Dizajniranje pravog efektivnog efektivnog pretvarača u istosmjernu struju pomoću ic ad736

True-RMS ili TRMS je vrsta pretvarača koji pretvara RMS vrijednost u ekvivalentnu istosmjernu vrijednost. Ovdje ćemo u ovom vodiču naučiti o stvarnom RMS u DC pretvarač, kako to radi i kako metode mjerenja mogu utjecati na prikazane rezultate.

Što je RMS?

RMS je kratica korijenskog srednjeg kvadrata. Po definiciji, za izmjeničnu električnu struju, efektivna vrijednost ekvivalentna je istosmjernom naponu koji daje istu količinu snage u otpornik.

Istina RMS IC AD736

IC AD736 ima nekoliko funkcionalnih pododjeljaka poput ulaznog pojačala, punovalnog ispravljača (FWR), RMS jezgre, izlaznog pojačala i prednapona. Ulazno pojačalo izrađeno je s MOSFET-ovima, pa je odgovorno za visoku impedansu ovog IC-a.

Nakon ulaznog pojačala, nalazi se precizni punovalni ispravljač koji je odgovoran za pogon RMS jezgre. Osnovne efektivne efektivne operacije kvadriranja, usrednjavanja i kvadratnog ukorjenjivanja izvode se u jezgri uz pomoć vanjskog prosječnog kondenzatora CAV. Napominjemo da bez CAV ispravljeni ulazni signal putuje kroz jezgru neprerađen.

Konačno, izlazno pojačalo baferira izlaz iz RMS jezgre i omogućava izvođenje opcijskog filtra niskog prolaza preko vanjskog kondenzatora CF, koji je povezan preko povratne staze pojačala.

Značajke IC AD736

Značajke IC-a navedene su u nastavku
Visoka ulazna impedancija: 10 ^ 12 Ω
Niska ulazna struja pristranosti: najviše 25 pA
Visoka točnost: ± 0,3 mV ± 0,3% očitanja
RMS konverzija s faktorima vršnog signala do 5
Široko područje napajanja: +2,8 V, −3,2 V do ± 16,5 V
Niska snaga: 200 µA maksimalna struja napajanja
Izlaz mekog napona
Za navedenu točnost nisu potrebne vanjske obloge

Napomena: Imajte na umu da je blok dijagram funkcionalnosti, funkcionalni opis i popis značajki preuzet iz podatkovnog lista i modificiran prema potrebama.

Istinske RMS u istosmjerne metode mjerenja

Dostupne su uglavnom tri metode koje DVM koristi za mjerenje izmjenične struje, one su

True-RMS mjerenje
Prosječno ispravljeno mjerenje
True-RMS mjerenje AC + DC

True-RMS mjerenje

True-RMS prilično je uobičajena i popularna metoda za mjerenje dinamičkih signala svih oblika i veličina. U True-RMS multimetru, multimetar izračunava RMS vrijednost ulaznog signala i prikazuje rezultat. Zbog toga se vrlo precizno uspoređuje sa prosječnom ispravljenom metodom mjerenja.

Prosječno ispravljeno mjerenje

U prosječno ispravljenom DVM-u uzima prosječnu ili srednju vrijednost ulaznog signala i pomnoži je s 1,11 i prikazuje RMS vrijednost. Dakle, možemo reći da je to prosječni ispravljeni RMS prikazni multimetar.

True-RMS mjerenje AC + DC

Da bi se prevladale rupe u True-RMS multimetru, postoji True-RMS AC + DC metoda mjerenja. Ako biste mjerili PWM signal True-RMS multimetrom, očitaćete pogrešnu vrijednost. Razumijemo ovu metodu s nekim formulama i videozapisom, pronađite videozapis na kraju ovog vodiča.

Izračun za True RMS pretvarač

RMS vrijednost

Formula za izračunavanje efektivne vrijednosti opisana je kao

Ako račune radimo Razmatrajući

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Ovo se svodi na

Vm / (2) ^1/2

Prosječna vrijednost

Formula za izračunavanje prosječne vrijednosti opisana je kao

Ako račune radimo Razmatrajući

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Ovo se svodi na

2Vm / ᴫ

Primjer izračuna True RMS u DC pretvarač

Primjer 1

Ako uzmemo u obzir vršni napon od 1V i stavimo ga u formulu za izračun efektivnog napona koji je, VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 =.707V

Sada s obzirom na vršni napon od 1V i stavljajući ga u formulu za izračunavanje prosječnog napona koji je, VALE = 2VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0,637V

Stoga je u neistinitom RMS DVM vrijednost kalibrirana faktorom 1,11 koji dolazi iz VRMS / VAVE = 0,707 / 637 = 1,11V

Primjer 2

Sada imamo maksimum do vrha čistog AC sinusnog vala od 5V i izravno ga napajamo na DVM koji ima istinske RMS mogućnosti, za to bi izračun bio, VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3,535V

Sada imamo maksimum do vrha čistog AC sinusnog vala od 5V i izravno ga dovodimo u DVM koji je prosječno ispravljeni DVM, kako bi izračun bio, VALE = 2VM / π = 2 * 5 / π = 10 / π = 3,183V

Sada u ovom trenutku vrijednost prikazana u prosječnom DVM-u nije jednaka RMS DVM-u, pa proizvođači tvrdo kodiraju faktor 1,11 V kako bi nadoknadili pogrešku.

Tako postaje, TALAS = 3,183 * 1,11 = 3,535V

Dakle, iz gornjih formula i primjera možemo dokazati kako neistiniti efektivni multimetar izračunava izmjenični napon.

Ali ova je vrijednost točna samo za čisti sinusni val. Tako možemo vidjeti da su nam potrebni pravi RMS DVM-ovi za pravilno mjerenje nesinusoidnog valnog oblika. U suprotnom, dobit ćemo pogrešku.

Stvari koje treba imati na umu

Prije izračunavanja za praktičnu primjenu, moraju se znati neke činjenice kako bi se razumjela točnost tijekom mjerenja efektivnih napona uz pomoć AD736 IC.

Tehnički list AD736 govori o dva najvažnija čimbenika koja treba uzeti u obzir da bi se izračunao postotak pogreške koju će ovaj IC proizvesti tijekom mjerenja RMS vrijednosti.

Frekvencijski odziv
Crest Factor

Frekvencijski odziv

Promatrajući krivulje na grafikonu, možemo primijetiti da frekvencijski odziv nije konstantan s amplitudom, ali što je niža amplituda koju mjerite na ulazu IC pretvarača, frekvencijski odziv opada, a u nižim opsezima mjerenja oko 1mv, odjednom padne nekoliko kHz.

U tablici su navedene neke brojke o ovoj temi koje možete vidjeti u nastavku

Ograničenje za točno mjerenje je 1%

Dakle, možemo jasno vidjeti da ako je ulazni napon 1mv, a frekvencija 1 kHz, on već doseže oznaku dodatne pogreške od 1%. Pretpostavljam da sada možete razumjeti ostale vrijednosti.

NAPOMENA: Krivulja frekvencijskog odziva i tablica preuzeti su iz podatkovnog lista.

Crest Factor

Jednostavno rečeno, faktor vrha je omjer vršne vrijednosti podijeljen s RMS vrijednošću.

Faktor grebena = VPK / VRMS

Na primjer, ako uzmemo u obzir čisti sinusni val s amplitudom

VRMS = 10V

Peak napon postaje

VPK = VRMS * √2 = 10 * 1,414 = 14,14

To jasno možete vidjeti na donjoj slici preuzetoj s wikipedije

Tablica u nastavku iz tablice podataka govori nam da ako je izračunati faktor vrha između 1 i 3, možemo očekivati dodatnu pogrešku od 0,7%, u suprotnom moramo uzeti u obzir 2,5% dodatne pogreške što vrijedi za PWM signal.

Shema za pravi RMS pretvarač pomoću IC AD736

Shema u nastavku za RMS pretvarač preuzeta je iz podatkovne liste i izmijenjena prema našim potrebama.

Komponente potrebne

Sl.br.	Dijelovi	Tip	Količina
1	AD736	IC	1
2	100.000	Otpornik	2
3	10uF	Kondenzator	2
4	100uF	Kondenzator	2
5	33uF	Kondenzator	1
6	9V	Baterija	1
7	Žica s jednim mjeračem	Generički	8
8	Transformator	0 - 4,5 V	1
9	Arduino Nano	Generički	1
10	Breadboard	Generički	1

Pravi efektivni efektivni pretvarač u istosmjerni pretvarač - Praktični proračuni i ispitivanje

Za demonstraciju se koristi sljedeći aparat

Meco 108B + TRMS multimetar
Meco 450B + TRMS multimetar
Hantek 6022BE osciloskop

Kao što je prikazano na shemi, koristi se ulazni prigušivač koji je u osnovi krug djelitelja napona za prigušivanje ulaznog signala AD736 IC, jer je ulazni napon ove IC u punom opsegu 200mV MAX.

Sad kad imamo jasne neke osnovne činjenice o krugu, započnimo s izračunima za praktični sklop.

RMS proračuni za sinusni val 50Hz izmjenične struje

Napon transformatora: 5,481 V efektivno, 50 Hz

Vrijednost otpornika R1: 50,45K

Vrijednost otpornika R1: 220R

Ulazni napon transformatora

Ako ove vrijednosti stavimo u mrežni kalkulator djelitelja napona i izračunamo, dobit ćemo izlazni napon od 0,02355 V ILI 23,55 mV

Sada se jasno mogu vidjeti ulaz i izlaz sklopa.

Na desnoj strani, multimetar Meco 108B + TRMS prikazuje ulazni napon. To je izlaz kruga djelitelja napona.

Na lijevoj strani, multimetar Meco 450B + TRMS prikazuje izlazni napon. To je izlazni napon iz AD736 IC.

Sada možete vidjeti da su gornji teoretski proračun i rezultati multimetra bliski, tako da za čisti sinusni val to potvrđuje teoriju.

Pogreška mjerenja u rezultatima multimetra posljedica je njihove tolerancije i za demonstraciju koristim mrežni ulaz od 230 V, koji se s vremenom vrlo brzo mijenja.

Ako sumnjate, možete zumirati sliku i vidjeti da je multimetar Meco 108B + TRMS u AC modu, a multimetar Meco 450B + TRMS u DC modu.

U ovom trenutku nisam se potrudio koristiti svoj osciloskop hantek 6022BL, jer je osciloskop prilično beskoristan i prikazuje buku samo na ovim niskonaponskim razinama.

Izračuni za PWM signal

Za demonstraciju se PWM signal generira uz pomoć Arduina. Napon ploče Arduino iznosi 4,956 V, a frekvencija gotovo 1 kHz.

Maksimalni napon Arduino ploče: 4.956V, 989.3Hz

Vrijednost otpornika R1: 50,75K

Vrijednost otpornika R1: 220R

Ulazni napon na ploči Arduino

Sada ove vrijednosti stavite u mrežni kalkulator djelitelja napona i izračunajte, dobit ćemo izlazni napon od 0,02141V ILI 21,41mV.

To je vrhunac napon ulazni PWM signala i pronaći RMS napon, moramo jednostavno ga podijelite V2 te se obračunavaju postaje

VRMS = Vm / √2 = 0,02141 / √2 = 0,01514V ili 15,14mV

U teoriji će True-RMS multimetar lako moći izračunati ovu teoretski izračunatu vrijednost, zar ne?

U DC modu

U AC modu

Transformator na slici sjedi tamo i ne radi ništa. Uz to, vidite da sam vrlo lijena osoba.

Pa, u čemu je problem?

Prije nego što netko skoči i kaže da smo pogrešno izračunali, dopustite mi da vam kažem da smo proračune napravili kako treba, a problem je u multimetrima.

U DC načinu rada multimetar jednostavno uzima prosjek ulaznog signala koji možemo izračunati.

Dakle, ulazni napon je 0,02141V i da bi se dobio prosječni napon, on jednostavno pomnoži vrijednost s 0,5.

Tako izračun postaje, TLAK = 0,02141 * 0,5 = 0,010705V Ili 10,70mV

I to je ono što dobivamo na multimetarskom zaslonu.

U načinu izmjenične struje ulazni kondenzator multimetra blokira istosmjerne komponente ulaznog signala, tako da izračun postaje gotovo isti.

Kao što to jasno možete vidjeti, u ovoj su situaciji oba očitavanja apsolutno pogrešna. Dakle, ne možete vjerovati zaslonu multimetra. Zbog toga postoje multimetri s True RMS AC + DC mogućnostima koji mogu lako precizno izmjeriti ovu vrstu valnih oblika. Na primjer, extech 570A je multimetar s True RMS AC + DC mogućnostima.

AD736 je vrsta IC koji se koristi za mjerenje ove vrste ulaznih signala točno. Slika dolje dokaz je teorije.

Sada smo izračunali da je efektivni napon 15,14mV. Ali multimetar pokazuje 15.313mV, jer nismo uzeli u obzir najviši faktor i frekvencijski odziv AD736 IC.

Kako smo izračunali faktor vrha, on iznosi 0,7% izračunate vrijednosti, pa ako računamo, on se svodi na 0,00010598 ili 0,10598mV

Tako, Vout = 15,14 + 0,10598 = 15,2459 mV

Ili

Vout = 15,14 - 0,10598 = 15,0340mV

Dakle, vrijednost koju prikazuje multimetar Meco 450B + očito je unutar raspona pogreške od 0,7%

Arduino kod za generiranje PWM-a

Gotovo sam zaboravio spomenuti da sam ovaj Arduino kôd koristio za generiranje PWM signala s 50% radnog ciklusa.

int OUT_PIN = 2; // kvadratni val s 50% radnog ciklusa void setup () {pinMode (OUT_PIN, OUTPUT); // definiranje pin-a kao izlaza} void loop () {/ * * ako pretvorimo 500 mikrosekundi u sekunde dobit ćemo 0.0005S * sada ako ga stavimo u formulu F = 1 / T * dobit ćemo F = 1 / 0.0005 = 2000 * pin je uključen za 500 uS i isključen za 500 us tako da * frekvencija postane F = 2000/2 = 1000Hz ili 1Khz * * / digitalWrite (OUT_PIN, HIGH); delayMicroseconds (500); digitalWrite (OUT_PIN, LOW); delayMicroseconds (500); }

Ovdje možete saznati više o generiranju PWM-a s Arduinom.

Mjere predostrožnosti

AD736 True RMS u DC pretvarač IC je daleko najskuplja 8-PIN PDIP IC s kojom sam radio.

Nakon što sam potpuno uništio jedan s ESD-om, poduzeo sam odgovarajuće mjere opreza i vezao se za zemlju.

Poboljšanja kruga

Za demonstraciju sam napravio krug u ploči za lemljenje, što se apsolutno ne preporučuje. Zato se mjerna pogreška povećava nakon određenog frekvencijskog područja. Ovaj sklop treba pravilno PCB s pravilnom s tar-terenu avion kako bi se raditi ispravno.

Primjene True RMS u DC pretvarač

Koristi se u

Voltmetri i multimetri visoke preciznosti.
Visoko precizno nesinusoidalno mjerenje napona.

Nadam se da vam se svidio ovaj članak i da ste iz njega naučili nešto novo. Ako sumnjate, možete pitati u komentarima ispod ili možete koristiti naše forume za detaljnu raspravu.

Detaljan videozapis koji prikazuje cjeloviti postupak izračuna dat je u nastavku.