Alimentare liniară controlată digital: 6 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

În vârsta de 15 ani, acum aproximativ 40 de ani, am creat o sursă de alimentare duală liniară. Am obținut diagrama schematică dintr-o revistă numită „Elektuur”, numită în prezent „Elektor” în Olanda. Această sursă de alimentare utilizează un potențiometru pentru reglarea tensiunii și unul pentru reglarea curentului. După mulți ani, aceste potențiometre nu au mai funcționat corect, ceea ce a făcut dificilă obținerea unei tensiuni de ieșire stabile. Această sursă de alimentare este prezentată în imagine.

Între timp, am preluat dezvoltarea software-ului încorporat ca parte a hobby-ului meu, folosind microcontrolerul PIC și limbajul de programare JAL. Întrucât doresc în continuare să-mi folosesc sursa de alimentare - da, puteți cumpăra variante de moduri de comutare mai ieftine în zilele noastre - mi-a venit ideea să înlocuiesc vechile potențiometre cu o versiune digitală și astfel s-a născut un nou proiect PIC.

Pentru reglarea tensiunii sursei de alimentare folosesc un microcontroler PIC 16F1823 care folosește 6 butoane, după cum urmează:

• Un singur buton pentru comutarea sau oprirea tensiunii de ieșire fără a fi necesară pornirea sau oprirea completă a sursei de alimentare
• Un buton pentru a crește tensiunea de ieșire și un alt buton pentru a reduce tensiunea de ieșire
• Trei butoane pentru a fi utilizate ca presetare. După ce ați setat o anumită tensiune de ieșire, tensiunea exactă poate fi stocată și recuperată folosind aceste butoane presetate

Sursa de alimentare este capabilă să emită o tensiune între 2,4 volți și 18 volți cu un curent maxim de 2 amperi.

Pasul 1: Proiectarea inițială (revizuirea 0)

Am făcut câteva modificări la schema originală pentru a o face potrivită pentru controlul acesteia cu ajutorul potențiometrului digital. Deoarece nu am folosit niciodată potențiometrul original pentru ajustarea curentului în trecut, l-am îndepărtat și l-am înlocuit cu un rezistor fix, limitând curentul maxim la 2 Ampere.

Diagrama schematică arată sursa de alimentare, construită în jurul vechiului, dar fiabilului regulator de tensiune LM723. De asemenea, am creat o placă de circuite imprimate pentru aceasta. LM723 are o tensiune de referință compensată de temperatură, cu o caracteristică de limitare a curentului și o gamă largă de tensiune. Tensiunea de referință a LM723 merge la potențiometrul digital al cărui ștergător este conectat la intrarea fără inversare a LM723. Potențiometrul digital are o valoare de 10 kOhm și poate fi schimbat de la 0 Ohm la 10 kOhm în 100 de pași utilizând o interfață serială cu 3 fire.

Această sursă de alimentare are un contor digital de volt și ampere care își primește puterea de la un regulator de tensiune de 15 volți (IC1). Acest 15 volți este, de asemenea, utilizat ca intrare pentru regulatorul de tensiune de 5 volți (IC5) care alimentează PIC și potențiometrul digital.

Tranzistorul T1 este folosit pentru a opri LM723, care aduce tensiunea de ieșire la 0 Volt. Rezistorul de putere R9 este utilizat pentru a măsura curentul, provocând o cădere de tensiune peste rezistor atunci când curentul curge prin el. Această cădere de tensiune este utilizată de LM723 pentru a limita curentul maxim de ieșire la 2 Ampere.

În acest proiect inițial, condensatorul electrolitic și tranzistorul de putere (tip 2N3055) nu sunt pe placă. În designul meu original de acum mulți ani, condensatorul electrolitic era pe o placă separată, așa că am păstrat asta. Tranzistorul de putere este montat pe o placă de răcire în afara dulapului pentru o răcire mai bună.

Butoanele se află pe panoul frontal al dulapului. Fiecare buton este tras în sus de rezistențele 4k7 de pe placă. Butoanele sunt conectate la masă, ceea ce le face să fie active.

Aveți nevoie de următoarele componente electronice pentru acest proiect (de asemenea, revizuirea 2):

• 1 microcontroler PIC 16F1823
• 1 potențiometru digital de 10k, tip X9C103
• Regulatoare de tensiune: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• Redresor de pod: B80C3300 / 5000
• Tranzistoare: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• Diode: 2 * 1N4004
• Condensatori electrolitici: 1 * 4700 uF / 40V, 1 * 4,7 uF / 16V
• Condensatoare ceramice: 1 * 1 nF, 6 * 100 nF
• Rezistoare: 1 * 100 Ohm, 1 * 820 Ohm, 1 * 1k, 2 * 2k2, 8 * 4k7
• Rezistor de putere: 0,33 Ohm / 5 wați

De asemenea, am proiectat o placă cu circuite imprimate care este prezentată în captura de ecran și în imagine.

Pasul 2: Proiectul revizuit (revizuirea 2)

După ce am comandat plăcile cu circuite imprimate, am venit cu ideea de a adăuga o caracteristică pe care o numesc „protecție la tensiune”. Din moment ce aveam încă multă memorie de program disponibilă în PIC, am decis să folosesc convertorul analogic digital (ADC) încorporat al PIC pentru a măsura tensiunea de ieșire. În cazul în care această tensiune de ieșire - din orice motiv - crește sau coboară, sursa de alimentare este oprită. Acest lucru va proteja circuitul conectat împotriva supratensiunii sau va opri orice scurtcircuit. Aceasta a fost revizia 1, care este o extensie la revizia 0, designul inițial.

Deși am testat designul folosind un panou de calcul (a se vedea imaginea), încă nu am fost mulțumit de el. Uneori se părea că potențiometrul digital nu era întotdeauna exact în aceeași poziție, de ex. la recuperarea unei valori prestabilite. Diferența a fost mică, dar deranjantă. Nu este posibil să citiți valoarea potențiometrului. După câteva gânduri, am creat o revizuire 2, care este o mică reproiectare a reviziei 1. În acest design, a se vedea diagrama schematică revizia 2, nu am folosit un potențiometru digital, ci am folosit convertorul digital la analog încorporat (DAC) al PIC pentru a controla tensiunea de ieșire prin intermediul LM723. Singura problemă a fost că PIC16F1823 are doar un DAC de 5 biți care nu a fost suficient deoarece treptele în sus și în jos ar fi prea mari. Din acest motiv, am trecut la un PIC16F1765 care are un DAC de 10 biți la bord. Această versiune cu DAC era de încredere. Aș putea folosi în continuare placa de circuite imprimate inițială, deoarece trebuie doar să îndepărtez unele componente, să înlocuiesc 1 condensator și să adaug 2 fire (era necesar deja 1 fir pentru adăugarea caracteristicii de detectare a tensiunii din revizia 1). De asemenea, am schimbat regulatorul de 15 volți într-o versiune de 18 volți pentru a limita disiparea puterii. A se vedea schema schematică a reviziei 2.

Deci, dacă doriți să alegeți acest design, trebuie să faceți următoarele în comparație cu versiunea 0:

• Înlocuiți PIC16F1823 cu un PIC16F1765
• Opțional: înlocuiți 78L15 cu un 78L18
• Scoateți potențiometrul digital tip X9C103
• Scoateți rezistențele R1 și R15
• Înlocuiți condensatorul electrolitic C5 cu un condensator ceramic de 100 nF
• Faceți o conexiune între pinul IC4 13 (PIC) la pinul IC2 5 (LM723)
• Faceți o conexiune între pinul IC4 3 (PIC) la pinul IC2 4 (LM723)

De asemenea, am actualizat placa cu circuite imprimate, dar nu am comandat această versiune, vezi captura de ecran.

Pasul 3: (Dez) Asamblare

În imagine vedeți sursa de alimentare înainte și după actualizare. Pentru a acoperi găurile făcute de potențiometre am adăugat un panou frontal deasupra panoului frontal al dulapului. După cum puteți vedea, am făcut o sursă de alimentare dublă în care ambele surse de alimentare sunt complet independente una de cealaltă. Acest lucru face posibilă punerea lor în serie în cazul în care am nevoie de o tensiune de ieșire mai mare decât 18 Volți.

Datorită plăcii cu circuite imprimate a fost ușor de asamblat electronica. Amintiți-vă că condensatorul mare electrolitic și tranzistorul de putere nu sunt pe placa de circuit imprimat. Fotografia arată că pentru revizia 2 unele componente nu mai sunt necesare și 2 fire au fost necesare unul pentru a adăuga caracteristica de detectare a tensiunii și celălalt datorită înlocuirii potențiometrului digital de convertorul digital la analog al microcontrolerului PIC.

Desigur, aveți nevoie de un transformator care să poată furniza 18 Volt AC, 2 Ampere. În designul meu original am folosit un transformator cu miez inelar, deoarece acestea sunt mai eficiente (dar și mai scumpe).

Pasul 4: Software-ul pentru revizuirea 0

Software-ul îndeplinește următoarele sarcini principale:

• Controlul tensiunii de ieșire a sursei de alimentare prin intermediul potențiometrului digital

• Manipulați caracteristicile butoanelor, care sunt:

  • Pornire / oprire. Aceasta este o funcție de comutare care setează tensiunea de ieșire la 0 Volt sau la ultima tensiune selectată
  • Tensiune sus / tensiune scăzută. Cu fiecare apăsare a butonului, tensiunea crește ușor în sus sau ușor în jos. Când aceste butoane rămân apăsate, se activează o funcție de repetare
  • Stocare presetată / preluare presetată. Orice setare de tensiune poate fi stocată în EEPROM a PIC apăsând butonul presetat timp de cel puțin 2 secunde. Dacă îl apăsați mai scurt, veți recupera valoarea EEPROM pentru presetarea respectivă și veți seta tensiunea de ieșire în consecință

La pornire, toți pinii PIC sunt setați ca intrare. Pentru a preveni prezența unei tensiuni nedefinite la ieșirea sursei de alimentare, ieșirea rămâne la 0 Volți până când PIC este pornit și funcționează și se inițializează potențiometrul digital. Această oprire este realizată de rezistența de tracțiune R14, care se asigură că tranzistorul T1 oprește LM723 până când este eliberat de PIC.

Restul software-ului este direct înainte. Butoanele sunt scanate și, dacă trebuie să se schimbe ceva, valoarea potențiometrului digital este modificată utilizând o interfață serială cu trei fire. Rețineți că potențiometrul digital are, de asemenea, o opțiune de stocare a setărilor, dar aceasta nu este utilizată, deoarece toate setările sunt stocate în EEPROM a PIC. Interfața cu potențiometrul nu oferă o caracteristică pentru a citi valoarea ștergătorului înapoi. Deci, ori de câte ori ștergătorul trebuie să fie presetat la o anumită valoare, primul lucru care se face este să readuceți ștergătorul în poziția zero și, din acel moment, trimiteți numărul de pași pentru a pune ștergătorul în poziția corectă.

Pentru a preveni că EEPROM este scrisă la fiecare apăsare a unui buton și astfel scăderea duratei de viață a EEPROM, conținutul EEPROM este scris la 2 secunde după ce butoanele nu mai sunt activate. Aceasta înseamnă că, după ultima modificare a butoanelor, asigurați-vă că așteptați cel puțin 2 secunde înainte de a comuta puterea pentru a vă asigura că ultima setare este stocată. La pornire, sursa de alimentare va începe întotdeauna cu ultima tensiune selectată stocată în EEPROM.

Fișierul sursă JAL și fișierul Intel Hex pentru programarea PIC pentru revizuirea 0 sunt atașate.

Pasul 5: Software-ul pentru revizuirea 2

Pentru versiunea 2, principalele modificări ale software-ului sunt următoarele:

• Funcția de detectare a tensiunii a fost adăugată prin măsurarea tensiunii de ieșire a sursei de alimentare după ce a fost setată. Pentru aceasta este utilizat convertorul ADC al PIC. Folosind ADC, software-ul preia eșantioane ale tensiunii de ieșire și dacă după câteva eșantioane, tensiunea de ieșire este cu aproximativ 0,2 volți mai mare sau mai mică decât tensiunea setată, sursa de alimentare este oprită.
• Utilizarea DAC a PIC pentru a controla tensiunea de ieșire a sursei de alimentare în loc să utilizați un potențiometru digital. Această modificare a făcut software-ul mai simplu, deoarece nu a fost nevoie să creați interfața cu 3 fire pentru potențiometrul digital.
• Înlocuiți spațiul de stocare din EEPROM prin stocarea în Flash de înaltă rezistență. PIC16F1765 nu are EEPROM la bord, dar folosește o parte a programului Flash pentru stocarea informațiilor nevolatile.

Rețineți că detectarea tensiunii nu este activată inițial. La pornire, următoarele butoane sunt verificate pentru a fi apăsate:

• Buton de pornire / oprire. Dacă este apăsat, ambele funcții de detectare a tensiunii sunt dezactivate.
• Apăsați butonul în jos. Dacă este apăsat, detectarea de joasă tensiune este activată.
• Apăsați butonul sus. Dacă este apăsat, detectarea de înaltă tensiune este activată.

Aceste setări de detectare a tensiunii sunt stocate în blițul de înaltă rezistență și sunt reamintite când sursa de alimentare este pornită din nou.

Fișierul sursă JAL și fișierul Intel Hex pentru programarea PIC pentru revizuirea 2 sunt, de asemenea, atașate.

Pasul 6: Rezultatul final

În videoclip vedeți revizuirea sursei de alimentare 2 în acțiune, arată funcția de pornire / oprire, creștere / scădere a tensiunii și utilizarea presetărilor. Pentru această demonstrație am conectat, de asemenea, un rezistor la sursa de alimentare pentru a arăta că curentul real curge prin ea și că curentul maxim este limitat la 2 Ampere.

Dacă sunteți interesat să utilizați microcontrolerul PIC cu JAL - un limbaj de programare ca Pascal - vizitați site-ul web JAL.

Distrează-te făcând acest instructabil și așteaptă cu nerăbdare reacțiile și rezultatele tale.