Digitalno krmiljeno linearno napajanje: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

V mojih moških letih, pred približno 40 leti, sem ustvaril dvojni linearni napajalnik. Shematski diagram sem dobil iz revije, imenovane Elektuur, danes imenovane Elektor na Nizozemskem. Ta napajalnik je uporabil en potenciometer za nastavitev napetosti in enega za nastavitev toka. Po več letih ti potenciometri niso več delovali pravilno, zaradi česar je bilo težko doseči stabilno izhodno napetost. Ta napajalnik je prikazan na sliki.

Vmes sem se kot del svojega hobija lotil razvoja vdelane programske opreme z uporabo mikrokrmilnika PIC in programskega jezika JAL. Ker še vedno želim uporabljati svoj napajalnik - da, danes lahko kupite cenejše variante načina preklopa - sem dobil idejo, da stare potenciometre zamenjam z digitalno različico in tako se je rodil nov projekt PIC.

Za prilagajanje napetosti napajalnika uporabljam mikrokrmilnik PIC 16F1823, ki uporablja 6 tipk na naslednji način:

• En gumb za vklop ali izklop izhodne napetosti brez potrebe po popolnem vklopu ali izklopu napajanja
• En gumb za povečanje izhodne napetosti in drugi gumb za zmanjšanje izhodne napetosti
• Trije gumbi za prednastavitev. Ko nastavite določeno izhodno napetost, lahko to natančno napetost shranite in pridobite s temi prednastavljenimi gumbi

Napajalnik lahko oddaja napetost med 2,4 volta in 18 voltov z največjim tokom 2 ampera.

1. korak: Začetna zasnova (revizija 0)

V prvotni shematski diagram sem naredil nekaj sprememb, da bi bil primeren za upravljanje z digitalnim potenciometrom. Ker v preteklosti nikoli nisem uporabljal izvirnega potenciometra za nastavitev toka, sem ga odstranil in zamenjal s fiksnim uporom, pri čemer je največji tok omejen na 2 ampera.

Shematski diagram prikazuje napajanje, zgrajeno okoli starega, a zanesljivega regulatorja napetosti LM723. Zanj sem ustvaril tudi tiskano vezje. LM723 ima temperaturno kompenzirano referenčno napetost s funkcijo omejevanja toka in širokim razponom napetosti. Referenčna napetost LM723 gre na digitalni potenciometer, katerega brisalnik je priključen na neinvertirni vhod LM723. Digitalni potenciometer ima vrednost 10 kOhm in ga lahko s 3 -žičnim serijskim vmesnikom spremenite z 0 Ohma na 10 kOhm v 100 korakih.

Ta napajalnik ima digitalni merilnik voltov in amperov, ki napaja iz 15 -voltnega regulatorja napetosti (IC1). Ta 15 Volt se uporablja tudi kot vhod za 5 -voltni regulator napetosti (IC5), ki napaja PIC in digitalni potenciometer.

Tranzistor T1 se uporablja za zaustavitev LM723, ki izhodno napetost pripelje do 0 voltov. Močni upor R9 se uporablja za merjenje toka, kar povzroči padec napetosti na uporu, ko tok teče skozi njega. Ta padec napetosti LM723 uporablja za omejitev največjega izhodnega toka na 2 ampera.

V tej začetni zasnovi elektrolitskega kondenzatorja in močnostnega tranzistorja (tip 2N3055) ni na plošči. V moji prvotni zasnovi pred mnogimi leti je bil elektrolitski kondenzator na ločeni plošči, zato sem to obdržal. Močnostni tranzistor je nameščen na hladilni plošči zunaj omare za boljše hlajenje.

Gumbi so na sprednji strani omare. Vsak gumb pritisnejo 4k7 upori na plošči. Gumbi so povezani z maso, zaradi česar so aktivni nizko.

Za ta projekt potrebujete naslednje elektronske komponente (glejte tudi revizijo 2):

• 1 mikrokrmilnik PIC 16F1823
• 1 digitalni potenciometer za 10k, tipa X9C103
• Regulatorji napetosti: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• Mostni usmernik: B80C3300/5000
• Tranzistorji: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• Diode: 2 * 1N4004
• Elektrolitski kondenzatorji: 1 * 4700 uF/40V, 1 * 4,7 uF/16V
• Keramični kondenzatorji: 1 * 1 nF, 6 * 100 nF
• Upori: 1 * 100 Ohm, 1 * 820 Ohm, 1 * 1k, 2 * 2k2, 8 * 4k7
• Močni upor: 0,33 Ohm / 5 W

Oblikoval sem tudi tiskano vezje, ki je prikazano na priloženem posnetku zaslona in sliki.

2. korak: Revidirani načrt (revizija 2)

Po naročilu tiskanih vezij sem prišel na idejo, da dodam funkcijo, ki ji pravim "zaščita pred napetostjo". Ker je bilo v PIC-u na voljo še veliko programskega pomnilnika, sem se za merjenje izhodne napetosti odločil uporabiti vgrajen analogno-digitalni pretvornik (ADC) PIC-a. Če se izhodna napetost - iz kakršnega koli razloga - dvigne ali zniža, se napajanje izklopi. To bo zaščitilo priključeno vezje proti prenapetosti ali se ustavijo vse kratek stik. To je bila revizija 1, ki je razširitev na revizijo 0, prvotno zasnovo.

Čeprav sem zasnovo preizkusil s ploščico (glej sliko), z njo še vedno nisem bil zadovoljen. Včasih se je zdelo, da digitalni potenciometer ni vedno povsem na istem mestu, npr. pri obnovitvi prednastavljene vrednosti. Razlika je bila majhna, a moteča. Vrednosti potenciometra ni mogoče odčitati. Po premisleku sem ustvaril revizijo 2, ki je majhna prenova revizije 1. Pri tej zasnovi, glej shematsko shemo revizije 2, nisem uporabil digitalnega potenciometra, ampak sem uporabil vgrajen digitalno-analogni pretvornik (DAC) PIC za nadzor izhodne napetosti prek LM723. Edina težava je bila v tem, da ima PIC16F1823 le 5-bitni DAC, kar ni zadostovalo, ker bi bili koraki navzgor in navzdol preveliki. Zaradi tega sem prešel na PIC16F1765, ki ima vgrajen 10-bitni DAC. Ta različica z DAC je bila zanesljiva. Še vedno bi lahko uporabljal začetno tiskano vezje, saj moram odstraniti le nekatere komponente, zamenjati 1 kondenzator in dodati 2 žici (1 žica je že bila potrebna za dodajanje funkcije zaznavanja napetosti v reviziji 1). Prav tako sem 15 -voltni regulator spremenil v 18 -voltno različico, da omejim odvajanje moči. Oglejte si shematski diagram revizije 2.

Če želite uporabiti to zasnovo, morate v primerjavi z revizijo 0 narediti naslednje:

• PIC16F1823 zamenjajte s PIC16F1765
• Izbirno: 78L15 zamenjajte s 78L18
• Odstranite digitalni potenciometer tipa X9C103
• Odstranite upore R1 in R15
• Elektrolitski kondenzator C5 zamenjajte s keramičnim kondenzatorjem 100 nF
• Vzpostavite povezavo med pin 4 IC4 (PIC) in pin 5 IC2 (LM723)
• Vzpostavite povezavo med pin 4 IC4 (PIC) in pin 2 IC2 (LM723)

Posodobil sem tudi tiskano vezje, vendar te različice nisem naročil, glejte posnetek zaslona.

3. korak: (Dis) montaža

Na sliki vidite napajanje pred in po nadgradnji. Za pokrivanje lukenj, ki so jih naredili potenciometri, sem dodal sprednjo ploščo na vrhu sprednje plošče omare. Kot lahko vidite, sem naredil dvojno napajanje, pri katerem sta oba napajalnika popolnoma neodvisna drug od drugega. To jim omogoča, da jih zaporedno postavim, če potrebujem višjo izhodno napetost od 18 voltov.

Zaradi tiskanega vezja je bilo enostavno sestaviti elektroniko. Ne pozabite, da velikega elektrolitskega kondenzatorja in močnostnega tranzistorja ni na tiskanem vezju. Fotografija prikazuje, da za revizijo 2 nekatere komponente niso več potrebne in da sta bili potrebni 2 žici, ena za dodajanje funkcije zaznavanja napetosti, druga pa zaradi zamenjave digitalnega potenciometra z digitalno -analognim pretvornikom mikrokontrolerja PIC.

Seveda potrebujete transformator, ki lahko napaja 18 Volt AC, 2 Ampere. V svoji prvotni zasnovi sem uporabil transformator z obročastim jedrom, ker so učinkovitejši (a tudi dražji).

4. korak: Programska oprema za revizijo 0

Programska oprema opravlja naslednje glavne naloge:

• Krmiljenje izhodne napetosti napajalnika prek digitalnega potenciometra

• Upravljajte funkcije tipk, ki so:

  • Vklop/izklop vklopa. To je preklopna funkcija, ki nastavi izhodno napetost na 0 voltov ali na zadnjo izbrano napetost
  • Napetost navzgor/napetost navzdol. Z vsakim pritiskom na gumb napetost gre rahlo navzgor ali rahlo navzdol. Ko ti gumbi ostanejo pritisnjeni, se aktivira funkcija ponovitve
  • Prednastavljeno shranjevanje/prednastavljeno pridobivanje. Vse nastavitve napetosti lahko shranite v EEPROM PIC s pritiskom na prednastavljeno tipko za najmanj 2 sekundi. Če ga pritisnete krajše, boste pridobili vrednost EEPROM za to prednastavitev in ustrezno nastavili izhodno napetost

Ob vklopu so vsi zatiči PIC nastavljeni kot vhodni. Da bi preprečili, da bi bila na izhodu napajalnika prisotna nedefinirana napetost, izhod ostane pri 0 voltih, dokler se PIC ne zažene in ne zažene digitalni potenciometer. To zmanjšanje moči doseže vlečni upor R14, ki skrbi, da tranzistor T1 izklopi LM723, dokler ga PIC ne sprosti.

Preostala programska oprema je usmerjena naprej. Potisni gumbi se skenirajo in če je treba kaj spremeniti, se vrednost digitalnega potenciometra spremeni s trižičnim serijskim vmesnikom. Upoštevajte, da ima digitalni potenciometer tudi možnost shranjevanja nastavitev, vendar se ta ne uporablja, saj so vse nastavitve shranjene v EEPROM -u PIC -a. Vmesnik s potenciometrom ne ponuja funkcije za odčitavanje vrednosti brisalca nazaj. Torej, kadar je treba brisalnik prednastaviti na določeno vrednost, najprej naredite brisalce nazaj v ničelni položaj in od takrat naprej pošljite število korakov, da se brisalnik postavi v pravilen položaj.

Da bi preprečili zapisovanje EEPROM -a z vsakim pritiskom na gumb in s tem skrajšali življenjsko dobo EEPROM -a, se vsebina EEPROM -a zapiše 2 sekundi po tem, ko se gumbi ne aktivirajo več. To pomeni, da po zadnji menjavi gumbov počakajte vsaj 2 sekundi, preden vklopite napajanje, da se prepričate, da je zadnja nastavitev shranjena. Ko je vklopljen, se bo napajanje vedno začelo z zadnjo izbrano napetostjo, shranjeno v EEPROM -u.

Priloženi sta izvorna datoteka JAL in datoteka Intel Hex za programiranje PIC za revizijo 0.

5. korak: Programska oprema za revizijo 2

Za revizijo 2 so glavne spremembe programske opreme naslednje:

• Funkcija zaznavanja napetosti je bila dodana z merjenjem izhodne napetosti napajalnika po nastavitvi. Za to se uporablja ADC pretvornik PIC. S pomočjo ADC -ja programska oprema vzame vzorce izhodne napetosti in če je po nekaj vzorcih izhodna napetost približno 0,2 volta višja ali nižja od nastavljene napetosti, se napajanje izklopi.
• Uporaba DAC -ja PIC za nadzor izhodne napetosti napajalnika namesto z digitalnim potenciometrom. Ta sprememba je programsko opremo poenostavila, saj ni bilo treba ustvariti 3-žilnega vmesnika za digitalni potenciometer.
• Shranjevanje v EEPROM -u zamenjajte s shranjevanjem v bliskavici High Endurance Flash. PIC16F1765 nima vgrajenega EEPROM-a, vendar za shranjevanje nehlapnih informacij uporablja del programa Flash.

Upoštevajte, da zaznavanje napetosti sprva ni aktivirano. Ob vklopu se preveri, ali so pritisnjeni naslednji gumbi:

• Gumb za vklop/izklop. Če pritisnete, sta obe funkciji zaznavanja napetosti izklopljeni.
• Gumb navzdol. Če pritisnete, se aktivira zaznavanje nizke napetosti.
• Gumb navzgor. Če pritisnete, se aktivira zaznavanje visoke napetosti.

Te nastavitve zaznavanja napetosti so shranjene v bliskavici visoke vzdržljivosti in se prikličejo ob ponovnem vklopu napajanja.

Priloženi sta tudi izvorna datoteka JAL in datoteka Intel Hex za programiranje PIC za revizijo 2.

Korak 6: Končni rezultat

V videoposnetku vidite revizijo napajanja 2 v akciji, ki prikazuje funkcijo vklopa/izklopa, povečanje napetosti/znižanje napetosti in uporabo prednastavitev. Za to predstavitev sem na napajalnik priključil tudi upor, ki je pokazal, da skozi njega teče pravi tok in da je največji tok omejen na 2 ampera.

Če vas zanima uporaba mikrokrmilnika PIC z JAL - programskim jezikom podobnim Pascalu - obiščite spletno mesto JAL.

Uživajte v izdelavi tega navodila in se veselimo vaših odzivov in rezultatov.