Monitor mocy prądu stałego (32 V/2 A) z alarmem

Monitor zbudowano w oparciu o układ scalony LT2940. Ma on wbudowaną moduł mnożący dwa sygnały, obliczający moc z definicji P=U×I. Jedno z wejść służy do pomiaru prądu z bocznika (I±) o czułości minimalnej 0,2 V, a drugie do pomiaru napięcia z dzielnika (V±) o maksymalnym zakresie 8 V. Optymalne warunki pracy modułu mnożącego zawierają się w zakresie 0,4 V², co umożliwia dobór zakresu mierzonej mocy i optymalizację strat w rezystorze pomiarowym. Sygnałem wyjściowym układu jest prąd (Pmon) w zakresie do 200 μA. Do dyspozycji jest także wyjście z przetworzonym prądem (Imon) oraz komparator umożliwiający sygnalizację przekroczonego progu mocy lub prądu.

Schemat ideowy modułu monitora mocy pokazano na rysunku 1. Prototyp służy do pomiaru mocy pobieranej z akumulatora o napięciu 24 V, ale może też służyć do innych zastosowań, w których napięcie zasilania zawiera się w granicach 6…32 V, a prąd obciążenia 0…2 A. Akumulator jest dołączony do wyprowadzeń 1–3 gniazda PMON, obciążenie do wyprowadzeń 2–3. Wyprowadzenie 3 to masa układu pomiarowego. Rezystor R1=25 mΩ/2 W jest bocznikiem prądowym. Dla zmniejszenia strat założono czułość wejścia pomiaru prądu wynoszącą 50 mV, (współczynnik przetwarzania prądu ki=R1=0,025 Ω).

Rysunek 1. Schemat ideowy monitora mocy

Dzielnik R3/R4 ustala czułość wejścia pomiaru napięcia na 8 V (współczynnik przetwarzania napięcia ku=R4/R3+R4=0,25). Zakres mierzonej mocy to 64 W. Rezystor R6 służy do konwersji prądu na napięcie odpowiadające mocy (w modelu 0…5 V). Równolegle do rezystora R6 dołączono dzielnik R7/R8, RV1 ustalający próg sygnalizacji przekroczenia mocy. Wpływ dzielnika musi być uwzględniony w konwersji. W wypadku wykorzystania miernika wychyłowego (o czułości 200 μA) rezystor R6 służy do dopasowania zakresu dla ustrojów pomiarowych o czułości większej od 200 μA. Napięcie po konwersji POUT oraz wyjście komparatora mocy (OC) doprowadzone są do gniazda OUT, próg zadziałania komparatora to 1,24 V. Rezystor R5 ogranicza traconą moc w U1, gdy napięcie zasilania jest wyższe od 15 V i może zostać zastąpiony zworą przy napięciach niższych.

Rysunek 2. Schemat montażowy monitora mocy

Moduł zmontowany jest na niewielkiej płytce drukowanej. Rozmieszczenie elementów pokazano na rysunku 2. Moduł nie wymaga uruchamiania – istotny jest tylko dokładny dobór rezystorów ze względu na dokładność przetwarzania. Łatwo, przez dobór wartości elementów, moduł można dostosować do pomiaru mocy w innych zakresach. Szczegółów należy szukać w nocie aplikacyjnej LT2940.

Adam Tatuś, EP