Лабораторне двоканальне джерело живлення з мікропроцесорним керуванням. Живлення мікроконтролера Імпульсний бп з керуванням від мікроконтролера

Пропоную всім радіоаматорам для повторення схему перевіреного ампервольтметра на мікроконтролері 16F676. Розроблялася вона під блок живлення, схема лабораторного БП показана у статті нижче. А/В-метр дозволяє проводити вимірювання напруги від 0-50 вольт, ампери - від 0-10 ампер. Працює пристрій чудово протягом уже досить тривалого часу.

У друкованій платі я порадив би передбачити місце під конденсатор 0,1-2 мкФ на 12-й висновок МК, на випадок якщо треба буде згладжувати пульсації і перешкоди, які ловитиме вхідний підсилювач. Елементи вхідної частини на ОУ (R3, R4, RV2) необхідно підбирати залежно від номіналу шунта (R101) та струму виміру.
Електросхема самого блоку живлення особливостей особливих немає. Ця робоча схема працює стабільно, друкована плата без помилок. Його схема та опис роботи взяті з сайту vrtp.ru:

Це схема та розведення спрощеного варіанта блоку живлення, на одному прохіднику VT2 – TIP147. Нумерація схеми збігається з попередньою, видалені елементи, що належать до трьох прохідників. Розмір плати, як і у попередньому варіанті, 120 х 55 мм. Принагідно рада, якщо не вдасться прибрати самозбудування на ВЧ в режимі джерела напруги, - спробуйте зовсім прибрати конденсатор С21.

Що стосується VD8 - (він включений в емітер VT3), то за допомогою цього стабілітрону зміщується робоча точка вихідної напруги ОУ DA1.1 в середину напруги опори та живлення = +12.25 Вольт. Так що вихідна напруга цього ОУ завжди тримається біля цієї межі (5.6 + 0.7 = 6.3 Вольт). А призначення VD10 та VD11 – збільшити напругу включення (засвітлення) відповідних світлодіодів HL1 та HL2. Справа в тому, що на макеті я застосовував яскраві світлодіоди, тому наявністю одних резисторів R21 та R22 не обійшлося. Щоб не було зайвого підсвічування "чужого" світлодіода, і довелося поставити стабілітрони. При зміні режимів стабілізації "напруга-струм", відбувається згасання одного, а лише потім засвітлення іншого світлодіода.

При використанні інших світлодіодів, менш яскравих, можливо, доведеться підібрати (найчастіше зменшити) напругу стабілізації стабілітронів VD10 та VD11. Що стосується стабілітронів VD10, VD11 - то, тут все залежить від бажання отримати необхідну яскравість індикації, і щоб не було засвічення "чужого" світлодіода.

А ось до вибору стабілітрона VD8 потрібно ставитись обережніше. Схема в принципі допускає зміну його напруги стабілізації в досить широких межах (від 3 до 6 вольт), проте є деякі нюанси. Резистори R14 та R16 утворюють дільник, що зменшує напругу на базі VT3 при обмеженні струму. Подумки замкніть нижній вивід R16 на землю, і прикиньте, скільки буде на базі VT3, при МАХ вихідній напрузі DA1.1 (вважаємо = 11 вольт), у нашому випадку, на базі VT3 буде близько 4.2 вольт.

Ця напруга має бути МЕНШЕ, ніж сума напруги стабілітрона VD8 та падіння на переході БЕ транзистора VT3 (3.3 + 0.7 = 4 вольта). Інакше ОУ DA1.2 не зможе закрити VT3 при перевантаженні по струму. Напруга -5 вольт, ми тут спеціально не враховуємо, створюючи цим деякий запас. А якщо простіше, то зменшивши напругу стабілізації VD8, краще пропорційно цьому зменшити і номінал R16. У нашому випадку, при застосуванні VD8 = 3.3 вольтам воно буде = 3.6 кОм. Правда, при цьому зменшиться яскравість HL1 в момент обмеження струму, але це легко відновити підбором VD10.

Зібрав цю схему (з однополярним харчуванням, без мінусової підпорки). Все працює нормально, але при струмах більше 0,5А на виході з'являються пульсації 50-100мВ (до цього 10-20) і збільшуються зі збільшенням навантаження. Пробігся за схемою осцилографом. Пульсації йдуть починаючи з емітера VT1, відповідно і далі за схемою вони скрізь. Поміняв транзистор - без толку. Поміняв ТЛку той самий результат. погрався ємностями 0,1 мкф з харчування-нуль емоцій. Пробував збільшити ємність С8, допомагає, але не сильно. На халяву тицьнув ємність 1000,0х16в між базою VT1 і вхідним мінусом... На виході при 2,5А - ВСІХ 2мВ пульсації, і так у всьому діапазоні напруг і струмів!

Ще порада, а спробуйте збільшити С7 до 47...220 мкФ, і глянути величину пульсацій при цьому. До речі, можна спробувати підключити С7 між керуючим висновком TL431 і базою VT1, а не між керуючим висновком і катодом TL431, як спочатку на схемі. Попередні експерименти закінчилися встановленням кондера досить великої ємності в основу Т1. Зменшення ємності призводило до збільшення пульсацій. А також мав місце "синусоподібний" вихід на режим. Маніпуляції довкола не принесли бажаних результатів. Але... все прибрав і поставив ємність паралельно резистори Р4-30Ком, 22мкф, плюсом до емітера Т1. Отримав пульсації 2,5мВ при струмі навантаження 2,9А(більше транс не тримає), у всьому діапазоні напруг. Вихід на режим став лінійно наростаючим, без жодних сплесків. Місткість менше 10 мкф збільшує пульсації, а більше 22-х вже не зменшує їх. Чесно кажучи, пояснення цьому факту знайти не можу...

1) Сама ідея застосувати звичайний дешевий ОУ хороша, в описі вищезгаданої схеми докладно розжовано, що і як. Повторюватися не буду, скажу лише, що основа її схемотехніки, це робота ОУ з вхідними сигналами, що знаходяться в середині динамічного діапазону, тобто в середині його живлення (тому не потрібно негативне зміщення для ОУ). Саме для цього і введений дільник, що в 2 рази знижує напругу опори, і в цю точку подається вихідна напруга, зменшена (змасштабована) через відповідний резистор R21. Для цього і застосовані резистори R10, R11, R21, - цей шматок схеми повторює прототип, про який я розповів вище.

2) Резистор R1 – служить для розрядки силових електролітів після вимкнення, це типове рішення. Все-таки 15000 мкф - це досить велика ємність. Справа в тому, що при вищеописаному включенні ООС (про резистори R10, R11, R21 - я писав вище), напруга, на входах ОУ і не повинна бути в районі нуля, тобто землі. Воно змінюється від 4 до 6 вольт (або близько того), як і у схемі прототипу. Тому в схемі є резистор R8, він обмежує діапазон зміни цієї напруги, не від нуля. Який сенс далі зменшувати опорну напругу на вході ОУ, коли на виході блоку вже є той самий нуль.

3) Вважаю, що відсутність негативного усунення це не недолік, а перевага схеми, хоча на смак і колір – самі знаєте… Хіба добавка двох-трьох резисторів – це складніше, ніж збирати випрямляч для негативної напруги, фільтр, стабілізатор, мені здається, що ні.

4) Стабілітрон VD5 – зміщує робочу точку вихідної напруги ОУ DA1.1 – у середину динамічного діапазону, тобто у середину живлення. Напруга виходу ОУ ніколи не знижується нижче 5...6 вольт, що нам і потрібно, загалом, для застосування як ОУ звичайних, а не Rail-to-Rail, і т.п.

5) Застосування як транзистора VT2 – складової структури типу Дарлінгтон, вирішує відразу дві задачі. По-перше, сильно розвантажує по струму транзистор VT3 (не треба ставити його на тепловідведення і т. п.), який працює з практично повною вхідною напругою схеми, а по-друге, - дозволяє застосувати як запаралелених прохідників звичайні транзистори, з досить невеликим коефіцієнтом посилення, практично не піклуючись про їхній добір. Спробувати, звичайно, можна, поставити на місце VT2 звичайний транзистор, але, як вам сказати, все це до певного часу. Я не просто так акцентував увагу тих, хто збирає на тому, що як VT2 – потрібен тільки СКЛАДНИЙ P-N-P транзистор типу Дарлінгтон.

6) Що вийшло щодо МАХ вихідного струму, вам краще запитати у алфізика. Він, на мою думку, зняв із цієї схеми щось близько 12 ампер вихідного струму, я сам здивувався. Думаю, коментарі тут зайві, хоча я вважаю, що для схеми з безперервним регулюванням такий струм надмірний. Виникнуть інші проблеми, відведення тепла, надійності тощо, тощо. Але, як то кажуть це на розсуд користувача, якщо подобається, як працює схема, що тут ще скажеш.

7) Вибір транзисторів має на увазі, що вони мають необхідний запас за своєю допустимою напругою. Сподіваюся, розумієте, що якщо вхідна напруга планується близько 50 вольт, то і транзистори повинні мати межу як мінімум 80…100 вольт. Але це стосується загалом будь-якої схеми, а не тільки цієї.

Діод VD2 дозволяє розрядитися конденсатору фільтра опори С8 після вимкнення блоку, стабілітрони VD6 та VD7 – задають режим послідовного світіння індикаторних світлодіодів HL1 та HL2. Діод VD4 перепускає значний викид напруги на клемах блоку на його вхідні електроліти для захисту самих прохідників (про всяк випадок, мало яке індуктивне навантаження підключать до цих самих клем).

Діод VD8 захищає прохідні транзистори від попадання на вихід занадто великої негативної напруги. Конденсатори С16 та С17 – звичайний тандем конденсаторів на виході блоку живлення. Резистор R29 створює невелике підвантаження виходу для блоку живлення, при цьому покращуються його динамічні параметри, крім того, при регулюванні вихідної напруги зменшення – швидше розряджається вихідний С17, це зручніше. Конденсатор С15 усуває можливість самозбудування схеми обмеження вихідного струму.

Щоб відкрити звичайний (не складовий!!!) кремнієвий NPN транзистор, на його базу треба подати напругу приблизно на 0.7 вольта більше, ніж на емітері. Так от, якщо усунути стабілітрон VD5 (з'єднати емітер VT3 із землею), тоді щоб відкрити VT3 на його базі (тобто на виході ОУ DA1.1) повинен бути потенціал + 0.7 вольта. Жодної напруги близько 5...6 вольт ми на виході ОУ не отримаємо, він буде працювати поблизу потенціалу землі, а для звичайного ОУ, що харчується однополяркою це не є добре. Я для того і поставив стабілітрон VD5, щоб усунути робочу точку вихідної напруги ОУ в середину його живлення. Резюме – цей стабілітрон потрібний обов'язково.

Якщо вам подобається класика (хоча все щодо), зробіть схему з негативним усуненням, у чому питання я не зрозумів. Адже вас ніхто не примушує збирати саме цю схему. На висновок 6 і заведена зворотний з виходу через резистор R21, просто туди подається і половинна напруга опори, створена за допомогою резисторів R10, R11.

Якщо немає можливості запитати кулер з окремої обмотки, - його харчування краще брати з вхідних електролітів через невеликий дросель. Надлишок обмежте резистором, або простим стабілізатором, можна навіть поєднаним з регулятором обертання за температурою. Не раджу брати живлення кулера з опори, вона на те й опора, щоб бути без жодних наведень та перешкод.

Принагідно рада, краще вхід стабілізатора опори (це - колектор VT1, верхній вивід резистора R2 і катод VD2) підключити окремим проводом відразу до плюсу вхідних електролітів С6, менше буде вплив пульсацій при вихідних МАХ струмах.

Коли я говорив про "два-три резистори", я мав на увазі добавку саме R10, R11. Саме з їх допомогою виходить так, що нам не потрібно подавати на входи ОУ напругу, що дорівнює нулю, щоб отримати на виході блоку цей самий нуль. уважніше опис схеми-прототипу, там це докладно описано.Взагалі, фішка цієї схеми в тому, що ОУ, що регулює напругу, не працює на краях свого динамічного діапазону, а саме в середині, тому в неї і можна ставити звичайний ОУ.

Щодо TL431. Для того, щоб на цьому стабілізаторі не було повної вхідної напруги - якраз і введено каскад, що розвантажує, на транзисторі VT1. Прикиньте самі, на його емітері 12.5 вольт (так розрахований дільник R4 і R5 у стабілізаторі опори), отже, на його базі буде напруга на 0.7 вольта більше, тобто 13.2 вольт. А весь надлишок напруги, що залишився, падатиме на транзисторі VT1, струм через TL431 обмежений резистором R3. Резистор R2 задає напругу, що відкриває, на базі VT1, а TL431 регулюючи цю напругу - якраз і стабілізує напругу опори. Звичайно, транзистор VT1 розсіюватиме невелику потужність, я і вказував, що його бажано поставити на невеликий тепловідведення типу прапорця, місце на платі для цього передбачено.

І ще раджу вам звернути увагу на останню версію схеми (пости 337288 і 337290). Вихід схеми обмеження струму підключений на вхід ОУ DA1.1, тобто не всередину ООС по напрузі, а "зовні", якщо так можна висловитися. При перевищенні уставки струму, транзистор VT7 відкривається і шунтує вхід DA1.1, обмежуючи струм на виході блоку. Це схемне рішення дозволяє позбавитися викидів на виході, при виході з режиму обмеження струму. За умови, звісно, ​​що сам собою канал регулювання напруги нормально скоригований з погляду ООС.

Представляю для вашої уваги перевірену схему гарного лабораторного джерела живлення, опублікованого в журналі "Радіо" №3, з максимальною напругою 40 В та струмом до 10 А. Блок живлення оснащений цифровим блоком індикації з мікроконтролерним керуванням. Схема БП показана малюнку:

Опис роботи пристрою. Оптопара підтримує падіння напруги на лінійному стабілізаторі приблизно 1,5 В. Якщо падіння напруги на мікросхемі збільшується (наприклад, внаслідок збільшення вхідної напруги), світлодіод оптопари та, відповідно, фототранзистор відкриваються. ШИ-контролер вимикається, закриваючи комутуючий транзистор. Напруга на вході лінійного стабілізатора зменшиться.

Для підвищення стабільності резистор R3 розміщують якомога ближче до мікросхеми стабілізатора DA1. Дроселі L1, L2 - відрізки феритових трубок, надітих на висновки затворів польових транзисторів VT1, VT3. Довжина цих трубок дорівнює приблизно половині довжини виведення. Дросель L3 намотують на двох складених разом кільцевих магнітопроводів К36х25х7,5 з пермалою МП 140. Його обмотка містить 45 витків, які намотані в два дроти ПЕВ-2 діаметром 1 мм, покладених рівномірно по периметру магнітопроводу. Транзистор IRF9540 можна замінити на IRF4905, а транзистор IRF1010N - на BUZ11, IRF540.

Якщо знадобиться вихідний струм, що перевищує 7,5 А, необхідно додати ще один стабілізатор DA5 паралельно DA1. Тоді максимальний струм навантаження досягне 15 А. У цьому випадку дросель L3 намотують джгутом, що складається з чотирьох дротів ПЕВ-2 діаметром 1 мм, і збільшують приблизно вдвічі ємність конденсаторів С1-ЗЗ. Резистори R18, R19 підбирають однаковою мірою нагрівання мікросхем DA1, DA5. ШИ-контролер слід замінити іншим, що допускає роботу на вищій частоті, наприклад, КР1156ЕУ2.

Модуль цифрового вимірювання напруги та струму лабораторного БП

Основа пристрою – мікроконтролер PICI6F873. На мікросхемі DA2 зібраний стабілізатор напруги, яка використовується як зразкове для вбудованого АЦП мікроконтролера DDI. Лінії порту RA5 та RA4 запрограмовані як входи АЦП для вимірювання напруги та струму відповідно, a RA3 - для керування польовим транзистором. Датчиком струму служить резистор R2, а датчиком напруги резистивний дільник R7 R8. Сигнал датчика струму посилює ОУ DAI. 1. а ОУ DA1.2 використано як буферний підсилювач.

Технічні характеристики:

• Вимірювання напруги, - 0..50.
• Вимірювання струму, А – 0.05..9,99.
• Пороги спрацьовування захисту:
• - По струму. А – від 0,05 до 9.99.
• - за напругою. В – від 0,1 до 50.
• Напруга живлення, В – 9...40.
• Максимальний струм, що споживається, мА - 50.

Ефектів, частотомірів тощо. Незабаром дійде до того, що і мультивібратор буде простіше зібрати на контролері:) Але є один момент, який дуже ріднить всі типи контролерів зі звичайними цифровими мікросхемами серії К155 – це живлення 5 вольт. Звичайно знайти таку напругу у пристрої, підключеному до мережі, не проблема. А ось використовувати мікроконтролери у складі малогабаритних девайсів з батарейним живленням вже складніше. Як відомо, мікроконтролер сприймає лише цифрові сигнали – логічний нуль чи логічну одиницю. Для мікроконтролера ATmega8 при напрузі живлення 5В логічний нуль - це напруга від 0 до 1,3 В, а логічна одиниця - від 1,8 до 5 В. Тому для його нормальної роботи і потрібно таке значення напруги живлення.

Що стосується мікроконтролерів AVR, то є два основних типи:

Для отримання максимальної швидкодії за високої частоти - живлення в діапазоні від 4,5 до 5,5 вольт при тактовій частоті 0...16 МГц. Для деяких моделей – до 20 МГц, наприклад ATtiny2313-20PU або ATtiny2313-20PI.

Для економічної роботи на невеликих тактових частотах – 2,7...5,5 вольт при частоті 0...8 МГц. Маркування мікросхем другого типу відрізняється від першого тим, що наприкінці додається буква "L". Наприклад, ATtiny26 та ATtiny26L, ATmega8 та ATmega8L.

Існують і мікроконтролери з можливістю зниження живлення до 1.8, вони маркуються буквою "V", наприклад ATtiny2313V. Але за все треба платити, і при зниженні харчування має бути знижена тактова частота. Для ATtiny2313V при живленні 1,8...5,5 частота повинна перебувати в інтервалі 0...4 МГц, при живленні 2,7...5,5 В - в інтервалі 0...10 МГц. Тому якщо потрібна максимальна швидкодія, треба ставити ATtiny26 або ATmega8 і підвищувати тактову частоту до 8...16 МГц при живленні 5В. Якщо найважливіше економічність - краще використовувати ATtiny26L або ATmega8L і знизити частоту та живлення.

У запропонованій схемі перетворювача, при живленні від двох пальчикових батарей із загальною напругою 3В - вихідна напруга вибрано 5В, для забезпечення достатнього живлення більшості мікроконтролерів. Струм навантаження становить до 50мА, що цілком нормально - адже при роботі на частоті, наприклад, 4 МГц, PIC контролери, залежно від моделі, мають струм споживання менше 2 мА.

Трансформатор перетворювача мотається на феритовому кільці діаметром 7-15мм і містить дві обмотки (20 та 35 витків) дротом 0,3мм. Як осердя можна взяти і звичайний маленький феритовий стрижень 2,5х7мм від котушок радіоприймачів. Транзистори використовуємо VT1 – BC547, VT2 – BC338. Допустима їхня заміна на інші аналогічні структури. Напругу на виході підбираємо резистором 3,6к. Звичайно, при підключеному еквіваленті навантаження - резисторі 200-300 Ом.

На щастя, технології не стоять на місці, і те, що здавалося нещодавно останнім писком техніки - сьогодні вже помітно застаріває. Представляю нову розробку кампанії STMicroelectronics – лінійка мікроконтролерів STM8L, які виробляються за технологією 130 нм, спеціально розробленою для отримання ультранизьких струмів витоку. Робочі частоти МК – 16МГц. Найцікавішою властивістю нових мікроконтролерів є можливість їх роботи з в діапазоні напруги живлення від 1,7 до 3,6 В. А вбудований стабілізатор напруги дає додаткову гнучкість вибору джерела напруги живлення. Так як використання мікроконтролерів STM8L припускають живлення від батарейок, в кожний мікроконтролер вбудовані схеми скидання включення і вимкнення живлення, а також скидання зниження напруги живлення. Вбудований детектор напруги живлення порівнює вхідну напругу живлення із заданим порогом і генерує переривання при його перетині.

До інших методів зниження енергоспоживання у представленій розробці відносяться використання вбудованої енергонезалежної пам'яті та безлічі режимів зниженого енергоспоживання, до яких входить активний режим з енергоспоживанням - 5 мкА, режим очікування - 3 мкА, режим зупинки з працюючим годинником реального часу - 1 мкА, і режим повної зупинки - всього 350 нА! Мікроконтролер може виходити з режиму зупинки за 4 мкс, дозволяючи цим максимально часто використовувати режим з найнижчим енергоспоживанням. Загалом STM8L забезпечує динамічне споживання струму 0,1мА на мегагерц.

Обговорити статтю ХАРЧУВАННЯ МІКРОКОНТРОЛЕРА

Хороший, надійний і простий у використанні блок живлення є найбільш важливим пристроєм, що часто використовується в кожній радіоаматорській лабораторії.

Промисловий стабілізований блок живлення є досить дорогим пристроєм. Використовуючи мікроконтролер при конструюванні джерела живлення, можна побудувати пристрій, який має багато додаткових функцій, легко у виготовленні і дуже доступний.

Це цифрове джерело постійного струму було дуже успішним продуктом, і зараз доступна його третя версія. Він, як і раніше, заснований на тій самій ідеї, що і перший варіант, але поставляється з рядом хороших покращень.

Вступ

Цей блок живлення є найменш складним у виготовленні, ніж більшість інших схем, але має набагато більше функцій:

На дисплеї відображаються поточні вимірювані значення напруги та струму.
- На дисплеї відображається попередньо задані межі напруги та струму.
- Використовуються лише стандартні компоненти (без спеціальних чипів).
- Потрібна напруга живлення однієї полярності (немає окремої негативної напруги живлення для операційних підсилювачів або логіки, що управляє)
- Ви можете керувати блоком живлення з комп'ютера. Ви можете рахувати струм і напругу, і Ви можете встановити їх простими командами. Це дуже корисно для автоматизованого тестування.
- Невелика клавіатура для безпосереднього введення бажаної напруги та максимального струму.
- Це справді невелике, але потужне джерело живлення.

Чи можна видалити деякі компоненти або додати додаткові функції? Хитрість полягає в тому, щоб перемістити функціональність аналогових компонентів, таких як операційні підсилювачі мікроконтролер. Іншими словами, підвищується складність програмного забезпечення, алгоритмів та зменшується апаратна складність. Це зменшує загальну складність для вас, оскільки програмне забезпечення може бути просто завантажено.

Основні електричні ідеї проекту

Почнемо з найпростішого стабілізованого блоку живлення. Він складається з 2-х основних частин: транзистора та стабілітрона, що створює опорну напругу.

Вихідна напруга цієї схеми складатиме Uref мінус 0,7 Вольт, які падають між В та Е на транзисторі. Стабілітрон і резистор створюють опорну напругу, яка є стабільною, навіть якщо на вході є стрибки напруги. Транзистор необхідний комутації великих струмів, які стабилитрон і резистор що неспроможні забезпечити. У такій ролі транзистор лише посилює струм. Щоб розрахувати струм на резисторі і стабілітроні потрібно вихідний струм поділити на транзистора HFE (HFE число, яке можна знайти в таблиці з характеристиками транзистора).

Які проблеми у цій схемі?

Транзистор згорить, коли коротке замикання на виході.
- Вона забезпечує лише фіксовану вихідну напругу.

Це досить жорсткі обмеження, які роблять цю схему непридатною для нашого проекту, але є основою для конструювання блок живлення з електронним управлінням.

Для подолання цих проблем необхідно використовувати «інтелект», який регулюватиме струм на виході та змінюватиме опорну напругу. Ось і все (... і це робить схему набагато складнішою).

Останні кілька десятиліть люди використовують операційні підсилювачі, щоб забезпечити цей алгоритм. Операційні підсилювачі в принципі можуть бути використані як аналогові обчислювачі для складання, віднімання, множення або здійснення операції логічного "або" напруг і струмів.

В даний час всі ці операції можна швидко виконати за допомогою мікроконтролера. Вся принадність в тому, що ви отримаєте як безкоштовне доповнення вольтметр і амперметр. Принаймні мікроконтролер повинен знати вихідні параметри струму та напруги. Вам просто потрібно відобразити їх. Що нам потрібно від мікроконтролера:

АЦП(аналого-цифровий перетворювач) для вимірювання напруги та струму.
- ЦАП(цифро-аналоговий перетворювач) для керування транзистором (регулювання опорної напруги).

Проблема в тому, ЦАП має бути дуже швидким. Якщо буде виявлено коротке замикання на виході, ми повинні негайно зменшити напругу з урахуванням транзистора чи він згорить. Швидкість реакції має бути в межах мілісекунд (так швидко, як операційний підсилювач).

ATmega8 має АЦП, який досить швидким, і на перший погляд він не має ЦАП. Можна використовувати широтно-імпульсну модуляцію (ШІМ) та аналоговий фільтр нижніх частот, щоб отримати ЦАП, але ШІМ сам по собі занадто повільний у програмному відношенні для реалізації захисту від короткого замикання. Як побудувати швидкий ЦАП?

Є багато способів створення цифро-аналогових перетворювачів, але він має бути швидким і простим, який буде легко взаємодіяти з нашим мікроконтролером. Існує схеми перетворювача, відомого як "R-2R матриця". Він складається лише з резисторів та перемикачів. Використовуються два типи номіналу резисторів. Один зі значенням R та один з подвоєним значенням R.

Вище показано схему 3 бітного R2R - ЦАП. За допомогою логічного управління відбувається перемикання між GND та Vcc. Логічна одиниця з'єднує перемикач із Vcc, а логічний нуль із GND. Що робить ця схема? Вона регулює напругу з кроком Vcc/8. Загальна вихідна напруга дорівнює:

Uout = Z * (Vcc / (Zmax +1)де Z розрядність ЦАП (0-7), в даному випадку 3-бітний.

Внутрішній опір ланцюга, як видно, дорівнюватиме R.

Замість використання окремого перемикача можна підключити R-2R матрицю до ліній порту мікроконтролера.

Створення сигналу постійного струму різного рівня за допомогою ШІМ(широтно-імпульсна модуляція)

Широтно-імпульсна модуляція є методом, коли генерують імпульси та пропускають їх через фільтр нижніх частот із частотою зрізу значно нижчою, ніж частота імпульсів. В результаті сигнал постійного струму та напруги залежить від ширини цих імпульсів.

В Atmega8 присутній апаратний 16-бітний ШІМ. Тобто теоретично можна мати 16-бітовий ЦАП за допомогою невеликої кількості компонентів. Щоб отримати реальний сигнал постійного струму з ШІМ-сигналу, треба його відфільтрувати, це може бути проблемою при високих дозволах. Чим більше потрібно точності, тим нижче має бути частота ШІМ-сигналу. Це означає, що потрібні конденсатори великої ємності, а час відгуку виходить дуже повільним. Перша та друга версії цифрового джерела живлення постійного струму були побудовані на 10-бітній R2R матриці. Тобто максимальна вихідна напруга може бути встановлена ​​за 1024 кроки. Якщо використовувати ATmega8 з тактовим генератором частотою 8 МГц і 10 біт ШІМ, то імпульси ШІМ сигналу матимуть частоту 8MHz/1024 = 7.8KHz. Щоб отримати найкращий сигнал постійного струму, потрібно відфільтрувати його фільтром другого порядку від 700 Гц або менше.

Можна уявити, що станеться, якщо використовувати 16-бітний ШІМ. 8MHz/65536 = 122Hz. Нижче 12Hz, що потрібно.

Об'єднання R2R-матриці та ШІМ

Можна спільно використовувати ШІМ та R2R-матрицю. У цьому проекті ми будемо використовувати 7-бітну R2R-матрицю у поєднанні з 5-бітним ШІМ-сигналом. З тактовою частотою контролера 8 МГц і 5-бітною роздільною здатністю ми отримаємо сигнал 250 кГц. Частота 250 кГц може бути перетворена сигнал постійного струму за допомогою невеликого числа конденсаторів.

В оригінальній версії цифрового джерела живлення постійного струму використано 10-бітовий ЦАП на основі R2R-матриці. У новому дизайні ми використовуємо R2R-матрицю та ШІМ із загальною роздільною здатністю 12 біт.

Передискретизація

За рахунок деякого часу обробки можна збільшити роздільну здатність аналого-цифровий перетворювач (АЦП). Це називається передискретизацією. Четверна передискретизація дає результат у подвійному дозволі. Тобто: 4 послідовні зразки можуть бути використані для отримання вдвічі більше кроків на АЦП. Теорія передискретизації пояснюється в PDF документ, який ви можете знайти в кінці цієї статті. Ми використовуємо передискретизації для напруги контуру керування. На поточний контур управління ми використовуємо вихідну роздільну здатність АЦП як швидкий час відгуку тут більш важливим, ніж роздільна здатність.

Детальний опис проекту

Декілька технічних деталей, як і раніше відсутні:

ЦАП (цифро-аналоговий перетворювач) не може керувати силовим транзистором
- Мікроконтролер працює від 5V, це означає, що максимальний вихід ЦАП дорівнює 5V, а максимальна вихідна напруга на силовому транзисторі буде 5 - 0.7 = 4.3V.

Щоб виправити це, ми повинні додати підсилювачі струму та напруги.

Додавання підсилювального каскаду на ЦАП

Під час додавання підсилювача ми повинні мати на увазі, що він повинен працювати з великими сигналами. Більшість конструкцій підсилювачів (наприклад, для аудіо) робиться у припущенні, що сигнали будуть малі порівняно з напругою живлення. Тож забудьте всі класичні книги про розрахунок підсилювача для силового транзистора.

Ми могли б використовувати операційні підсилювачі, але ті вимагатимуть додаткової позитивної та негативної напруги живлення, яку ми хочемо уникнути.

Існує також додаткова вимога, що підсилювач повинен посилювати напругу від нуля у стабільному стані без вагань. Простіше кажучи, не повинно бути жодних коливань напруги при включенні живлення.

Нижче показано схему підсилювального каскаду, який підходить для цієї мети.

Почнемо із силового транзистора. Ми використовуємо BD245 (Q1). Відповідно до характеристик транзистор має HFE = 20 на 3А. Тому він споживатиме близько 150 мА на базі. Щоб посилити керуючий струм, ми використовуємо зв'язку відому як "Дарлінгтон-транзистор". Для цього використовуємо транзистор середньої потужності. Як правило, значення HFE має бути 50-100. Це дозволить зменшити необхідний струм до 3 мА (150 мА/50). Струм 3mA є сигналом, що надходить з малопотужних транзисторів, таких як BC547/BC557. Транзистори з таким вихідним струмом добре підходять для побудови підсилювача напруги.

Щоб отримати на виході 30В, ми повинні посилювати 5В, що йдуть з ЦАП з коефіцієнтом 6. Для цього ми об'єднуємо PNP і NPN транзистори, як показано вище. Напруга коефіцієнта посилення цієї схеми обчислюється:

Vampl = (R6 + R7) / R7

Блок живлення може бути доступний у 2-х версіях: з максимальною виходом напругою 30 та 22В. Поєднання 1K і 6.8K дає коефіцієнт 7,8, який є хорошим для версії 30В, але можливо будуть деякі втрати на більш високих струмах (наша формула є лінійною, але в реальності немає). Для 22В версії ми використовуємо 1K та 4.7K.

Внутрішній опір ланцюга, як показано на базі BC547:

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

HFE приблизно від 100 до 200 для BC547 транзистор
- S є нахил кривої посилення транзистора і близько 50 [одиниця = 1/Ohm]

Це більш ніж досить високою для підключення до нашого ЦАП, який має внутрішній опір 5кОм.

Внутрішній еквівалентний опір виходу:

Rout = (R6 + R7) / (S1 + S2 * R5 * R7) = близько 2Ом

Досить низька, щоб використовувати транзистор Q2.

R5 зв'язує базу BC557 з емітером, що означає "вимкнено" для транзистора до ЦАП і придумати BC547. R7 і R6 зв'язати основі Q2 спочатку до землі, яка відключає вихідний каскад Дарлінгтон вниз.

Іншими словами, кожен компонент у цьому підсилювальному каскаді спочатку вимкнено. Це означає, що ми не отримаємо від транзисторів жодних вхідних та вихідних коливань під час увімкнення або вимкнення живлення. Це дуже важливий момент. Я бачив дорогі промислові джерела живлення у яких бувають стрибки напруги при вимкненні. Такі джерела, безумовно, слід уникати, оскільки можуть легко вбити чутливі пристрої.

Межі

З попереднього досвіду я знаю, що деякі радіоаматори хотіли б "налаштувати" пристрій під себе. Ось список апаратних обмежень та шляхи їх подолання:

BD245B: 10A 80Вт. 80Вт при температурі 25 "C. Тобто є запас потужності з розрахунку 60-70Вт: (Max input voltage * Max current)< 65Вт.

Ви можете додати другий BD245B та збільшити потужність до 120Вт. Щоб переконатися, що поточна розподіляється порівну додати резистор 0,22Ом в емітер лінії кожного BD245B. Та ж схема та плата може бути використана. Встановіть транзисторів на належному кулері алюмінію і з'єднайте їх з короткими проводами до плати. Підсилювач може керувати другим транзистором живлення (це максимум), але ви, можливо, необхідно відрегулювати коефіцієнт посилення.

Шунт для вимірювання струму: Ми використовуємо резистор 0,75 Ом потужністю 6Вт. Потужності достатньо вистачає при струмі 2,5А (Iout^2*0,75<= 6Вт). Для больших токов используйте резисторы соответствующей мощности.

Джерела живлення

Ви можете використовувати трансформатор, випрямляч і конденсатори великої ємності або адаптер для ноутбука 32/24В. Я пішов у другому варіанті, т.к. адаптери іноді продаються дуже дешево (за акцією), а деякі з них забезпечують 70Вт при 24В або навіть 32В постійної напруги.

Більшість радіоаматорів, ймовірно, використовуватимуть звичайні трансформатори, тому що їх легко дістати.

Для версії 22В 2.5A потрібно: 3A 18В трансформатор, випрямляч та 2200мкФ або 3300мкФ конденсатор. (18 * 1,4 = 25В)
Для версії 30В 2A потрібно: 2.5A 24В трансформатор, випрямляч та 2200мкФ або 3300мкФ конденсатор. (24 * 1,4 = 33.6В)

Не зашкодить, якщо використовувати потужніший по струму трансформатор. Випрямний міст із 4 діодів з низьким падінням напруги (наприклад, BYV29-500) дає набагато кращі характеристики.

Перевірте пристрій на випадок поганої ізоляції. Переконайтеся, що неможливо буде торкнутися будь-якої частини пристрою, де може бути напруга 110/230 В. З'єднати всі металеві частини корпусу на землю (не GND схеми).

Трансформатори та адаптери живлення для ноутбуків

Якщо ви хочете використовувати два або більше джерела живлення у своєму пристрої, щоб отримати позитивну та негативну напругу, тоді важливо, щоб трансформатори були ізольовані. Будьте обережні з адаптерами живлення для ноутбуків. Малопотужні адаптери можуть підійти, але в деяких з них може бути підключений мінусовий контакт на виході з контактом землі на вході. Це може викликати коротке замикання через заземлюючий провід при використанні двох джерел живлення в блоці.

Інші напруга та струм

Є два варіанти 22В 2.5A та 30В 2A. Якщо ви хочете змінити межі вихідної напруги або струму (лише зменшити) , просто зміните файл hardware_settings.h.

Приклад: Щоб побудувати 18В 2.5A версію, ви просто змінюєте у файлі hardware_settings.h максимальну вихідну напругу 18В. Ви можете використовувати 20В 2.5A джерело живлення.

Приклад: Щоб побудувати 18В 1.5A версію, ви просто змінюєте у файлі hardware_settings.h максимальну вихідну напругу до 18В і макс. Струм 1.5A. Ви можете використовувати 20В 1.5A джерело живлення.

Тестування

Останній елемент встановлений на плату має бути мікроконтролер. Перед тим, як встановити його, я рекомендував би зробити деякі основні тести обладнання:

Test1: Підключити невелику напругу (достатньо 10В) до вхідних клем плати і переконайтеся, що регулятор напруги видає рівно 5В постійної напруги.

Test2: Виміряйте вихідну напругу. Воно має бути 0В (або близьке до нуля, наприклад, 0,15, і воно буде прагнути до нуля, якщо ви підключите замість навантаження резистори на 2кОм або 5кОм.)

Test3: Встановити мікроконтролер на плату та завантажити програмне забезпечення LCD-тест, виконавши команди в директорії розпакованого пакету tar.gz digitaldcpower.

зробити test_lcd.hex
зробити load_test_lcd

Ви маєте побачити на дисплеї напис: "LCD works".

Тепер можна завантажити робоче програмне забезпечення.

Деякі слова попередження для подальшого тестування з робочим програмним забезпеченням: Будьте обережні з короткими замиканнями, поки ви не зазнали функції обмеження. Безпечним способом перевірити обмеження струму є використання резисторів з малим опором (одиниці Ом), наприклад, автомобільні лампочки.

Встановіть низьке обмеження струму, наприклад, 30мА при 10В. Ви повинні побачити, що напруга зменшиться відразу майже до нуля, як тільки ви підключите лампочку на виході. Існує несправність у ланцюзі, якщо напруга не знижується. За допомогою автомобільної лампи можна захистити ланцюг живлення, навіть якщо є несправність, оскільки вона не робить короткого замикання.

Програмне забезпечення

Цей розділ дасть вам розуміння того, як працює програма, і як ви можете використати знання, щоб зробити деякі зміни в ній. Однак слід пам'ятати, що захист від короткого замикання зроблено програмним способом. Якщо ви зробили десь помилку, захист може не спрацювати. Якщо у вас станеться коротке замикання на виході, ваш пристрій опиниться в хмарі диму. Щоб уникнути цього, ви повинні використовувати 12В автомобільну лампу (див. вище) для перевірки захисту від короткого замикання.

Тепер трохи про структуру програми. При першому погляді на основну програму (файл main.c, завантажити наприкінці цієї статті), ви побачите, що є лише кілька рядків коду ініціалізації, які виконуються при включенні живлення, а потім програма входить у нескінченний цикл.

Справді, у цій програмі є два нескінченні цикли. Одним з них є основний цикл ("while(1)(...)" у файлі main.c), а інший є періодичним перериванням від аналогового цифрового перетворювача (функція "ISR(ADC_vect)(...)" у файлі analog.c). Після ініціалізації переривання виконується кожні 104мкс. Всі інші функції та код виконуються у контексті одного з цих циклів.

Переривання може зупинити виконання завдання основного циклу у час. Потім воно буде оброблятись, не відволікаючись на інші завдання, а далі виконання завдання знову продовжиться в головному циклі на місці, де вона була перервана. З цього випливає два висновки:

1. Код переривання не повинен бути надто довгим, тому що він повинен завершитися до наступного переривання. Тому що тут важлива кількість інструкцій у машинному коді. Математична формула, яка може бути записана у вигляді одного рядка CІ-коду, може використовувати до сотні рядків машинного коду.

2. Змінні, які використовуються у функції переривання та в коді головного циклу можуть раптово змінитись у середині виконання.

Все це означає, що такі складні речі як оновлення дисплея, перевірка кнопок, перетворення струму і напруги повинні бути зроблені в тілі головного циклу. У перериваннях ми виконуємо завдання критичні за часом: вимірювання струму та напруги, захист від перевантаження та налаштування ЦАП. Щоб уникнути складних математичних розрахунків у перериваннях, вони виконуються в одиницях ЦАП. Тобто в тих же одиницях що і АЦП(цілі значення від 0...1023 для струму та 0..2047 для напруги).

Це є основною ідеєю програми. Я також коротко поясню про файли, які ви знайдете в архіві (за умови, що ви знайомі з CІ).

main.c – цей файл містить основну програму. Усі ініціалізації виробляються тут. Основний цикл також реалізується тут.
analog.c - аналого-цифровий перетворювач, все, що працює в контексті переривання завдання, може бути знайдено тут.
dac.c – цифро-аналоговий перетворювач. Ініціалізується з ddcp.c, але використані лише з analog.c
kbd.c - програма обробки даних із клавіатури
lcd.c – драйвер РК-дисплея. Це спеціальна версія, в якій не знадобиться контакт RW дисплея.

Для завантаження програмного забезпечення в мікроконтролер вам потрібен програматор, наприклад avrusb500. Ви можете завантажити zip архіви програмного забезпечення наприкінці статті.

Відредагуйте файл hardware_settings.h і налаштуйте його відповідно до обладнання. Тут ви також можете зробити калібрування вольтметра та амперметра. Файл добре прокоментовано.

Підключіть кабель до програматора та пристрою. Потім встановіть біти конфігурації працювати мікроконтролера від внутрішнього генератора частотою 8МГц. Програма призначена для цієї частоти.

Кнопки

Блок живлення має 4 кнопки для місцевого керування напругою та макс. струмом, 5-я кнопка служить для збереження налаштувань у пам'яті EEPROM, щоб наступного разу при включенні блоку були ці налаштування напруги і струму.

U+ збільшує напругу та U – зменшує. Коли ви тримаєте кнопку, то через деякий час показання будуть "бігти" швидше, щоб легко змінити напругу у більших межах. Кнопки I+ та I – працюють так само.

Дисплей

Індикація дисплея виглядає так:

Стрілка праворуч вказує на те, що в даний час працює обмеження напруги. Якщо коротке замикання на виході або підключений пристрій споживає більше встановленого струму, то стрілка висвічуватиметься в нижньому рядку дисплея, що означає включення обмеження струму.

Деякі фотографії пристрою

Ось деякі фотографії джерела харчування що я збирав.

Він дуже маленький, але з більш широкими можливостями та потужнішими, ніж багато інших джерел живлення:

Старі алюмінієві радіатори від процесорів Pentium добре підійдуть для охолодження силових елементів.

Розміщення плати та адаптера всередині корпусу:

Зовнішній вигляд пристрою:

Варіант двоканального блоку живлення. Надіслав Boogyman:

Розповісти у:

Вихідну напругу блоку живлення можна змінювати в межах 1,25...26 В, максимальний вихідний струм - 2 А. Поріг спрацьовування захисту по струму можна змінювати в межах 0,01...2 А з кроком 0,01 А, а затримку спрацьовування - близько 1...10 мс з кроком 1 мс і 10...100 мс з кроком 10мс. Стабілізатор напруги (рис. 1) зібрано на мікросхемі LT1084-ADJ (DA2). Вона забезпечує вихідний струм до 5 А і має вбудовані вузли захисту від перегріву (температура спрацьовування близько 150 °С), так і від перевищення вихідного струму. Причому поріг спрацьовування захисту струмом залежить від падіння напруги на мікросхемі (різниці вхідної та вихідної напруги). Якщо падіння напруги не перевищує 10 В, максимальний вихідний струм може досягати 5 А, при збільшенні цієї напруги до 15 В зменшиться до 3...4 А, а при напрузі 17... 18 В і більше не перевищить 1 А. Регулювання вихідної напруги в інтервалі 1,25...26 здійснюють змінним резистором R8.

Для забезпечення в блоці живлення вихідного струму до 2 А в усьому інтервалі вихідної напруги застосовано ступінчасту зміну напруги на вході стабілізатора DA2. Чотири двонапівперіодні випрямлячі зібрані на понижувальному трансформаторі Т1 і діодах VD1-VD8. Випрямляч на діодах VD1, VD2 та стабілізатор напруги DA1 призначені для живлення мікроконтролера DD1, ОУ DA3 та цифрового індикатора HG1. Вихідна напруга випрямляча на діодах VD5, VD6 становить 9... 10 В, на діодах VD4, VD7 - 18...20, а на VD3, VD8 - 27...30 В. Виходи цих трьох випрямлячів, залежно від значення вихідної напруги блоку живлення через польові транзистори оптореле U1-U3 можуть бути підключені до згладжуючого конденсатора С4 і входу стабілізатора DA2. Управління оптореле здійснює мікроконтролер DD1.

Перемикач транзистор VT1 виконує функцію електронного ключа, він за командою мікроконтролера DD1 підключає або відключає напругу стабілізатора від виходу (гніздо XS1) блоку живлення. На резистори R14 зібраний датчик струму, напруга на ньому залежить від вихідного струму. Ця напруга посилюється масштабуючим підсилювачем постійного струму на ОП DA3.1 і з виходу буферного підсилювача на ОП DA3.2 надходить на лінію РСО (висновок 23) мікроконтролера DD1, яка сконфігурована як вхід вбудованого АЦП. Відображення режимів роботи блоку живлення, а також поточних значень струму та напруги здійснює РК індикатор HG1.

При включенні блоку живлення на виході РСЗ мікроконтролера DD1 незалежно від вихідної напруги встановиться високий логічний рівень, польові транзистори оптопари U1 відкриються і до входу стабілізатора DA2 буде підключений випрямляч на діодах VD3, VD8 (27...30 В). Далі здійснюється вимірювання вихідної напруги блоку за допомогою вбудованого мікроконтролер DD1 АЦП. Ця напруга надходить на резистивний дільник R9R11R12, і з двигуна підстроєного резистора R11 вже зменшена напруга надходить на лінію РС1 мікроконтролера, яка сконфігурована як вхід АЦП.

У процесі роботи вихідна напруга постійно вимірюється і до входу стабілізатора буде підключений відповідний випрямляч. За рахунок цього різниця вхідної та вихідної напруги стабілізатора DA2 не перевищує 10... 12 В, що дає можливість забезпечити максимальний вихідний струм при будь-якій вихідній напрузі. Крім того, це суттєво знижує нагрівання стабілізатора DA2.

Якщо вихідна напруга блоку не перевищує 5,7, високий рівень буде на виході РС5 мікроконтролера DD1, а на виходах РСЗ і РС4 - низький, тому на вхід стабілізатора DA2 надійде напруга 9 ... 10В з випрямляча на діодах VD5, VD6. В інтервалі вихідних напруг 5,7... 13,7 на стабілізатор буде подано напругу 18...20 з випрямляча на діодах VD4, VD7. При вихідній напрузі більше 13,7 на стабілізатор DA2 буде подано напругу 27...30 з випрямляча на діодах VD3, VD8. Порогову напругу перемикання можна змінити в меню початкових налаштувань від 1 до 50 В.

Одночасно здійснюється вимір вихідного струму; якщо він перевищить заздалегідь встановлене значення, на виході PC2 встановиться низький логічний рівень, транзистор VT1 закриється і напруга не надійде на вихід блоку живлення. При пульсуючому характері струму, що споживається, індикується його амплітудне значення.
Відразу після включення блоку живлення транзистор VT1 закритий, і на вихід напруга не надходить. Програма знаходиться в режимі встановлення струму спрацьовування захисту та часу затримки (якщо потрібно), на РК індикаторі HG1 буде повідомлення:

ЗАХИСТ
I=0,00А

а після натискання на кнопку SB3 при миготливому старшому розряді:

ЗАТРИМКА 1мс

У першому випадку один із трьох розрядів блимає, значення струму в цьому розряді змінюють натисканням на кнопку SB1 "+" або SB2 "-". Вибір цього розряду здійснюється натисканням кнопки SB3 "Вибір". Щоб вимкнути захист, необхідно натискати на кнопку SB2 "-", доки на екрані не з'явиться повідомлення:
U = 10,0V
z відкл z

Після встановлення необхідного струму спрацьовування захисту натискають кнопку SB3 "Вибір" і утримують її близько секунди - пристрій перейде в робочий режим, транзистор VT1 відкриється і РК індикатор HG1 відобразить поточні значення напруги і струму:
U = 10,0V
I=0,00A

При включеній затримці на індикаторі, крім значень напруги і струму, як нагадування, буде відображатися миготливий знак оклику:
U=10,0V
I 0.00A!

Якщо захист вимкнено, замість знака оклику з'явиться миготливий знак "блискавка".
Якщо вихідний струм дорівнює або перевищить встановлене значення струму спрацьовування захисту, транзистор VT1 закриється і на екрані з'явиться повідомлення:
ЗАХИСТ
I=1,00А

Причому слово "ЗАХИСТ" буде миготливим. Після короткого натискання будь-якої з кнопок пристрій знову перейде в режим встановлення струму спрацьовування захисту.
Якщо в робочому режимі натиснути кнопку SB1 "+" або SB2 "-", увімкнеться розділ встановлення тимчасової затримки спрацьовування захисту струму і на індикаторі з'явиться повідомлення:
ЗАТРИМКА 1мс

Натискаючи на кнопку SB1 "+" або SB2 "-", змінюють затримку в межах від 1 до 10 мс з кроком 1 мс і від 10 до 100 мс з кроком 10 мс. Затримка спрацьовування захисту струму працює наступним чином. Якщо вихідний струм стане рівним або перевищить встановлене значення, зроблено паузу встановленої тривалості (від 1 до 100 мс), після чого знову проведено вимірювання. Якщо струм, як і раніше, дорівнює або перевищує встановлене значення, транзистор VT1 закриється і навантаження буде знеструмлено. Якщо ж за цей часовий інтервал вихідний струм поменшає струму спрацьовування, пристрій залишиться в робочому режимі. Щоб вимкнути затримку, необхідно зменшувати її значення натисканням на кнопку SB2 "-", доки на екрані не з'явиться повідомлення:
ЗАТРИМКА ВІДКЛ

У робочому режимі можна вручну вимкнути вихідну напругу та перейти в режим встановлення струму захисту, для цього потрібно натиснути кнопку SB3 "Вибір".
У програмі є меню початкових налаштувань, щоб у нього увійти, необхідно включити блок живлення, утримуючи натиснутою кнопку SB3 "Вибір". Першим відобразиться меню встановлення тактової частоти вбудованого АЦП мікроконтролера DD1:
ТАКТ АЦП 500кГц

Натисканням на кнопку SB1 "+" або SB2 "-" можна вибрати три значення тактової частоти вбудованого АЦП: 500 кГц, 1 МГц та 2 МГц. При частоті 500 кГц час спрацьовування захисту становить 64 мкс, при частотах 1 та 2 МГц – 36 та 22 мкс відповідно. Калібрування пристрою краще проводити за частоти 500 кГц (встановлено за замовчуванням).

Щоб перейти до наступного налаштування, натискають на кнопку SB3 "Вибір", і з'явиться повідомлення:
СТУПЕНБ2
ВІД 5,7V

У цьому розділі меню можна змінити (натискаючи на кнопку SB1 "+" або SB2 "-") значення вихідної напруги, при якому здійснюється підключення до входу стабілізатора DA2 того чи іншого випрямляча. При наступному натисканні на кнопку SB3 "Вибір" з'явиться меню встановлення такого порогу перемикання:
СТУПЕНЬЗ
ВІД 13,7V

При переході в наступний розділ меню відкриється транзистор VT1, а захист струму буде вимкнено. З'явиться повідомлення: U=10,0V* I=0,OOA*
У цьому розділі змінюють значення коефіцієнта k, який використаний у програмі корекції показань вихідної напруги в залежності від вихідного струму. Справа в тому, що на резистори R14 і транзисторі VT1 при максимальному вихідному струмі падіння напруги становить до 0,5 В. Оскільки для вимірювання вихідної напруги використаний резистивний дільник R9R11R12, включений до резистора R14 і транзистора VT1, в програмі, залежно від струму, що протікає , розраховується це падіння напруги та віднімається від виміряного значення напруги. При натисканні на кнопку SB1 "+" або SB2 "-" на індикаторі замість значення струму відобразиться значення коефіцієнта k:
U = 10,0 V * k = 80

За умовчанням він дорівнює 80 його змінюють натисканням на кнопку SB1 "+" або SB2 "-".
При наступному натисканні на кнопку SB3 "Вибір" мікроконтролер DD1 запуститься повторно, при цьому всі встановлені налаштування збережуться в його незалежній пам'яті і будуть використані при наступних запусках.




Більшість деталей, у тому числі трансформатор Т1, розміщені на макетній друкованій платі (рис. 2). Було використано провідний монтаж. Конденсатори С5 та С7 встановлюють якомога ближче до висновків стабілізатора DA2. На передній панелі (рис. 3) встановлені індикатор, вимикач живлення, змінний резистор, кнопки та вихідні гнізда.


Застосовані постійні резистори МЛТ, С2-23, крім резистора R14 - він типу SQP-15, підстроювальні резистори багатооборотні - СП5-2, змінний резистор - СПЗ-1, СПЗ-400, двигун якого приводиться в обертання через зубчасту передачу рівним трьом (рис. 4). В результаті вийшов триоборотний змінний резистор, який дозволяє швидко і водночас точно змінювати напругу на виході стабілізатора.

Конденсатори С5, С7 бажано використовувати танталові, оксидні конденсатори – імпортні, решта – К10-17. Замість вказаного на схемі можна застосувати РК індикатор (два рядки по вісім символів) з англійським набором символів на контролерах KS0066, HD47780, наприклад WH0802A-YGH-CT фірми Winstar. Діоди 1N4005 замінні на діоди 1N4002-1N4007, 1N5819, діоди Р600В - на P600DP600M, 1 N5401-1 N5408.

Стабілізатор LT1084 через теплопровідну ізолюючу прокладку кріплять до металевого корпусу пристрою, який виконує функції тепловідведення, цей стабілізатор можна замінити на LM1084, але він повинен бути обов'язково з регульованою вихідною напругою (з індексом ADJ). Вітчизняний аналог – мікросхема КР142ЕН22А, але її працездатність у цьому пристрої не перевірялася. Стабілізатор 7805 можна замінити на вітчизняний КР142ЕН5А.

Дросель L1 – вітчизняний ДМ-0,1 або імпортний ЄС-24, його можна замінити на резистор опором 100 Ом. Кварцовий резонатор ZQ1 – РГ-05, HC-49U. Кнопки - будь-які з нормально розімкненим контактом, наприклад SDTM-630-N, вимикач живлення - B100G. Був застосований трансформатор, тип якого невідомий (зазначені лише параметри вторинної обмотки - 24, 2,5 А), але за габаритами він аналогічний трансформатору ТТП-60. Вторинна обмотка видалена та намотані дві нові. Для визначення необхідного числа витків перед видаленням обмотки було виміряно вихідну напругу і знайдено число витків, що припадає на 1 напруги. Потім дротом ПЕВ-2 0,7...0,8 одночасно намотують дві обмотки з двома відводами кожна. Число витків має бути таким, щоб на перших відводах обох обмоток була напруга 9, а на других - 18В. В авторському варіанті кожна з обмоток містила по 162 витки з відведеннями від 54 і 108 витка.

Налагодження починають без встановлених мікроконтролера, ОУ та індикатора з перевірки постійних напруг на виходах випрямлячів та стабілізатора DA1. Під час програмування мікроконтролера необхідно встановити конфігураційні біти (fuse bits):
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.

Мікроконтролер може бути запрограмований внутрісхемно, при цьому програматор підключають до вилки ХР2. При цьому мікроконтролер живлять від блоку живлення.
Після встановлення мікроконтролера та ОУ підключають індикатор і включають пристрій (без навантаження), утримуючи кнопку SB3 "Вибір", при цьому програма мікроконтролера перейде в режим початкових налаштувань. Резистором R16 встановлюють бажану контрастність зображення індикатора, а добіркою резистора R18 - яскравість підсвічування табло індикатора.

Далі, натискаючи кнопку SB3 "Вибір", необхідно вибрати в меню розділ установки коефіцієнта k. До виходу пристрою підключають зразковий вольтметр і встановлюють вихідну напругу, близьку до максимальної. Резистором R11 зрівнюють показання індикатора та вольтметра. При цьому вихідний струм повинен дорівнювати нулю.

Потім встановлюють мінімальну вихідну напругу (1,25В) і підключають до виходу послідовно з'єднані зразковий амперметр і резистор навантаження опором близько 10 Ом і потужністю 40...50 Вт. Змінюючи вихідну напругу, встановлюють вихідний струм близько 2 А і резистором R17 наводять показання індикатора у відповідність до показань амперметра. Після цього послідовно з амперметром підключають резистор опором 1 кОм і зміною вихідної напруги встановлюють вихідний струм 10 мА. На індикаторі має бути таке значення струму; якщо це не так і показання менше, необхідно між виходом стабілізатора DA1 і витоком транзистора VT1 встановити резистор опором 300...1000 Ом та його вибіркою зрівняти показання індикатора та амперметра. Тимчасово можна застосувати змінний резистор, замінивши його на постійний з відповідним опором.

На закінчення уточнюють значення коефіцієнта k. Для цього до виходу знову підключають зразковий вольтметр та потужний резистор навантаження. Змінюючи вихідну напругу, встановлюють вихідний струм, близький до максимального. Натискаючи на кнопку SB1 "+" або SB2 "-", змінюють коефіцієнт k так, щоб показання індикатора та вольтметра збіглися. Після натискання на кнопку SB3 "Вибір" відбудеться перезавантаження мікроконтролера та блок живлення буде готовий до роботи.
Слід зазначити, що максимальний вихідний струм (2 А) обмежений типом застосованих оптореле і може бути збільшений до 2,5 А, якщо їх замінити більш потужними.

АРХІВ: Завантажити із сервера


Д. МАЛЬЦЕВ, м. Москва
"Радіо" №12 2008р.Розділ: