Fuente de alimentación basada en Atmega8. Fuente de alimentación de laboratorio digital con control por PC
Una fuente de alimentación de laboratorio, e incluso controlada desde un ordenador, y no pude resistirme. Decidí comprar repuestos en tiendas rusas, por el dólar, las sanciones y todo eso. Esto es lo que salió de esto...
Se necesita una fuente de alimentación de laboratorio para alimentar varios dispositivos en la etapa de desarrollo. Mi primer retrato de trabajador de laboratorio lo hice cuando tenía 16 años. Fue un horror escalofriante que, sin embargo, de alguna manera hizo frente a sus funciones. Entonces estaba empezando a aprender sobre electrónica y todo se limitaba a girar motores. En aquel momento desearía tener Internet y al menos algo de dinero para gastos de bolsillo...
Primera fuente de alimentación
Luego hubo un largo descanso, el ejército, varios años de trabajo lejos de casa, pero después de este período volví a este hobby, todo era mucho más serio, y este monstruo estaba hecho de materiales de desecho:
Soportó muchos abusos y todavía está vivo, pero yo quería más. Se pensó en comprar uno ya hecho a los chinos, pero mientras el sapo se estrangulaba, hubo una crisis y luego apareció este plan. Empecé a coleccionar componentes. Encontramos mucho en los contenedores (resistencias y transistores, un generador de impulsos de una computadora portátil, un cargador innecesario de un teléfono), pero no pudimos prescindir de comprarlos.
Lista de piezas compradas:
Inmersión de chipstransistor de potencia - 110 rublos.
- frotar 2x8.
- 540 frotar.
total 825 frotar.
Chip-nn (no funciona con enlaces debido a las características específicas del sitio)
amplificador operacional LM358N - 12 r.
Condensador electrolítico 2200 uF. - 13 frotar.
terminales de tornillo 2x - 22 frotar.
Soporte LED x3 - 20 frotar.
botón de bloqueo rojo, fuerte - 17 rublos.
derivación 0,1 ohmios - 30 frotar.
Resistencias de recorte de múltiples vueltas de 470 ohmios x2 - 26 rublos.
total 140 frotar.
El principio de funcionamiento de este dispositivo.
Arduino monitorea el voltaje y la corriente de salida y, usando PWM, activa el transistor de potencia para que la fuente de alimentación produzca los valores establecidos.La fuente de alimentación puede generar un voltaje de 1 a 16 voltios, proporcionar una corriente de 0,1 a 8 amperios (con una fuente de voltaje normal), entrar en protección y limitar la corriente. Es decir, se puede utilizar para cargar baterías, pero yo no me arriesgué y ya tengo una. Otra característica de esta extraña fuente de alimentación es que funciona con dos voltajes. La tensión principal debe estar respaldada por un aumento de tensión procedente de una batería o de una segunda fuente de alimentación. Esto es necesario para que el amplificador operacional funcione correctamente. Utilicé una fuente de alimentación para computadora portátil de 19 V 4 A como fuente principal y un cargador de 5 V 350 mA de algún teléfono como energía adicional.
Asamblea.
Decidí comenzar el montaje soldando la placa principal con la expectativa de clavar el perno si no funciona, ya que he leído muchos comentarios de gente corrupta sobre cómo todo fuma, explota y no funciona. y además hice algunos cambios en el circuito.Para hacer el tablero, compré una nueva impresora láser para finalmente dominar LUT; antes dibujaba tableros con un marcador (), que es una hemorroide. El tablero funcionó la segunda vez, porque por alguna razón reflejé el tablero la primera vez, lo cual no fue necesario.
Resultado final:
La prueba fue alentadora, todo funcionó como debería. 
Después de un lanzamiento exitoso, comencé a piratear el cuerpo.
Comencé con el más grande: el sistema de enfriamiento del transistor de potencia. Tomé como base un refrigerador para computadora portátil y puse esto en la parte trasera. 
Pegué botones de control y bombillas en el panel frontal. La perilla pesada es un codificador con un botón incorporado. Se utiliza para control y configuración. El botón verde cambia los modos de visualización en la pantalla, una ranura en la parte inferior para un conector USB, tres luces (de izquierda a derecha) indican la presencia de voltaje en los terminales, la activación de la protección contra sobrecarga y la limitación de corriente. Conector entre terminales para conectar dispositivos adicionales. Coloco allí un taladro para placa de circuito y un cortador de plexiglás con alambre de nicromo. 
Puse todas las agallas en el estuche, conecté los cables. 
Después de encender y calibrar el control, lo cerré con una tapa.
Foto de los reunidos.
Los agujeros se hacen debajo del radiador del estabilizador lm7805, que se calienta bastante. La succión de aire a través de ellos resolvió el problema de enfriar esta pieza. 
En la parte trasera hay un tubo de escape, un botón de encendido rojo y un conector para el cable de red. 
El dispositivo tiene cierta precisión, el multímetro chino está de acuerdo con ello. Por supuesto, calibrar un maharika casero con un multímetro chino y hablar de precisión es bastante ridículo. A pesar de esto, el dispositivo encontrará un lugar en mi mesa, ya que para mis propósitos es suficiente.
Algunas pruebas
Interacción con el programa. Muestra voltaje y corriente en tiempo real en forma de gráficos y con la ayuda de este programa puedes controlar el suministro de energía. 
A la fuente de alimentación están conectados una lámpara incandescente de 12 voltios y un amperímetro. El amperímetro interno después del ajuste funciona tolerablemente. 
Midamos el voltaje en los terminales. Fabuloso. 
El firmware incluye un vatímetro. La misma bombilla de 12 voltios está conectada al bloque, en cuya base dice "21W". No es el peor resultado. 
Estoy cien por cien satisfecho con el producto, por eso escribo una reseña. Quizás algunos de los lectores carezcan de dicha fuente de alimentación.
Sobre las tiendas:
Chip-nn está satisfecho con la velocidad de entrega, pero en mi opinión el surtido es demasiado pequeño. Una especie de tienda online, similar a una tienda de radio en un pueblo mediano. Los precios son más bajos, en algunas cosas significativamente.
Chip-dip... Compré algo allí que no estaba en chip-nn, de lo contrario no habría asomado la cabeza. El comercio minorista es un poco caro, pero todo está ahí.
Les presento a su atención un diagrama probado de una buena fuente de alimentación de laboratorio, publicado en la revista "Radio" No. 3, con un voltaje máximo de 40 V y una corriente de hasta 10 A. La fuente de alimentación está equipada con un digital Unidad de visualización con control por microcontrolador. El circuito de alimentación se muestra en la figura:
Descripción del funcionamiento del dispositivo. El optoacoplador mantiene una caída de voltaje en el regulador lineal de aproximadamente 1,5 V. Si la caída de voltaje en el chip aumenta (por ejemplo, debido a un aumento en el voltaje de entrada), el LED del optoacoplador y, en consecuencia, el fototransistor se encienden. El controlador PHI se apaga, cerrando el transistor de conmutación. El voltaje en la entrada del estabilizador lineal disminuirá.
Para aumentar la estabilidad, la resistencia R3 se coloca lo más cerca posible del chip estabilizador DA1. Los inductores L1, L2 son secciones de tubos de ferrita colocadas en los terminales de puerta de los transistores de efecto de campo VT1, VT3. La longitud de estos tubos es aproximadamente la mitad de la longitud del cable. El inductor L3 está enrollado en dos núcleos magnéticos anulares K36x25x7,5 plegados de permalloy MP 140. Su devanado contiene 45 vueltas, que se enrollan en dos cables PEV-2 con un diámetro de 1 mm, colocados uniformemente alrededor del perímetro del magnético. centro. Está permitido reemplazar el transistor IRF9540 por IRF4905 y el transistor IRF1010N por BUZ11, IRF540.
Si se requiere con una corriente de salida superior a 7,5 A, es necesario agregar otro regulador DA5 en paralelo con DA1. Entonces la corriente de carga máxima alcanzará los 15 A. En este caso, el inductor L3 está enrollado con un haz que consta de cuatro cables PEV-2 con un diámetro de 1 mm, y la capacitancia de los condensadores C1-SZ se duplica aproximadamente. Las resistencias R18, R19 se seleccionan según el mismo grado de calentamiento de los microcircuitos DA1, DA5. El controlador PHI debe reemplazarse por otro que permita el funcionamiento a una frecuencia más alta, por ejemplo, KR1156EU2.
Módulo para medición digital de tensión y corriente de fuente de alimentación de laboratorio.
La base del dispositivo es el microcontrolador PICI6F873. El chip DA2 contiene un estabilizador de voltaje, que también se utiliza como referencia para el ADC incorporado del microcontrolador DDI. Las líneas de puerto RA5 y RA4 están programadas como entradas ADC para medir voltaje y corriente, respectivamente, y RA3 es para controlar un transistor de efecto de campo. El sensor de corriente es la resistencia R2 y el sensor de voltaje es el divisor resistivo R7 R8. La señal actual del sensor es amplificada por el amplificador operacional DAI. 1. y el amplificador operacional DA1.2 se utiliza como amplificador de búfer.
Presupuesto:
- Medición de tensión, V - 0..50.
- Medición actual, A - 0,05..9.99.
- Umbrales de protección:
- - por corriente. A - de 0,05 a 9,99.
- - por voltaje. B - de 0,1 a 50.
- Tensión de alimentación, V - 9...40.
- Consumo máximo de corriente, mA - 50.
Una fuente de alimentación buena, confiable y fácil de usar es el dispositivo más importante y más utilizado en todo laboratorio de radioaficionados.
Una fuente de alimentación industrial estabilizada es un dispositivo bastante caro. Usando un microcontrolador al diseñar una fuente de alimentación, puede construir un dispositivo que tenga muchas funciones adicionales, sea fácil de fabricar y muy asequible.
Esta fuente de alimentación digital de CC ha sido un producto de gran éxito y ahora se encuentra en su tercera versión. Todavía se basa en la misma idea que la primera opción, pero viene con algunas mejoras interesantes.
Introducción
Esta fuente de alimentación es la menos compleja de fabricar que la mayoría de los demás circuitos, pero tiene muchas más características:
La pantalla muestra el voltaje medido actual y los valores actuales.
- La pantalla muestra los límites de tensión y corriente preestablecidos.
- Sólo se utilizan componentes estándar (sin chips especiales).
- Requiere voltaje de suministro de polaridad única (no hay voltaje de suministro negativo separado para amplificadores operacionales o lógica de control)
- Puedes controlar la fuente de alimentación desde tu ordenador. Puede leer corriente y voltaje y configurarlos con comandos simples. Esto es muy útil para pruebas automatizadas.
- Pequeño teclado para introducir directamente la tensión deseada y la corriente máxima.
- Esta es una fuente de energía realmente pequeña pero poderosa.
¿Es posible eliminar algunos componentes o agregar funciones adicionales? El truco consiste en trasladar la funcionalidad de componentes analógicos, como amplificadores operacionales, al microcontrolador. En otras palabras, la complejidad del software, los algoritmos aumenta y la complejidad del hardware disminuye. Esto reduce la complejidad general para usted, ya que el software se puede descargar simplemente.
Ideas básicas de proyectos eléctricos
Comencemos con la fuente de alimentación estabilizada más simple. Consta de 2 partes principales: un transistor y un diodo zener, que crea un voltaje de referencia.
El voltaje de salida de este circuito será Uref menos 0,7 voltios, que cae entre B y E en el transistor. El diodo Zener y la resistencia crean un voltaje de referencia que es estable incluso si hay picos de voltaje en la entrada. Se necesita un transistor para conmutar corrientes elevadas que un diodo zener y una resistencia no pueden proporcionar. En esta función, el transistor sólo amplifica la corriente. Para calcular la corriente en la resistencia y el diodo Zener, es necesario dividir la corriente de salida por el HFE del transistor (el número HFE, que se puede encontrar en la tabla con las características del transistor).
¿Cuáles son los problemas con este esquema?
El transistor se quemará cuando haya un cortocircuito en la salida.
- Sólo proporciona una tensión de salida fija.
Estas son limitaciones bastante severas que hacen que este circuito no sea adecuado para nuestro proyecto, pero es la base para diseñar una fuente de alimentación controlada electrónicamente.
Para superar estos problemas, es necesario utilizar “inteligencia” que regule la corriente de salida y cambie el voltaje de referencia. Eso es todo (...y esto hace que el circuito sea mucho más complicado).
En las últimas décadas, la gente ha estado utilizando amplificadores operacionales para impulsar este algoritmo. En principio, los amplificadores operacionales se pueden utilizar como computadoras analógicas para sumar, restar, multiplicar o realizar operaciones lógicas "o" en voltajes y corrientes.
Hoy en día, todas estas operaciones se pueden realizar rápidamente mediante un microcontrolador. La mejor parte es que obtienes un voltímetro y un amperímetro como complemento gratuito. En cualquier caso, el microcontrolador debe conocer los parámetros de salida de corriente y voltaje. Sólo necesitas mostrarlos. ¿Qué necesitamos de un microcontrolador?
ADC (convertidor analógico a digital) para medir voltaje y corriente.
- DAC (convertidor digital a analógico) para controlar el transistor (ajustando el voltaje de referencia).
El problema es que el DAC debe ser muy rápido. Si se detecta un cortocircuito en la salida, debemos reducir inmediatamente el voltaje en la base del transistor, de lo contrario se quemará. La velocidad de respuesta debe ser de milisegundos (tan rápida como un amplificador operacional).
El ATmega8 tiene un ADC que es bastante rápido y a primera vista no tiene DAC. Es posible utilizar modulación de ancho de pulso (PWM) y un filtro de paso bajo analógico para lograr un DAC, pero el PWM por sí solo es demasiado lento en el software para implementar protección contra cortocircuitos. ¿Cómo construir un DAC rápido?
Hay muchas formas de crear convertidores de digital a analógico, pero debe ser rápida y sencilla, que interactúe fácilmente con nuestro microcontrolador. Existe un circuito convertidor conocido como "matriz R-2R". Se compone únicamente de resistencias e interruptores. Se utilizan dos tipos de valores de resistencia. Uno con un valor R y otro con el doble de valor R.
Arriba se muestra un diagrama de circuito de un DAC R2R de 3 bits. El control lógico cambia entre GND y Vcc. Un uno lógico conecta el interruptor a Vcc y un cero lógico a GND. ¿Qué hace este circuito? Regula el voltaje en pasos de Vcc/8. El voltaje total de salida es:
Usal = Z * (Vcc / (Zmax +1), donde Z es la resolución de bits del DAC (0-7), en este caso de 3 bits.
La resistencia interna del circuito, como puede verse, será igual a R.
En lugar de utilizar un interruptor independiente, puede conectar la matriz R-2R a las líneas del puerto del microcontrolador.
Creando una señal DC de diferentes niveles usando PWM (modulación de ancho de pulso)
La modulación por ancho de pulso es una técnica que genera pulsos y los pasa a través de un filtro de paso bajo con una frecuencia de corte significativamente menor que la frecuencia del pulso. Como resultado, la señal de corriente y voltaje CC depende del ancho de estos pulsos.
Atmega8 tiene hardware PWM de 16 bits. Es decir, teóricamente es posible tener un DAC de 16 bits utilizando una pequeña cantidad de componentes. Para obtener una señal de CC real a partir de una señal PWM, es necesario filtrarla, lo que puede ser un problema a altas resoluciones. Cuanta más precisión se necesite, menor debe ser la frecuencia de la señal PWM. Esto significa que se necesitan condensadores grandes y el tiempo de respuesta es muy lento. La primera y segunda versión de la fuente de alimentación de CC digital se construyeron en una matriz R2R de 10 bits. Es decir, el voltaje de salida máximo se puede configurar en 1024 pasos. Si usa ATmega8 con un generador de reloj de 8 MHz y PWM de 10 bits, entonces los pulsos de señal PWM tendrán una frecuencia de 8 MHz/1024 = 7,8 KHz. Para obtener la mejor señal de CC, debe filtrarla con un filtro de segundo orden de 700 Hz o menos.
Puedes imaginar lo que pasaría si usaras PWM de 16 bits. 8MHz/65536 = 122Hz. Por debajo de 12 Hz es lo que necesitas.
Combinando matriz R2R y PWM
Puede utilizar la matriz PWM y R2R juntas. En este proyecto usaremos una matriz R2R de 7 bits combinada con una señal PWM de 5 bits. Con una velocidad de reloj del controlador de 8 MHz y una resolución de 5 bits, obtendremos una señal de 250 kHz. La frecuencia de 250 kHz se puede convertir en una señal de CC utilizando una pequeña cantidad de condensadores.
La versión original de la fuente de alimentación de CC digital utilizaba un DAC basado en matriz R2R de 10 bits. En el nuevo diseño utilizamos una matriz R2R y PWM con una resolución total de 12 bits.
Sobremuestreo
A costa de algo de tiempo de procesamiento, se puede aumentar la resolución del convertidor analógico a digital (ADC). Esto se llama remuestreo. El remuestreo cuádruple da como resultado una resolución doble. Es decir: se pueden utilizar 4 muestras consecutivas para obtener el doble de pasos por ADC. La teoría detrás del remuestreo se explica en el documento PDF que puede encontrar al final de este artículo. Usamos sobremuestreo para el voltaje del circuito de control. Para el bucle de control actual, utilizamos la resolución original del ADC ya que aquí el tiempo de respuesta rápido es más importante que la resolución.
Descripción detallada del proyecto.
Todavía faltan algunos detalles técnicos:
DAC (convertidor digital a analógico) no puede controlar el transistor de potencia
- El microcontrolador funciona desde 5V, esto significa que la salida máxima del DAC es 5V, y el voltaje de salida máximo en el transistor de potencia será 5 - 0,7 = 4,3V.
Para solucionar esto debemos agregar amplificadores de corriente y voltaje.
Agregar una etapa amplificadora al DAC
A la hora de añadir un amplificador debemos tener en cuenta que este debe manejar señales grandes. La mayoría de los diseños de amplificadores (por ejemplo, para audio) se realizan asumiendo que las señales serán pequeñas en comparación con el voltaje de suministro. Así que olvídate de todos los libros clásicos sobre el cálculo de un amplificador para un transistor de potencia.
Podríamos usar amplificadores operacionales, pero requerirían voltaje de suministro positivo y negativo adicional, lo cual queremos evitar.
También existe el requisito adicional de que el amplificador debe amplificar el voltaje desde cero en un estado estable sin oscilación. En pocas palabras, no debe haber fluctuaciones de voltaje cuando se enciende la alimentación.
A continuación se muestra un diagrama de una etapa amplificadora adecuada para este propósito.
Empecemos por el transistor de potencia. Usamos BD245 (Q1). Según las características, el transistor tiene HFE = 20 a 3A. Por tanto consumirá unos 150 mA en la base. Para amplificar la corriente de control utilizamos una combinación conocida como "transistor Darlington". Para ello utilizamos un transistor de media potencia. Normalmente, el valor de HFE debe ser 50-100. Esto reducirá la corriente requerida a 3 mA (150 mA / 50). La corriente de 3 mA es la señal proveniente de transistores de baja potencia como BC547/BC557. Los transistores con tal corriente de salida son muy adecuados para construir un amplificador de voltaje.
Para obtener una salida de 30 V, debemos amplificar los 5 V provenientes del DAC con un factor de 6. Para hacer esto, combinamos transistores PNP y NPN, como se muestra arriba. La ganancia de voltaje de este circuito se calcula:
Vampl = (R6 + R7) / R7
La fuente de alimentación puede estar disponible en 2 versiones: con una tensión máxima de salida de 30 y 22V. La combinación de 1K y 6,8K da un factor de 7,8, lo cual es bueno para la versión de 30V, pero puede haber cierta pérdida con corrientes más altas (nuestra fórmula es lineal, pero en realidad no lo es). Para la versión de 22V utilizamos 1K y 4,7K.
La resistencia interna del circuito como se muestra en la base BC547 sería:
Rin = hfe1 * S1 * R7 * R5 = 100 * 50 * 1K * 47K = 235 MOhm
HFE es aproximadamente de 100 a 200 para el transistor BC547
- S es la pendiente de la curva de ganancia del transistor y es aproximadamente 50 [unidad = 1/Ohm]
Esto es más que suficiente para conectarlo a nuestro DAC, que tiene una resistencia interna de 5k ohmios.
Resistencia de salida equivalente interna:
Ruta = (R6 + R7) / (S1 + S2 * R5 * R7) = aproximadamente 2Ω
Lo suficientemente bajo como para usar el transistor Q2.
R5 conecta la base del BC557 al emisor, lo que significa "apagado" para el transistor antes de que se activen el DAC y el BC547. R7 y R6 atan la base de Q2 primero a tierra, lo que baja la etapa de salida Darlington.
En otras palabras, todos los componentes de esta etapa del amplificador se apagan inicialmente. Esto significa que no obtendremos ninguna oscilación de entrada o salida de los transistores cuando se encienda o apague la alimentación. Este es un punto muy importante. He visto costosas fuentes de alimentación industriales que experimentan subidas de tensión cuando se apagan. Sin duda, estas fuentes deben evitarse, ya que pueden dañar fácilmente los dispositivos sensibles.
Límites
Por experiencia previa, sé que a algunos radioaficionados les gustaría “personalizar” el dispositivo. Aquí hay una lista de limitaciones de hardware y formas de superarlas:
BD245B: 10A 80W. 80W a una temperatura de 25"C. En otras palabras, hay una reserva de energía basada en 60-70W: (Voltaje máximo de entrada * Corriente máxima)< 65Вт.
Puedes agregar un segundo BD245B y aumentar la potencia a 120W. Para garantizar que la corriente se distribuya equitativamente, agregue una resistencia de 0,22 ohmios a la línea del emisor de cada BD245B. Se puede utilizar el mismo circuito y placa. Monte los transistores en el refrigerador de aluminio adecuado y conéctelos con cables cortos a la placa. El amplificador puede controlar un segundo transistor de potencia (este es el máximo), pero es posible que necesites ajustar la ganancia.
Derivación de detección de corriente: utilizamos una resistencia de 0,75 ohmios y 6 W. Hay suficiente potencia con una corriente de 2,5 A (Iout ^ 2 * 0,75<= 6Вт). Для больших токов используйте резисторы соответствующей мощности.
Fuentes de alimentación
Puede utilizar un transformador, un rectificador y condensadores grandes o puede utilizar un adaptador para portátil de 32/24 V. Elegí la segunda opción porque... Los adaptadores a veces se venden a muy bajo precio (en oferta) y algunos de ellos proporcionan 70 W a 24 V o incluso 32 V CC.
La mayoría de los radioaficionados probablemente utilizarán transformadores normales porque son fáciles de conseguir.
Para la versión 22V 2.5A necesitas: Transformador 3A 18V, rectificador y capacitor de 2200uF o 3300uF. (18*1,4 = 25V)
Para la versión 30V 2A necesitas: transformador de 2,5A 24V, rectificador y condensador de 2200uF o 3300uF. (24*1,4 = 33,6V)
No estará de más utilizar un transformador de corriente superior. Un puente rectificador con 4 diodos de baja caída (por ejemplo, BYV29-500) ofrece un rendimiento mucho mejor.
Compruebe si su dispositivo tiene un aislamiento deficiente. Asegúrese de que no sea posible tocar ninguna parte del dispositivo donde el voltaje pueda ser de 110/230 V. Conecte todas las partes metálicas de la carcasa a tierra (no los circuitos GND).
Transformadores y adaptadores de corriente para portátiles.
Si desea utilizar dos o más fuentes de alimentación en su dispositivo para producir voltaje positivo y negativo, entonces es importante que los transformadores estén aislados. Tenga cuidado con los adaptadores de corriente para portátiles. Es posible que los adaptadores de baja potencia aún funcionen, pero algunos pueden tener el pin de salida negativo conectado al pin de tierra de entrada. Esto posiblemente provocará un cortocircuito a través del cable de tierra cuando se utilicen dos fuentes de alimentación en la unidad.
Otro voltaje y corriente.
Hay dos opciones 22V 2,5A y 30V 2A. Si desea cambiar el voltaje de salida o los límites de corriente (simplemente disminuir), simplemente cambie el archivo hardware_settings.h.
Ejemplo: para construir una versión de 18 V 2,5 A, simplemente cambie el voltaje de salida máximo a 18 V en el archivo hardware_settings.h. Puede utilizar una fuente de alimentación de 20 V 2,5 A.
Ejemplo: Para construir una versión de 18V 1.5A, simplemente cambie en el archivo hardware_settings.h el voltaje de salida máximo a 18V y máx. corriente 1.5A. Puede utilizar una fuente de alimentación de 20 V 1,5 A.
Pruebas
El último elemento instalado en la placa debe ser un microcontrolador. Antes de instalarlo recomendaría hacer algunas pruebas básicas de hardware:
Prueba 1: conecte un voltaje pequeño (10 V es suficiente) a los terminales de entrada de la placa y asegúrese de que el regulador de voltaje genere exactamente un voltaje de 5 V CC.
Prueba 2: Mida el voltaje de salida. Debe ser 0 V (o cerca de cero, por ejemplo 0,15, y tenderá a cero si conecta resistencias de 2 kOhm o 5 kOhm en lugar de la carga).
Prueba 3: Instale el microcontrolador en la placa y cargue el software de prueba de LCD ejecutando los comandos en el directorio del paquete tar.gz digitaldcpower desempaquetado.
hacer test_lcd.hex
hacer load_test_lcd
Deberías ver "LCD funciona" en la pantalla.
Ahora puede descargar el software funcional.
Algunas palabras de advertencia para pruebas adicionales con software que funcione: tenga cuidado con los cortocircuitos hasta que haya probado la función limitadora. Una forma segura de probar la limitación de corriente es utilizar resistencias de baja resistencia (unidades de ohmios), como las bombillas de los automóviles.
Establezca el límite de corriente bajo, por ejemplo 30 mA a 10 V. Debería ver que el voltaje cae inmediatamente a casi cero tan pronto como conecta la bombilla a la salida. Hay una falla en el circuito si el voltaje no baja. Con una lámpara de automóvil, puede proteger el circuito de alimentación incluso si hay una falla porque no provoca un cortocircuito.
Software
Esta sección le permitirá comprender cómo funciona el programa y cómo puede utilizar el conocimiento para realizar algunos cambios. Sin embargo, conviene recordar que la protección contra cortocircuitos se realiza mediante software. Si cometió un error en alguna parte, es posible que la protección no funcione. Si cortocircuitas la salida, tu dispositivo terminará en una nube de humo. Para evitar esto, debe utilizar una lámpara de automóvil de 12 V (ver arriba) para probar la protección contra cortocircuitos.
Ahora un poco sobre la estructura del programa. Cuando mira por primera vez el programa principal (archivo main.c, descargado al final de este artículo), verá que solo hay unas pocas líneas de código de inicialización que se ejecutan en el encendido, y luego el programa ingresa un bucle infinito.
De hecho, hay dos bucles infinitos en este programa. Uno es el bucle principal (" while(1)(...)" en main.c) y el otro es una interrupción periódica del convertidor analógico a digital (el "ISR(ADC_vect)(...)" función en analógico.c). Después de la inicialización, la interrupción se ejecuta cada 104 µs. Todas las demás funciones y códigos se ejecutan dentro del contexto de uno de estos bucles.
Una interrupción puede detener la ejecución de una tarea del bucle principal en cualquier momento. Luego se procesará sin distraerse con otras tareas, y luego la ejecución de la tarea continuará nuevamente en el bucle principal en el lugar donde se interrumpió. De esto se desprenden dos conclusiones:
1. El código de interrupción no debe ser demasiado largo ya que debe completarse antes de la siguiente interrupción. Porque aquí es importante la cantidad de instrucciones en el código de máquina. Una fórmula matemática que se puede escribir como una línea de código C puede utilizar hasta cientos de líneas de código de máquina.
2. Las variables que se utilizan en la función de interrupción y en el código del bucle principal pueden cambiar repentinamente en medio de la ejecución.
Todo esto significa que cosas complejas como actualizar la pantalla, probar botones, convertir corriente y voltaje deben realizarse en el cuerpo del bucle principal. En interrupciones realizamos tareas críticas en el tiempo: medición de corriente y voltaje, protección de sobrecarga y configuración del DAC. Para evitar cálculos matemáticos complejos en las interrupciones, se realizan en unidades DAC. Es decir, en las mismas unidades que el ADC (valores enteros de 0...1023 para corriente y 0...2047 para voltaje).
Esta es la idea principal del programa. También explicaré brevemente los archivos que encontrará en el archivo (suponiendo que esté familiarizado con SI).
main.c: este archivo contiene el programa principal. Todas las inicializaciones se realizan aquí. El bucle principal también se implementa aquí.
analog.c es un convertidor analógico a digital, todo lo que funciona en el contexto de una interrupción de tarea se puede encontrar aquí.
dac.c: convertidor de digital a analógico. Inicializado desde ddcp.c, pero solo usado con analog.c
kbd.c - programa de procesamiento de datos de teclado
lcd.c - Controlador LCD. Esta es una versión especial que no requiere un contacto RW de pantalla.
Para cargar software en el microcontrolador necesita un programador como el avrusb500. Puede descargar archivos zip del software al final del artículo.
Edite el archivo hardware_settings.h y configúrelo según su hardware. Aquí también puedes calibrar el voltímetro y el amperímetro. El expediente está bien comentado.
Conecte el cable al programador y a su dispositivo. Luego configure los bits de configuración para ejecutar el microcontrolador desde el oscilador interno de 8 MHz. El programa está diseñado para esta frecuencia.
Botones
La fuente de alimentación tiene 4 botones para control de voltaje local y máx. corriente, el quinto botón se utiliza para guardar la configuración en la memoria EEPROM, de modo que la próxima vez que encienda la unidad habrá la misma configuración de voltaje y corriente.
U+ aumenta el voltaje y U - lo disminuye. Cuando mantiene presionado el botón, después de un tiempo las lecturas "se ejecutarán" más rápido para cambiar fácilmente el voltaje dentro de un rango amplio. Los botones I + e I - funcionan de la misma manera.
Mostrar
La indicación en pantalla se ve así:
La flecha de la derecha indica que la limitación de voltaje está actualmente vigente. Si hay un cortocircuito en la salida o el dispositivo conectado consume más que la corriente establecida, aparecerá una flecha en la línea inferior de la pantalla, indicando que el límite de corriente está habilitado.
Algunas fotos del dispositivo.
Aquí hay algunas fotos de la fuente de alimentación que monté.
Es muy pequeño, pero más capaz y potente que muchas otras fuentes de alimentación:
Los viejos radiadores de aluminio de los procesadores Pentium son muy adecuados para enfriar elementos de potencia:
Colocando la placa y el adaptador dentro del estuche:
Aspecto del dispositivo:
Opción de fuente de alimentación de doble canal. Publicado por el hombre del saco:
Fuente de alimentación con control por microcontrolador + codificador.
¿Qué es algo de lo que más de un radioaficionado no puede prescindir? Así es, sin una BUENA fuente de alimentación. En este artículo describiré cómo se puede hacer una buena fuente de alimentación, en mi opinión, desde una computadora normal (AT o ATX). Lo bueno es que no es necesario comprar costosos transformadores, transistores, transformadores de impulsos de viento y bobinas... Obtener una fuente de alimentación para computadora hoy en día no es muy difícil. Por ejemplo, en el mercado de radio local, una unidad de fuente de alimentación ATX de 300W promedio cuesta ~$8. Naturalmente esto se usa. Pero hay que tener en cuenta que cuanto mejor sea la calidad de la fuente de alimentación de la computadora, mejor será el dispositivo que obtendremos =) Sucede que las fuentes de alimentación chinas están tan mal equipadas/ensambladas que da miedo mirarlas: absolutamente todos los filtros. en la entrada faltan y casi todos los filtros en la salida. Por eso hay que elegir con cuidado. Se tomó como base la fuente de alimentación ATX. CODEGEN 300W
que se convirtió a voltaje de 20 V y se agregó un tablero de control.
Presupuesto: Voltaje
- 3 - 20,5 voltios Actual
- 0,1 - 10A Onda
- depende del modelo "fuente".Hay un "PERO" en la fabricación de dicha fuente de alimentación: si nunca ha reparado o al menos desmontado una fuente de alimentación de computadora, fabricar una de laboratorio será problemático. Esto se debe al hecho de que existen muchas soluciones esquemáticas para fuentes de alimentación de computadoras y no puedo describir todas las modificaciones necesarias. En este artículo describiré cómo hacer una placa para monitorear voltaje y corriente, dónde conectarla y qué modificar en la fuente de alimentación, pero no les daré un diagrama de modificación exacto. Los motores de búsqueda pueden ayudarte.
Un "pero" más: el circuito está diseñado para usarse en una fuente de alimentación basada en un chip PWM bastante común: TL494 (análogos de KA7500, MV3759, mPC494C, IR3M02, M1114EU).
circuito de control
Algunas explicaciones sobre el primer diagrama. La línea de puntos describe la parte del circuito que se encuentra en la placa de alimentación. Indica los elementos que hay que colocar en lugar de lo que hay. No tocamos el resto del arnés TL494.
Como fuente de voltaje utilizamos un canal de 12 Voltios, que modificaremos un poco. La modificación consiste en sustituir TODOS los condensadores del circuito de 12 Voltios por condensadores de la misma (o más) capacidad, pero con un voltaje mayor de 25-35 Voltios. Tiré por completo el canal de 5 voltios: quité el conjunto del diodo y todos los elementos excepto el inductor común. El canal -12V también debe convertirse a un voltaje más alto; también lo usaremos. También es necesario quitar el canal de 3,3 Voltios para que no nos moleste.
En general, lo ideal es dejar sólo el conjunto de diodos del canal de 12 voltios y los condensadores/inductancias de filtro de este canal. También es necesario eliminar los circuitos de retroalimentación de voltaje y corriente. Si el circuito del sistema operativo no es difícil de encontrar por voltaje, generalmente para 1 pin TL494, entonces por corriente (protección contra cortocircuitos) generalmente tendrá que buscar durante bastante tiempo, especialmente si no hay circuito. A veces se trata de un sistema operativo en los pines 15-16 del mismo PWM y, a veces, de una conexión complicada desde el punto medio del transformador de control. Pero es necesario eliminar estos circuitos y asegurarnos de que nada bloquee el funcionamiento de nuestra fuente de alimentación. De lo contrario, el laboratorio no funcionará. Por ejemplo, en CODEGEN olvidé quitar la protección actual... Y no pude elevar el voltaje por encima de 14 voltios: la protección actual se activó y apagó la fuente de alimentación por completo.
Otra nota importante: Es necesario aislar la carcasa de la fuente de alimentación de todos los circuitos internos.
Esto se debe al hecho de que hay un cable común en la carcasa de la fuente de alimentación. Si, por accidente, tocas la salida “+” del cuerpo, obtendrás unos buenos fuegos artificiales. Porque Ahora no hay protección contra cortocircuitos, sino sólo un límite de corriente, pero se implementa a través del terminal negativo. Así es exactamente como quemé el primer modelo de mi fuente de alimentación.
Me gustaría que los parámetros del bloque se establezcan mediante un codificador.
El voltaje y la corriente de estabilización están controlados por el ohmio PWM integrado en el controlador. Su ciclo de trabajo está regulado por un codificador, cada paso del cual conduce a un aumento o disminución de los voltajes de referencia para voltaje y corriente y, como consecuencia, a un cambio en el voltaje en la salida de la fuente de alimentación o la estabilización. actual.
Cuando presiona el botón del codificador, aparece una flecha delante del parámetro que se está cambiando y, con la rotación posterior, el parámetro seleccionado cambia.
Si no se realiza ninguna acción durante algún tiempo, el sistema de control pasa al modo de espera y no responde a la rotación del codificador.
Los parámetros establecidos se guardan en la memoria no volátil y la próxima vez que se encienden, se configuran al último valor establecido.
El indicador en la línea superior muestra el voltaje y la corriente medidos.
La línea inferior muestra la corriente límite establecida.
Cuando se cumple la condiciónI yo zm >yo colocar La fuente de alimentación cambia al modo de estabilización actual.
Ajustar el voltaje
Configuración de la corriente
Características de la PA experimental.
La idea para la fuente de alimentación fue tomada del sitio web http://hardlock.org.ua/viewtopic.php?f=10&t=3
C UV SONATA
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La fuente de alimentación está diseñada para instalar y reparar equipos en un laboratorio de radioaficionados. El sensor de temperatura controla la temperatura del dispositivo alimentado. Si supera el umbral, el dispositivo se desactivará. Esto le permite interrumpir el desarrollo de una situación de emergencia en una etapa temprana y prevenir consecuencias catastróficas. El temporizador corta la alimentación después de un cierto tiempo, que, en particular, se puede utilizar para cargar baterías.
Principales características técnicas
Tensión de salida estabilizada, V…………..0...15
Resolución del voltímetro digital, V.................0,1
Umbral límite de corriente de salida. A
mínimo................................................. ......0.1
máximo................................................. .......1
Intervalo de medición de temperatura, °C................0...100
Duración máxima del temporizador...9 horas 50 minutos
Dimensiones, mm ........................................105x90x70
El diagrama de suministro de energía se muestra en la Fig. 1. La base del dispositivo es el microcontrolador PIC16F88 (DD1), cuyo uso de módulos periféricos permitió ampliar la funcionalidad de la unidad sin complicarla.
Estabilizador de tensión regulable - compensación lineal. Contiene una fuente de voltaje de referencia ajustable, un regulador de voltaje de salida y un dispositivo de comparación de voltaje. El dispositivo de comparación es un comparador incorporado del microcontrolador, cuya entrada inversora RA1 recibe un voltaje de salida a través de un divisor R26R28 y una resistencia R27, y un voltaje de referencia se suministra a la entrada no inversora RA2. La señal de salida del dispositivo de comparación controla el regulador de voltaje de salida.
La fuente del voltaje de referencia regulado es el módulo microcontrolador SSR, que opera en el modo de generar pulsos rectangulares con duración variable en la salida RB0. La tensión de referencia es un componente constante de estos pulsos, proporcional a su ciclo de trabajo, que puede controlarse mediante programa. El voltaje de referencia está aislado por el filtro de paso bajo R1C1R2R5C3. La resistencia de sintonización R2 se utiliza para regularlo durante la configuración.
El regulador de voltaje de salida está ensamblado en un potente transistor pnp compuesto VT1, conectado al cable de alimentación positivo. Dado que el transistor VT1 tiene un gran coeficiente de transferencia de la corriente de base, una pequeña corriente de base, proporcionada por el transistor de efecto de campo de baja potencia VT2, es suficiente para abrirlo. La resistencia R7 conecta la puerta del transistor VT2 al cable común, que mantiene este transistor en estado cerrado durante la inicialización de los puertos del microcontrolador al comienzo de la ejecución del programa. El condensador C9 corrige la respuesta de frecuencia del circuito de control, evitando la autoexcitación del estabilizador.
El circuito de control del regulador de voltaje de salida está conectado a la línea RA4 del microcontrolador. Usando un interruptor electrónico interno, este pin se puede conectar o desconectar de la salida del comparador del dispositivo de comparación. Al controlar este interruptor mediante programación, puede desactivar el regulador de voltaje de salida cuando el voltaje de salida es cero o activarlo cuando el voltaje de salida es proporcional al voltaje de referencia.
Un sensor de temperatura analógico calibrado LM35 (BK1), que convierte linealmente la temperatura en voltaje con un coeficiente de 10 mV/ºС, se conecta a través del circuito R4C2 al pin RA3 del microcontrolador, configurado como entrada analógica. El convertidor analógico a digital (ADC) interno del microcontrolador se utiliza en el medidor digital de voltaje y temperatura. La entrada ADC puede ser conectada por software a los pines RA1 - RAZ. Para aumentar la inmunidad al ruido de la ruta de medición, el funcionamiento del ADC se sincroniza con un período de indicación dinámica de 20 ms. El resultado de la conversión se procesa mediante un filtro de promediación de software.
Al comienzo de cada período de medición, el ADC convierte el voltaje primero de la salida y luego del sensor de temperatura. A partir de 16 lecturas de cada parámetro, se calcula el valor medio aritmético, que se muestra en el indicador. El período de actualización de la lectura es de 320 ms. El valor de temperatura promedio, ya sea que se muestre en el indicador HG1 o no, se compara con un umbral definido por el usuario antes de la actualización. Si excede el umbral, el voltaje de salida se apagará. Tan pronto como la temperatura baje 2 ºС por debajo del umbral, el voltaje de salida se activará nuevamente.
El programa del microcontrolador proporciona un contador de tiempo para el estado de encendido de la fuente de alimentación. Los valores del registro del contador se actualizan cada minuto y se comparan con un valor establecido, por encima del cual se apaga el voltaje de salida. Esto puede ser necesario para limitar el tiempo de algún proceso, por ejemplo, cargar una batería.
El limitador de corriente de salida funciona independientemente del microcontrolador y su programa. Protege la fuente de alimentación de cortocircuitos en la salida y limita la corriente de salida reduciendo el voltaje de salida. La base del limitador es una unidad que convierte la corriente de carga en un voltaje proporcional a ella en relación con el cable común, descrito en el artículo de I. Nechaev "Indicador de límite de corriente" en "Radio", 2002, No. 9, p. . 23. Esta unidad se ensambla utilizando el amplificador operacional DA2.2, el transistor VT4 y las resistencias R23-R25. La resistencia R25 es un sensor de corriente de carga conectado al circuito del cable de alimentación positivo.
Se suministra un voltaje proporcional a la corriente de salida de la fuente del transistor VT4 a través de la resistencia R20 a la entrada inversora (pin 6) del amplificador operacional DA2.1, y su entrada no inversora (pin 5) recibe voltaje del motor de resistencia variable R18. Cuando la posición de este motor permanece sin cambios, el voltaje en él es estable, ya que las resistencias R17 y R18 conectadas en serie están conectadas a un voltaje estabilizado de +5 V desde la salida del microcircuito DA1. Moviendo el control deslizante de la resistencia variable R18, se ajusta el umbral para limitar la corriente de salida.
Si el voltaje en la entrada no inversora del amplificador operacional DA2.1 es mayor que el voltaje en la fuente del transistor VT4, que es proporcional a la corriente, entonces el voltaje en la salida de este amplificador operacional está cerca de su tensión de alimentación, el diodo VD2 está cerrado y no afecta la estabilización de la tensión de salida. El LED HL1 está apagado y protegido contra tensión inversa mediante el diodo VD3. Si el voltaje en la fuente del transistor VT4 excede el voltaje en la entrada no inversora del amplificador operacional DA2.1, el voltaje en la salida de este amplificador operacional DA2.1 caerá a casi cero. La corriente comenzará a fluir a través de la resistencia R19, el diodo VD3 y el LED HL1. El diodo VD2 se abre, lo que hace que el voltaje de salida disminuya de la siguiente manera. para que la corriente de salida no supere el umbral límite. Se encenderá el LED HL1, un indicador del modo de limitación de corriente de carga.
Después de encender la unidad, el voltaje de suministro de 5 V del estabilizador DA1 se suministra al microcontrolador DD1. que configura los puertos de entrada-salida, la configuración y los modos de los módulos periféricos integrados de acuerdo con el programa, lee los valores de voltaje de salida, los ajustes de temperatura y el retardo de tiempo de EEPROM (memoria no volátil) en los registros. El indicador HG1 muestra el número de versión del programa durante dos segundos y luego, con brillo reducido, el valor de voltaje que debería estar en la salida, pero que aún no está encendido en este momento. Al presionar el botón SB1, se enciende el voltaje de salida. encendido con el valor previamente grabado en la EEPROM, el indicador HG1 lo mostrará a pleno brillo. La siguiente pulsación de este botón apagará nuevamente el voltaje de salida y así sucesivamente. Al presionar SB3 y SB4 respectivamente aumenta o disminuye el voltaje de salida. Al presionar brevemente, puede ajustar con precisión el voltaje de salida y, al mantener presionados los botones, puede configurarlo de manera aproximada. Si es necesario que la próxima vez que encienda la fuente de alimentación, la salida tenga un nuevo valor de voltaje, entonces deberá escribirlo en la memoria presionando y manteniendo presionado el botón SB2. Cuando el indicador muestra "SAU", se suelta el botón, el nuevo valor se guardará en la EEPROM.
Una pulsación breve en SB2 le permite ver el valor del contador de temperatura y tiempo en el indicador en incrementos de 10 minutos. Los valores de las configuraciones de temperatura y tiempo se pueden ver manteniendo presionado este botón, y el indicador mostrará los valores parpadeantes de las configuraciones correspondientes, que se pueden cambiar usando los botones SB3 y SB4. Al presionar y mantener presionado el botón SB2 se guardarán los nuevos valores en la EEPROM.
Si, durante el funcionamiento del dispositivo con el voltaje de salida encendido, la temperatura del sensor BK1 excede la configurada, el voltaje de salida se apagará. El indicador mostrará un “o.t” parpadeante, lo que significa que se ha excedido la temperatura. Tan pronto como la temperatura caiga por debajo del valor establecido en 2 C, el voltaje de salida se activará y el indicador HG1 mostrará su valor.
Si el valor del contador de tiempo coincide con el valor establecido, el voltaje de salida se apagará y el indicador mostrará un "o.h" parpadeante, lo que significa que se ha excedido el tiempo. Puede activar el voltaje de entrada después de esto moviendo el ajuste de tiempo hacia adelante o a “0”.
El transformador de red T1 se fabrica industrialmente con un voltaje de devanado secundario de 17 V y una corriente de carga permitida de 1,2 A. Se puede utilizar un transformador TP-115-K8 con dos devanados secundarios de 9 V cada uno y una corriente de 1,1 A, que son conectados en fase en serie. También es adecuado un transformador de red de tecnología de lámparas con tres devanados de filamento de 6,3 V cada uno, conectados del mismo modo. El puente de diodos VD1 debe estar diseñado para una tensión de al menos 50 V y una corriente rectificada promedio de al menos 2 A. Los diodos 1N4148 (VD2 y VD3) se pueden reemplazar por KD522 con cualquier índice de letras. Los diodos BAT85 (VD4-VD6) se pueden reemplazar con otros diodos Schottky, por ejemplo, 1N5817, 1N5818.
Se seleccionó el transistor regulador VT1 de estructura pnp, un compuesto KT825G en una caja metálica, con una gran reserva de corriente para garantizar la confiabilidad del dispositivo. Se puede sustituir por uno similar con una tensión máxima colector-emisor de al menos 50 V y una corriente de colector de 3 A o más. El transistor VT1 se instala en un disipador de calor con aletas con una superficie de enfriamiento de 100 cm2. El disipador de calor con transistor VT1 se fija en la tapa superior de la carcasa desde el exterior, como se muestra en la foto de la Fig. 2. Transistores de efecto de campo VT2 y VT4: cualquiera de la serie KP501 o 2N7000 importado. El transistor VT3 puede ser cualquiera de las series KT3102, KT342.
El indicador HG1 tiene tres o cuatro dígitos con un ánodo común. Puede estar compuesto por tres indicadores separados de un solo dígito. En este caso, los terminales del mismo nombre de los segmentos están conectados entre sí, el transistor VT3 no está instalado y la salida del punto decimal del segundo dígito está conectada al cable común a través de una resistencia de 1 kOhm.
Los botones SB1-SB4 fueron extraídos de equipos de oficina defectuosos, incluida una impresora de inyección de tinta. Estabilizador de voltaje DA1: cualquiera de la serie 7805 en una carcasa TO220. Resistencia recortadora R28 - 3266W-1-103 - multivuelta importada de pequeño tamaño fabricada por Bourns. El sensor de corriente R25 se compone de cuatro resistencias conectadas en paralelo con una resistencia de 1 ohmio y una potencia nominal de 0,5 W.
La fuente de alimentación se monta sin el diodo VD2. comprobar la correcta instalación y ausencia de cortocircuitos. Por primera vez conectar la unidad a la red sin microcontrolador DD1 y cargar. Con un voltímetro, verifique que el voltaje en el conector 14 del panel DD1 sea de 5 V, en el emisor del transistor VT1 - 17...20 V, en su colector - aproximadamente 0 V. La unidad se apaga y el DD1 El microcontrolador se instala en el panel con un programa pregrabado, cuyos códigos se proporcionan en el archivo ad_ps1 .hex.
