Digitaalselt juhitav lineaarne toiteallikas: 6 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Oma teismelise aasta jooksul, umbes 40 aastat tagasi, lõin kahekordse lineaarse toiteallika. Skemaatilise skeemi sain ajakirjast „Elektuur”, tänapäeval Hollandis nimega „Elektor”. See toiteallikas kasutas pinge reguleerimiseks ühte potentsiomeetrit ja voolu reguleerimiseks ühte. Paljude aastate pärast ei töötanud need potentsiomeetrid enam õigesti, mis raskendas stabiilse väljundpinge saamist. See toiteallikas on näidatud pildil.

Vahepeal võtsin oma hobi osana sisse sisseehitatud tarkvaraarenduse, kasutades PIC -mikrokontrollerit ja JAL -i programmeerimiskeelt. Kuna ma tahan endiselt kasutada oma toiteplokki - jah, tänapäeval saab osta odavamaid lülitusrežiimi variante -, siis tekkis mul mõte asendada vanad potentsiomeetrid digitaalse versiooniga ja nii sündis uus PIC -projekt.

Toiteallika pinge reguleerimiseks kasutan PIC 16F1823 mikrokontrollerit, mis kasutab 6 nuppu:

• Üks nupp väljundpinge sisse- või väljalülitamiseks, ilma et oleks vaja toiteallikat täielikult sisse või välja lülitada
• Üks nupp väljundpinge suurendamiseks ja teine nupp väljundpinge vähendamiseks
• Eelseadistustena saab kasutada kolme nuppu. Pärast teatud väljundpinge seadistamist saab täpset pinget salvestada ja hankida nende eelseadistatud nuppude abil

Toiteallikas on võimeline väljastama pinget vahemikus 2,4–18 volti, maksimaalse vooluga 2 amprit.

1. samm: esialgne disain (versioon 0)

Tegin esialgsesse skemaatilisse skeemi mõningaid muudatusi, et see sobiks selle digitaalse potentsiomeetriga juhtimiseks. Kuna ma ei kasutanud varem voolu reguleerimiseks originaalset potentsiomeetrit, eemaldasin selle ja asendasin selle fikseeritud takistiga, piirates maksimaalset voolu 2 A -ni.

Skemaatiline diagramm näitab toiteallikat, mis on ehitatud vana, kuid usaldusväärse pingeregulaatori LM723 ümber. Lõin selle jaoks ka trükkplaadi. LM723 -l on temperatuuri kompenseeritud võrdluspinge, millel on voolu piirav funktsioon ja lai pingevahemik. LM723 võrdluspinge läheb digitaalsele potentsiomeetrile, mille klaasipuhasti on ühendatud LM723 mitteinverteeriva sisendiga. Digitaalse potentsiomeetri väärtus on 10 kOhm ja seda saab muuta 3 -juhtmelise jadaliidese abil 100 sammuga 0 oomi asemel 10 kOhm.

Sellel toiteallikal on digitaalne volt- ja ampermõõtur, mis saab oma toite 15 -voldisest pingeregulaatorist (IC1). Seda 15 volti kasutatakse ka sisendina 5 -voldise pinge regulaatorile (IC5), mis toidab PIC -i ja digitaalset potentsiomeetrit.

Transistorit T1 kasutatakse LM723 väljalülitamiseks, mis viib väljundpinge 0 V -ni. Voolutakistust R9 kasutatakse voolu mõõtmiseks, põhjustades pinge languse üle takisti, kui vool läbi selle voolab. Seda pingelangust kasutab LM723 maksimaalse väljundvoolu piiramiseks 2 A -ni.

Selles esialgses konstruktsioonis pole plaadil elektrolüütkondensaatorit ja jõutransistorit (tüüp 2N3055). Minu paljude aastate taguses esialgses disainis oli elektrolüütkondensaator eraldi plaadil, nii et ma jätsin selle alles. Jõutransistor on paigaldatud jahutusplaadile väljaspool kappi paremaks jahutamiseks.

Nupud asuvad kapi esipaneelil. Tahvli 4k7 takistid tõmbavad iga vajutusnupu kõrgele. Nupud on ühendatud maandusega, mis muudab need madalaks.

Selle projekti jaoks vajate järgmisi elektroonilisi komponente (ka versioon 2):

• 1 PIC mikrokontroller 16F1823
• 1 10k digitaalne potentsiomeeter, tüüp X9C103
• Pingeregulaatorid: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• Silla alaldi: B80C3300/5000
• Transistorid: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• Dioodid: 2 * 1N4004
• Elektrolüütkondensaatorid: 1 * 4700 uF/40V, 1 * 4,7 uF/16V
• Keraamilised kondensaatorid: 1 * 1 nF, 6 * 100 nF
• Takistid: 1 * 100 oomi, 1 * 820 oomi, 1 * 1 k, 2 * 2 k2, 8 * 4 k7
• Võimsustakisti: 0,33 oomi / 5 vatti

Samuti kavandasin trükkplaadi, mis on näidatud lisatud ekraanipildil ja pildil.

2. etapp: muudetud disain (2. versioon)

Pärast trükkplaatide tellimist tuli mul idee lisada funktsioon, mida nimetan pingekaitseks. Kuna mul oli PIC-s veel palju programmimälu, otsustasin väljundpinge mõõtmiseks kasutada PIC-i sisseehitatud analoog-digitaalmuundurit (ADC). Kui see väljundpinge mingil põhjusel tõuseb või langeb, lülitatakse toide välja. See kaitseb ühendatud vooluahelat ülepinge eest või peatab lühise. See oli versioon 1, mis on täiendus versioonile 0, esialgsele kujundusele.

Kuigi ma katsetasin disaini leivaplaadi abil (vt pilti), ei jäänud ma sellega siiski rahule. Mõnikord tundus, et digitaalne potentsiomeeter ei ole alati täpselt samas asendis, nt. eelseadistatud väärtuse taastamisel. Vahe oli väike, kuid häiriv. Potentsiomeetri väärtust pole võimalik lugeda. Pärast mõningast mõtlemist lõin versiooni 2, mis on redaktsiooni 1 väike ümberkujundamine. Selles konstruktsioonis vaadake skemaatilise diagrammi 2. versiooni, ma ei kasutanud digitaalset potentsiomeetrit, vaid kasutasin seadme sisseehitatud digitaal-analoogmuundurit (DAC) PIC väljundpinge juhtimiseks LM723 kaudu. Ainus probleem oli see, et PIC16F1823-l on ainult 5-bitine DAC, mis ei olnud piisav, kuna üles- ja allaastmed oleksid liiga suured. Seetõttu läksin üle PIC16F1765-le, mille pardal on 10-bitine DAC. See DAC -iga versioon oli usaldusväärne. Ma saaksin ikkagi kasutada esialgset trükkplaati, kuna mul on vaja eemaldada ainult mõned komponendid, vahetada välja 1 kondensaator ja lisada 2 juhtmest (1 juhtmest oli juba vaja 1 versiooni pinge tuvastamise funktsiooni lisamiseks). Vahetasin ka 15 -voldise regulaatori 18 -voldisele versioonile, et piirata võimsuse hajumist. Vaadake 2. versiooni skemaatilist diagrammi.

Nii et kui soovite seda disaini kasutada, peate võrreldes versiooniga 0 tegema järgmist:

• Asendage PIC16F1823 PIC16F1765 vastu
• Valikuline: asendage 78L15 mudeliga 78L18
• Eemaldage digitaalne potentsiomeeter tüüp X9C103
• Eemaldage takistid R1 ja R15
• Asendage elektrolüütkondensaator C5 100 nF keraamilise kondensaatoriga
• Looge ühendus IC4 pin 13 (PIC) ja IC2 pin 5 (LM723) vahel
• Looge ühendus IC4 pin 3 (PIC) ja IC2 pin 4 (LM723) vahel

Uuendasin ka trükkplaati, kuid ei tellinud seda versiooni, vt ekraanipilti.

3. samm: (Dis) kokkupanek

Pildil näete toiteallikat enne ja pärast uuendamist. Potentsiomeetrite tehtud aukude katmiseks lisasin kapi esipaneeli kohale esipaneeli. Nagu näete, olin teinud kahekordse toiteallika, kus mõlemad toiteallikad on üksteisest täiesti sõltumatud. See võimaldab neid järjestikku panna, kui vajan suuremat väljundpinget kui 18 volti.

Trükkplaadi tõttu oli elektroonikat lihtne kokku panna. Pidage meeles, et suur elektrolüütkondensaator ja võimsustransistor pole trükkplaadil. Foto näitab, et teise versiooni jaoks pole mõningaid komponente enam vaja ja ühte juhtmest oli vaja kahte, et lisada pinge tuvastamise funktsioon ja teist, kuna digitaalne potentsiomeeter asendati PIC -mikrokontrolleri digitaalsest analoogiks muunduriga.

Loomulikult vajate trafot, mis on võimeline tarnima 18 volti vahelduvvoolu, 2 amprit. Oma esialgses disainis kasutasin rõngakujulist trafot, kuna need on tõhusamad (aga ka kallimad).

Samm 4: Tarkvara läbivaatamiseks 0

Tarkvara täidab järgmisi põhiülesandeid:

• Toiteallika väljundpinge juhtimine digitaalse potentsiomeetri kaudu

• Hallake nuppude funktsioone, mis on järgmised:

  • Toide sisse/välja. See on lülitusfunktsioon, mis seab väljundpingeks 0 V või viimati valitud pinge
  • Pinge üles/pinge alla. Iga nupuvajutusega läheb pinge veidi üles või veidi alla. Kui neid nuppe all hoida, aktiveeritakse kordusfunktsioon
  • Eelseadistatud pood/eelseadistus. Kõik pingeseaded saab salvestada PIC -i EEPROM -i, vajutades eelseadistatud nupule vähemalt 2 sekundit. Lühemal vajutamisel saate selle eelseadistatud EEPROM -väärtuse ja seadistate vastavalt väljundpinge

Sisselülitamisel on sisestatud PIC -i kõik tihvtid. Selleks, et vältida toiteallika väljundis määratlemata pinge esinemist, jääb väljund 0 V pingele, kuni PIC töötab ja töötab ning digitaalne potentsiomeeter lähtestatakse. See väljalülitus saavutatakse tõmbetakistiga R14, mis tagab, et transistor T1 lülitab LM723 välja, kuni PIC selle vabastab.

Ülejäänud tarkvara on ettepoole suunatud. Vajutatakse nuppe ja kui midagi on vaja muuta, muudetakse digitaalse potentsiomeetri väärtust kolme juhtmega jadaliidese abil. Pange tähele, et digitaalsel potentsiomeetril on ka võimalus seade salvestada, kuid seda ei kasutata, kuna kõik seaded on salvestatud PIC -i EEPROM -i. Liides potentsiomeetriga ei paku võimalust klaasipuhasti väärtuse tagasi lugemiseks. Nii et alati, kui klaasipuhasti tuleb teatud väärtusele eelseadistada, pannakse esmalt klaasipuhasti tagasi nullasendisse ja sellest hetkest saadetakse mitu sammu klaasipuhasti õigesse asendisse seadmiseks.

Et vältida EEPROM -i kirjutamist iga nupuvajutusega ja seega EEPROM -i eluea lühendamist, kirjutatakse EEPROM -i sisu 2 sekundit pärast seda, kui nuppe enam ei aktiveerita. See tähendab, et pärast viimast nuppude vahetamist oodake enne toite sisselülitamist vähemalt 2 sekundit, et veenduda, et viimane seade on salvestatud. Sisselülitamisel algab toiteallikas alati EEPROM -i salvestatud viimati valitud pingega.

Lisatud on JAL -i lähtefail ja Intel Hex -fail PIC -i programmeerimiseks versiooniks 0.

Samm 5: Tarkvara versioon 2

2. versiooni peamised muudatused tarkvaras on järgmised:

• Pinge tuvastamise funktsioon lisati, mõõtes toiteallika väljundpinget pärast selle seadistamist. Selleks kasutatakse PIC -i ADC -muundurit. Tarkvara võtab ADC abil väljundpinge proovid ja kui mõne proovi järel on väljundpinge seadistatud pingest umbes 0,2 V kõrgem või madalam, lülitatakse toide välja.
• PIC -i DAC -i kasutamine toiteallika väljundpinge juhtimiseks digitaalse potentsiomeetri asemel. See muudatus muutis tarkvara lihtsamaks, kuna digitaalse potentsiomeetri jaoks ei olnud vaja luua 3-juhtmelist liidest.
• Asendage EEPROM -i salvestusruum High Endurance Flashiga. PIC16F1765 ei sisalda EEPROM-i, kuid kasutab osa programmist Flash püsimatu teabe salvestamiseks.

Pange tähele, et pinge tuvastamine ei ole esialgu aktiveeritud. Sisselülitamisel kontrollitakse järgmiste nuppude vajutamist:

• Toite sisse/välja lülitamise nupp. Kui vajutate, lülitatakse mõlemad pinge tuvastamise funktsioonid välja.
• Alla vajutamise nupp. Vajutades aktiveeritakse madalpinge tuvastus.
• Üles vajutamise nupp. Vajutades aktiveeritakse kõrgepinge tuvastus.

Need pinge tuvastamise seaded salvestatakse suure vastupidavusega välklampi ja need kuvatakse uuesti, kui toide uuesti sisse lülitatakse.

Lisatud on ka JAL -i lähtefail ja Intel Hex -fail PIC -i programmeerimiseks 2. versiooniks.

6. samm: lõpptulemus

Videol näete, kuidas toiteallika versioon 2 töötab, see näitab toite sisselülitamise/väljalülitamise funktsiooni, pinget üles/alla ja eelseadete kasutamist. Selle demo jaoks ühendasin toiteallikaga ka takisti, et näidata, et sellest voolab tõeline vool ja maksimaalne vool on piiratud 2 amperiga.

Kui olete huvitatud PIC -mikrokontrolleri kasutamisest koos JAL -iga - Pascali -laadse programmeerimiskeelega - külastage JAL -i veebisaiti.

Lõbutsege selle juhendi tegemisel ja oodake teie reaktsioone ja tulemusi.