Digitálisan vezérelt lineáris tápegység: 6 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Tizenéves koromban, körülbelül 40 évvel ezelőtt létrehoztam egy kettős lineáris tápegységet. A sematikus diagramot az „Elektuur” nevű folyóiratból kaptam, amelyet ma Hollandiában „Elektor” -nak hívnak. Ez a tápegység egy potenciométert használt a feszültség beállításához, egyet pedig az áram beállításához. Sok év után ezek a potenciométerek már nem működtek megfelelően, ami megnehezítette a stabil kimeneti feszültség elérését. Ez a tápegység a képen látható.

Időközben hobbim részeként felvettem a beágyazott szoftverfejlesztést, a PIC mikrokontrollert és a JAL programozási nyelvet használva. Mivel továbbra is használni akarom a tápegységemet - igen, manapság olcsóbb kapcsolóüzemű változatokat is vásárolhat -, az az ötletem támadt, hogy lecserélem a régi potenciométereket egy digitális verzióra, és így született meg egy új PIC projekt.

A tápfeszültség beállításához egy PIC 16F1823 mikrokontrollert használok, amely 6 nyomógombot használ az alábbiak szerint:

• Egy nyomógomb a kimeneti feszültség be- vagy kikapcsolásához, anélkül, hogy teljesen be- vagy kikapcsolná a tápegységet
• Egy nyomógombbal növelheti a kimeneti feszültséget, egy másik nyomógombbal pedig csökkentheti a kimeneti feszültséget
• Három nyomógomb használható előre beállított értékként. Egy bizonyos kimeneti feszültség beállítása után a pontos feszültség tárolható és lekérhető ezekkel az előre beállított nyomógombokkal

A tápegység 2,4 és 18 volt közötti feszültséget tud adni 2 amper maximális áramerősséggel.

1. lépés: A kezdeti tervezés (0. felülvizsgálat)

Végeztem néhány módosítást az eredeti sematikus diagramon, hogy alkalmas legyen a digitális potenciométerrel történő vezérlésre. Mivel a múltban soha nem használtam az eredeti potenciométert az árambeállításhoz, eltávolítottam, és helyére rögzített ellenállást állítottam be, a maximális áramot 2 amperre korlátozva.

A sematikus diagram a régi, de megbízható LM723 feszültségszabályozó köré épített tápegységet mutatja. Készítettem hozzá nyomtatott áramköri lapot is. Az LM723 hőmérséklet -kompenzált referenciafeszültséggel rendelkezik, áramkorlátozó funkcióval és széles feszültségtartománnyal. Az LM723 referenciafeszültsége a digitális potenciométerhez megy, amelynek az ablaktörlője az LM723 nem invertáló bemenetéhez van csatlakoztatva. A digitális potenciométer értéke 10 kOhm, és 3 vezetékes soros interfész segítségével 0 lépésről 10 kOhm -ra változtatható 100 lépésben.

Ez a tápegység digitális volt- és ampermérővel rendelkezik, amely egy 15 voltos feszültségszabályozóról (IC1) kapja az áramot. Ez a 15 volt a bemenet az 5 voltos feszültségszabályozóhoz (IC5) is, amely a PIC -t és a digitális potenciométert táplálja.

A T1 tranzisztor az LM723 leállítására szolgál, ami a kimeneti feszültséget 0 voltra állítja. Az R9 teljesítményellenállás az áram mérésére szolgál, és feszültségcsökkenést okoz az ellenálláson, amikor áram folyik rajta. Ezt a feszültségcsökkenést használja az LM723, hogy a maximális kimeneti áramot 2 amperre korlátozza.

Ebben a kezdeti kialakításban az elektrolit kondenzátor és a teljesítménytranzisztor (2N3055 típus) nincs a táblán. A sok évvel ezelőtti eredeti tervezésem szerint az elektrolit kondenzátor külön táblán volt, így ezt megtartottam. A teljesítménytranzisztor a hűtőszekrényen kívül van elhelyezve a jobb hűtés érdekében.

A nyomógombok a szekrény előlapján találhatók. Minden nyomógombot magasra húznak a táblán lévő 4k7 ellenállások. A nyomógombok a földhöz vannak csatlakoztatva, ami alacsonyan aktiválja őket.

A projekthez a következő elektronikus alkatrészekre van szüksége (más néven 2. verzió):

• 1 PIC mikrokontroller 16F1823
• 1 db 10k -es digitális potenciométer, X9C103 típus
• Feszültségszabályozók: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• Híd egyenirányító: B80C3300/5000
• Tranzisztorok: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• Diódák: 2 * 1N4004
• Elektrolit kondenzátorok: 1 * 4700 uF/40V, 1 * 4,7 uF/16V
• Kerámia kondenzátorok: 1 * 1 nF, 6 * 100 nF
• Ellenállások: 1 * 100 Ohm, 1 * 820 Ohm, 1 * 1k, 2 * 2k2, 8 * 4k7
• Teljesítményellenállás: 0,33 Ohm / 5 Watt

Terveztem egy nyomtatott áramköri lapot is, amely a mellékelt képernyőképen és képen látható.

2. lépés: A felülvizsgált terv (2. verzió)

Miután megrendeltem a nyomtatott áramköri lapokat, eszembe jutott egy olyan funkció hozzáadása, amelyet „feszültségvédelemnek” nevezek. Mivel még sok programmemória állt rendelkezésre a PIC-ben, úgy döntöttem, hogy a PIC beépített analóg-digitális átalakítóját (ADC) használom a kimeneti feszültség mérésére. Abban az esetben, ha ez a kimeneti feszültség bármilyen okból megemelkedik vagy csökken, az áramellátás leáll. Ez megvédi a csatlakoztatott áramkört a túlfeszültségtől, vagy leállítja a rövidzárlatot. Ez az 1. felülvizsgálat volt, amely a 0. revízió, az eredeti terv kiterjesztése.

Bár a tervezést kenyérsütő deszkával teszteltem (lásd a képet), mégsem voltam elégedett vele. Néha úgy tűnt, hogy a digitális potenciométer nincs mindig pontosan ugyanabban a helyzetben, pl. egy előre beállított érték visszaállításakor. A különbség kicsi volt, de zavaró. A potenciométer értékét nem lehet leolvasni. Némi gondolkodás után hoztam létre felülvizsgálata 2, amely egy kis újratervezése felülvizsgálat 1. Ebben a kialakításban, lásd vázlatos rajz 2. változat, nem használja a digitális potenciométer de régen a beépített digitális-analóg átalakító (DAC) a PIC a kimeneti feszültség vezérlésére az LM723 -on keresztül. Az egyetlen probléma az volt, hogy a PIC16F1823 csak 5 bites DAC-val rendelkezik, ami nem volt elegendő, mert a felfelé és lefelé lépések túl nagyok lennének. Emiatt PIC16F1765-re váltottam, amelynek 10 bites DAC-ja van. Ez a verzió a DAC -val megbízható volt. Továbbra is használhatom a kezdeti nyomtatott áramköri lapot, mivel csak néhány összetevőt kell eltávolítanom, 1 kondenzátort cserélnem és 2 vezetéket kell hozzáadnom (1 vezetékre már szükség volt az 1. verzió feszültségérzékelő funkciójának hozzáadásához). A 15 voltos szabályozót 18 voltos verzióra is kicseréltem, hogy korlátozzam az energiaveszteséget. Lásd a 2. verzió sematikus diagramját.

Tehát ha ezt a formatervezést szeretné használni, akkor a következőt kell tennie a 0. verzióhoz képest:

• Cserélje ki a PIC16F1823 -at egy PIC16F1765 -re
• Opcionális: Cserélje ki a 78L15 -öt egy 78L18 -asra
• Távolítsa el az X9C103 típusú digitális potenciométert
• Távolítsa el az R1 és R15 ellenállásokat
• Cserélje ki a C5 elektrolit kondenzátort 100 nF kerámia kondenzátorra
• Csatlakozás az IC4 13. tű (PIC) és az IC2 5. tű (LM723) között
• Csatlakozás az IC4 3. tű (PIC) és az IC2 4. tű (LM723) között

Frissítettem a nyomtatott áramköri lapot is, de nem ezt a verziót rendeltem, lásd a képernyőképet.

3. lépés: (Dis) összeszerelés

A képen látható a tápegység a frissítés előtt és után. A potenciométerek által készített lyukak eltakarásához egy előlapot tettem a szekrény előlapjának tetejére. Mint látható, kettős tápegységet készítettem, ahol mindkét tápegység teljesen független egymástól. Ez lehetővé teszi, hogy sorba tegyük őket, ha 18 V -nál nagyobb kimeneti feszültségre van szükségem.

A nyomtatott áramköri lapnak köszönhetően könnyű volt összeszerelni az elektronikát. Ne feledje, hogy a nagy elektrolit kondenzátor és a teljesítménytranzisztor nincs a nyomtatott áramköri lapon. A fotón látható, hogy a 2. felülvizsgálathoz egyes alkatrészekre már nincs szükség, és két vezetékre volt szükség, az egyik a feszültségérzékelő funkció hozzáadásához, a másik pedig a digitális potenciométer PIC mikrovezérlő digitális -analóg átalakítója miatt történő cseréje miatt.

Természetesen szüksége van egy transzformátorra, amely képes 18 voltos váltakozó áramú, 2 amper áramellátásra. Eredeti kialakításomban gyűrűs transzformátort használtam, mert hatékonyabbak (de drágábbak is).

4. lépés: A szoftver a felülvizsgálathoz 0

A szoftver a következő fő feladatokat látja el:

• A tápegység kimeneti feszültségének vezérlése a digitális potenciométeren keresztül

• Kezelje a nyomógombok jellemzőit, amelyek:

  • Be-/kikapcsolás. Ez egy kapcsoló funkció, amely a kimeneti feszültséget 0 voltra vagy az utoljára kiválasztott feszültségre állítja
  • Feszültség fel/feszültség le. A gomb minden egyes megnyomásával a feszültség enyhén emelkedik vagy enyhén csökken. Ha ezeket a nyomógombokat lenyomva tartja, az ismétlés funkció aktiválódik
  • Előre beállított tárolás/Előre lekérés. Bármilyen feszültség beállítás tárolható a PIC EEPROM -jában, ha legalább 2 másodpercig lenyomja az előre beállított nyomógombot. Ha rövidebbre nyomja, lekérheti az előre beállított EEPROM értéket, és ennek megfelelően állítja be a kimeneti feszültséget

Bekapcsoláskor a PIC összes csapja bemenetként van beállítva. Annak elkerülése érdekében, hogy a tápegység kimenetén meghatározatlan feszültség legyen, a kimenet 0 V -on marad mindaddig, amíg a PIC be nem kapcsol és a digitális potenciométer inicializálódik. Ezt a kikapcsolást az R14 felhúzó ellenállás biztosítja, amely biztosítja, hogy a T1 tranzisztor leállítsa az LM723-at, amíg a PIC ki nem engedi.

A szoftver többi része előre szorult. A nyomógombok beolvasásra kerülnek, és ha valamit változtatni kell, a digitális potenciométer értéke megváltozik egy három vezetékes soros interfész segítségével. Ne feledje, hogy a digitális potenciométer rendelkezik a beállítások tárolásának lehetőségével is, de ezt nem használja, mivel minden beállítás a PIC EEPROM -ban tárolódik. A potenciométerrel rendelkező interfész nem kínál lehetőséget az ablaktörlő értékének visszaolvasására. Tehát amikor az ablaktörlőt előre be kell állítani egy bizonyos értékre, az első dolog, amit meg kell tenni, az az ablaktörlő visszaállítása a nulla helyzetbe, és ettől kezdve el kell küldeni a lépések számát az ablaktörlő megfelelő helyzetbe állításához.

Annak megakadályozása érdekében, hogy az EEPROM -ot minden gombnyomással megírják, és ezáltal csökkentse az EEPROM élettartamát, az EEPROM -tartalmat 2 másodperccel azután írja be, hogy a nyomógombokat már nem aktiválja. Ez azt jelenti, hogy a nyomógombok utolsó cseréje után várjon legalább 2 másodpercet a tápfeszültség bekapcsolása előtt, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az utolsó beállítás tárolásra került. Bekapcsoláskor a tápegység mindig az EEPROM -ban tárolt utoljára kiválasztott feszültséggel indul.

A JAL forrásfájl és az Intel Hex fájl a PIC programozásához a 0. verzióhoz mellékelve.

5. lépés: A szoftver a felülvizsgálathoz 2

A 2. verzió esetében a szoftver főbb változásai a következők:

• A feszültségérzékelő funkciót úgy adták hozzá, hogy a tápegység kimeneti feszültségét a beállítás után mérték. Ehhez a PIC ADC konverterét használják. Az ADC használatával a szoftver mintákat vesz a kimeneti feszültségről, és ha néhány minta után a kimeneti feszültség körülbelül 0,2 V -tal magasabb vagy alacsonyabb, mint a beállított feszültség, a tápellátás kikapcsol.
• A PIC DAC -jának használata a tápegység kimeneti feszültségének szabályozására a digitális potenciométer használata helyett. Ez a módosítás egyszerűbbé tette a szoftvert, mivel nem volt szükség a 3-vezetékes interfész létrehozására a digitális potenciométerhez.
• Cserélje ki az EEPROM memóriát High Endurance Flash tárolóval. A PIC16F1765-ben nincs EEPROM, de a Flash program egy részét használja a nem felejtő információk tárolására.

Ne feledje, hogy a feszültségérzékelés kezdetben nincs aktiválva. Bekapcsoláskor a következő gombokat nyomják le:

• Be-/kikapcsolás nyomógomb. Ha megnyomja, mindkét feszültségérzékelő funkció kikapcsol.
• Lefelé nyomógomb. Ha megnyomja az alacsony feszültség érzékelőt, aktiválódik.
• Fel nyomógomb. Ha megnyomja a nagyfeszültség -érzékelőt, aktiválódik.

Ezeket a feszültségérzékelési beállításokat a nagy tartósságú vaku tárolja, és a tápellátás újbóli bekapcsolásakor visszahívja őket.

A JAL forrásfájl és az Intel Hex fájl a PIC programozásához a 2. verzióhoz szintén csatolva van.

6. lépés: A végeredmény

A videóban láthatja a tápegység 2. verzióját működés közben, amely a be-/kikapcsolási funkciót, a feszültség fel/le feszültségét és az előre beállított beállítások használatát mutatja. Ehhez a bemutatóhoz ellenállást is csatlakoztattam a tápegységhez, hogy megmutassa, hogy valós áram folyik rajta, és a maximális áram 2 amperre van korlátozva.

Ha szeretné használni a PIC mikrokontrollert a JAL -mal - Pascal -szerű programozási nyelvvel -, látogasson el a JAL webhelyére.

Jó szórakozást ehhez az utasításhoz, és várom a reakciókat és az eredményeket.