Digitāli vadāms lineārais barošanas avots: 6 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Pusaudžu gados, apmēram pirms 40 gadiem, es izveidoju duālu lineāru barošanas avotu. Shematisko shēmu ieguvu no žurnāla “Elektuur”, kas mūsdienās Nīderlandē saucas “Elektor”. Šis barošanas avots izmantoja vienu potenciometru sprieguma regulēšanai un vienu - strāvas regulēšanai. Pēc daudziem gadiem šie potenciometri vairs nedarbojās pareizi, tāpēc bija grūti iegūt stabilu izejas spriegumu. Šis barošanas avots ir parādīts attēlā.

Pa to laiku es savā hobijā izvēlējos iegultās programmatūras izstrādi, izmantojot PIC mikrokontrolleru un JAL programmēšanas valodu. Tā kā es joprojām gribu izmantot savu barošanas avotu - jā, mūsdienās jūs varat iegādāties lētākus slēdža režīma variantus -, man radās ideja vecos potenciometrus aizstāt ar digitālo versiju, un tā radās jauns PIC projekts.

Barošanas avota sprieguma regulēšanai es izmantoju PIC 16F1823 mikrokontrolleru, kas izmanto 6 spiedpogas:

• Viena spiedpoga izejas sprieguma ieslēgšanai vai izslēgšanai bez nepieciešamības pilnībā ieslēgt vai izslēgt strāvas padevi
• Viena spiedpoga, lai palielinātu izejas spriegumu, un vēl viena, lai samazinātu izejas spriegumu
• Trīs spiedpogas jāizmanto kā iepriekš iestatītas. Pēc noteikta izejas sprieguma iestatīšanas šo precīzo spriegumu var saglabāt un iegūt, izmantojot šīs iepriekš iestatītās spiedpogas

Barošanas avots spēj izvadīt spriegumu no 2,4 līdz 18 voltiem ar maksimālo strāvu 2 ampēri.

1. darbība. Sākotnējais dizains (0. redakcija)

Es veicu dažas izmaiņas sākotnējā shematiskajā diagrammā, lai tā būtu piemērota, lai to kontrolētu ar digitālo potenciometru. Tā kā agrāk neesmu izmantojis sākotnējo potenciometru pašreizējai regulēšanai, es to noņēmu un nomainīju ar fiksētu rezistoru, maksimālo strāvu ierobežojot līdz 2 ampēriem.

Shematiskā diagramma parāda barošanas avotu, kas būvēts ap veco, bet uzticamo LM723 sprieguma regulatoru. Es tam izveidoju arī iespiedshēmas plati. LM723 ir temperatūras kompensēts atskaites spriegums ar strāvas ierobežošanas funkciju un plašu sprieguma diapazonu. LM723 atskaites spriegums iet uz digitālo potenciometru, kura tīrītājs ir pievienots LM723 neinvertējošai ieejai. Digitālā potenciometra vērtība ir 10 kOhm, un to var mainīt no 0 omiem uz 10 kOhm 100 soļos, izmantojot 3 vadu seriālo interfeisu.

Šim barošanas avotam ir digitālais voltu un ampēru mērītājs, kas saņem jaudu no 15 voltu sprieguma regulatora (IC1). Šie 15 volti tiek izmantoti arī kā ieeja 5 voltu sprieguma regulatoram (IC5), kas darbina PIC un digitālo potenciometru.

Tranzistoru T1 izmanto, lai izslēgtu LM723, kas izejas spriegumu samazina līdz 0 voltiem. Jaudas rezistors R9 tiek izmantots strāvas mērīšanai, izraisot sprieguma kritumu pār rezistoru, kad caur to plūst strāva. Šo sprieguma kritumu LM723 izmanto, lai ierobežotu maksimālo izejas strāvu līdz 2 ampēriem.

Šajā sākotnējā konstrukcijā nav iekļauts elektrolītiskais kondensators un jaudas tranzistors (tips 2N3055). Manā sākotnējā dizainā, kas bija pirms daudziem gadiem, elektrolītiskais kondensators bija uz atsevišķas plates, tāpēc es to saglabāju. Jaudas tranzistors ir uzstādīts uz dzesēšanas plāksnes ārpus skapja, lai nodrošinātu labāku dzesēšanu.

Spiedpogas atrodas skapja priekšējā panelī. Katru spiedpogu augstu paceļ 4k7 rezistori uz tāfeles. Spiedpogas ir savienotas ar zemi, kas padara tās zemas.

Šim projektam ir nepieciešami šādi elektroniskie komponenti (arī 2. redakcija):

• 1 PIC mikrokontrolleris 16F1823
• 1 digitālais potenciometrs 10k, tips X9C103
• Sprieguma regulatori: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• Tilta taisngriezis: B80C3300/5000
• Tranzistori: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• Diodes: 2 * 1N4004
• Elektrolītiskie kondensatori: 1 * 4700 uF/40V, 1 * 4,7 uF/16V
• Keramikas kondensatori: 1 * 1 nF, 6 * 100 nF
• Rezistori: 1 * 100 omi, 1 * 820 omi, 1 * 1k, 2 * 2k2, 8 * 4k7
• Jaudas rezistors: 0,33 omi / 5 vati

Es arī izstrādāju iespiedshēmas plati, kas parādīta pievienotajā ekrānuzņēmumā un attēlā.

2. darbība. Pārskatītais dizains (2. redakcija)

Pēc iespiedshēmas plates pasūtīšanas man radās ideja pievienot funkciju, ko saucu par “sprieguma aizsardzību”. Tā kā PIC vēl bija daudz programmas atmiņas, es nolēmu izmantot PIC iebūvēto analogo ciparu pārveidotāju (ADC), lai izmērītu izejas spriegumu. Gadījumā, ja šis izejas spriegums kāda iemesla dēļ paaugstinās vai samazinās, strāvas padeve tiek izslēgta. Tas pasargās pievienoto ķēdi no pārsprieguma vai pārtrauks jebkuru īssavienojumu. Tas bija 1. redakcija, kas ir paplašinājums 0. pārskatīšanai, sākotnējam dizainam.

Lai gan es pārbaudīju dizainu, izmantojot maizes dēli (skat. Attēlu), es joprojām nebiju apmierināts ar to. Dažreiz šķita, ka digitālais potenciometrs ne vienmēr atrodas tieši tajā pašā pozīcijā, piem. atjaunojot iepriekš iestatītu vērtību. Atšķirība bija maza, bet satraucoša. Potenciometra vērtību nav iespējams nolasīt. Pēc dažām pārdomām es izveidoju 2. versiju, kas ir neliela 1. pārskatīšanas pārprojektēšana. Šajā dizainā, skatiet shematiskās diagrammas 2. versiju, es neizmantoju digitālo potenciometru, bet es izmantoju iebūvēto digitālā analogā pārveidotāju (DAC) PIC, lai kontrolētu izejas spriegumu, izmantojot LM723. Vienīgā problēma bija tā, ka PIC16F1823 ir tikai 5 bitu DAC, kas nebija pietiekams, jo augšup un lejup pakāpieni būtu pārāk lieli. Tāpēc es pārgāju uz PIC16F1765, kurā ir 10 bitu DAC. Šī versija ar DAC bija uzticama. Es joprojām varētu izmantot sākotnējo iespiedshēmas plati, jo man ir jānoņem tikai daži komponenti, jānomaina 1 kondensators un jāpievieno 2 vadi (1 vads jau bija vajadzīgs, lai pievienotu 1. pārskatīšanas sprieguma noteikšanas funkciju). Es arī nomainīju 15 voltu regulatoru uz 18 voltu versiju, lai ierobežotu jaudas izkliedi. Skatiet 2. redakcijas shematisko diagrammu.

Tātad, ja vēlaties izmantot šo dizainu, jums ir jāveic šādas darbības, salīdzinot ar 0 versiju:

• Nomainiet PIC16F1823 ar PIC16F1765
• Pēc izvēles: nomainiet 78L15 ar 78L18
• Noņemiet X9C103 tipa digitālo potenciometru
• Noņemiet rezistorus R1 un R15
• Nomainiet elektrolītisko kondensatoru C5 ar keramikas kondensatoru 100 nF
• Izveidojiet savienojumu starp IC4 13. tapu (PIC) un IC2 5. tapu (LM723)
• Izveidojiet savienojumu starp IC4 3. tapu (PIC) un IC2 4. tapu (LM723)

Es arī atjaunināju iespiedshēmas plati, bet nepasūtīju šo versiju, skatiet ekrānuzņēmumu.

3. solis: (Dis) montāža

Attēlā redzat barošanas avotu pirms un pēc jaunināšanas. Lai aizvērtu potenciometru veidotos caurumus, es skapja priekšējā paneļa augšpusē pievienoju priekšējo paneli. Kā redzat, es biju izveidojis dubultu barošanas avotu, kurā abi barošanas avoti ir pilnīgi neatkarīgi viens no otra. Tas ļauj tos salikt virknē, ja man ir nepieciešams augstāks izejas spriegums nekā 18 volti.

Drukātās shēmas plates dēļ bija viegli salikt elektroniku. Atcerieties, ka lielais elektrolītiskais kondensators un jaudas tranzistors neatrodas uz iespiedshēmas plates. Fotoattēls parāda, ka 2. pārskatīšanai daži komponenti vairs nav vajadzīgi, un divi vadi bija vajadzīgi viens, lai pievienotu sprieguma noteikšanas funkciju, un otrs, jo digitālais potenciometrs tika aizstāts ar PIC mikrokontrollera digitālo analogo pārveidotāju.

Protams, jums ir nepieciešams transformators, kas spēj piegādāt 18 voltu maiņstrāvu, 2 ampērus. Sākotnējā dizainā es izmantoju gredzenveida transformatoru, jo tie ir efektīvāki (bet arī dārgāki).

4. darbība: programmatūra pārskatīšanai 0

Programmatūra veic šādus galvenos uzdevumus:

• Strāvas padeves izejas sprieguma kontrole, izmantojot digitālo potenciometru

• Rīkojieties ar spiedpogu funkcijām, kas ir:

  • Barošana ieslēgta/izslēgta. Šī ir pārslēgšanas funkcija, kas nosaka izejas spriegumu uz 0 voltu vai pēdējo izvēlēto spriegumu
  • Spriegums uz augšu/Spriegums uz leju. Ar katru pogas nospiešanu spriegums nedaudz palielinās vai nedaudz pazeminās. Kad šīs spiedpogas paliek nospiestas, tiek aktivizēta atkārtošanas funkcija
  • Iepriekš iestatīts veikals/Iepriekš iestatīta izgūšana. Jebkuru sprieguma iestatījumu var saglabāt PIC EEPROM, nospiežot iepriekš iestatīto spiedpogu vismaz 2 sekundes. Nospiežot to īsāk, tiks iegūta šī iepriekš iestatītā EEPROM vērtība un atbilstoši iestatīts izejas spriegums

Ieslēdzot, visas PIC tapas tiek iestatītas kā ieeja. Lai novērstu nenoteikta sprieguma klātbūtni barošanas avota izejā, izeja paliek pie 0 voltu, līdz PIC darbojas un darbojas un tiek inicializēts digitālais potenciometrs. Šo strāvas padevi nodrošina pievilkšanas rezistors R14, kas nodrošina, ka tranzistors T1 izslēdz LM723, līdz PIC to atbrīvo.

Pārējā programmatūra ir saspringta uz priekšu. Spiež pogas un, ja kaut kas ir jāmaina, digitālā potenciometra vērtība tiek mainīta, izmantojot trīs vadu seriālo saskarni. Ņemiet vērā, ka digitālajam potenciometram ir arī iespēja saglabāt iestatījumu, taču tas netiek izmantots, jo visi iestatījumi tiek saglabāti PIC EEPROM. Saskarne ar potenciometru nepiedāvā iespēju nolasīt tīrītāja vērtību atpakaļ. Tāpēc vienmēr, kad tīrītājam ir jāiestata noteikta vērtība, pirmā lieta, kas jādara, ir tīrītāja atgriešana nulles pozīcijā un no šī brīža nosūtīt soļu skaitu, lai tīrītāju novietotu pareizajā stāvoklī.

Lai novērstu EEPROM rakstīšanu ar katru pogas nospiešanu un tādējādi saīsinātu EEPROM kalpošanas laiku, EEPROM saturs tiek rakstīts 2 sekundes pēc tam, kad spiedpogas vairs nav aktivizētas. Tas nozīmē, ka pēc pēdējās spiedpogu nomaiņas noteikti nogaidiet vismaz 2 sekundes pirms strāvas pārslēgšanas, lai pārliecinātos, ka pēdējais iestatījums ir saglabāts. Ieslēdzot, barošana vienmēr sāksies ar pēdējo izvēlēto spriegumu, kas saglabāts EEPROM.

Ir pievienots JAL avota fails un Intel Hex fails PIC programmēšanai 0 pārskatīšanai.

5. darbība. Programmatūra 2. pārskatīšanai

Otrajā pārskatā galvenās programmatūras izmaiņas ir šādas:

• Sprieguma noteikšanas funkcija tika pievienota, mērot barošanas avota izejas spriegumu pēc tā iestatīšanas. Šim nolūkam tiek izmantots PIC ADC pārveidotājs. Izmantojot ADC, programmatūra ņem izejas sprieguma paraugus, un, ja pēc dažiem paraugiem izejas spriegums ir par aptuveni 0,2 V augstāks vai zemāks par iestatīto spriegumu, strāvas padeve tiek izslēgta.
• Izmantojot PIC DAC, lai kontrolētu barošanas avota izejas spriegumu, nevis izmantojot digitālo potenciometru. Šīs izmaiņas padarīja programmatūru vienkāršāku, jo nebija nepieciešams izveidot 3 vadu saskarni digitālajam potenciometram.
• Nomainiet krātuvi EEPROM ar krātuvi High Endurance Flash. PIC16F1765 nav iebūvēts EEPROM, bet neizmantojamas informācijas glabāšanai tiek izmantota daļa no programmas Flash.

Ņemiet vērā, ka sprieguma noteikšana sākotnēji nav aktivizēta. Ieslēdzot, tiek pārbaudīts, vai tiek nospiestas šādas pogas:

• Ieslēgšanas/izslēgšanas spiedpoga. Nospiežot, abas sprieguma noteikšanas funkcijas tiek izslēgtas.
• Nospiediet pogu uz leju. Nospiežot, tiek aktivizēta zemsprieguma noteikšana.
• Uz augšu spiedpoga. Nospiežot, tiek aktivizēta augstsprieguma noteikšana.

Šie sprieguma noteikšanas iestatījumi tiek saglabāti augstas izturības zibspuldzē un tiek atsaukti, kad atkal tiek ieslēgta barošana.

Pievienots arī JAL avota fails un Intel Hex fails PIC programmēšanai 2. pārskatīšanai.

6. solis: gala rezultāts

Videoklipā redzat, kā darbojas strāvas padeves 2. redakcija, tā parāda ieslēgšanas/izslēgšanas funkciju, sprieguma palielināšanu/samazināšanu un iepriekš iestatīto iestatījumu izmantošanu. Šai demonstrācijai es arī pievienoju strāvas padevei rezistoru, lai parādītu, ka caur to plūst reālā strāva un ka maksimālā strāva ir ierobežota līdz 2 ampēriem.

Ja vēlaties izmantot PIC mikrokontrolleru ar JAL - Pascal līdzīgu programmēšanas valodu - apmeklējiet JAL vietni.

Izklaidējieties, padarot šo pamācību un gaidām jūsu reakcijas un rezultātus.