнен в виде платы и двух ка-
белей, один из которых подсоединяется к модулю
МИРПР СМ 1800.7001, а другой— к плате VD-14M
ЕС 1010. Для СМ 1800 программа сопряжения написа-
на на ассемблере; для ЕС 1010 используется стандарт-
ный драйвер терминала (СМ 1800 воспринимается как
дополнительный терминал).
Вычислительная система СМ 1800-ЕС 1010 обладает
достоинствами обеих ЭВМ: относительно высоким быст-
родействием и возможностью обрабатывать большие
массивы данных ЕС 1010, широким набором периферий-
ных устройств и простым ассемблером СМ 1800.
Адрес для справок: 107589, Москва, ул. Уральская,
д. 23, корп. 1, кв. 106, Мацея Андрей Вацлавовин. Те-
лефон: 216-02-57 (с 10.00 до 17.00).
Сообщение поступило 27 марта 1986 г.
УДК 681.322.1
