Linearno napajanje s digitalnim upravljanjem: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

U mojim godinama, prije otprilike 40 godina, stvorio sam dvostruko linearno napajanje. Shematski dijagram dobio sam iz časopisa pod nazivom „Elektuur“, koji se danas zove „Elektor“u Nizozemskoj. Ovo napajanje koristilo je 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 još uvijek 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 mikrokontroler PIC 16F1823 koji koristi 6 tipki na sljedeći način:

• Jedan gumb za uključivanje ili isključivanje izlaznog napona bez potrebe za potpunim uključivanjem ili isključivanjem napajanja
• Jedan gumb za povećanje izlaznog napona i drugi gumb za smanjenje izlaznog napona
• Tri tipke koje će se koristiti kao unaprijed postavljene. Nakon što ste postavili određeni izlazni napon, taj se točni napon 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 izvornom shematskom dijagramu kako bih ga učinio prikladnim za upravljanje digitalnim potenciometrom. Budući da u prošlosti nikada nisam koristio izvorni 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. Također sam za nju stvorio tiskanu ploču. LM723 ima temperaturno kompenzirani referentni napon sa značajkom 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 10 kOhm i može se promijeniti s 0 Ohma na 10 kOhm u 100 koraka pomoću 3 -žičnog serijskog sučelja.

Ovaj izvor napajanja ima digitalni mjerač volta i ampera koji prima svoju snagu 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 Volta. Snažni otpornik R9 koristi se za mjerenje struje, uzrokujući pad napona na otporniku kada struja protiče kroz njega. Ovaj pad napona koristi LM723 za ograničenje 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 montiran je na rashladnu ploču izvan ormara radi boljeg hlađenja.

Gumbi se nalaze na prednjoj ploči ormara. Svaki gumb pritisnut je visoko 4k7 otpornicima na ploči. Gumbi su spojeni na masu što ih čini nisko aktivnima.

Za ovaj projekt trebate sljedeće elektroničke komponente (također 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
• Otpor snage: 0,33 Ohm / 5 Watta

Također sam dizajnirao tiskanu ploču koja je prikazana na priloženom snimku zaslona i slici.

Korak 2: Revidirani dizajn (revizija 2)

Nakon što sam naručio tiskane ploče, došao sam na ideju da dodam značajku 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. To će zaštititi spojeni krug 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 točno na istom položaju, npr. pri vraćanju unaprijed postavljene vrijednosti. Razlika je bila mala, ali uznemirujuća. Nije moguće očitati vrijednost potenciometra. Nakon što sam malo razmislio, napravio 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 putem LM723. Jedini je problem 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 samo moram ukloniti neke komponente, zamijeniti 1 kondenzator i dodati 2 žice (1 žica je već bila potrebna za dodavanje značajke otkrivanja napona revizije 1). Također sam promijenio 15 -voltni regulator u 18 -voltnu verziju kako bih ograničio rasipanje snage. Pogledajte shematski dijagram revizije 2.

Dakle, ako želite pristupiti ovom dizajnu, morate učiniti sljedeće u usporedbi s revizijom 0:

• Zamijenite PIC16F1823 s PIC16F1765
• Izborno: 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) s IC2 pin 5 (LM723)
• Uspostavite vezu između IC4 pina 3 (PIC) s IC2 pina 4 (LM723)

Također sam ažurirao tiskanu ploču, ali nisam naručio ovu verziju, pogledajte snimak zaslona.

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 neovisna jedno o drugom. To omogućuje njihovo stavljanje u seriju u slučaju da mi treba veći izlazni napon od 18 Volta.

Zbog tiskane ploče bilo je lako sastaviti elektroniku. Upamtite da veliki elektrolitski kondenzator i tranzistor za napajanje nisu na tiskanoj 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 Ampere. U svom izvornom 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 gumba za pritiskanje, a to su:

  • Uključivanje/isključivanje napajanja. Ovo je funkcija prebacivanja koja postavlja izlazni napon na 0 V ili na posljednji odabrani napon
  • Povećanje napona/smanjenje napona. Svakim pritiskom na gumb napon ide lagano prema gore ili prema dolje. Kad ovi gumbi ostanu pritisnuti, aktivira se funkcija ponavljanja
  • Spremljena pohrana/unaprijed postavljeno dohvaćanje. Bilo koja postavka napona može se pohraniti u EEPROM PIC -a pritiskom na unaprijed pritisnutu tipku najmanje 2 sekunde. Ako ga pritisnete kraće, dohvatit ćete vrijednost EEPROM -a za tu unaprijed postavljenu postavku i prema tome postaviti izlazni napon

Pri uključivanju, svi pinovi PIC -a su postavljeni kao ulazni. Kako bi se spriječilo da je na izlazu napajanja prisutan nedefinirani napon, izlaz ostaje na 0 volti sve 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 to se ne koristi jer su sve postavke spremljene u EEPROM PIC -a. Sučelje s potenciometrom ne nudi značajku za očitavanje vrijednosti brisača natrag. Dakle, kad god brisač treba biti unaprijed postavljen na određenu vrijednost, prvo što treba učiniti je vratiti brisač 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 ispisuje 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. Kad je uključeno, napajanje će uvijek započeti s zadnjim odabranim naponom pohranjenim u EEPROM -u.

Priložena je izvorna datoteka JAL i datoteka Intel Hex za programiranje PIC -a za reviziju 0.

Korak 5: Softver za reviziju 2

Za reviziju 2, glavne promjene u softveru su sljedeće:

• Značajka 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 oko 0,2 volta veći ili niži od zadanog napona, napajanje se isključuje.
• Korištenje DAC -a PIC -a za kontrolu izlaznog napona napajanja umjesto upotrebe digitalnog potenciometra. Ova je izmjena pojednostavila softver jer nije bilo potrebno stvarati trožilno sučelje za digitalni potenciometar.
• Zamijenite pohranu u EEPROM -u memorijom u Flash -u High Endurance Flash. PIC16F1765 nema ugrađeni EEPROM, ali koristi dio programa Flash za pohranu trajnih informacija.

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

• Gumb za uključivanje/isključivanje. Ako se pritisne, obje značajke detekcije napona su isključene.
• Tipka za dolje. Ako se pritisne, aktivira se detekcija niskog napona.
• Gumb prema gore. Ako se pritisne, aktivira se detekcija visokog napona.

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

Priložene su i JAL izvorna datoteka i Intel Hex datoteka za programiranje PIC -a za reviziju 2.

Korak 6: Konačni rezultat

U videu vidite reviziju napajanja 2 na djelu, ona prikazuje značajku uključivanja/isključivanja, povećanje napona/smanjenje napona i korištenje unaprijed postavljenih postavki. Za ovu demonstraciju također sam spojio otpornik na napajanje kako bih pokazao da kroz njega teče 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.

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