Digitalno kontrolirano linearno napajanje: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

U mojim godinama, prije otprilike 40 godina, stvorio sam dvostruko linearno napajanje. Shematski dijagram sam dobio iz časopisa pod nazivom „Elektuur“, koji se danas u Holandiji zove „Elektor“. Ovo napajanje je koristilo jedan potenciometar za podešavanje napona i jedan za podešavanje struje. Nakon mnogo godina ti potenciometri više nisu radili ispravno, što je otežavalo dobivanje stabilnog izlaznog napona. Ovo napajanje je prikazano na slici.

U međuvremenu sam se bavio razvojem ugrađenog softvera kao dio svog hobija, koristeći PIC mikrokontroler i programski jezik JAL. Budući da i dalje želim koristiti svoje napajanje - da, danas možete kupiti jeftinije varijante načina prebacivanja - došao sam na ideju zamijeniti stare potenciometre digitalnom verzijom i tako je nastao novi PIC projekt.

Za podešavanje napona napajanja koristim PIC 16F1823 mikrokontroler koji koristi 6 tipki na sljedeći način:

• Jedno dugme za uključivanje ili isključivanje izlaznog napona bez potrebe za potpunim uključivanjem ili isključivanjem napajanja
• Jedno dugme za povećanje izlaznog napona i jedno dugme za smanjenje izlaznog napona
• Tri tipke koje će se koristiti kao unaprijed postavljene. Nakon što ste postavili određeni izlazni napon, tačni napon se može pohraniti i dohvatiti pomoću ovih unaprijed postavljenih tipki

Napajanje može dati napon između 2,4 V i 18 V s maksimalnom strujom od 2 ampera.

Korak 1: Početni dizajn (revizija 0)

Napravio sam neke izmjene na originalnom shematskom dijagramu kako bih ga učinio prikladnim za upravljanje digitalnim potenciometrom. Budući da u prošlosti nikada nisam koristio originalni potenciometar za podešavanje struje, uklonio sam ga i zamijenio fiksnim otpornikom, ograničavajući maksimalnu struju na 2 ampera.

Shematski dijagram prikazuje napajanje, izgrađeno oko starog, ali pouzdanog regulatora napona LM723. Napravio sam i štampanu ploču za to. LM723 ima referentni napon kompenziran temperaturom sa funkcijom ograničavanja struje i širokim rasponom napona. Referentni napon LM723 ide na digitalni potenciometar čiji je brisač spojen na neinvertirajući ulaz LM723. Digitalni potenciometar ima vrijednost od 10 kOhm i može se promijeniti sa 0 Ohma na 10 kOhm u 100 koraka pomoću 3 -žičnog serijskog sučelja.

Ovaj izvor napajanja ima digitalni mjerač volta i ampera koji svoju snagu prima od 15 voltnog regulatora napona (IC1). Ovaj 15 Volt se također koristi kao ulaz za 5 -voltni regulator napona (IC5) koji napaja PIC i digitalni potenciometar.

Tranzistor T1 koristi se za gašenje LM723 koji dovodi izlazni napon na 0 volti. Snažni otpornik R9 koristi se za mjerenje struje, uzrokujući pad napona na otporniku kada struja protiče kroz njega. Ovaj pad napona koristi LM723 za ograničavanje maksimalne izlazne struje na 2 ampera.

U ovom početnom dizajnu elektrolitički kondenzator i tranzistor snage (tip 2N3055) nisu na ploči. U mom originalnom dizajnu od prije mnogo godina, elektrolitički kondenzator bio je na zasebnoj ploči pa sam to zadržao. Snažni tranzistor je montiran na rashladnu ploču izvan ormara radi boljeg hlađenja.

Tasteri se nalaze na prednjoj ploči ormara. Svako dugme pritisnuto je visoko 4k7 otpornicima na ploči. Gumbi su spojeni na masu što ih čini aktivnima nisko.

Za ovaj projekat su vam potrebne sledeće elektronske komponente (takođe pogledajte reviziju 2):

• 1 PIC mikrokontroler 16F1823
• 1 digitalni potenciometar od 10k, tip X9C103
• Regulatori napona: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• Ispravljač mosta: B80C3300/5000
• Tranzistori: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• Diode: 2 * 1N4004
• Elektrolitički kondenzatori: 1 * 4700 uF/40V, 1 * 4,7 uF/16V
• Keramički kondenzatori: 1 * 1 nF, 6 * 100 nF
• Otpornici: 1 * 100 Ohm, 1 * 820 Ohm, 1 * 1k, 2 * 2k2, 8 * 4k7
• Snažni otpornik: 0,33 Ohm / 5 Watt

Takođe sam dizajnirao štampanu ploču koja je prikazana na priloženom snimku ekrana i slici.

Korak 2: Revidirani dizajn (revizija 2)

Nakon što sam naručio štampane ploče, došao sam na ideju da dodam funkciju koju nazivam „zaštita od napona“. Budući da sam u PIC-u imao još dosta programske memorije, odlučio sam upotrijebiti ugrađeni analogno-digitalni pretvarač (ADC) ugrađen u PIC za mjerenje izlaznog napona. U slučaju da se izlazni napon - iz bilo kojeg razloga - poveća ili smanji, napajanje se isključuje. Ovo će zaštititi spojeno kolo od prenapona ili će zaustaviti bilo koji kratki spoj. Ovo je bila revizija 1 koja je proširenje na reviziju 0, početni dizajn.

Iako sam testirao dizajn pomoću ploče (vidi sliku), još uvijek nisam bio zadovoljan s njim. Ponekad se činilo da digitalni potenciometar nije uvijek na potpuno istom položaju, npr. pri vraćanju unaprijed postavljene vrijednosti. Razlika je bila mala, ali uznemirujuća. Nije moguće očitati vrijednost potenciometra. Nakon nekog razmišljanja stvorio sam reviziju 2 koja je mali redizajn revizije 1. U ovom dizajnu, pogledajte shematski dijagram revizije 2, nisam koristio digitalni potenciometar, ali sam koristio ugrađeni digitalno-analogni pretvarač (DAC) PIC za kontrolu izlaznog napona preko LM723. Jedini problem je bio što PIC16F1823 ima samo 5-bitni DAC koji nije bio dovoljan jer bi koraci prema gore i prema dolje bili preveliki. Zbog toga sam prešao na PIC16F1765 koji ima 10-bitni DAC na ploči. Ova verzija s DAC -om bila je pouzdana. I dalje bih mogao koristiti početnu tiskanu ploču jer mi je potrebno samo ukloniti neke komponente, zamijeniti 1 kondenzator i dodati 2 žice (1 žica je već bila potrebna za dodavanje značajke detekcije napona revizije 1). Također sam promijenio regulator od 15 Volti u verziju od 18 Volta kako bih ograničio rasipanje snage. Pogledajte shematski dijagram revizije 2.

Dakle, ako želite ići na ovaj dizajn, morate učiniti sljedeće u odnosu na reviziju 0:

• Zamijenite PIC16F1823 sa PIC16F1765
• Opcionalno: Zamijenite 78L15 78L18
• Uklonite digitalni potenciometar tipa X9C103
• Uklonite otpornike R1 i R15
• Zamijenite elektrolitički kondenzator C5 keramičkim kondenzatorom od 100 nF
• Povežite IC4 pin 13 (PIC) sa IC2 pin 5 (LM723)
• Ostvarite vezu između IC4 pina 3 (PIC) sa IC2 pina 4 (LM723)

Takođe sam ažurirao štampanu ploču, ali nisam naručio ovu verziju, pogledajte snimak ekrana.

Korak 3: (Dis) montaža

Na slici vidite napajanje prije i poslije nadogradnje. Za pokrivanje rupa koje su napravili potenciometri dodala sam prednju ploču na vrhu prednje ploče ormara. Kao što vidite, napravio sam dvostruko napajanje gdje su oba izvora napajanja potpuno nezavisna jedno od drugog. To omogućuje njihovo stavljanje u seriju u slučaju da mi treba veći izlazni napon od 18 Volti.

Zbog štampane ploče bilo je lako sastaviti elektroniku. Upamtite da veliki elektrolitski kondenzator i tranzistor za napajanje nisu na štampanoj ploči. Fotografija pokazuje da za reviziju 2 neke komponente više nisu potrebne te su bile potrebne 2 žice jedna za dodavanje značajke otkrivanja napona, a druga zbog zamjene digitalnog potenciometra digitalno -analognim pretvaračem PIC mikrokontrolera.

Naravno potreban vam je transformator koji može napajati 18 Volt AC, 2 Ampera. U svom originalnom dizajnu koristio sam transformator s jezgrom s prstenom jer su učinkovitiji (ali i skuplji).

Korak 4: Softver za reviziju 0

Softver obavlja sljedeće glavne zadatke:

• Upravljanje izlaznim naponom napajanja putem digitalnog potenciometra

• Upravljajte značajkama tipki koje su:

  • Uključivanje/isključivanje napajanja. Ovo je preklopna funkcija koja postavlja izlazni napon na 0 V ili na posljednji odabrani napon
  • Povećanje napona/smanjenje napona. Svakim pritiskom na dugme napon se blago povećava ili blago smanjuje. Kada ovi gumbi ostanu pritisnuti, aktivira se funkcija ponavljanja
  • Pohranjivanje unaprijed/pohranjivanje unaprijed. Bilo koja postavka napona može se pohraniti u EEPROM PIC -a pritiskom na prethodno postavljeno dugme najmanje 2 sekunde. Ako ga pritisnete kraće, dohvatit ćete vrijednost EEPROM -a za tu unaprijed postavljenu postavku i prema tome postaviti izlazni napon

Prilikom uključivanja, svi pinovi PIC -a su postavljeni kao ulazni. Kako bi se spriječilo da je na izlazu napajanja prisutan nedefinirani napon, izlaz ostaje na 0 Volta dok se PIC ne pokrene i dok se digitalni potenciometar ne pokrene. Ovo smanjenje snage postiže se pull-up otpornikom R14 koji osigurava da tranzistor T1 isključi LM723 sve dok ga PIC ne otpusti.

Ostatak softvera je naprijed. Skeniraju se gumbi i ako se nešto mora promijeniti, vrijednost digitalnog potenciometra se mijenja pomoću trožilnog serijskog sučelja. Imajte na umu da digitalni potenciometar također ima mogućnost spremanja postavki, ali se to ne koristi jer su sve postavke pohranjene u EEPROM -u PIC -a. Sučelje s potenciometrom ne nudi mogućnost čitanja vrijednosti brisača natrag. Dakle, kad god brisač treba biti namješten na određenu vrijednost, prva stvar koju treba učiniti je brisač vratiti u nulti položaj i od tog trenutka poslati broj koraka kako bi brisač stavio u ispravan položaj.

Kako biste spriječili upisivanje EEPROM -a svakim pritiskom na gumb, a time i smanjili vijek trajanja EEPROM -a, sadržaj EEPROM -a se upisuje 2 sekunde nakon što se gumbi više ne aktiviraju. To znači da nakon posljednje promjene tipki obavezno pričekajte najmanje 2 sekunde prije uključivanja napajanja kako biste bili sigurni da je zadnja postavka spremljena. Kada je uključeno, napajanje će uvijek započeti s zadnjim odabranim naponom pohranjenim u EEPROM -u.

Priložene su JAL izvorna datoteka i Intel Hex datoteka za programiranje PIC -a za reviziju 0.

Korak 5: Softver za reviziju 2

Za reviziju 2, glavne promjene u softveru su sljedeće:

• Funkcija otkrivanja napona dodana je mjerenjem izlaznog napona napajanja nakon što je postavljeno. Za to se koristi ADC pretvarač PIC -a. Pomoću ADC -a softver uzima uzorke izlaznog napona i ako je nakon nekoliko uzoraka izlazni napon za oko 0,2 volta veći ili niži od postavljenog napona, napajanje se isključuje.
• Korištenje DAC -a PIC -a za kontrolu izlaznog napona napajanja umjesto korištenja digitalnog potenciometra. Ova je izmjena pojednostavila softver jer nije bilo potrebe za stvaranjem trožilnog sučelja za digitalni potenciometar.
• Zamenite skladište u EEPROM -u skladištenjem u Flash -u High Endurance Flash. PIC16F1765 nema ugrađen EEPROM, ali koristi dio programa Flash za pohranu nepromjenjivih informacija.

Imajte na umu da otkrivanje napona nije aktivirano u početku. Prilikom uključivanja provjerava se da li su pritisnuti sljedeći gumbi:

• Taster za uključivanje/isključivanje. Ako se pritisne, obje značajke detekcije napona su isključene.
• Dugme za dole. Ako se pritisne, aktivira se detekcija niskog napona.
• Taster gore. Ako se pritisne, aktivira se detekcija visokog napona.

Ove postavke otkrivanja napona pohranjene su u bljeskalici velike izdržljivosti i opozivaju se kada se napajanje ponovo uključi.

Izvorna datoteka JAL -a i Intel Hex datoteka za programiranje PIC -a za reviziju 2 su također priložene.

Korak 6: Konačni rezultat

U videu vidite reviziju napajanja 2 na djelu, ona prikazuje funkciju uključivanja/isključivanja, povećanje napona/smanjenje napona i upotrebu unaprijed postavljenih postavki. Za ovu demonstraciju također sam priključio otpornik na napajanje kako bih pokazao da kroz njega protiče stvarna struja i da je maksimalna struja ograničena na 2 ampera.

Ako ste zainteresirani za korištenje PIC mikrokontrolera s JAL -om - programskim jezikom sličnim Pascalu - posjetite web stranicu JAL -a.

Zabavite se čineći ovaj Instructable i radujemo se vašim reakcijama i rezultatima.