Линейно захранване с цифрово управление: 6 стъпки (със снимки)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 12:57

В годините на моя възраст, преди около 40 години, създадох двойно линейно захранване. Получих схематичната диаграма от списание, наречено „Elektuur“, днес наричано „Elektor“в Холандия. Това захранване използва един потенциометър за регулиране на напрежението и един за регулиране на тока. След много години тези потенциометри вече не функционираха правилно, което затрудни постигането на стабилно изходно напрежение. Това захранване е показано на снимката.

Междувременно взех разработката на вграден софтуер като част от хобито си, използвайки микроконтролера PIC и езика за програмиране JAL. Тъй като все още искам да използвам захранването си - да, днес можете да си купите по -евтини варианти на режим на превключване - аз имам идеята да заменя старите потенциометри с цифрова версия и така се роди нов PIC проект.

За регулиране на напрежението на захранването използвам микроконтролер PIC 16F1823, който използва 6 бутона, както следва:

• Един бутон за включване или изключване на изходното напрежение, без да е необходимо да включвате или изключвате напълно захранването
• Един бутон за увеличаване на изходното напрежение и друг бутон за намаляване на изходното напрежение
• Три бутони, които да се използват като предварително зададени. След като сте задали определено изходно напрежение, точното напрежение може да бъде запаметено и извлечено с помощта на тези предварително зададени бутони

Захранващият блок може да изведе напрежение между 2,4 волта и 18 волта с максимален ток от 2 ампера.

Стъпка 1: Първоначален дизайн (ревизия 0)

Направих някои промени в оригиналната схематична диаграма, за да я направя подходяща за управление с цифровия потенциометър. Тъй като в миналото никога не съм използвал оригиналния потенциометър за регулиране на тока, го премахнах и го замених с неподвижен резистор, ограничавайки максималния ток до 2 Ампера.

Схематичната диаграма показва захранването, изградено около стария, но надежден регулатор на напрежението LM723. Създадох и печатна платка за него. LM723 има температурно компенсирано референтно напрежение с функция за ограничаване на тока и широк диапазон на напрежение. Референтното напрежение на LM723 отива към цифровия потенциометър, чийто чистачката е свързана към неинвертиращия вход на LM723. Цифровият потенциометър има стойност 10 kOhm и може да бъде променен от 0 Ohm на 10 kOhm в 100 стъпки, като се използва 3 -жичен сериен интерфейс.

Това захранване има цифров волтов и амперметър, който получава захранването си от 15 -волтов регулатор на напрежение (IC1). Тези 15 волта се използват и като вход за 5 -волтовия регулатор на напрежението (IC5), който захранва PIC и цифровия потенциометър.

Транзисторът T1 се използва за изключване на LM723, което довежда изходното напрежение до 0 волта. Мощният резистор R9 се използва за измерване на тока, причинявайки спад на напрежението върху резистора, когато токът преминава през него. Този спад на напрежението се използва от LM723 за ограничаване на максималния изходен ток до 2 Ампера.

В този първоначален дизайн електролитният кондензатор и силовият транзистор (тип 2N3055) не са на платката. В моя оригинален дизайн от преди много години електролитичният кондензатор беше на отделна платка, така че го запазих. Захранващият транзистор е монтиран на охлаждаща плоча извън шкафа за по -добро охлаждане.

Бутоните са на предния панел на шкафа. Всеки бутон се дърпа високо от 4k7 резисторите на платката. Бутоните са свързани към земята, което ги прави активни ниско.

За този проект се нуждаете от следните електронни компоненти (вижте също редакция 2):

• 1 PIC микроконтролер 16F1823
• 1 цифров потенциометър от 10k, тип X9C103
• Регулатори на напрежение: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• Мостов токоизправител: B80C3300/5000
• Транзистори: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• Диоди: 2 * 1N4004
• Електролитични кондензатори: 1 * 4700 uF/40V, 1 * 4.7 uF/16V
• Керамични кондензатори: 1 * 1 nF, 6 * 100 nF
• Резистори: 1 * 100 Ohm, 1 * 820 Ohm, 1 * 1k, 2 * 2k2, 8 * 4k7
• Захранващ резистор: 0,33 Ohm / 5 Watt

Също така проектирах печатна платка, която е показана на прикачения екран и снимка.

Стъпка 2: Преработеният дизайн (ревизия 2)

След като поръчах печатните платки, ми хрумна идеята да добавя функция, която наричам „защита от напрежение“. Тъй като имах още много налична програмна памет в PIC, реших да използвам вградения в PIC аналогово-цифров конвертор (ADC) за измерване на изходното напрежение. В случай, че това изходно напрежение - по някаква причина - се повиши или намали, захранването се изключва. Това ще защити свързаната верига от пренапрежение или ще спре всяко късо съединение. Това беше ревизия 1, която е разширение до ревизия 0, първоначалния дизайн.

Въпреки че тествах дизайна с помощта на макет (вижте снимката), все още не бях доволен от него. Понякога изглеждаше, че цифровият потенциометър не винаги е точно в една и съща позиция, напр. при възстановяване на предварително зададена стойност. Разликата беше малка, но обезпокоителна. Не е възможно да се отчете стойността на потенциометъра. След известно мислене създадох ревизия 2, която е малък редизайн на ревизия 1. В този дизайн, вижте схематична диаграма ревизия 2, не използвах цифров потенциометър, но използвах вградения цифрово-аналогов преобразувател (DAC) на PIC за управление на изходното напрежение чрез LM723. Единственият проблем беше, че PIC16F1823 има само 5-битов DAC, който не беше достатъчен, тъй като стъпките нагоре и надолу биха били твърде големи. Поради това преминах към PIC16F1765, който има 10-битов DAC на борда. Тази версия с DAC беше надеждна. Все още бих могъл да използвам първоначалната печатна платка, тъй като трябва само да премахна някои компоненти, да подменя 1 кондензатор и да добавя 2 проводника (1 проводник вече беше необходим за добавяне на функцията за откриване на напрежение от ревизия 1). Също така промених 15 -волтовия регулатор на 18 -волтова версия, за да огранича разсейването на мощността. Вижте схематичната диаграма на ревизия 2.

Така че, ако искате да отидете на този дизайн, трябва да направите следното в сравнение с ревизия 0:

• Сменете PIC16F1823 с PIC16F1765
• По избор: Сменете 78L15 с 78L18
• Премахнете цифровия потенциометър тип X9C103
• Премахнете резисторите R1 и R15
• Сменете електролитния кондензатор С5 с керамичен кондензатор от 100 nF
• Направете връзка между IC4 пин 13 (PIC) към IC2 пин 5 (LM723)
• Направете връзка между IC4 пин 3 (PIC) към IC2 пин 4 (LM723)

Актуализирах и печатната платка, но не поръчах тази версия, вижте екранната снимка.

Стъпка 3: (Dis) Монтаж

На снимката виждате захранването преди и след надстройката. За да покрия дупките, направени от потенциометрите, добавих преден панел отгоре на предния панел на шкафа. Както можете да видите, бях направил двойно захранване, при което и двете захранвания са напълно независими един от друг. Това прави възможно поставянето им последователно в случай, че се нуждая от по -високо изходно напрежение от 18 волта.

Благодарение на печатната платка беше лесно да се сглоби електрониката. Не забравяйте, че големият електролитен кондензатор и захранващият транзистор не са на печатната платка. Снимката показва, че за ревизия 2 някои компоненти вече не са необходими и са необходими 2 проводника, единият за добавяне на функцията за откриване на напрежение, а другият поради подмяната на цифровия потенциометър от цифрово -аналоговия преобразувател на микроконтролера PIC.

Разбира се, имате нужда от трансформатор, който може да захранва 18 волта променлив ток, 2 ампера. В оригиналния си дизайн използвах трансформатор с пръстеновидна сърцевина, защото те са по -ефективни (но и по -скъпи).

Стъпка 4: Софтуерът за ревизия 0

Софтуерът изпълнява следните основни задачи:

• Управление на изходното напрежение на захранването чрез цифровия потенциометър

• Работете с функциите на бутоните, които са:

  • Включване/изключване на захранването. Това е функция за превключване, която задава изходното напрежение на 0 волта или на последното избрано напрежение
  • Напрежение нагоре/Напрежение надолу. С всяко натискане на бутона напрежението се повишава леко нагоре или леко надолу. Когато тези бутони останат натиснати, се активира функция за повторение
  • Предварително запаметено/предварително зададено извличане. Всяка настройка на напрежението може да бъде запаметена в EEPROM на PIC чрез натискане на предварително зададения бутон за поне 2 секунди. Натискането му по -кратко ще извлече стойността на EEPROM за тази предварително зададена настройка и ще настрои съответно изходното напрежение

При включване всички щифтове на PIC се задават като вход. За да се предотврати наличието на неопределено напрежение на изхода на захранването, изходът остава на 0 Волта, докато PIC се включи и работи и цифровият потенциометър се инициализира. Това изключване се постига чрез издърпващ резистор R14, който гарантира, че транзисторът T1 изключва LM723, докато не бъде освободен от PIC.

Останалата част от софтуера е направо напред. Бутоните се сканират и ако нещо трябва да се промени, стойността на цифровия потенциометър се променя с помощта на трипроводен сериен интерфейс. Имайте предвид, че цифровият потенциометър също има опция за съхраняване на настройката, но това не се използва, тъй като всички настройки се съхраняват в EEPROM на PIC. Интерфейсът с потенциометъра не предлага функция за отчитане на стойността на чистачката назад. Така че винаги, когато чистачката трябва да бъде настроена на определена стойност, първото нещо, което се прави, е да поставите чистачката обратно в нулева позиция и от този момент нататък изпратете броя стъпки, за да поставите чистачката в правилната позиция.

За да се предотврати записването на EEPROM с всяко натискане на бутон и по този начин да се намали продължителността на живота на EEPROM, съдържанието на EEPROM се записва 2 секунди след като бутоните вече не се активират. Това означава, че след последната смяна на бутоните, не забравяйте да изчакате поне 2 секунди, преди да включите захранването, за да се уверите, че последната настройка е запаметена. Когато е включено, захранването винаги ще започне с последното избрано напрежение, съхранено в EEPROM.

Изходният файл JAL и файлът Intel Hex за програмиране на PIC за ревизия 0 са приложени.

Стъпка 5: Софтуерът за ревизия 2

За ревизия 2 основните промени в софтуера са следните:

• Функцията за откриване на напрежение е добавена чрез измерване на изходното напрежение на захранването, след като то е настроено. За това се използва ADC конвертор на PIC. Използвайки ADC, софтуерът взема проби от изходното напрежение и ако след няколко проби изходното напрежение е с около 0,2 волта по -високо или по -ниско от зададеното напрежение, захранването се изключва.
• Използване на DAC на PIC за управление на изходното напрежение на захранването, вместо да се използва цифров потенциометър. Тази промяна направи софтуера по-опростен, тъй като нямаше нужда да се създава 3-жилен интерфейс за цифровия потенциометър.
• Сменете хранилището в EEPROM чрез съхранение във Flash Endurance Flash. PIC16F1765 няма EEPROM на борда, но използва част от програмата Flash за съхраняване на енергонезависима информация.

Обърнете внимание, че откриването на напрежение първоначално не е активирано. При включване се проверяват дали бутоните са натиснати:

• Бутон за включване/изключване. При натискане и двете функции за откриване на напрежение се изключват.
• Бутон надолу. При натискане се открива ниско напрежение.
• Бутон нагоре. Ако се натисне, се активира откриването на високо напрежение.

Тези настройки за откриване на напрежение се съхраняват във High Endurance Flash и се извикват при повторно включване на захранването.

Изходният файл JAL и файлът Intel Hex за програмиране на PIC за ревизия 2 също са прикачени.

Стъпка 6: Крайният резултат

Във видеото виждате ревизия на захранването 2 в действие, тя показва функцията за включване/изключване на захранването, повишаване на напрежението/намаляване на напрежението и използването на предварително зададените настройки. За тази демонстрация също свързах резистор към захранването, за да покажа, че през него тече реален ток и че максималният ток е ограничен до 2 ампера.

Ако се интересувате от използването на микроконтролера PIC с JAL - език за програмиране като Pascal - посетете уеб сайта на JAL.

Забавлявайте се да направите този Instructable и очакваме с нетърпение вашите реакции и резултати.