Laboratórny dvojkanálový napájací zdroj s mikroprocesorovým riadením. Zdroj mikrokontroléra Spínaný zdroj riadený z mikrokontroléra

Všetkým rádioamatérom ponúkam zopakovanie obvodu osvedčeného ampérvoltmetra na mikrokontroléri 16F676. Bol vyvinutý pre napájací zdroj, schéma laboratórneho napájacieho zdroja je uvedená v článku nižšie. A/V meter vám umožňuje merať napätie od 0 do 50 voltov, ampérov - od 0 do 10 ampérov. Zariadenie funguje perfektne už dlho.

V plošnom spoji by som poradil na 12. pine MK zabezpečiť miesto pre kondenzátor 0,1-2 uF pre prípad, že by bolo potrebné vyhladiť vlnenie a rušenie, ktoré zachytí vstupný zosilňovač. Prvky vstupnej časti operačného zosilňovača (R3, R4, RV2) sa musia zvoliť v závislosti od menovitého výkonu bočníka (R101) a meraného prúdu.
Samotný elektrický obvod napájacieho zdroja nemá žiadne špeciálne vlastnosti. Tento pracovný obvod pracuje stabilne, plošný spoj je bezchybný. Jeho schéma a popis činnosti sú prevzaté zo stránky vrtp.ru:

Toto je obvod a zapojenie zjednodušenej verzie napájacieho zdroja, na jednom priechodnom VT2 - TIP147. Číslovanie diagramu sa zhoduje s predchádzajúcim, prvky súvisiace s 3 konektormi boli odstránené. Veľkosť dosky, rovnako ako v predchádzajúcej verzii, je 120 x 55 mm. Popri tom rada, ak nemôžete odstrániť samobudenie pri HF v režime zdroja napätia, skúste úplne odstrániť kondenzátor C21.

Pokiaľ ide o VD8 - (je súčasťou emitora VT3), potom pomocou tejto zenerovej diódy sa pracovný bod výstupného napätia operačného zosilňovača DA1.1 posunie do stredu podporného a napájacieho napätia = +12,25 voltov. Takže výstupné napätie tohto operačného zosilňovača vždy zostáva okolo tohto limitu (5,6 + 0,7 = 6,3 voltov). A účelom VD10 a VD11 je zvýšiť zapínacie (osvetlenie) napätie zodpovedajúcich LED HL1 a HL2. Faktom je, že na prototype som použil jasné LED diódy, takže samotná prítomnosť rezistorov R21 a R22 nestačila. Aby sa predišlo zbytočnému rozsvecovaniu „cudzej“ LED, bolo potrebné osadiť zenerove diódy.Pri zmene režimov stabilizácie „napäťový prúd“ jedna LED zhasne a až potom sa rozsvieti druhá LED.

Pri použití iných LED diód, ktoré sú menej jasné, možno budete musieť zvoliť (najčastejšie znížiť) stabilizačné napätie zenerových diód VD10 a VD11. Pokiaľ ide o zenerové diódy VD10, VD11, všetko závisí od túžby získať požadovaný jas displeja a od toho, aby nedošlo k rozsvieteniu „cudzej“ LED.

Pri výbere zenerovej diódy VD8 však musíte byť opatrnejší. Obvod v zásade umožňuje, aby sa jeho stabilizačné napätie menilo v pomerne širokom rozsahu (od 3 do 6 voltov), ​​existujú však určité nuansy. Rezistory R14 a R16 tvoria delič, ktorý znižuje napätie na báze VT3 a zároveň obmedzuje prúd. Mentálne zatvorte spodnú svorku R16 k zemi a odhadnite, koľko to bude na základni VT3, s MAX výstupným napätím DA1,1 (predpokladáme = 11 voltov), ​​v našom prípade na základni VT3 to bude asi 4,2 voltu.

Toto napätie by malo byť MENŠIE ako súčet napätia zenerovej diódy VD8 a poklesu na BE prechode tranzistora VT3 (3,3 + 0,7 = 4 volty). V opačnom prípade nebude operačný zosilňovač DA1.2 schopný zatvoriť VT3 v prípade prúdového preťaženia. Konkrétne tu neberieme do úvahy napätie -5 voltov, čím vytvárame určitú rezervu. Zjednodušene povedané, znížením stabilizačného napätia VD8 je lepšie úmerne znížiť hodnotenie R16. V našom prípade pri použití VD8 = 3,3 voltov to bude = 3,6 kOhm. Je pravda, že to zníži jas HL1 v momente obmedzenia prúdu, ale to sa dá ľahko obnoviť výberom VD10.

Zostavil som tento obvod (s unipolárnym napájaním, bez negatívnej podpory). Všetko funguje dobre, ale pri prúdoch väčších ako 0,5A sa na výstupe objavujú zvlnenia 50-100 mV (predtým 10-20) a zvyšujú sa so zvyšujúcou sa záťažou. Prebehol som obvod s osciloskopom. Vlnky začínajú od emitora VT1, a preto sú ďalej pozdĺž okruhu všade. Vymenil som tranzistor - bezvýsledne. Zmenil som TLK - rovnaký výsledok. Hral som sa s 0,1 mikrofaradovými kondenzátormi na napájanie - nulové emócie. Skúšal som zvýšiť kapacitu C8, pomáha to ale nie moc. Darmo som medzi základňu VT1 a vstup mínuskoval kapacitu 1000,0x16V... Na výstupe pri 2,5A - LEN 2mV zvlnenie a tak ďalej v celom rozsahu napätí a prúdov!

Ďalšia rada, skúste zvýšiť C7 na 47...220 µF a zároveň sa pozrite na množstvo zvlnenia. Mimochodom, môžete skúsiť pripojiť C7 medzi riadiaci kolík TL431 a základňu VT1, a nie medzi riadiaci kolík a katódu TL431, ako je pôvodne znázornené na obrázku. Predchádzajúce experimenty skončili inštaláciou kondenzátora s pomerne veľkou kapacitou do základne T1. Zníženie kapacity viedlo k zvýšeniu zvlnenia. Došlo aj k „sínusovému“ výstupu do režimu. Manipulácie okolo nepriniesli želané výsledky. Ale... Odstránil som všetko a umiestnil kapacitu paralelne s odporom R4-30Kom, 22 μF, plus emitor T1. Dostal som zvlnenie 2,5 mV pri zaťažovacom prúde 2,9 A (viac už trans neudrží), v celom rozsahu napätia. Režim sa lineárne zvyšoval, bez akýchkoľvek výkyvov. Kapacita menšia ako 10 mikrofarád zvyšuje zvlnenie, ale kapacita väčšia ako 22 mikrofarád ho neznižuje. Aby som bol úprimný, neviem nájsť vysvetlenie pre túto skutočnosť...

1) Samotná myšlienka použitia bežného lacného operačného zosilňovača je dobrá; popis vyššie uvedeného obvodu podrobne vysvetľuje, čo a ako. Nebudem sa opakovať, len poviem, že základom jeho obvodového dizajnu je činnosť operačného zosilňovača so vstupnými signálmi umiestnenými v strede dynamického rozsahu, teda v strede jeho napájania (preto napr. záporné predpätie pre operačný zosilňovač nie je potrebné). Na tento účel je zavedený delič, ktorý znižuje podporné napätie 2-krát a výstupné napätie, znížené (zmenšené) cez zodpovedajúci odpor R21, sa privádza do tohto bodu. Na tento účel sa používajú odpory R10, R11, R21 - tento kus obvodu opakuje prototyp, ktorý som opísal vyššie.

2) Rezistor R1 - slúži na vybitie silových elektrolytov po vypnutí, ide o štandardné riešenie. Napriek tomu je 15 000 uF dosť veľká kapacita. Faktom je, že keď je OOS zapnutý, ako je opísané vyššie (o rezistoroch R10, R11, R21 - napísal som vyššie), napätie na vstupoch operačného zosilňovača by nemalo byť blízko nule, to znamená uzemnenie. Pohybuje sa od 4 do 6 voltov (alebo tak), ako v prototypovom obvode. Preto je v obvode rezistor R8, ktorý obmedzuje rozsah variácie tohto napätia, nie od nuly. Aký je zmysel ďalšieho znižovania referenčného napätia na vstupe operačného zosilňovača, keď výstup bloku už má rovnakú nulu.

3) Myslím si, že absencia negatívneho predpätia nie je nevýhodou, ale výhodou obvodu, aj keď chuť a farba - viete... Je pridanie dvoch-troch rezistorov náročnejšie ako montáž usmerňovača pre záporné napätie, filter, stabilizátor - zdá sa mi, že nie.

4) Zenerova dióda VD5 - posúva pracovný bod výstupného napätia operačného zosilňovača DA1.1 - do stredu dynamického rozsahu, teda do stredu napájacieho zdroja. Výstupné napätie operačného zosilňovača nikdy neklesne pod 5...6 voltov, čo vo všeobecnosti potrebujeme na použitie ako konvenčné operačné zosilňovače, nie Rail-to-Rail atď.

5) Použitie VT2 ako tranzistora, kompozitná štruktúra typu Darlington, rieši dva problémy naraz. Po prvé, výrazne uvoľňuje prúd tranzistora VT3 (nie je potrebné ho umiestňovať na chladič atď.), Ktorý pracuje s takmer plným vstupným napätím obvodu, a po druhé, umožňuje použiť bežné tranzistory ako paralelné napájače. , s celkom malým ziskom, prakticky bez starostí s ich výberom. Samozrejme, môžete skúsiť umiestniť bežný tranzistor namiesto VT2, ale ako vám môžem povedať, toto všetko je zatiaľ. Nie nadarmo som upriamil pozornosť zberateľov na to, že ako VT2 vám stačí KOMPOZITNÝ P-N-P tranzistor typu Darlington.

6) Čo sa stalo s výstupným prúdom MAX, spýtajte sa radšej fyzika. Podľa mňa z tohto obvodu odobral niečo ako 12 ampérov výstupného prúdu, sám som bol prekvapený. Myslím, že tu nie je potrebný komentár, aj keď sa domnievam, že pre obvod s plynulou reguláciou je tento prúd príliš nadmerný. Vyskytnú sa ďalšie problémy, odvod tepla, spoľahlivosť a tak ďalej a tak ďalej. Ale, ako sa hovorí, je to na uvážení používateľa, ak sa vám páči, ako obvod funguje, čo ešte môžete povedať.

7) Výber tranzistorov znamená, že majú požadovanú rezervu v ich prípustnom napätí. Dúfam, že chápete, že ak je vstupné napätie plánované na približne 50 voltov, potom by tranzistory mali mať limit aspoň 80...100 voltov. Ale to platí vo všeobecnosti pre akúkoľvek schému, nielen túto.

Dióda VD2 umožňuje vybitie filtračného kondenzátora podpory C8 po vypnutí jednotky, zenerove diódy VD6 a VD7 nastavujú striedavý režim svietenia indikačných LED HL1 a HL2. Dióda VD4 prechádza výrazným napäťovým rázom na svorkách bloku k svojim vstupným elektrolytom, aby chránila samotné konektory (pre prípad, že nikdy neviete, aký druh indukčnej záťaže bude pripojený k tým istým svorkám).

Dióda VD8 chráni priepustné tranzistory pred dosiahnutím výstupu s príliš veľkým záporným napätím. Kondenzátory C16 a C17 sú spoločným tandemom kondenzátorov na výstupe napájacieho zdroja. Rezistor R29 mierne zaťažuje výstup pre zdroj, pričom sa zlepšujú jeho dynamické parametre, navyše pri regulácii výstupného napätia na pokles sa výstup C17 vybíja rýchlejšie, je to pohodlnejšie. Kondenzátor C15 eliminuje možnosť samobudenia obvodu obmedzujúceho výstupný prúd.

Na otvorenie bežného (nie kompozitného!!!) kremíkového NPN tranzistora je potrebné priviesť na jeho základňu napätie približne o 0,7 voltu vyššie ako na emitore. Ak teda odstránite zenerovu diódu VD5 (pripojíte emitor VT3 k zemi), potom na otvorenie VT3 na jeho základni (to znamená na výstupe operačného zosilňovača DA1.1) musí byť potenciál + 0,7 voltu. Na výstupe operačného zosilňovača nedostaneme žiadne napätie okolo 5...6 voltov, bude to fungovať blízko potenciálu zeme a pre bežný operačný zosilňovač napájaný unipolárnym zosilňovačom to nie je dobré. Preto som nainštaloval zenerovu diódu VD5, aby som posunul pracovný bod výstupného napätia operačného zosilňovača do stredu jeho napájania. Zhrnutie - táto zenerova dióda je nutnosťou.

Ak máte radi klasiku (hoci všetko je relatívne), vytvorte okruh s negatívnym sklonom, čo je otázka, ktorej som nerozumel. Koniec koncov, nikto vás nenúti zostaviť túto konkrétnu schému. Pin 6 dostáva spätnú väzbu z výstupu cez rezistor R21, je to jednoducho tak, že sa tam privádza polovica referenčného napätia vytvoreného pomocou rezistorov R10, R11.

Ak nie je možné napájať chladič zo samostatného vinutia, je lepšie odoberať jeho výkon zo vstupných elektrolytov cez malú tlmivku tlmiacu hluk. Prebytok obmedzte odporom alebo jednoduchým stabilizátorom, možno dokonca kombinovaným s regulátorom otáčania teploty. Neodporúčam odoberať napájanie chladiča z podpery, preto je to podpera, aby nedochádzalo k rušeniu alebo rušeniu.

Po ceste, rada, je lepšie pripojiť vstup podporného stabilizátora (to je kolektor VT1, horná svorka odporu R2 a katóda VD2) samostatným vodičom priamo k plusu vstupných elektrolytov C6, vplyv zvlnenia pri MAX výstupných prúdoch bude menší.

Keď som hovoril o „dvoch alebo troch rezistoroch“, mal som na mysli pridanie R10, R11. Práve s ich pomocou sa ukázalo, že na vstupy operačného zosilňovača nemusíme privádzať napätie rovné nule. aby ste dostali rovnakú nulu na výstupe bloku. Prečítajte si Pozrite sa bližšie na popis prototypového obvodu, je tam podrobne popísaný. Vo všeobecnosti je trik tohto obvodu v tom, že operačný zosilňovač, ktorý reguluje napätie nefunguje na okrajoch svojho dynamického rozsahu, teda v strede, preto doň môžete vložiť bežný operačný zosilňovač.

O TL431. Aby sa zabezpečilo, že tento stabilizátor nebude mať plné vstupné napätie, na tranzistore VT1 sa zavedie stupeň vykládky. Zamyslite sa sami, na jeho emitore je 12,5 voltu (takto sa vypočítava delič R4 a R5 v podpornom stabilizátore), čo znamená, že na jeho základni bude napätie o 0,7 voltu vyššie, teda 13,2 voltu. A všetko zostávajúce nadmerné napätie klesne cez tranzistor VT1, prúd cez TL431 je obmedzený odporom R3. Rezistor R2 nastavuje otváracie napätie na základe VT1 a TL431 reguláciou tohto napätia stabilizuje podporné napätie. Tranzistor VT1 samozrejme rozptýli málo energie a poukázal som na to, že je vhodné umiestniť ho na malý chladič vlajkového typu, na doske je na to miesto.

A tiež vám odporúčam, aby ste venovali pozornosť najnovšej verzii diagramu (príspevky 337288 a 337290). Výstup obvodu obmedzujúceho prúd je pripojený k vstupu operačného zosilňovača DA1.1, to znamená nie vo vnútri systému obmedzovania napätia, ale takpovediac „vonku“. Pri prekročení aktuálneho nastavenia sa tranzistor VT7 otvorí a obíde vstup DA1.1, čím obmedzí prúd na výstupe bloku. Toto obvodové riešenie vám umožňuje zbaviť sa emisií na výstupe pri opustení režimu obmedzenia prúdu. Samozrejme za predpokladu, že samotný kanál regulácie napätia je normálne nastavený z pohľadu OOS.

Predkladám do pozornosti osvedčenú schému dobrého laboratórneho zdroja, uverejnenú v časopise „Rádio“ č.3, s maximálnym napätím 40 V a prúdom do 10 A. Zdroj je vybavený digitálnym zobrazovacia jednotka s ovládaním mikrokontrolérom. Napájací obvod je znázornený na obrázku:

Popis činnosti zariadenia. Optočlen udržiava pokles napätia na lineárnom regulátore približne 1,5 V. Ak sa pokles napätia na čipe zvýši (napríklad v dôsledku zvýšenia vstupného napätia), rozsvieti sa LED optočlena a podľa toho aj fototranzistor. Regulátor PHI sa vypne, čím sa uzavrie spínací tranzistor. Napätie na vstupe lineárneho stabilizátora sa zníži.

Pre zvýšenie stability je rezistor R3 umiestnený čo najbližšie k stabilizačnému čipu DA1. Tlmivky L1, L2 sú úseky feritových trubíc umiestnených na hradlových svorkách tranzistorov s efektom poľa VT1, VT3. Dĺžka týchto rúrok je približne polovica dĺžky olova. Tlmivka L3 je navinutá na dvoch prstencových magnetických jadrách K36x25x7,5 zložených z permalloy MP 140. Jej vinutie obsahuje 45 závitov, ktoré sú navinuté do dvoch drôtov PEV-2 s priemerom 1 mm, uložených rovnomerne po obvode magnetu jadro. Je povolené nahradiť tranzistor IRF9540 IRF4905 a tranzistor IRF1010N BUZ11, IRF540.

V prípade potreby s výstupným prúdom nad 7,5 A je potrebné paralelne s DA1 pridať ďalší regulátor DA5. Potom maximálny zaťažovací prúd dosiahne 15 A. V tomto prípade je tlmivka L3 navinutá zväzkom pozostávajúcim zo štyroch vodičov PEV-2 s priemerom 1 mm a kapacita kondenzátorov C1-SZ je približne dvojnásobná. Rezistory R18, R19 sa vyberajú podľa rovnakého stupňa ohrevu mikroobvodov DA1, DA5. Regulátor PHI by sa mal nahradiť iným, ktorý umožňuje prevádzku na vyššej frekvencii, napríklad KR1156EU2.

Modul pre digitálne meranie napätia a prúdu laboratórneho zdroja

Základom zariadenia je mikrokontrolér PICI6F873. Čip DA2 obsahuje stabilizátor napätia, ktorý sa používa aj ako referencia pre vstavaný ADC mikrokontroléra DDI. Porty RA5 a RA4 sú naprogramované ako ADC vstupy na meranie napätia a prúdu a RA3 je na ovládanie tranzistora s efektom poľa. Prúdovým snímačom je odpor R2 a snímačom napätia je odporový delič R7 R8. Aktuálny signál snímača je zosilnený operačným zosilňovačom DAI. 1. a op-amp DA1.2 sa používa ako vyrovnávací zosilňovač.

Technické údaje:

• Meranie napätia, V - 0..50.
• Meranie prúdu, A - 0,05...9,99.
• Ochranné prahy:
• - prúdom. A - od 0,05 do 9,99.
• - podľa napätia. B - od 0,1 do 50.
• Napájacie napätie, V - 9...40.
• Maximálna spotreba prúdu, mA - 50.

Efekty, merače frekvencie a podobne. Čoskoro dôjde k tomu, že bude jednoduchšie zostaviť multivibrátor na ovládač :) Ale je tu jeden bod, že všetky typy ovládačov sú veľmi podobné bežným digitálnym mikroobvodom série K155 - to je striktne 5 voltový výkon zásobovanie. Samozrejme, nájsť takéto napätie v zariadení pripojenom k ​​sieti nie je problém. Používanie mikrokontrolérov ako súčasti malých zariadení napájaných z batérie je však zložitejšie. Ako viete, mikrokontrolér vníma iba digitálne signály - logickú nulu alebo logickú jednotku. Pre mikrokontrolér ATmega8 s napájacím napätím 5V je logická nula napätie od 0 do 1,3 V a logická jednotka je od 1,8 do 5 V. Preto je pre jeho normálnu činnosť potrebná táto hodnota napájacieho napätia.

Pokiaľ ide o mikrokontroléry AVR, existujú dva hlavné typy:

Na získanie maximálneho výkonu pri vysokých frekvenciách - napájanie v rozsahu od 4,5 do 5,5 voltov pri frekvencii hodín 0...16 MHz. Pre niektoré modely - až 20 MHz, napríklad ATtiny2313-20PU alebo ATtiny2313-20PI.

Pre ekonomickú prevádzku pri nízkych hodinových frekvenciách - 2,7...5,5 voltov pri frekvencii 0...8 MHz. Označenie druhého typu mikroobvodu sa líši od prvého v tom, že na koniec sa pridáva písmeno „L“. Napríklad ATtiny26 a ATtiny26L, ATmega8 a ATmega8L.

Existujú aj mikrokontroléry so schopnosťou znížiť napájanie na 1,8 V, sú označené písmenom „V“, napríklad ATtiny2313V. Za všetko sa ale musí platiť a pri znížení výkonu sa musí znížiť aj taktovacia frekvencia. Pre ATtiny2313V s napájaním 1,8...5,5 V by frekvencia mala byť v rozsahu 0...4 MHz, s napájaním 2,7...5,5 V - v rozsahu 0... 10 MHz. Ak je teda vyžadovaný maximálny výkon, treba osadiť ATtiny26 alebo ATmega8 a zvýšiť taktovaciu frekvenciu na 8...16 MHz s 5V napájaním. Ak je najdôležitejšia účinnosť, je lepšie použiť ATtiny26L alebo ATmega8L a znížiť frekvenciu a napájanie.

V navrhovanom obvode meniča, keď je napájaný dvomi AA batériami s celkovým napätím 3V, je výstupné napätie zvolené na 5V, aby sa zabezpečil dostatočný výkon pre väčšinu mikrokontrolérov. Záťažový prúd je až 50 mA, čo je celkom normálne - koniec koncov, pri prevádzke na frekvencii napríklad 4 MHz majú PIC regulátory v závislosti od modelu spotrebu prúdu menej ako 2 mA.

Transformátor meniča je navinutý na feritovom krúžku s priemerom 7-15 mm a obsahuje dve vinutia (20 a 35 závitov) s drôtom 0,3 mm. Ako jadro môžete tiež vziať obyčajnú malú 2,5 x 7 mm feritovú tyč z cievok rádiového prijímača. Používame tranzistory VT1 - BC547, VT2 - BC338. Je prijateľné nahradiť ich inými s podobnou štruktúrou. Výstupné napätie volíme rezistorom 3,6k. Prirodzene, s pripojeným ekvivalentom záťaže - odporom 200-300 Ohm.

Našťastie technológia nestojí na mieste a to, čo sa nedávno zdalo ako najnovšia technológia, je teraz výrazne zastarané. Predstavujem novinku z kampane STMicroelectronics - rad mikrokontrolérov STM8L, ktoré sú vyrábané 130 nm technológiou špeciálne navrhnutou na získanie ultranízkych zvodových prúdov. Pracovné frekvencie MK sú 16 MHz. Najzaujímavejšou vlastnosťou nových mikrokontrolérov je schopnosť pracovať s napájacími napätiami v rozsahu od 1,7 do 3,6 V. A vstavaný stabilizátor napätia poskytuje dodatočnú flexibilitu pri výbere zdroja napájacieho napätia. Keďže použitie mikrokontrolérov STM8L vyžaduje napájanie z batérie, každý mikrokontrolér má vstavané obvody zapnutia/vypnutia, resetovania a nízkonapäťového resetovania. Zabudovaný detektor napájacieho napätia porovnáva vstupné napájacie napätia so stanoveným prahom a pri jeho prekročení generuje prerušenie.

Medzi ďalšie spôsoby zníženia spotreby energie v prezentovanom dizajne patrí použitie vstavanej energeticky nezávislej pamäte a množstvo režimov so zníženou spotrebou energie, medzi ktoré patrí aktívny režim so spotrebou energie 5 μA, pohotovostný režim 3 μA, a režim zastavenia s bežiacimi hodinami reálneho času 1 μA a úplným zastavením - iba 350 nA! Mikrokontrolér sa dokáže zotaviť z blokovacieho režimu za 4 µs, čo umožňuje používať režim s najnižšou spotrebou energie tak často, ako je to možné. Vo všeobecnosti STM8L poskytuje dynamickú spotrebu prúdu 0,1 mA na megahertz.

Diskutujte o článku MIKROCONTROLLER POWER POWER

Dobrý, spoľahlivý a ľahko použiteľný napájací zdroj je najdôležitejším a najčastejšie používaným zariadením v každom rádioamatérskom laboratóriu.

Priemyselný stabilizovaný zdroj je pomerne drahé zariadenie. Pomocou mikrokontroléra pri návrhu napájacieho zdroja môžete postaviť zariadenie, ktoré má množstvo doplnkových funkcií, je jednoduché na výrobu a je cenovo veľmi dostupné.

Tento digitálny jednosmerný napájací zdroj bol veľmi úspešným produktom a teraz je vo svojej tretej verzii. Stále je založená na rovnakej myšlienke ako prvá možnosť, ale prichádza s niekoľkými peknými vylepšeniami.

Úvod

Tento napájací zdroj je najmenej zložitý na výrobu ako väčšina ostatných obvodov, ale má oveľa viac funkcií:

Displej zobrazuje aktuálne namerané napätie a hodnoty prúdu.
- Displej zobrazuje prednastavené limity napätia a prúdu.
- Používajú sa iba štandardné komponenty (žiadne špeciálne čipy).
- Vyžaduje jednopólové napájacie napätie (žiadne samostatné záporné napájacie napätie pre operačné zosilňovače alebo riadiacu logiku)
- Napájanie môžete ovládať z počítača. Môžete čítať prúd a napätie a môžete ich nastaviť pomocou jednoduchých príkazov. To je veľmi užitočné pri automatizovanom testovaní.
- Malá klávesnica pre priame zadanie požadovaného napätia a maximálneho prúdu.
- Toto je skutočne malý, ale výkonný zdroj energie.

Je možné odstrániť niektoré komponenty alebo pridať ďalšie funkcie? Trik je presunúť funkčnosť analógových komponentov, ako sú operačné zosilňovače, do mikrokontroléra. Inými slovami, zložitosť softvéru, algoritmov sa zvyšuje a zložitosť hardvéru klesá. To znižuje celkovú zložitosť pre vás, pretože softvér možno jednoducho stiahnuť.

Základné nápady na elektrotechnický projekt

Začnime s najjednoduchším stabilizovaným zdrojom. Skladá sa z 2 hlavných častí: tranzistora a zenerovej diódy, ktorá vytvára referenčné napätie.

Výstupné napätie tohto obvodu bude Uref mínus 0,7 voltov, ktoré spadá medzi B a E na tranzistore. Zenerova dióda a rezistor vytvárajú referenčné napätie, ktoré je stabilné, aj keď sú na vstupe napäťové špičky. Tranzistor je potrebný na spínanie vysokých prúdov, ktoré zenerova dióda a rezistor nedokážu poskytnúť. V tejto úlohe tranzistor iba zosilňuje prúd. Na výpočet prúdu na rezistore a zenerovej dióde je potrebné vydeliť výstupný prúd HFE tranzistora (číslo HFE, ktoré nájdete v tabuľke s charakteristikami tranzistora).

Aké sú problémy s touto schémou?

Tranzistor vyhorí, keď dôjde ku skratu na výstupe.
- Poskytuje iba pevné výstupné napätie.

Toto sú dosť vážne obmedzenia, ktoré spôsobujú, že tento obvod nie je vhodný pre náš projekt, ale je základom pre návrh elektronicky riadeného napájacieho zdroja.

Na prekonanie týchto problémov je potrebné použiť „inteligenciu“, ktorá bude regulovať výstupný prúd a meniť referenčné napätie. To je všetko (...a to robí okruh oveľa komplikovanejším).

V posledných desaťročiach ľudia používali na napájanie tohto algoritmu operačné zosilňovače. Operačné zosilňovače možno v princípe použiť ako analógové počítače na sčítanie, odčítanie, násobenie alebo vykonávanie logických operácií „alebo“ s napätiami a prúdmi.

V dnešnej dobe je možné všetky tieto operácie rýchlo vykonávať pomocou mikrokontroléra. Najlepšie na tom je, že voltmeter a ampérmeter získate ako bezplatný doplnok. V každom prípade musí mikrokontrolér poznať výstupné parametre prúdu a napätia. Stačí ich len zobraziť. Čo potrebujeme od mikrokontroléra:

ADC (analógovo-digitálny prevodník) na meranie napätia a prúdu.
- DAC (digitálno-analógový prevodník) na ovládanie tranzistora (nastavenie referenčného napätia).

Problém je v tom, že DAC musí byť veľmi rýchly. Ak je na výstupe zistený skrat, musíme okamžite znížiť napätie na báze tranzistora, inak dôjde k jeho vyhoreniu. Rýchlosť odozvy by mala byť v rámci milisekúnd (rýchla ako operačný zosilňovač).

ATmega8 má celkom rýchly ADC a na prvý pohľad nemá DAC. Na dosiahnutie DAC môžete použiť moduláciu šírky impulzov (PWM) a analógový dolnopriepustný filter, ale samotná PWM je softvérovo príliš pomalá na implementáciu ochrany proti skratu. Ako postaviť rýchly DAC?

Existuje mnoho spôsobov, ako vytvoriť digitálno-analógové prevodníky, ale musí to byť rýchle a jednoduché, ktoré sa ľahko prepoja s naším mikrokontrolérom. Existuje obvod prevodníka známy ako "matica R-2R". Pozostáva len z rezistorov a spínačov. Používajú sa dva typy hodnôt odporu. Jeden s hodnotou R a jeden s dvojnásobnou hodnotou R.

Vyššie je schéma zapojenia 3-bitového R2R DAC. Logické ovládanie prepína medzi GND a Vcc. Logická jednotka spája spínač s Vcc a logická nula s GND. Čo robí tento okruh? Reguluje napätie v krokoch Vcc/8. Celkové výstupné napätie je:

Uout = Z * (Vcc / (Zmax +1), kde Z je bitové rozlíšenie DAC (0-7), v tomto prípade 3-bitové.

Vnútorný odpor obvodu, ako je možné vidieť, bude rovný R.

Namiesto použitia samostatného prepínača môžete pripojiť maticu R-2R k linkám portu mikrokontroléra.

Vytváranie jednosmerného signálu rôznych úrovní pomocou PWM (modulácia šírky impulzu)

Modulácia šírky impulzov je technika, ktorá generuje impulzy a prechádza cez dolnopriepustný filter s medznou frekvenciou výrazne nižšou ako je frekvencia impulzov. Výsledkom je, že signál jednosmerného prúdu a napätia závisí od šírky týchto impulzov.

Atmega8 má hardvérové ​​16-bitové PWM. To znamená, že je teoreticky možné mať 16-bitový DAC s použitím malého počtu komponentov. Ak chcete získať skutočný jednosmerný signál zo signálu PWM, musíte ho filtrovať, pri vysokých rozlíšeniach to môže byť problém. Čím väčšia presnosť je potrebná, tým nižšia by mala byť frekvencia signálu PWM. To znamená, že sú potrebné veľké kondenzátory a doba odozvy je veľmi pomalá. Prvá a druhá verzia digitálneho jednosmerného zdroja boli postavené na 10-bitovej matici R2R. To znamená, že maximálne výstupné napätie je možné nastaviť v 1024 krokoch. Ak použijete ATmega8 s generátorom hodín 8 MHz a 10-bitovým PWM, potom budú mať impulzy signálu PWM frekvenciu 8MHz/1024 = 7,8KHz. Ak chcete získať najlepší jednosmerný signál, musíte ho filtrovať pomocou filtra druhého rádu 700 Hz alebo menej.

Viete si predstaviť, čo by sa stalo, keby ste použili 16-bitové PWM. 8MHz/65536 = 122Hz. Pod 12 Hz je to, čo potrebujete.

Kombinácia matice R2R a PWM

Maticu PWM a R2R môžete použiť spolu. V tomto projekte budeme používať 7-bitovú maticu R2R kombinovanú s 5-bitovým PWM signálom. S taktom ovládača 8 MHz a 5-bitovým rozlíšením získame signál 250 kHz. Frekvencia 250 kHz môže byť prevedená na jednosmerný signál pomocou malého počtu kondenzátorov.

Pôvodná verzia digitálneho jednosmerného napájacieho zdroja používala 10-bitový DAC založený na matici R2R. V novom dizajne používame maticu R2R a PWM s celkovým rozlíšením 12 bitov.

Prevzorkovanie

Na úkor určitého času spracovania je možné zvýšiť rozlíšenie analógovo-digitálneho prevodníka (ADC). Toto sa nazýva prevzorkovanie. Výsledkom štvornásobného prevzorkovania je dvojnásobné rozlíšenie. To znamená: 4 po sebe idúce vzorky možno použiť na získanie dvojnásobného počtu krokov na ADC. Teória prevzorkovania je vysvetlená v dokumente PDF, ktorý nájdete na konci tohto článku. Pre napätie riadiacej slučky používame oversampling. Pre prúdovú regulačnú slučku používame pôvodné rozlíšenie ADC, pretože tu je dôležitejšia rýchla odozva ako rozlíšenie.

Podrobný popis projektu

Chýba ešte niekoľko technických detailov:

DAC (digitálny na analógový prevodník) nemôže riadiť výkonový tranzistor
- Mikrokontrolér pracuje od 5V, to znamená, že maximálny výstup DAC je 5V a maximálne výstupné napätie na výkonovom tranzistore bude 5 - 0,7 = 4,3V.

Aby sme to vyriešili, musíme pridať zosilňovače prúdu a napätia.

Pridanie zosilňovacieho stupňa k DAC

Pri pridávaní zosilňovača musíme mať na pamäti, že musí zvládnuť veľké signály. Väčšina konštrukcií zosilňovačov (napr. pre audio) vychádza z predpokladu, že signály budú malé v porovnaní s napájacím napätím. Zabudnite teda na všetky klasické knihy o výpočte zosilňovača pre výkonový tranzistor.

Mohli by sme použiť operačné zosilňovače, ale tie by vyžadovali dodatočné kladné a záporné napájacie napätie, čomu sa chceme vyhnúť.

Existuje aj dodatočná požiadavka, že zosilňovač musí zosilňovať napätie od nuly v stabilnom stave bez oscilácií. Jednoducho povedané, po zapnutí napájania by nemalo dochádzať k žiadnym výkyvom napätia.

Nižšie je uvedený diagram zosilňovacieho stupňa, ktorý je vhodný na tento účel.

Začnime s výkonovým tranzistorom. Používame BD245 (Q1). Podľa charakteristík má tranzistor HFE = 20 pri 3A. Preto bude na základni odoberať asi 150 mA. Na zosilnenie riadiaceho prúdu používame kombináciu známu ako "Darlingtonov tranzistor". Na tento účel používame tranzistor stredného výkonu. Typicky by hodnota HFE mala byť 50-100. Tým sa zníži požadovaný prúd na 3 mA (150 mA / 50). Prúd 3 mA je signál prichádzajúci z tranzistorov s nízkym výkonom, ako sú BC547/BC557. Tranzistory s takýmto výstupným prúdom sú veľmi vhodné na stavbu zosilňovača napätia.

Aby sme získali 30V výstup, musíme zosilniť 5V prichádzajúce z DAC faktorom 6. Aby sme to dosiahli, kombinujeme PNP a NPN tranzistory, ako je uvedené vyššie. Napäťové zosilnenie tohto obvodu sa vypočíta:

Vampl = (R6 + R7) / R7

Zdroj môže byť dostupný v 2 verziách: s maximálnym výstupným napätím 30 a 22V. Kombinácia 1K a 6,8K dáva faktor 7,8, čo je dobré pre 30V verziu, ale môže dôjsť k určitej strate pri vyšších prúdoch (náš vzorec je lineárny, ale v skutočnosti nie je). Pre 22V verziu používame 1K a 4,7K.

Vnútorný odpor obvodu znázornený na základni BC547 by bol:

Rin = hfe1 * S1 * R7 * R5 = 100 * 50 * 1K * 47K = 235 MOhm

HFE je približne 100 až 200 pre tranzistor BC547
- S je sklon krivky zosilnenia tranzistora a je približne 50 [jednotka = 1/Ohm]

To je viac ako dosť vysoké na pripojenie k nášmu DAC, ktorý má vnútorný odpor 5k ohmov.

Vnútorný ekvivalentný výstupný odpor:

Rout = (R6 + R7) / (S1 + S2 * R5 * R7) = približne 2Ω

Dostatočne nízka na použitie tranzistora Q2.

R5 spája základňu BC557 s emitorom, čo znamená "vypnuté" pre tranzistor predtým, ako sa objaví DAC a BC547. R7 a R6 najprv pripájajú základňu Q2 k zemi, čím sa výstupný stupeň Darlington otočí nadol.

Inými slovami, každý komponent v tomto stupni zosilňovača je na začiatku vypnutý. To znamená, že pri zapnutí alebo vypnutí napájania nedostaneme z tranzistorov žiadne vstupné ani výstupné oscilácie. Toto je veľmi dôležitý bod. Videl som drahé priemyselné napájacie zdroje, ktoré po vypnutí zažívajú prepätia. Takýmto zdrojom sa určite treba vyhnúť, pretože môžu ľahko zabiť citlivé zariadenia.

Limity

Z doterajších skúseností viem, že niektorí rádioamatéri by si chceli prístroj „ušiť na mieru“. Tu je zoznam hardvérových obmedzení a spôsobov, ako ich prekonať:

BD245B: 10A 80W. 80W pri teplote 25"C. Inými slovami, výkonová rezerva je založená na 60-70W: (Max vstupné napätie * Max prúd)< 65Вт.

Môžete pridať druhý BD245B a zvýšiť výkon na 120W. Aby sa zabezpečilo rovnomerné rozloženie prúdu, pridajte 0,22 ohmový odpor na vedenie emitora každého BD245B. Je možné použiť rovnaký obvod a dosku. Namontujte tranzistory na správny hliníkový chladič a pripojte ich krátkymi vodičmi k doske. Zosilňovač môže riadiť druhý výkonový tranzistor (toto je maximum), ale možno budete musieť upraviť zosilnenie.

Bočník snímania prúdu: Používame 0,75 ohmový 6W odpor. K dispozícii je dostatok energie pri prúde 2,5A (Iout ^ 2 * 0,75<= 6Вт). Для больших токов используйте резисторы соответствующей мощности.

Napájacie zdroje

Môžete použiť transformátor, usmerňovač a veľké kondenzátory alebo môžete použiť adaptér na notebook 32/24V. Vybral som si druhú možnosť, pretože... adaptéry sa niekedy predávajú veľmi lacno (v akcii) a niektoré z nich poskytujú 70 W pri 24 V alebo dokonca 32 V DC.

Väčšina amatérov bude pravdepodobne používať bežné transformátory, pretože sa dajú ľahko získať.

Pre verziu 22V 2,5A potrebujete: 3A 18V transformátor, usmerňovač a kondenzátor 2200uF alebo 3300uF. (18 * 1,4 = 25 V)
Pre verziu 30V 2A potrebujete: 2,5A 24V transformátor, usmerňovač a kondenzátor 2200uF alebo 3300uF. (24 * 1,4 = 33,6 V)

Nebude na škodu použiť vyšší prúdový transformátor. Oveľa lepší výkon poskytuje mostíkový usmerňovač so 4 diódami nízkeho výpadku (napr. BYV29-500).

Skontrolujte, či vaše zariadenie nemá slabú izoláciu. Uistite sa, že sa nebude možné dotknúť žiadnej časti zariadenia, kde môže byť napätie 110/230 V. Všetky kovové časti puzdra pripojte k zemi (nie GND obvody).

Transformátory a napájacie adaptéry pre notebooky

Ak chcete vo svojom zariadení použiť dva alebo viac napájacích zdrojov na vytváranie kladného a záporného napätia, potom je dôležité, aby boli transformátory izolované. Buďte opatrní s napájacími adaptérmi pre notebooky. Nízkoenergetické adaptéry môžu stále fungovať, ale niektoré môžu mať záporný výstupný kolík pripojený k vstupnému uzemňovaciemu kolíku. Pri použití dvoch zdrojov napájania v jednotke to môže spôsobiť skrat cez uzemňovací vodič.

Iné napätie a prúd

K dispozícii sú dve možnosti 22V 2,5A a 30V 2A. Ak chcete zmeniť limity výstupného napätia alebo prúdu (stačí znížiť), potom jednoducho zmeňte súbor hardware_settings.h.

Príklad: Na zostavenie verzie 18V 2,5A jednoducho zmeníte maximálne výstupné napätie na 18V v súbore hardware_settings.h. Môžete použiť napájanie 20V 2,5A.

Príklad: Na zostavenie verzie 18V 1,5A jednoducho zmeníte v súbore hardware_settings.h maximálne výstupné napätie na 18V a max. prúd 1,5A. Môžete použiť napájanie 20V 1,5A.

Testovanie

Posledným prvkom inštalovaným na doske by mal byť mikrokontrolér. Pred inštaláciou by som vám odporučil vykonať niekoľko základných hardvérových testov:

Test 1: Pripojte malé napätie (stačí 10V) na vstupné svorky dosky a uistite sa, že regulátor napätia vytvára presne 5V jednosmerné napätie.

Test2: Zmerajte výstupné napätie. Malo by byť 0 V (alebo blízko nule, napríklad 0,15, a bude mať tendenciu k nule, ak namiesto záťaže pripojíte odpory 2 kOhm alebo 5 kOhm.)

Test3: Nainštalujte mikrokontrolér na dosku a načítajte testovací softvér LCD vykonaním príkazov v adresári rozbaleného balíka tar.gz digitaldcpower.

urob test_lcd.hex
vykonajte load_test_lcd

Na displeji by ste mali vidieť „LCD funguje“.

Teraz si môžete stiahnuť pracovný softvér.

Niekoľko slov varovania pre ďalšie testovanie s funkčným softvérom: Buďte opatrní pri skratoch, kým neotestujete funkciu obmedzenia. Bezpečným spôsobom testovania obmedzenia prúdu je použitie odporov s nízkym odporom (jednotky ohmov), ako sú napríklad žiarovky v automobiloch.

Nastavte nízky prúdový limit, napríklad 30 mA pri 10 V. Po pripojení žiarovky k výstupu by ste mali okamžite vidieť pokles napätia takmer na nulu. Ak napätie neklesne, došlo k poruche v obvode. Pomocou autolampy môžete ochrániť napájací obvod aj v prípade poruchy, pretože neskratuje.

softvér

Táto časť vám poskytne informácie o tom, ako program funguje a ako môžete tieto znalosti použiť na vykonanie zmien v ňom. Malo by sa však pamätať na to, že ochrana proti skratu sa vykonáva softvérovo. Ak ste niekde urobili chybu, ochrana nemusí fungovať. Ak skratujete výstup, vaše zariadenie skončí v oblaku dymu. Aby ste tomu zabránili, mali by ste použiť 12V autolampa (pozri vyššie) na otestovanie ochrany proti skratu.

Teraz trochu o štruktúre programu. Keď sa prvýkrát pozriete na hlavný program (súbor main.c, stiahnite si na konci tohto článku), uvidíte, že existuje len niekoľko riadkov inicializačného kódu, ktoré sa spustia pri zapnutí, a potom program zadá nekonečná slučka.

V tomto programe sú skutočne dve nekonečné slučky. Jedna je hlavná slučka ("while(1)( ...)" v main.c) a druhá je periodické prerušenie z analógovo-digitálneho prevodníka ("ISR(ADC_vect)(...)" funkcia v analóg.c). Po inicializácii sa prerušenie vykoná každých 104 µs. Všetky ostatné funkcie a kód sa vykonávajú v kontexte jednej z týchto slučiek.

Prerušenie môže kedykoľvek zastaviť vykonávanie úlohy hlavnej slučky. Potom sa spracuje bez toho, aby bol rozptyľovaný inými úlohami, a potom bude vykonávanie úlohy opäť pokračovať v hlavnej slučke na mieste, kde bola prerušená. Z toho vyplývajú dva závery:

1. Kód prerušenia by nemal byť príliš dlhý, pretože sa musí dokončiť pred ďalším prerušením. Pretože tu je dôležitý počet inštrukcií v strojovom kóde. Matematický vzorec, ktorý možno napísať ako jeden riadok kódu C, môže použiť až stovky riadkov strojového kódu.

2. Premenné, ktoré sa používajú vo funkcii prerušenia a v kóde hlavnej slučky, sa môžu náhle zmeniť uprostred vykonávania.

To všetko znamená, že zložité veci ako aktualizácia displeja, testovacie tlačidlá, konverzia prúdu a napätia sa musia robiť v tele hlavnej slučky. V prerušeniach vykonávame časovo kritické úlohy: meranie prúdu a napätia, ochrana proti preťaženiu a konfigurácia DAC. Aby sa predišlo zložitým matematickým výpočtom v prerušeniach, vykonávajú sa v jednotkách DAC. To znamená v rovnakých jednotkách ako ADC (celočíselné hodnoty od 0 ... 1023 pre prúd a 0 ... 2047 pre napätie).

Toto je hlavná myšlienka programu. Stručne vysvetlím aj súbory, ktoré nájdete v archíve (za predpokladu, že poznáte SI).

main.c - tento súbor obsahuje hlavný program. Všetky inicializácie sa vykonávajú tu. Je tu implementovaná aj hlavná slučka.
analog.c je analógovo-digitálny prevodník, všetko, čo funguje v kontexte prerušenia úlohy, nájdete tu.
dac.c - digitálno-analógový prevodník. Inicializované z ddcp.c, ale používané iba s analógom.c
kbd.c - program na spracovanie údajov klávesnice
lcd.c - ovládač LCD. Ide o špeciálnu verziu, ktorá nevyžaduje RW kontakt displeja.

Na načítanie softvéru do mikrokontroléra potrebujete programátor, ako je avrusb500. Na konci článku si môžete stiahnuť zip archívy softvéru.

Upravte súbor hardware_settings.h a nakonfigurujte ho podľa vášho hardvéru. Tu môžete tiež kalibrovať voltmeter a ampérmeter. Súbor je dobre komentovaný.

Pripojte kábel k programátoru a k vášmu zariadeniu. Potom nastavte konfiguračné bity na spustenie mikrokontroléra z interného 8 MHz oscilátora. Program je navrhnutý pre túto frekvenciu.

Tlačidlá

Zdroj má 4 tlačidlá pre miestne ovládanie napätia a max. prúdu, 5. tlačidlo slúži na uloženie nastavení do pamäte EEPROM, takže pri ďalšom zapnutí jednotky budú rovnaké nastavenia napätia a prúdu.

U+ zvyšuje napätie a U - ho znižuje. Keď tlačidlo podržíte, po chvíli budú údaje „bežať“ rýchlejšie, aby sa ľahko zmenilo napätie vo veľkom rozsahu. Tlačidlá I + a I - fungujú rovnakým spôsobom.

Displej

Indikácia na displeji vyzerá takto:

Šípka napravo označuje, že obmedzenie napätia je momentálne účinné. Ak dôjde ku skratu na výstupe alebo pripojené zariadenie spotrebuje viac ako nastavený prúd, na spodnom riadku displeja sa zobrazí šípka, ktorá indikuje, že prúdový limit je povolený.

Niekoľko fotografií zariadenia

Tu je niekoľko fotografií napájacieho zdroja, ktorý som zostavil.

Je veľmi malý, ale schopnejší a výkonnejší ako mnohé iné napájacie zdroje:

Staré hliníkové radiátory z procesorov Pentium sú vhodné na chladenie výkonových prvkov:

Umiestnenie dosky a adaptéra do puzdra:

Vzhľad zariadenia:

Možnosť dvojkanálového napájania. Zverejnil boogyman:

Zdieľať s:

Výstupné napätie napájacieho zdroja je možné meniť v rozsahu 1,25....26 V, maximálny výstupný prúd je 2 A. Prahovú hodnotu prúdovej ochrany je možné meniť v rozsahu 0,01...2 A v krokoch po 0,01 A a oneskorenie odozvy - do 1...10 ms v krokoch po 1 ms a 10...100 ms v krokoch po 10 ms. Stabilizátor napätia (obr. 1) je namontovaný na čipe LT1084-ADJ (DA2). Poskytuje výstupný prúd až 5 A a má zabudované ochranné jednotky proti prehriatiu (prevádzková teplota cca 150 °C) a proti prekročeniu výstupného prúdu. Okrem toho prahová hodnota prúdovej ochrany závisí od poklesu napätia na mikroobvode (rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím). Ak pokles napätia nepresiahne 10 V, maximálny výstupný prúd môže dosiahnuť 5 A, pri zvýšení tohto napätia na 15 V klesne na 3...4 A a pri napätí 17...18 V resp. viac neprekročí 1 A. Nastavenie výstupného napätia v rozsahu 1,25...26 V je dosiahnuté variabilným odporom R8.

Na zabezpečenie výstupného prúdu zdroja do 2 A v celom rozsahu výstupných napätí je na vstupe stabilizátora DA2 aplikovaná skoková zmena napätia. Štyri celovlnné usmerňovače sú namontované na zostupnom transformátore T1 a diódach VD1-VD8. Diódový usmerňovač VD1, VD2 a stabilizátor napätia DA1 sú určené na napájanie mikrokontroléra DD1, operačného zosilňovača DA3 a digitálneho indikátora HG1. Výstupné napätie usmerňovača na diódach VD5, VD6 je 9... 10 V, na diódach VD4, VD7 - 18...20 V a na VD3, VD8 - 27...30 V. Výstupy týchto troch usmerňovače, v závislosti od hodnôt výstupného napätia napájacieho zdroja, cez tranzistory s efektom poľa optorelé U1-U3, možno pripojiť k vyhladzovaciemu kondenzátoru C4 a vstupu stabilizátora DA2. Optorelé je riadené mikrokontrolérom DD1.

Spínací tranzistor VT1 plní funkciu elektronického kľúča, na povel mikrokontroléra DD1 pripája alebo odpája napätie stabilizátora z výstupu (jack XS1) zdroja. Na rezistore R14 je namontovaný prúdový snímač, napätie na ňom závisí od výstupného prúdu. Toto napätie je zosilnené jednosmerným škálovacím zosilňovačom na operačnom zosilňovači DA3.1 a z výstupu vyrovnávacieho zosilňovača na operačnom zosilňovači DA3.2 je privádzané do vedenia PCO (pin 23) mikrokontroléra DD1, ktorý je nakonfigurovaný ako vstup vstavaného ADC. Prevádzkové režimy napájacieho zdroja, ako aj aktuálne hodnoty prúdu a napätia zobrazuje LCD indikátor HG1.

Po zapnutí napájania sa výstup mikrokontroléra RSZ DD1 bez ohľadu na výstupné napätie nastaví na vysokú logickú úroveň, otvoria sa tranzistory s efektom poľa optočlena U1 a usmerňovač pomocou diód VD3, VD8 (27...30 V) bude pripojený na vstup stabilizátora DA2. Ďalej sa meria výstupné napätie jednotky pomocou ADC zabudovaného v mikrokontroléri DD1. Toto napätie sa privádza do odporového deliča R9R11R12 a z motora upraveného odporu R11 sa už redukované napätie privádza do vedenia PC1 mikrokontroléra, ktorý je nakonfigurovaný ako ADC vstup.

Počas prevádzky sa neustále meria výstupné napätie a na vstup stabilizátora sa pripojí príslušný usmerňovač. Vďaka tomu rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím stabilizátora DA2 nepresahuje 10...12 V, čo umožňuje poskytnúť maximálny výstupný prúd pri akomkoľvek výstupnom napätí. Navyše sa tým výrazne znižuje zahrievanie stabilizátora DA2.

Ak výstupné napätie jednotky nepresiahne 5,7 V, na výstupe PC5 mikrokontroléra DD1 bude vysoká úroveň a na výstupoch RSZ a RS4 nízka úroveň, takže vstup stabilizátora DA2 dostane napätie 9...10V z usmerňovača na diódach VD5, VD6. V rozsahu výstupného napätia 5,7...13,7 V bude do stabilizátora privádzané napätie 18...20 V z usmerňovača pomocou diód VD4, VD7. Ak je výstupné napätie viac ako 13,7 V, stabilizátor DA2 bude napájaný napätím 27...30 V z usmerňovača na diódach VD3, VD8. Spínacie prahové napätia je možné zmeniť v ponuke počiatočných nastavení od 1 do 50 V.

Súčasne sa meria výstupný prúd; ak prekročí prednastavenú hodnotu, na výstupe PC2 sa nastaví nízka logická úroveň, tranzistor VT1 sa uzavrie a na výstup zdroja nepotečie napätie. Ak spotrebovaný prúd pulzuje, zobrazí sa jeho hodnota amplitúdy.
Ihneď po zapnutí napájania je tranzistor VT1 zatvorený a na výstup nie je dodávané žiadne napätie. Program je v režime nastavenia prúdu odozvy ochrany a času oneskorenia (ak je to potrebné), na LCD indikátore HG1 sa zobrazí nasledovné hlásenie:

OCHRANA
I = 0,00 A

a po stlačení tlačidla SB3 s blikajúcou najvýznamnejšou číslicou:

ONESKORENIE 1 ms

V prvom prípade bliká jedna z troch číslic, aktuálna hodnota v tejto číslici sa zmení stlačením tlačidla SB1 „+“ alebo SB2 „-“. Táto číslica sa volí stlačením tlačidla SB3 „Select“. Ak chcete vypnúť ochranu, musíte stlačiť tlačidlo SB2 „-“, kým sa na obrazovke nezobrazí správa:
U = 10,0 V
z vypnuté z

Po nastavení požadovaného pracovného prúdu ochrany stlačte tlačidlo SB3 „Select“ a podržte ho asi sekundu - zariadenie prejde do prevádzkového režimu, otvorí sa tranzistor VT1 a na LCD indikátore HG1 sa zobrazia aktuálne hodnoty napätia a prúdu:
U = 10,0 V
I = 0,00 A

Keď je oneskorenie zapnuté, okrem hodnôt napätia a prúdu sa na indikátore zobrazí blikajúci výkričník ako pripomienka:
U = 10,0 V
Ja 0,00A!

Ak je ochrana vypnutá, namiesto výkričníka sa zobrazí blikajúci blesk.
Ak sa výstupný prúd rovná alebo prekračuje nastavenú hodnotu ochranného prúdu, tranzistor VT1 sa zatvorí a na obrazovke sa zobrazí správa:
OCHRANA
I = 1,00 A

Okrem toho bude blikať slovo „OCHRANA“. Po krátkom stlačení ktoréhokoľvek z tlačidiel sa prístroj opäť prepne do režimu nastavenia pracovného prúdu ochrany.
Ak v prevádzkovom režime stlačíte tlačidlo SB1 „+“ alebo SB2 „-“, zapne sa sekcia pre nastavenie časového oneskorenia prúdovej ochrany a na indikátore sa zobrazí nasledujúce hlásenie:
ONESKORENIE 1 ms

Stlačením tlačidla SB1 "+" alebo SB2 "-" zmeníte oneskorenie z 1 ms na 10 ms v 1 ms krokoch a od 10 do 100 ms v 10 ms krokoch. Oneskorenie prúdovej ochrany funguje nasledovne. Ak sa výstupný prúd rovná alebo prekročí nastavenú hodnotu, urobí sa pauza nastaveného trvania (od 1 do 100 ms), po ktorej sa meranie vykoná znova. Ak je prúd stále rovnaký alebo väčší ako nastavená hodnota, tranzistor VT1 sa zatvorí a záťaž bude bez napätia. Ak počas tohto časového intervalu výstupný prúd klesne pod prevádzkový prúd, zariadenie zostane v prevádzkovom režime. Ak chcete oneskorenie vypnúť, musíte znížiť jeho hodnotu stlačením tlačidla SB2 „-“, kým sa na obrazovke nezobrazí správa:
ONESKORENIE VYPNUTIA

V prevádzkovom režime môžete manuálne vypnúť výstupné napätie a prepnúť do režimu nastavenia ochranného prúdu, stlačte tlačidlo SB3 „Select“.
Program má úvodné menu nastavení, pre vstup doň musíte zapnúť napájanie a súčasne držať stlačené tlačidlo SB3 „Select“. Najprv sa zobrazí ponuka na nastavenie frekvencie hodín vstavaného ADC mikrokontroléra DD1:
ADC CLOCK 500 kHz

Stlačením tlačidla SB1 "+" alebo SB2 "-" môžete zvoliť tri hodinové frekvencie vstavaného ADC: 500 kHz, 1 MHz a 2 MHz. Pri frekvencii 500 kHz je doba odozvy ochrany 64 μs, pri frekvenciách 1 a 2 MHz - 36 a 22 μs. Je lepšie kalibrovať zariadenie pri frekvencii 500 kHz (štandardne nastavená).

Ak chcete prejsť na ďalšie nastavenie, stlačte tlačidlo SB3 „Vybrať“ a zobrazí sa správa:
KROK 2
OD 5,7V

V tejto časti menu môžete zmeniť (stlačením tlačidla SB1 "+" alebo SB2 "-") hodnotu výstupného napätia, pri ktorom je jeden alebo druhý usmerňovač pripojený na vstup stabilizátora DA2. Pri ďalšom stlačení tlačidla SB3 „Select“ sa zobrazí ponuka na nastavenie nasledujúceho prahu spínania:
KROKY
OD 13,7V

Keď prejdete do ďalšej časti ponuky, otvorí sa tranzistor VT1 a súčasná ochrana bude vypnutá. Zobrazí sa správa: U= 10,0 V* I=0,OOA*
V tejto časti sa mení hodnota koeficientu k, ktorý sa v programe používa na korekciu hodnôt výstupného napätia v závislosti od výstupného prúdu. Faktom je, že cez odpor R14 a tranzistor VT1 pri maximálnom výstupnom prúde je pokles napätia až 0,5 V. Keďže odporový delič R9R11R12, zapojený pred odporom R14 a tranzistorom VT1, sa používa na meranie výstupného napätia, v programe, v závislosti od pretekajúceho prúdu sa tento pokles napätia vypočíta a odpočíta od nameranej hodnoty napätia. Keď stlačíte tlačidlo SB1 "+" alebo SB2 "-", indikátor zobrazí hodnotu koeficientu k namiesto aktuálnej hodnoty:
U = 10,0 V* k = 80

Štandardne je to 80, dá sa zmeniť stlačením tlačidla SB1 "+" alebo SB2 "-".
Keď nabudúce stlačíte tlačidlo SB3 „Select“, mikrokontrolér DD1 sa reštartuje a všetky nastavenia sa uložia do jeho energeticky nezávislej pamäte a použijú sa pri ďalších štartoch.




Väčšina dielov vrátane transformátora T1 je umiestnená na prototypovej doske plošných spojov (obr. 2). Bola použitá káblová inštalácia. Kondenzátory C5 a C7 sú inštalované čo najbližšie ku svorkám stabilizátora DA2. Predný panel (obr. 3) obsahuje indikátor, vypínač, variabilný odpor, tlačidlá a výstupné konektory.


Používajú sa pevné odpory MLT, S2-23, okrem odporu R14 - je to typ SQP-15, viacotáčkové ladiace odpory - SP5-2, premenný odpor - SPZ-1, SPZ-400, ktorých motor je poháňaný do otáčania cez ozubené koleso s prevodovým pomerom rovným trom (obr. 4). Výsledkom je trojotáčkový premenlivý odpor, ktorý umožňuje rýchlo a zároveň presne meniť napätie na výstupe stabilizátora.

Odporúča sa použiť tantalové kondenzátory C5, C7, dovážané oxidové kondenzátory, zvyšok - K10-17. Namiesto toho, čo je uvedené v diagrame, môžete na ovládačoch KS0066, HD47780, napríklad WH0802A-YGH-CT od Winstar, použiť LCD indikátor (dva riadky po osem znakov) s anglicko-ruskou znakovou sadou. Diódy 1N4005 sú vymeniteľné za diódy 1N4002-1N4007, 1N5819, diódy P600B - s P600DP600M, 1 N5401-1 N5408.

Stabilizátor LT1084 je pripevnený cez tepelne vodivé izolačné tesnenie ku kovovému telu zariadenia, ktoré funguje ako chladič.Tento stabilizátor je možné nahradiť LM1084, ale musí mať nastaviteľné výstupné napätie (s indexom ADJ) . Domácim analógom je mikroobvod KR142EN22A, ale jeho výkon v tomto zariadení nebol testovaný. Stabilizátor 7805 je možné nahradiť domácim KR142EN5A.

Tlmivka L1 - domáci DM-0.1 alebo importovaný EC-24, môže byť nahradený odporom 100 Ohm. Kremenný rezonátor ZQ1 - RG-05, HC-49U. Tlačidlá - akékoľvek s normálne otvoreným kontaktom, napríklad SDTM-630-N, vypínač - B100G. Použitý bol transformátor, ktorého typ nie je známy (uvedené sú len parametre sekundárneho vinutia - 24 V, 2,5 A), ale rozmerovo je podobný transformátoru TTP-60. Sekundárne vinutie je odstránené a dve nové sú navinuté. Na určenie požadovaného počtu závitov pred odstránením vinutia sa zmeralo výstupné napätie a zistil sa počet závitov na 1 V napätia. Potom sa pomocou drôtu PEV-2 0,7...0,8 súčasne navinú dve vinutia s dvoma odbočkami. Počet závitov by mal byť taký, aby prvé odbočky oboch vinutí mali napätie 9 V a druhé odbočky - 18 V. V autorskej verzii každé z vinutí obsahovalo 162 závitov s odbočkami z 54. a 108. závitu.

Nastavenie začína bez nainštalovaného mikrokontroléra, operačného zosilňovača a indikátora kontrolou konštantných napätí na výstupoch usmerňovačov a stabilizátora DA1. Pri programovaní mikrokontroléra je potrebné nastaviť konfiguračné bity (poistkové bity):
CKSELO - 1;
CKSEL1 - 1;
CKSEL2-1;
CKSEL3-1;
SUT1 - 1;
BOOTRST - 1;
EESAVE - 1;
WDTON - 1;
RSTDISBL - 1;
SUTO - 0;
BODEN - 0;
BODLEVEL - 0;
BOOTSZO - 0;
BOOTSZ1 - 0;
CKOPT - 0;
SPIEN - 0.

Mikrokontrolér je možné programovať v obvode s programátorom pripojeným ku konektoru XP2. V tomto prípade je mikrokontrolér napájaný z napájacieho zdroja.
Po inštalácii mikrokontroléra a operačného zosilňovača pripojte indikátor a zapnite zariadenie (bez záťaže), podržte stlačené tlačidlo SB3 „Select“ a program mikrokontroléra prejde do režimu počiatočných nastavení. Rezistor R16 nastavuje požadovaný kontrast obrazu indikátora a výber odporu R18 nastavuje jas podsvietenia panelu indikátora.

Potom stlačením tlačidla SB3 „Vybrať“ musíte v ponuke vybrať časť nastavenia koeficientu k. Na výstup zariadenia je pripojený štandardný voltmeter a výstupné napätie je nastavené blízko maxima. Rezistor R11 vyrovnáva hodnoty indikátora a voltmetra. V tomto prípade by mal byť výstupný prúd nulový.

Potom nastavte minimálne výstupné napätie (1,25V) a na výstup pripojte sériovo zapojený štandardný ampérmeter a zaťažovací odpor s odporom cca 10 Ohmov a výkonom 40...50 W. Zmenou výstupného napätia nastavte výstupný prúd na približne 2 A a použite odpor R17 na zosúladenie údajov indikátora s údajmi ampérmetra. Potom sa do série s ampérmetrom zapojí rezistor s odporom 1 kOhm a zmenou výstupného napätia sa výstupný prúd nastaví na 10 mA. Indikátor by mal ukazovať rovnakú aktuálnu hodnotu; ak tomu tak nie je a namerané hodnoty sú menšie, je potrebné medzi výstup stabilizátora DA1 a zdroj tranzistora VT1 inštalovať rezistor s odporom 300...1000 Ohmov a jeho výber pre vyrovnanie nameraných hodnôt. indikátora a ampérmetra. Môžete dočasne použiť premenlivý odpor a potom ho nahradiť konštantným s príslušným odporom.

Nakoniec je objasnená hodnota koeficientu k. Na tento účel je k výstupu opäť pripojený štandardný voltmeter a výkonný zaťažovací odpor. Zmenou výstupného napätia sa výstupný prúd nastaví blízko maxima. Stlačením tlačidla SB1 "+" alebo SB2 "-" zmeňte koeficient k tak, aby sa hodnoty indikátora a voltmetra zhodovali. Po stlačení tlačidla SB3 „Select“ sa mikrokontrolér reštartuje a napájací zdroj bude pripravený na použitie.
Je potrebné poznamenať, že maximálny výstupný prúd (2 A) je obmedzený typom použitých optorelé a môže sa zvýšiť na 2,5 A, ak sú nahradené výkonnejšími.

ARCHÍV: Stiahnuť zo servera


D. MALTSEV, Moskva
"Rozhlas" č. 12 2008 kapitola: