Pengembangan AVR telah beralih ke sistem yang dikontrol secara digital dibuat dengan mikrokontroler 8-bit, tetapi ASIC sinyal campuran yang dapat diprogram menawarkan keuntungan dalam mengurangi biaya dan ukuran — khususnya penting untuk AVR portabel kecil yang sangat populer di beberapa wilayah.
Regulator Tegangan Otomatis (AVR) digunakan untuk mengatur level tegangan yang disuplai dengan mengkompensasi fluktuasi tegangan yang masuk. AVR juga umumnya dikenal sebagai penstabil tegangan dan memiliki aplikasi di banyak aplikasi industri dan perumahan. Misalnya, AVR digunakan pada genset di kapal, dalam pasokan listrik darurat, dan di rig minyak untuk menstabilkan tingkat tegangan selama fluktuasi permintaan daya.
Untuk perusahaan utilitas listrik, pengaturan tegangan di jaringan distribusi merupakan tanggung jawab utama yang menentukan kualitas daya yang dikirimkan ke konsumen akhir. Untuk tujuan ini, perusahaan utilitas harus memastikan perencanaan jangka pendek dan jangka panjang yang tepat, pemeliharaan peralatan listrik, dan penempatan regulator pada jalur distribusi. Namun, ini mungkin tugas yang menantang, terutama di beberapa wilayah di dunia. Di banyak negara Asia Selatan, termasuk Pakistan, India, dan Bangladesh, sistem distribusi listrik rapuh karena masalah pencurian listrik dan kelangkaan pembangkit listrik, yang dapat menyebabkan periode pelepasan beban dan gangguan lainnya. Akibatnya, pengguna akhir dapat menghadapi masalah fluktuasi tegangan saluran listrik. Oleh karena itu, untuk memastikan keamanan dan fungsionalitas yang tepat dari perangkat mahal seperti AC, lemari es, dan televisi, penggunaan AVR portabel kecil sangat populer. AVR adalah perangkat yang mudah digunakan yang umumnya beroperasi dalam kisaran level tegangan yang telah ditentukan sebelumnya (mis. 150 V – 240 V atau 90 V – 280 V).
Secara fungsional, AVR umumnya menggunakan autotransformer yang disadap untuk mempertahankan output AC dalam kisaran yang dapat diterima. Mekanisme umpan balik digunakan untuk mengontrol posisi tap dengan mengganti relai yang sesuai untuk mengatur tegangan keluaran. Ini biasanya terdiri dari dua unit:unit penginderaan dan unit pengatur. Tugas unit penginderaan adalah menentukan level tegangan input dan output dari stabilizer, sedangkan unit pengatur menjaga tegangan output dalam batas yang telah ditentukan sebelumnya.
Secara tradisional, IC op amp digunakan bersama dengan komparator analog untuk kontrol dalam desain AVR berbasis relai. Baru-baru ini, penggunaan mikrokontroler 8-bit (MCU) telah meningkat secara signifikan dalam AVR yang tersedia secara komersial dan dikontrol secara digital. Namun, fungsionalitas dan fitur serupa dapat dicapai dengan menggunakan ASIC sinyal campuran GreenPAK™ berbiaya rendah (sirkuit terintegrasi khusus aplikasi) dari Dialog Semiconductor. Penggantian ini dapat menguntungkan dalam hal pengurangan biaya dan kebutuhan ruang, dan tidak perlu memprogram MCU secara eksplisit.
Dalam artikel ini, kami menjelaskan bagaimana pengembang dapat menggunakan ASIC yang dapat diprogram seperti IC GreenPAK SLG46537V untuk mengembangkan AVR. Desain sistem secara keseluruhan dan desain GreenPAK akan dijelaskan secara menyeluruh. Untuk memvalidasi kelayakan dan pengoperasian AVR ini, kami juga menyajikan hasil eksperimen yang diperoleh dari prototipe.
Desain Sistem
Gambar 1:Diagram blok. (Sumber:BarqEE)
Diagram blok fungsional dari desain AVR yang diusulkan ditunjukkan pada Gambar 1. Sistem ini pada dasarnya didasarkan pada mekanisme umpan balik. Tegangan AC pada keluaran AVR dikondisikan untuk menguranginya ke batas DC fungsional dari IC SLG46537V. Tergantung pada tegangan yang dirasakan, relai yang sesuai digerakkan oleh IC untuk memilih belitan tap yang sesuai pada autotransformer.
Spesifikasi AVR tergantung pada aplikasi tertentu. Dalam artikel ini, AVR kami memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Perhatikan bahwa spesifikasi ini sewenang-wenang. Spesifikasi yang diberikan dapat dengan mudah disesuaikan dalam konfigurasi GreenPAK IC tergantung pada aplikasi yang sebenarnya.
Desain Fungsional
klik untuk gambar ukuran penuh
Gambar 2:Rancangan AVR yang Diusulkan. (Sumber:BarqEE)
Gambar 2 menunjukkan desain fungsional AVR yang diusulkan menggunakan IC SLG46537V.
Pengkondisian Daya
Blok pengkondisian daya memberi daya pada IC GreenPAK. Dibutuhkan AC hidup sebagai input dan menurunkannya ke 12 V, yang selanjutnya diubah menjadi 5 VDC menggunakan IC pengatur tegangan yang sesuai.
Penginderaan Tegangan AC
Untuk penginderaan tegangan, tegangan AC keluaran (Live_out ) diturunkan dan diperbaiki untuk mendapatkan level DC tegangan rendah menggunakan dioda dan jaringan pembagi resistif. Selanjutnya, filter keluaran (kapasitor elektrolit) digunakan untuk meminimalkan riak dan mendapatkan tegangan DC halus yang konstan. Sebuah kapasitor bypass juga digunakan untuk menyaring transien. Oleh karena itu, tegangan DC yang difilter (Vsense ) diperoleh. Untuk memastikan level tegangan DC kompatibel dengan IC, faktor step-down (kira-kira) 0,01 digunakan (yaitu 200 VAC 2 VDC).
GreenPAK
Menggunakan Vsense dan berdasarkan logika GreenPAK (Bagian 2), IC menggerakkan relai yang diperlukan (melalui BJT) untuk aktuasi. Output digital dari IC juga digunakan untuk mengaktifkan indikator LED untuk menginformasikan pengguna tentang kondisi normal dan over/undervoltage AVR. Skema IC, yang menunjukkan koneksi IO, telah disediakan untuk referensi.
Aktuasi
Tiga relai elektromekanis (RL1, RL2, dan RL3) digunakan untuk mengalihkan tegangan AC input (Live_in ) hubungan antara tap 135 V, 174 V, 196 V, dan 220 V dari autotransformer. Relai elektromekanis keempat (RL4) digunakan untuk memutuskan keluaran AVR jika terjadi kondisi tegangan kurang atau lebih, sehingga mencegah kerusakan pada beban yang terpasang pada keluaran AVR.
GreenPAK Logic
File desain lengkap yang dibuat dalam perangkat lunak GreenPAK Designer (tersedia gratis) dapat ditemukan di sini.
klik untuk gambar ukuran penuh
Gambar 3:Skema Desain GreenPAK. (Sumber:BarqEE)
Gambar 3 menunjukkan skema desain GreenPAK. Vsense diumpankan ke komparator yang berbeda menggunakan Pin 6. Komparator analog ACMP0 dan ACMP1 digunakan untuk pengaturan dalam rentang kerja normal AVR, sedangkan ACMP2 dan ACMP3 digunakan untuk deteksi tegangan lebih dan tegangan kurang. Karena referensi internal maksimum komparator dapat diatur tidak lebih besar dari 1,2 V, penguatan 0,33 digunakan untuk memastikan tegangan keluaran dapat dibandingkan dan dikategorikan dengan benar dalam rentang yang berbeda. Referensi komparator diatur untuk memenuhi spesifikasi yang diuraikan dalam bagian 1.2. Blok asynchronous state machine (ASM) digunakan untuk menyiapkan mesin status hingga untuk pengaturan tegangan.
klik untuk gambar ukuran penuh
Gambar 4:Mesin Keadaan Hingga. (Sumber:BarqEE)
Gambar 4 menggambarkan lima negara bagian yang digunakan. Dalam setiap keadaan relay 1, 2, dan 3 digerakkan menggunakan output ASM OUT3, OUT2, dan OUT1 masing-masing. Hal ini memungkinkan pemilihan tap autotransformator yang relevan dan akibatnya rasio putaran autotransformator. Pindah dari Keadaan 0 ke 4 menyebabkan penurunan bertahap dalam rasio putaran autotransformator. Tabel 1 menunjukkan korespondensi masing-masing keadaan dengan rasio putaran.
Tabel 1:Rasio putaran AT yang sesuai dengan setiap negara bagian (Sumber:BarqEE)
Negara Bagian 0 1 2 3 4 Rasio belokan AT 220/135 1,63 196/135 1,45 220/174 1,26 196/174 1,13 220/220 =1
Regulasi tegangan dicapai dengan menggunakan transisi keadaan yang terjadi jika Live_out lebih besar dari batas atas (≈ 240 VAC, ditetapkan oleh referensi ACMP1) atau kurang dari batas bawah ( 200 VAC, ditetapkan oleh referensi ACMP0). Jika suatu keadaan tidak menghasilkan tingkat tegangan keluaran teregulasi yang diinginkan (200 V
Untuk memastikan bahwa relai elektromekanis berfungsi dengan baik, transisi status mendadak dikontrol dengan menggunakan penundaan umpan balik dari blok ASM. Untuk tujuan ini, output dari blok ASM OUT3, OUT4, OUT5, OUT6, dan OUT7 diumpankan ke blok penundaan DLY2, DLY3, DLY4, DLY5, dan DLY6, masing-masing. Gambar 5 menggambarkan konfigurasi blok RAM ASM, di mana status masing-masing output biner OUT0 – OUT7 ditampilkan.
Status dipertahankan untuk periode waktu yang telah ditentukan tp (≈ 0,5 s) yang ditetapkan dalam penundaan. Transisi status hanya terjadi jika Live_out tetap berada di luar rentang yang diinginkan setidaknya selama tp. Output dari penundaan diumpankan kembali ke LUT yang berbeda (dan blok AND) bersama dengan output ACMP0 dan ACMP1, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Ini memastikan bahwa transisi status hanya terjadi setelah tp berlalu dan Live_out berada di luar rentang yang diinginkan. Transisi keadaan tertentu tergantung pada output ACMP0 dan ACMP1. Misalnya, jika Status 1 dipertahankan untuk tp, tidak ada transisi yang mungkin ke Status 0 dan Status 2. Jika level tegangan yang diinginkan telah tercapai, Status 1 dipertahankan. Jika tidak, transisi ke Status 0 dan Status 2 terjadi bergantung pada apakah Live_out lebih besar dari batas atas atau lebih kecil dari batas bawah.
Fitur penting lainnya dari desain GreenPAK yang diusulkan adalah perlindungan selama kondisi tegangan lebih dan kurang. Komparator ACMP2 dan ACMP3 masing-masing digunakan untuk kondisi tegangan lebih dan tegangan kurang. Keluaran ACMP2 dan keluaran terbalik ACMP3 diteruskan ke blok tunda DLY0 dan DLY1 untuk memastikan bahwa kondisi tegangan lebih dan tegangan kurang tidak terdeteksi untuk transien apa pun. Selanjutnya, output DLY0 dan DLY1 diumpankan ke blok LUT yang memutuskan apakah kondisi normal, tegangan lebih, atau tegangan kurang. Dalam kondisi normal, RLY4 tetap diberi energi dan AVR mengatur tegangan. Jika tidak, tidak ada regulasi yang memungkinkan dan RLY4 trip. Indikasi untuk kondisi normal, tegangan lebih, dan tegangan kurang juga disediakan untuk pengguna. Hasil Eksperimen
Perangkat Keras Eksperimental klik untuk gambar ukuran penuh
Gambar 6 menunjukkan setup eksperimental untuk prototipe. Variac digunakan untuk mengontrol tegangan AC input yang disuplai ke AVR. AVR berisi autotransformer dan PCB yang berisi sirkuit kontrol. Papan pengembangan GreenPAK terhubung ke PCB untuk mengontrol relai elektromekanis. Osiloskop digunakan untuk mencatat tegangan input dan output. klik untuk gambar ukuran penuh
Gambar 7 menunjukkan sirkuit PCB tempat relai elektromekanis, BJT, dan komponen tambahan lainnya dipasang.
Data Kinerja AVR
Data kinerja AVR diringkas sebagai berikut:
Hasil Osiloskop
Gambar berikut menunjukkan log osiloskop untuk eksperimen. Penanda kuning dan biru menunjukkan tegangan input dan output masing-masing. klik untuk gambar ukuran penuh
Gambar 8 menggambarkan ringkasan kuantitatif dari hasil eksperimen untuk fungsi normal AVR. Tegangan input disapu dalam rentang tegangan (rendah ke tinggi) dan tegangan output yang sesuai diamati. IC berhasil menggerakkan relai untuk mengubah tap autotransformer dan karenanya rasio putaran dari 1,63 menjadi 1 untuk pengaturan tegangan. klik untuk gambar ukuran penuh
Gambar 9 menunjukkan fungsi normal AVR di mana rasio ketukan untuk putaran 1,63 berhasil ditentukan dan dipilih. klik untuk gambar ukuran penuh klik untuk gambar ukuran penuh
Gambar 10 menggambarkan bentuk gelombang tegangan input dan output ketika kondisi tegangan lebih mendekati. Keduanya memiliki bentuk gelombang yang sama karena rasio tap untuk putaran adalah 1.
Gambar 11 menunjukkan kasus kondisi tegangan lebih. Dapat dilihat bahwa tegangan output telah turun karena AVR telah berhasil membuat RL4 tersandung untuk perlindungan. klik untuk gambar ukuran penuh klik untuk gambar ukuran penuh
Gambar 12 menggambarkan bentuk gelombang tegangan input dan output pada saat mendekati kondisi undervoltage. AVR memilih ketukan untuk rasio putaran maksimum (1,63) dalam kondisi ini.
Gambar 13 menunjukkan kasus kondisi undervoltage. Dapat diamati bahwa tegangan keluaran turun karena RL4 telah di-trip untuk perlindungan.
Perhatikan bahwa tidak ada perubahan frekuensi atau pergeseran fasa dari tegangan input dan output saat AVR diatur. Kesimpulan
Dalam artikel ini, kami menjelaskan penggunaan ASIC yang dapat diprogram seperti IC GreenPAK SLG46537V sebagai pengontrol untuk AVR, yang populer di aplikasi perumahan dan industri. ASIC dapat menggantikan komponen diskrit dan MCU yang saat ini digunakan dalam aplikasi ini. Peran SLG46537V dalam AVR yang diusulkan telah diilustrasikan dan desain GreenPAK dijelaskan secara menyeluruh. Selain itu, detail eksperimen pada prototipe AVR disajikan untuk memvalidasi desain yang diusulkan.
Kami menyimpulkan bahwa rangkaian tersebut menyediakan kemampuan yang cukup untuk berfungsi sebagai pengontrol, khususnya di AVR perumahan. Oleh karena itu, unit kontrol untuk AVR dapat dirancang menggunakan IC yang murah dan mengurangi jejak PCB. Pengontrol yang lebih canggih dapat dirancang menggunakan ASIC lain yang menawarkan ASM dengan lebih banyak status.
Konten Terkait:
Untuk lebih banyak Tertanam, berlangganan buletin email mingguan Tertanam.
Gambar 5:Blok RAM. (Sumber:BarqEE)
Gambar 6:Pengaturan Eksperimental. (Sumber:BarqEE)
Gambar 7:Sirkuit PCB. (Sumber:BarqEE)
Gambar 8:Ringkasan Eksperimen Kuantitatif. (Sumber:BarqEE)
Gambar 9:Fungsionalitas Normal. (Sumber:BarqEE)
Gambar 10:Mendekati Tegangan Lebih. (Sumber:BarqEE)
Gambar 11:Kondisi Tegangan Lebih. (Sumber:BarqEE)
Gambar 12:Mendekati Tegangan Rendah. (Sumber:BarqEE)
Gambar 13:Kondisi Tegangan Rendah. (Sumber:BarqEE)
Aamir Hussain Chughtai saat ini adalah kandidat Ph.D. Teknik Elektro di LUMS, Lahore. Bidang pekerjaannya terkait dengan Pemrosesan Sinyal, Pembelajaran Mesin, dan IoT. Dia adalah salah satu pendiri startup IT yang berbasis di Lahore, BarqEE. Aamir dapat dihubungi di [email protected]. 
Muhammad Saqib menerima gelar MS di bidang Teknik Elektro dari NUCES, Lahore. Bidang pekerjaan utamanya meliputi Elektronika Daya, Sistem Tertanam, dan Instrumentasi. Dia adalah salah satu pendiri startup IT yang berbasis di Lahore, BarqEE. M. Saqib dapat dihubungi di [email protected].
Tertanam
Komponen dan persediaan Arduino UNO × 1 Modul Servo (Generik) × 3 Sakelar Batas Mikro OpenBuilds × 1 Resistor 10k ohm × 1 Baterai AA × 10 Sakelar Geser × 2 Breadboard (generik) × 1 Aplikasi dan layanan online Ardui
Blog ini adalah tindak lanjut dari fitur bulan Februari saya “Menahan api tanpa beban ”. Dalam wawancara saya untuk artikel itu, tiga pemasok/merek resin yang berbeda disebutkan:Ashland , Polint dan Scott Bader . Saya memutuskan untuk menindaklanjuti dengan ketiga perusahaan ini untuk mempelajari le
Tidak peduli seberapa canggihnya, mesin industri hanya bisa seefektif operator di kontrol. Untuk memiliki operator yang efektif, mesin memerlukan antarmuka yang dapat menyampaikan perintah dan mewakili data penting tanpa kehilangan apa pun dalam terjemahan mesin-ke-manusia. Human-Machine Interfaces
Apa yang ada di toko untuk manufaktur pada tahun 2012? Sedikit! Sepertinya kita dapat mengharapkan lebih banyak lagi pekerjaan manufaktur untuk mengembalikan Amerika Serikat karena upah di Tiongkok terus meningkat dan biaya pengiriman material ke dan dari Tiongkok menjadi lebih mahal. Dalam artikel
