В печатной плате я бы посоветовал предусмотреть место под конденсатор 0,1-2 мкФ на 12-й вывод МК, на случай если надо будет сглаживать пульсации и помехи, которые будет ловить входной усилитель. Элементы входной части на ОУ (R3, R4, RV2) необходимо подбирать в зависимости от номинала шунта (R101) и тока измерения.
Электросхема самого блока питания особеностей особых не имеет. Эта рабочая схема функционирует стабильно, печатная плата без ошибок. Его схема и описание работы взяты с сайта vrtp.ru:
Это схема и разводка упрощенного варианта блока питания, на одном проходнике VT2 – TIP147. Нумерация схемы совпадает с предыдущей, удалены элементы, относящиеся к 3 проходникам. Размер платы, как и в предыдущем варианте, 120 х 55 мм. Попутно совет, если не удастся убрать самовозбуд на ВЧ в режиме источника напряжения, - попробуйте совсем убрать конденсатор С21.
Что касается VD8 – (он включен в эмиттер VT3), то, с помощью этого стабилитрона смещается рабочая точка выходного напряжения ОУ DA1.1 в середину напряжения опоры и питания = +12.25 Вольт. Так что выходное напряжение этого ОУ всегда держится около этого предела (5.6 + 0.7 = 6.3 Вольт). А назначение VD10 и VD11 – увеличить напряжение включения (засветки) соответствующих светодиодов HL1 и HL2. Дело в том, что на макете я применял яркие светодиоды, поэтому наличием одних резисторов R21 и R22 не обошлось. Чтобы не было лишней подсветки "чужого” светодиода, и пришлось поставить стабилитроны. При смене режимов стабилизации "напряжение-ток”, происходит погасание одного, а лишь потом засветка другого светодиода.При использовании других светодиодов, менее ярких, возможно, придется подобрать (чаще всего уменьшить) напряжение стабилизации стабилитронов VD10 и VD11. Что касается стабилитронов VD10, VD11 – то, тут все зависит от желания получить требуемую яркость индикации, и, чтобы не было засветки "чужого” светодиода.
А вот к выбору стабилитрона VD8 нужно относиться поосторожней. Схема в принципе, допускает изменение его напряжения стабилизации в довольно широких пределах (от 3 до 6 вольт), но, есть некоторые нюансы. Резисторы R14 и R16 образуют делитель, уменьшающий напряжение на базе VT3 при ограничении тока. Мысленно замкните нижний вывод R16 на землю, и прикиньте, сколько будет на базе VT3, при МАХ выходном напряжении DA1.1 (считаем = 11 вольт), в нашем случае, на базе VT3 будет около 4.2 вольт.
Это напряжение должно быть МЕНЬШЕ, чем сумма напряжения стабилитрона VD8 и падения на переходе БЭ транзистора VT3 (3.3 + 0.7 = 4 вольта). Иначе, ОУ DA1.2 не сможет закрыть VT3 при перегрузке по току. Напряжение -5 вольт, мы здесь специально не учитываем, создавая тем самым некоторый запас. А если попроще, то, уменьшив напряжение стабилизации VD8, лучше пропорционально этому уменьшить и номинал R16. В нашем случае, при применении VD8 = 3.3 вольтам, оно будет = 3.6 кОм. Правда, при этом уменьшится яркость HL1 в момент ограничения тока, но, это, легко восстановить подбором VD10.
Собрал данную схему (с однополярным питанием, без минусовой подпорки). Все работает нормально, но при токах больше 0,5А на выходе появляются пульсации 50-100мВ (до этого 10-20) и растут с увеличением нагрузки. Пробежался по схеме осциллографом. Пульсации идут начиная с эмиттера VT1, соответственно и дальше по схеме они везде. Поменял транзистор - без толку. Поменял ТЛку-тот же результат. поигрался емкостями 0,1мкф по питанию-ноль эмоций. Пробовал увеличить емкость С8, помогает но не сильно. На халяву ткнул емкость 1000,0х16в между базой VT1 и входным минусом... На выходе при 2,5А - ВСЕГО 2мВ пульсации, и так во всем диапазоне напряжений и токов!
Еще совет, а попробуйте увеличить С7 до 47...220 мкФ, и глянуть величину пульсаций при этом. Кстати, можно попробовать, подключить С7 между управляющим выводом TL431 и базой VT1, а не между управляющим выводом и катодом TL431, как изначально на схеме. Предыдущие опыты закончились установкой кондера довольно большой емкости в базу Т1. Уменьшение емкости приводило к увеличению пульсаций. А также имел место "синусоподобный" выход на режим. Манипуляции вокруг не принесли желаемых результатов. Но... все убрал и поставил емкость параллельно резистору Р4-30Ком, 22мкф, плюсом к эмиттеру Т1. Получил пульсации 2,5мВ при токе нагрузки 2,9А(больше транс не держит), во всем диапазоне напряжений. Выход на режим стал линейно нарастающим, без всяких всплесков. Емкость менее 10 мкф увеличивает пульсации, а более 22-х уже не уменьшает их. Честно говоря объяснения сему факту найти не могу...
1) Сама идея применить обычный дешевый ОУ хороша, в описании к вышеуказанной схеме подробно разжевано, что и как. Повторяться не буду, скажу лишь, что основа ее схемотехники, это работа ОУ с входными сигналами, находящимися в середине динамического диапазона, то есть в середине его питания (поэтому и не нужно отрицательное смещение для ОУ). Именно для этого и введен делитель, в 2 раза понижающий напряжение опоры, и в эту точку подается выходное напряжение, уменьшенное (смасштабированное) через соответствующий резистор R21. Для этого и применены резисторы R10, R11, R21, - этот кусок схемы повторяет прототип, про который я рассказал выше.
2) Резистор R1 – служит для разрядки силовых электролитов после выключения, это типовое решение. Все-таки 15000 мкФ – это довольно большая емкость. Дело в том, что при вышеописанном включении ООС (про резисторы R10, R11, R21 – я писАл выше), напряжение, на входах ОУ и не должно быть в районе нуля, то есть земли. Оно меняется от 4 до 6 вольт (или около того), как и в схеме прототипа. Поэтому в схеме есть резистор R8, он ограничивает диапазон изменения этого самого напряжения, не от нуля. Какой смысл далее уменьшать опорное напряжение на входе ОУ, когда на выходе блока уже и есть тот самый ноль.
3) Считаю, что отсутствие отрицательного смещения это не недостаток, а преимущество схемы, хотя на вкус и цвет – сами знаете… Разве добавка двух-трех резисторов – это сложнее, чем собирать выпрямитель для отрицательного напряжения, фильтр, стабилизатор, - мне кажется, что нет.
4) Стабилитрон VD5 – смещает рабочую точку выходного напряжения ОУ DA1.1 – в середину динамического диапазона, то есть в середину питания. Напряжение выхода ОУ никогда не снижается ниже 5…6 вольт, что нам и требуется, в общем-то, для применения в качестве ОУ обычных, а не Rail-to-Rail, и т. п.
5) Применение в качестве транзистора VT2 – составной структуры типа Дарлингтон, решает сразу две задачи. Во-первых, сильно разгружает по току транзистор VT3 (не надо ставить его на теплоотвод и т. п.), который работает с практически полным входным напряжением схемы, а во-вторых, - позволяет применить в качестве запараллеленных проходников обычные транзисторы, с довольно небольшим коэффициентом усиления, практически не заботясь об их подборе. Попробовать, конечно, можно, поставить на место VT2 обычный транзистор, но, как вам сказать, все это до поры, до времени. Я не просто так акцентировал внимание собирающих на том, что в качестве VT2 – нужен только СОСТАВНОЙ P-N-P транзистор типа Дарлингтон.
6) Что получилось насчет МАХ выходного тока, вам лучше спросить у алфизика. Он, по-моему, снял с этой схемы что-то около 12 ампер выходного тока, я сам удивился. Думаю, комментарии тут излишни, хотя я считаю, что для схемы с непрерывным регулированием такой ток чересчур избыточен. Возникнут другие проблемы, отвода тепла, надежности, и так далее, и тому подобное. Но, как говорится это на усмотрение пользователя, если нравится, как работает схема, что тут еще скажешь.
7) Выбор транзисторов подразумевает, что они имеют требуемый запас по своему допустимому напряжению. Надеюсь, понимаете, что если входное напряжение планируется около 50 вольт, то и транзисторы должны иметь предел как минимум в 80…100 вольт. Но, это касается, в общем-то любой схемы, а не только этой.
Диод VD2 позволяет разрядиться конденсатору фильтра опоры С8 после выключения блока, стабилитроны VD6 и VD7 – задают режим поочередного свечения индикаторных светодиодов HL1 и HL2. Диод VD4 перепускает значительный выброс напряжения на клеммах блока на его входные электролиты для защиты самих проходников (на всякий случай, мало ли какую индуктивную нагрузку подключат к этим самым клеммам).
Диод VD8 защищает проходные транзисторы от попадания на выход слишком большого отрицательного напряжения. Конденсаторы С16 и С17 – обычный тандем конденсаторов на выходе блока питания. Резистор R29 создает небольшую подгрузку выхода для блока питания, при этом улучшаются его динамические параметры, кроме того, при регулировании выходного напряжения в уменьшение – быстрее разряжается выходной С17, это удобнее. Конденсатор С15 устраняет возможность самовозбуда схемы ограничения выходного тока.
Чтобы открыть обычный (не составной!!!) кремниевый NPN транзистор, на его базу надо подать напряжение примерно на 0.7 вольта бОльшее, чем на эмиттере. Так вот, если убрать стабилитрон VD5 (соединить эмиттер VT3 с землей), тогда чтобы открыть VT3 на его базе (то есть на выходе ОУ DA1.1) должен быть потенциал + 0.7 вольта. Никакого напряжения около 5…6 вольт мы на выходе ОУ не получим, он будет работать вблизи потенциала земли, а для обычного ОУ, питающегося однополяркой это не есть хорошо. Я для того и поставил стабилитрон VD5, чтобы сместить рабочую точку выходного напряжения ОУ в середину его питания. Резюме – этот стабилитрон нужен обязательно.
Если вам нравится классика (хотя все относительно), сделайте схему с отрицательным смещением, в чем вопрос я не понял. Ведь насильно вас никто не принуждает собирать именно эту схему. На вывод 6 и заведена обратная связь с выхода через резистор R21, просто туда подается и половинное напряжение опоры, созданное с помощью резисторов R10, R11.
Если нет возможности запитать кулер с отдельной обмотки, - его питание лучше брать с входных электролитов через небольшой помехоподавляющий дроссель. Излишек ограничьте резистором, или простеньким стабилизатором, можно даже совмещенным с регулятором вращения по температуре. Не советую брать питание кулера с опоры, она на то и опора, чтобы быть без всяких наводок и помех.
Попутно совет, лучше вход стабилизатора опоры (это - коллектор VT1, верхний вывод резистора R2 и катод VD2) подключить отдельным проводом сразу к плюсу входных электролитов С6, меньше будет влияние пульсаций при МАХ выходных токах.
Когда я говорил про "два-три резистора”, я имел ввиду добавку именно R10, R11. Именно с их помощью получается так, что нам не нужно подавать на входы ОУ напряжение, равное нулю, чтобы получить на выходе блока этот самый ноль. Почитайте повнимательнее описание схемы-прототипа, там это подробно описано. Вообще, фишка этой схемы в том, что ОУ, регулирующий напряжение не работает на краях своего динамического диапазона, а именно в середине. Поэтому в нее и можно ставить обычный ОУ.
Насчет TL431. Для того, чтобы на этом стабилизаторе не было полного входного напряжения - как раз и введен разгружающий каскад на транзисторе VT1. Прикиньте сами, на его эмиттере 12.5 вольт (так рассчитан делитель R4 и R5 в стабилизаторе опоры), значит, на его базе будет напряжение на 0.7 вольта бОльше, то есть 13.2 вольт. А весь оставшийся излишек напряжения будет падать на транзисторе VT1, ток через TL431 ограничен резистором R3. Резистор R2 задает открывающее напряжение на базе VT1, а TL431 регулируя это напряжение - как раз и стабилизирует напряжение опоры. Конечно, транзистор VT1 будет рассеивать небольшую мощность, я и указывал, что его желательно поставить на небольшой теплоотвод типа флажка, место на плате для этого предусмотрено.
И еще, советую вам обратить внимание на последнюю версию схемы (посты 337288 и 337290). Выход схемы ограничения по току подключен на вход ОУ DA1.1, то есть не внутрь ООС по напряжению, а "снаружи", если так можно выразиться. При превышении уставки тока, транзистор VT7 открывается, и шунтирует вход DA1.1, ограничивая ток на выходе блока. Это схемное решение позволяет избавиться от выбросов на выходе, при выходе из режима ограничения тока. При условии, конечно, что сам по себе канал регулирования напряжения нормально скорректирован с точки зрения ООС.
Лабораторный блок питания с цифровым вольтметром и амперметром служит мне уже полгода. Собран он в корпусе от компьютерного блока питания. К оформлению лицевой панели пока руки не доходят. Напряжение регулируется от 1,32 до 24,00 вольт, ток - до 3 ампер. Индикаторами служат 4-х цифровые светодиодные индикаторы с общим катодом. Вольтметр с разрешающей способностью 0,04. В (с гашением незначащих нулей в двух левых индикаторах), запятая после 2-го знака. Амперметр с разрешающей способностью 4 мА (с гашением незначащих нулей в двух левых индикаторах), запятая после 1-го знака.
Программа в микроконтроллере создана для измерения напряжения от 00,00 до 40,92 В и тока от 0,000 до 4,092 А. Можно изготовить блок цифровой индикации и встроить в уже имеющийся блок питания, либо применить другой силовой трансформатор и другой регулятор напряжения (в указанных пределах). У меня регулятор напряжения собран на специальной микросхеме почти по стандартной схеме из «даташита». Микросхема работает в импульсном режиме на частоте 52 кГц, имеет высокий КПД.
Регулятор собран на отдельной плате, микросхема крепится через теплопроводную пасту на пластинчатый радиатор. Для регулировки лучше применять многооборотный потенциометр.
Вольтметр и амперметр собраны на отдельной плате и питаются от отдельного трансформатора 9-15 В и стабилизированного источника питания напряжением 5,12 вольт. Настройку этого напряжения нужно сделать до установки микроконтроллера подстроечным резистором R2. Так же тщательно нужно подобрать резистор R5. Его сопротивление должно быть в 7 раз больше R6. Если R6 = 5,11 К, то R5 = 5,11 х 7 = 35,77 К. После установки запрограммированного микроконтроллера и устранения выявленных механических ошибок проверить (отрегулировать) напряжение на первой ноге 5,12В. От этого зависит точность показаний вольтметра.
«Токовый» резистор R1 взят от негодного мультиметра М-830. Амперметр не обладает такой же линейностью, как вольтметр. Это связано с применением ОУ.
Подбором резистора R8 регулируется коэффициент усиления ОУ. Калибровку провести с помощью наиболее точного амперметра.
Резисторы R9 – R16 от 270 до 330 Ом.
На видео: регулировка напряжения без нагрузки, а потом с нагрузкой – автомобильной лампой 24v 21w.
Скачать прошивку, печатные платы в формате LAY вы можете ниже.
Обновление 16.04.2014 : Новая прошивка (AVmetr_2.rar). Улучшена разрешающая способность.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| МК PIC 8-бит | PIC16F873 | 1 | В блокнот | |||
| Линейный регулятор | LM317 | 1 | LM317T | В блокнот | ||
| DC/DC импульсный конвертер | LM2576 | 1 | LM2576-Adj | В блокнот | ||
| OP1 | Операционный усилитель | LM358 | 1 | В блокнот | ||
| Диод | КД202А | 4 | В блокнот | |||
| Диодный мост | DB157 | 1 | В блокнот | |||
| VD1 | Диод Шоттки | MBR350 | 1 | В блокнот | ||
| C1 | 100 мкФ, 50 B | 1 | Регулятор | В блокнот | ||
| C2, C3 | Электролитический конденсатор | 1000 мкФ, 35 B | 2 | Регулятор | В блокнот | |
| C1 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ, 25 B | 1 | В блокнот | ||
| C2 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ, 16 B | 1 | В блокнот | ||
| C3, C4 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 2 | В блокнот | ||
| C5, C6 | Конденсатор | 20 мкФ | 2 | В блокнот | ||
| R1 | Переменный резистор | 51 кОм | 1 | Регулятор | В блокнот | |
| R2 | Резистор | 1.2 кОм | 1 | Регулятор | В блокнот | |
| R1 | Резистор | 0.01 кОм | 1 | Токовый резистор взят из мультиметра М-830 | В блокнот | |
| R2 | Подстроечный резистор | 100 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R3 | Резистор | 680 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R4 | Резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R5 | Резистор | 36 кОм | 1 | Сопротивление должно быть в 7 раз больше R6 | В блокнот | |
| R6 | Резистор | 5.1 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R7 | Резистор | 240 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R8 | Резистор | 75 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R9-R16 | Резистор | 300 Ом | 8 | 270-330 Ом |
Выходное напряжение блока питания можно изменять в пределах 1,25....26 В, максимальный выходной ток - 2 А. Порог срабатывания защиты по току можно изменять в пределах 0,01...2 А с шагом 0,01 А, а задержку срабатывания - в пределах 1...10 мс с шагом 1 мс и 10...100 мс с шагом 10мс. Стабилизатор напряжения (рис. 1) собран на микросхеме LT1084-ADJ (DA2). Она обеспечивает выходной ток до 5 А и имеет встроенные узлы защиты как от перегрева (температура срабатывания около 150 °С), так и от превышения выходного тока. Причем порог срабатывания защиты по току зависит от падения напряжения на микросхеме (разности входного и выходного напряжений). Если падение напряжения не превышает 10 В, максимальный выходной ток может достигать 5 А, при увеличении этого напряжения до 15 В он уменьшится до 3...4 А, а при напряжении 17... 18 В и более не превысит 1 А. Регулировку выходного напряжения в интервале 1,25...26 В осуществляют переменным резистором R8.
Для обеспечения в блоке питания выходного тока до 2 А во всем интервале выходных напряжений применено ступенчатое изменение напряжения на входе стабилизатора DA2. Четыре двухполупериодных выпрямителя собраны на понижающем трансформаторе Т1 и диодах VD1-VD8. Выпрямитель на диодах VD1, VD2 и стабилизатор напряжения DA1 предназначены для питания микроконтроллера DD1, ОУ DA3 и цифрового индикатора HG1. Выходное напряжение выпрямителя на диодах VD5, VD6 составляет 9... 10 В, на диодах VD4, VD7 - 18...20 В, а на VD3, VD8 - 27...30 В. Выходы этих трех выпрямителей, в зависимости от значения выходного напряжения блока питания, через полевые транзисторы оптореле U1-U3 могут быть подключены к сглаживающему конденсатору С4 и входу стабилизатора DA2. Управление оптореле осуществляет микроконтроллер DD1.
Переключательный транзистор VT1 выполняет функцию электронного ключа, он по команде микроконтроллера DD1 подключает или отключает напряжение стабилизатора от выхода (гнездо XS1) блока питания. На резисторе R14 собран датчик тока, напряжение на нем зависит от выходного тока. Это напряжение усиливается масштабирующим усилителем постоянного тока на ОУ DA3.1 и с выхода буферного усилителя на ОУ DA3.2 поступает на линию РСО (вывод 23) микроконтроллера DD1, которая сконфигурирована как вход встроенного АЦП. Отображение режимов работы блока питания, а также текущих значений тока и напряжения осуществляет ЖК индикатор HG1.
При включении блока питания на выходе РСЗ микроконтроллера DD1, независимо от выходного напряжения, установится высокий логический уровень, полевые транзисторы оптопары U1 откроются и ко входу стабилизатора DA2 будет подключен выпрямитель на диодах VD3, VD8 (27...30 В). Далее осуществляется измерение выходного напряжения блока с помощью встроенного в микроконтроллер DD1 АЦП. Это напряжение поступает на резистивный делитель R9R11R12, и с движка подстроенного резистора R11 уже уменьшенное напряжение поступает на линию РС1 микроконтроллера, которая сконфигурирована как вход АЦП.
В процессе работы выходное напряжение постоянно измеряется, и ко входу стабилизатора будет подключен соответствующий выпрямитель. За счет этого разность входного и выходного напряжений стабилизатора DA2 не превышает 10... 12 В, что дает возможность обеспечить максимальный выходной ток при любом выходном напряжении. Кроме того, это существенно снижает нагрев стабилизатора DA2.
Если выходное напряжение блока не превышает 5,7 В, высокий уровень будет на выходе РС5 микроконтроллера DD1, а на выходах РСЗ и РС4 - низкий, поэтому на вход стабилизатора DA2 поступит напряжение 9...10В с выпрямителя на диодах VD5, VD6. В интервале выходных напряжений 5,7... 13,7 В на стабилизатор будет подано напряжение 18...20 В с выпрямителя на диодах VD4, VD7. При выходном напряжении более 13,7 В на стабилизатор DA2 будет подано напряжение 27...30 В с выпрямителя на диодах VD3, VD8. Пороговые напряжения переключения можно изменить в меню начальных настроек от 1 до 50 В.
Одновременно осуществляется измерение выходного тока; если он превысит заранее установленное значение, на выходе РС2 установится низкий логический уровень, транзистор VT1 закроется и напряжение не поступит на выход блока питания. При пульсирующем характере потребляемого тока индицируется его амплитудное значение.
Сразу после включения блока питания транзистор VT1 закрыт, и на выход напряжение не поступает. Программа находится в режиме установки тока срабатывания защиты и времени задержки (если требуется), на ЖК индикаторе HG1 будет сообщение:
ЗАЩИТА
I=0,00А
а после нажатия на кнопку SB3 при мигающем старшем разряде:
ЗАДЕРЖКА 1мс
В первом случае один из трех разрядов мигает, значение тока в этом разряде изменяют нажатием на кнопку SB1 "+" или SB2 "-". Выбор этого разряда осуществляют нажатием на кнопку SB3 "Выбор". Чтобы отключить защиту, необходимо нажимать на кнопку SB2 "-" до тех пор, пока на экране не появится сообщение:
U= 10,0V
z откл z
После установки требуемого тока срабатывания защиты нажимают на кнопку SB3 "Выбор" и удерживают ее около секунды - устройство перейдет в рабочий режим, транзистор VT1 откроется и ЖК индикатор HG1 отобразит текущие значения напряжения и тока:
U= 10,0V
I=0,00A
При включенной задержке на индикаторе, помимо значений напряжения и тока, как напоминание, будет отображаться мигающий восклицательный знак:
U=10,0V
I 0.00A !
Если защита выключена, взамен восклицательного знака появится мигающий знак "молния".
Если выходной ток будет равен или превысит установленное значение тока срабатывания защиты, транзистор VT1 закроется и на экране появится сообщение:
ЗАЩИТА
I=1,00А
Причем слово "ЗАЩИТА" будет мигающим. После кратковременного нажатия на любую из кнопок устройство снова перейдет в режим установки тока срабатывания защиты.
Если в рабочем режиме нажать на кнопку SB1 "+" или SB2 "-", включится раздел установки временной задержки срабатывания защиты по току и на индикаторе появится сообщение:
ЗАДЕРЖКА 1мс
Нажимая на кнопку SB1 "+" или SB2 "-", изменяют задержку в пределах от 1 мс до 10 мс с шагом 1 мс и от 10 до 100 мс с шагом 10 мс. Задержка срабатывания защиты по току работает следующим образом. Если выходной ток станет равным или превысит установленное значение, будет сделана пауза установленной длительности (от 1 до 100 мс), после чего снова проведено измерение. Если ток по-прежнему равен или превышает установленное значение, транзистор VT1 закроется и нагрузка будет обесточена. Если же за этот временной интервал выходной ток станет меньше тока срабатывания, устройство останется в рабочем режиме. Чтобы отключить задержку, необходимо уменьшать ее значение нажатием на кнопку SB2 "-", пока на экране не появится сообщение:
ЗАДЕРЖКА ОТКЛ
В рабочем режиме можно вручную отключить выходное напряжение и перейти в режим установки тока защиты, для этого нужно нажать на кнопку SB3 "Выбор".
В программе есть меню начальных настроек, для того чтобы в него войти, необходимо включить блок питания, удерживая нажатой кнопку SB3 "Выбор". Первым отобразится меню установки тактовой частоты встроенного АЦП микроконтроллера DD1:
ТАКТ АЦП 500кГц
Нажатием на кнопку SB1 "+" или SB2 "-" можно выбрать три значения тактовой частоты встроенного АЦП: 500 кГц, 1 МГц и 2 МГц. При частоте 500 кГц время срабатывания защиты составляет 64 мкс, при частотах 1 и 2 МГц - 36 и 22 мкс соответственно. Калибровку устройства лучше проводить при частоте 500 кГц (установлено по умолчанию).
Чтобы перейти к следующей настройке, нажимают на кнопку SB3 "Выбор", и появится сообщение:
СТУПЕНБ2
ОТ 5,7V
В этом разделе меню можно изменить (нажимая на кнопку SB1 "+" или SB2 "-") значение выходного напряжения, при котором осуществляется подключение ко входу стабилизатора DA2 того или иного выпрямителя. При следующем нажатии на кнопку SB3 "Выбор" появится меню установки такого порога переключения:
СТУПЕНЬЗ
ОТ 13,7V
При переходе в следующий раздел меню откроется транзистор VT1, а защита по току будет отключена. Появится сообщение: U= 10,0V* I=0,OOA*
В этом разделе изменяют значение коэффициента k, который использован в программе для коррекции показаний выходного напряжения в зависимости от выходного тока. Дело в том, что на резисторе R14 и транзисторе VT1 при максимальном выходном токе падение напряжения составляет до 0,5 В. Поскольку для измерения выходного напряжения использован резистивный делитель R9R11R12, включенный до резистора R14 и транзистора VT1, в программе, в зависимости от протекающего тока, рассчитывается это падение напряжения и вычитается из измеренного значения напряжения. При нажатии на кнопку SB1 "+" или SB2 "-" на индикаторе взамен значения тока отобразится значение коэффициента k:
U= 10,0V* k=80
По умолчанию он равен 80, его изменяют нажатием на кнопку SB1 "+" или SB2 "-".
При последующем нажатии на кнопку SB3 "Выбор" микроконтроллер DD1 запустится повторно, при этом все установленные настройки сохранятся в его энергонезависимой памяти и будут использованы при последующих запусках.
Большинство деталей, в том числе и трансформатор Т1, размещены на макетной печатной плате (рис. 2). Был использован проводной монтаж. Конденсаторы С5 и С7 устанавливают как можно ближе к выводам стабилизатора DA2. На передней панели (рис. 3) установлены индикатор, выключатель питания, переменный резистор, кнопки и выходные гнезда.
Применены постоянные резисторы МЛТ, С2-23, кроме резистора R14 - он типа SQP-15, подстроечные резисторы многооборотные - СП5-2, переменный резистор - СПЗ-1, СПЗ-400, движок которого приводится во вращение через зубчатую передачу с передаточным числом, равным трем (рис. 4). В результате получился трехоборотный переменный резистор, который позволяет быстро и в то же время точно изменять напряжение на выходе стабилизатора.
Конденсаторы С5, С7 желательно использовать танталовые, оксидные конденсаторы - импортные, остальные - К10-17. Взамен указанного на схеме можно применить ЖК индикатор (две строки по восемь символов) с англорусским набором символов на контроллерах KS0066, HD47780, например WH0802A-YGH-CT фирмы Winstar. Диоды 1N4005 заменимы на диоды 1N4002- 1N4007, 1N5819, диоды Р600В - на P600DP600M, 1 N5401-1 N5408.
Стабилизатор LT1084 через тепло-проводящую изолирующую прокладку крепят к металлическому корпусу устройства, который выполняет функции теплоотвода, этот стабилизатор можно заменить на LM1084, но он должен быть обязательно с регулируемым выходным напряжением (с индексом ADJ). Отечественный аналог - микросхема КР142ЕН22А, но ее работоспособность в этом устройстве не проверялась. Стабилизатор 7805 можно заменить на отечественный КР142ЕН5А.
Дроссель L1 - отечественный ДМ-0,1 или импортный ЕС-24, его можно заменить на резистор сопротивлением 100 Ом. Кварцевый резонатор ZQ1 - РГ-05, HC-49U. Кнопки - любые с нормально-разомкнутым контактом, например SDTM-630-N, выключатель питания - B100G. Был применен трансформатор, тип которого неизвестен (указаны только параметры вторичной обмотки - 24 В, 2,5 А), но по габаритам он аналогичен трансформатору ТТП-60. Вторичная обмотка удалена и намотаны две новые. Для определения требуемого числа витков перед удалением обмотки было измерено выходное напряжение и найдено число витков, приходящееся на 1 В напряжения. Затем проводом ПЭВ-2 0,7...0,8 одновременно наматывают две обмотки с двумя отводами каждая. Число витков должно быть таким, чтобы на первых отводах обеих обмоток было напряжение 9 В, а на вторых - 18В. В авторском варианте каждая из обмоток содержала по 162 витка с отводами от 54 и 108-го витка.
Налаживание начинают без установленных микроконтроллера, ОУ и индикатора с проверки постоянных напряжений на выходах выпрямителей и стабилизатора DA1. При программировании микроконтроллера необходимо установить конфигурационные биты (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.
Микроконтроллер может быть запрограммирован внутрисхемно, при этом программатор подключают к вилке ХР2. При этом микроконтроллер питают от блока питания.
После установки микроконтроллера и ОУ подключают индикатор и включают устройство (без нагрузки), удерживая нажатой кнопку SB3 "Выбор", при этом программа микроконтроллера перейдет в режим начальных настроек. Резистором R16 устанавливают желаемую контрастность изображения индикатора, а подборкой резистора R18 - яркость подсветки табло индикатора.
Далее, нажимая на кнопку SB3 "Выбор", необходимо выбрать в меню раздел установки коэффициента k. К выходу устройства подключают образцовый вольтметр и устанавливают выходное напряжение, близкое к максимальному. Резистором R11 уравнивают показания индикатора и вольтметра. При этом выходной ток должен быть равен нулю.
Затем устанавливают минимальное выходное напряжение (1,25В) и подключают к выходу последовательно соединенные образцовый амперметр и нагрузочный резистор сопротивлением около 10 Ом и мощностью 40...50 Вт. Изменяя выходное напряжение, устанавливают выходной ток около 2 А и резистором R17 приводят показания индикатора в соответствие с показаниями амперметра. После этого последовательно с амперметром подключают резистор сопротивлением 1 кОм и изменением выходного напряжения устанавливают выходной ток 10 мА. На индикаторе должно быть такое же значение тока; если это не так и показания меньше, необходимо между выходом стабилизатора DA1 и истоком транзистора VT1 установить резистор сопротивлением 300...1000 Ом и его подборкой уравнять показания индикатора и амперметра. Временно можно применить переменный резистор, заменив его затем на постоянный с соответствующим сопротивлением.
В заключение уточняют значение коэффициента k. Для этого к выходу снова подключают образцовый вольтметр и мощный нагрузочный резистор. Изменяя выходное напряжение, устанавливают выходной ток, близкий к максимальному. Нажимая на кнопку SB1 "+" или SB2 "-", изменяют коэффициент k так, чтобы показания индикатора и вольтметра совпали. После нажатия на кнопку SB3 "Выбор" произойдет перезагрузка микроконтроллера и блок питания будет готов к работе.
Следует отметить, что максимальный выходной ток (2 А) ограничен типом примененных оптореле и может быть увеличен до 2,5 А, если их заменить на более мощные.
АРХИВ: Скачать с сервера
Д. МАЛЬЦЕВ, г. Москва
"Радио" №12 2008г. Раздел:
Большинство современных лабораторных источников питания снабжены цифровыми индикаторами для контроля выходных токов и напряжений. Вместе с тем, использование для этих целей специализированных микросхем АЦП типа ICL 7106 и ICL 7107 наблюдается реже. Эти микросхемы громоздки и не снабжены динамическим управлением индикаторов. Производители КИП стараются реализовывать функции измерения и управления на одной микросхеме – микроконтроллере. Это упрощает и удешевляет конструкцию прибора за счёт снижения количества элементов. Возможность обновлять ПО также является немаловажным достоинством схем на микроконтроллерах.
В предлагаемом устройстве, помимо основных функций, микроконтроллер выполняет подсчёт мощности отдаваемой в нагрузку, при необходимости включает охлаждение, а в дежурном режиме переводит устройство в режим часов с календарём.
Технические характеристики:
Основные возможности и режимы:
1. Режим отображения времени даты с учётом високосного года.
2. Функция автоматической коррекции времени.
3. Режим снижения яркости в дежурном режиме (только для VFD версии).
4. Отображение температуры нагретой зоны.
5. Режим отображения напряжений, токов и мощностей в рабочем режиме.
6. Функция проверки исправности датчика температуры.
7. Функция автоматического включения/выключения вентилятора охлаждения.
8. Функция ручного управления подачей мощности в нагрузку.
Лабораторный источник питания состоит из следующих функциональных блоков:
1. Блок управления и индикации.
2. Блок измерения.
3. Источник питания для блока управления и индикации и блока измерения.
4. Силовой блок.
5. Устройство стабилизации напряжений и токов.
6. Устройство охлаждения.
Блок управления и индикации
Блок управления и индикации представляет собой устройство, построенное на базе микроконтроллера ATMEGA8 (схема 1.1 и 1.2).
В нём имеются четыре аналоговых входа для измерения напряжений и токов, выходы для включения реле подачи напряжения в нагрузку и включения вентилятора охлаждения, вход для подключения датчика температуры, кнопки управления и индикаторная панель.
Программа для микроконтроллера ATMEGA8 была написана для VFD — вакуумного флюоресцентного дисплея 4*20 CU20045SCPB-T23A FUTABA и стандартного 4*20 ЖКИ.
Питание блока – стабилизированное 5 вольт. Максимальное паспортное потребление тока VFD – 1 ампер. Это на два порядка больше чем у ЖКИ, что следует учесть при выборе источника питания для этого блока.
Блок измерения
Блок измерения (схема 2) представляет собой гальванически развязанную между входом и выходом систему двойного преобразования аналогового сигнала – напряжение- частота-напряжение (V — F — V).
Блок измерения является прецизионным устройством с нелинейностью не хуже 0,01%. Питание устройства со стороны измерения (левая часть согласно схеме 2) 8,5 вольт и может лежать в пределах 5…40 вольт. Следует обратить внимание, что значительное изменение питающих напряжений от указанных на схеме потребует изменение номиналов в цепях питания светодиодов оптопар. Правая часть блока измерения гальванически связана с блоком управления и индикации и имеет тоже питание 5 вольт.
На схеме блока измерения изображён только один канал, канал напряжения и тока А. Канал В идентичен каналу А.
Настройка блока сводится к установке выходного напряжения при соответствующем напряжении на входе при помощи подстроечных резисторов RS – 10k и 50k для тока и напряжения соответственно. Для простоты настройки блока измерения необходимо использовать один источник питания 5…10 вольт, включенный параллельно всем питаниям каналов и второй, в качестве источника измеряемого напряжения на входе.
Затем необходимо проверить прохождение сигнала от входа к выходу в соответствии с указанными на схеме значениями. Во избежание выхода из строя блока измерения при настройке не следует превышать максимально допустимое значение напряжения на входе микросхем LM331.
Источник питания для блока управления и индикации и блока измерения
Источник питания для блока управления и индикации и блока измерения является наиболее сложным устройством и требует некоторого опыта при изготовлении (схема 3). Источник питает соответствующие блоки несколькими стабилизированными напряжениями, гальванически изолированными друг от друга.
В авторском варианте использован импульсный трансформатор Т1 37P-6000 от отслужившего свой срок драйвера мотора. Это стандартный трансформатор, который использовался для питания цепей управления силовых модулей с составными транзисторами и питания процессорной части. Вполне допустимо применение любого импульсного трансформатора с 5-ти вольтовой обмоткой на 1,5 ампера и четырьмя изолированными обмотками с напряжениями 8…20 вольт 30-100 мА для блока измерения. Такие трансформаторы установлены во всех драйверах моторов серво- и переменного тока. Подойдут и импульсные трансформаторы для питания цепей управления IGBT-модулей. Иногда проще использовать готовый импульсный источник питания, доматав недостающие обмотки. При этом следует соблюдать фазировку согласно схеме 3 и не соединять корпус обмотки питания контроллера с общими шинами вторичных обмоток.
В таблице 1 указаны выходные напряжения и токи трансформатора Т1.
Таблица 1
|
Номер контакта трансформатора Т1 |
Назначение |
Напряжение после выпрямителя |
Минимально допустимый ток |
| Первичная обмотка | |||
| Обмотка для питания контроллера IC1 | |||
| Обмотка для питания блока управления и индикации (схема 1) и правой части блока измерения (схема 2) | |||
| блока измерения (схема 2) | |||
| Обмотка для питания левой части блока измерения (схема 2) | |||
| Обмотка для питания левой части блока измерения (схема 2) | |||
| Обмотка для питания левой части блока измерения (схема 2) |
Силовой блок
Силовой блок представляет собой четыре адаптированных источника питания от ноутбука. Адаптация сводится к переключению шины заземления и экрана от минусовой шины 19 вольт и подключению их через разделительные конденсаторы 4,7нФ 1кВ к обоим полюсам выходного напряжения 19 вольт согласно схеме 4. Это сделано для того, чтобы при последовательном включении каналов не происходило короткое замыкание через шину заземления. В силовом блоке следует использовать источники питания с выходным током не менее 3,5 ампер и напряжением 17-20 вольт. Готовые блоки питания следует вставить в изогнутый стальной экран из лужёной жести, затем спаять его по шву и заземлить.
Устройство стабилизации напряжения и тока
Устройство стабилизации напряжения и тока представляет собой линейную схему регулирования мощности. На схеме 5 изображён один канал А. Каналы А и В идентичны. Общие шины и шины питания каналов изолированы друг от друга. Вход устройства подключен к силовому блоку, а выход к входным контактам коммутационных реле pwrout1_2 в блоке управления и индикации. Выходные контакты коммутационных реле pwrout1_2 подключены непосредственно к клемам, расположенным на передней панели устройства. К этим клемам подключены входы блока измерения напряжения. Для измерения тока соответствующие входы блока измерения подключены к токовым шунтам R16 в соответствии с указанной на схеме полярностью.
Для настройки устройства стабилизации напряжения и тока необходимо установить напряжения питания +/-17,5 вольт в контрольных точках согласно схеме с неустановленными или отключенными микросхемами операционных усилителей ОР1 и установить границу включения индикатора защиты по току limit_I.
Напряжения питания +/-17,5 вольт в контрольных точках устанавливаются потенциометрами R23 и R24 при помощи цифрового вольтметра.
Граница включения индикатора защиты по току limit_I устанавливается потенциометром R20 в положении, когда регулятор тока R11 находится на минимуме – в крайнем левом положении. Индикатор защиты должен светиться ровно и без мерцаний.
Измерительные резисторы R16, составные транзисторы VT1 от двух каналов, датчик температуры IC2 от блока управления и индикации, вентилятор охлаждения размещают на основном радиаторе (площадью 2100 см²) в задней части корпуса источника питания. Микросхемы стабилизаторов напряжения двух каналов DA3 и DA4 также необходимо устанавить на радиатор. Это может быть как основной, так и установленный в устройстве стабилизации напряжения и тока радиатор. Установленные на корпус основного радиатора элементы необходимо изолировать, а радиатор заземлить. Общий провод питания 5В также необходимо заземлить. Трансформаторы питания каналов маломощные 220В/2*22В-2,5Вт.
Для удобства на плате устройства стабилизации напряжения и тока установлена линейка параллельно включеных разъёмов для питания 220 вольт всех блоков источника (схема 6).
При использовании указанных на схеме элементов и соблюдении номиналов подстроечных элементов дополнительной настройки устройства стабилизации напряжения и тока не требуется.
В случае наблюдения осциллографом возбуждений на выходе элемента ОР1.2 операционного усилителя, необходимо увеличить ёмкость конденсатора С6.
Устройство охлаждения
Устройство охлаждения состоит из радиатора и вентилятора охлаждения, установленного на основной радиатор. Для питания вентилятора охлаждения и подсветки светодиодов ЖКИ (если индикатор с подсветкой) используется готовый миниатюрный источник питания для зарядки мобильного телефона, расчитанный на ток 500 мА и напряжение 12 вольт. Его выходное напряжение поступает на вход контактной группы реле COLLER в блоке управления и индикации и ко входу подсветки ЖКИ вышеописанным способом. Выход контактной группы реле COLLER подключается непосредственно к вентилятору охлаждения.
На передней панели располагают кнопки управления, индикаторы включения защиты по току, клеммы и регуляторы. Регуляторы напряжения – многооборотные. При необходимости на боковой стороне размещают сетевой выключатель.
О деталях
Резисторы в измерительных цепях в блоке измерения и устройстве стабилизации напряжения и тока должны быть с точностью не хуже 1%, оптопары IC2, IC5 — 4N35, CNY17 или аналогичные. Транзистор VT1 в устройстве стабилизации напряжения и тока – любой N-P-N дарлингтон транзистор 60 – 250 вольт, мощностью не менее 150 ватт и током коллектора не менее 10 ампер. Измерительный шунт – резистор R16 – мощностью не менее 5 ватт. Без изменений схемы микросхема KA1M0565R может быть заменена на KA1H0565R. С определёнными доработками допустимо использование контроллеров серий TOP или VIPER. Контактные группы комутационных реле должны быть расчитаны на токи, указанные на схеме.
Для снижения общих габаритов устройства целесообразно использовать поверхностные SMD-компоненты, а нужные значения сопротивлений для измерительных цепей можно получить, используя программу Parcalc (http://pgurovich.ru/parcalc/) .
Работа с устройством
Устройство предназначено для отображения на индикаторе информации в 2-х режимах:
режим 0 – отображается время, календарь и температура на пониженной яркости;
режим 1 – отображаются напряжения, токи и мощности 2-х каналов на полной яркости.
Выбор режима производится соответствующим логическим уровнем напряжения на входе MODE (вывод 19 ATmega) .
При переходе из режима 0 в режим 1, удерживая кнопку MODE, напряжение с ЛИП не поступит в нагрузку до отпускания этой кнопки. Это сделано для контролирования момента подачи напряжения.
При превышении температуры датчика значения +45,0°С, независимо от режима индикации, включится вентилятор, а при снижении её до +35,5°С, вентилятор выключится.
При превышении температуры датчика значения +85,0°С в режиме 1 на индикаторе вместо значений мощностей отобразится надпись “ ALARM !” .
При нарушении нормальной работы термодатчика, независимо от режима индикации, в нижней строке индикатора отобразится надпись “ TempERR”.
Редактирование времени и календаря
Установка новых значений времени и календаря возможна только в режиме 0. Кнопкой Sel (вывод 17 ATmega) производится выбор параметра для его изменения в следующем порядке: часы, минуты, день, месяц, день недели, год, секунды. Выбранный параметр мигает на индикаторе. Он устанавливается в нужное значение кнопками “+” и “-“ (выводы 18 и 19 ATmega) кроме секунд, кнопкой Sel секунды обнуляются, т.е. текущая минута начинается сначала.
Устройство выходит из режима редактирования:
— через 3 секунды после последнего нажатия на любую кнопку;
— после редактирования секунд;
— после редактирования точности хода часов.
После удержания кнопки “+” или “-“ нажатой более 3-х секунд увеличится скорость изменения значения выбранного параметра.
Редактирование точности хода часов
При необходимости подстроить точность хода часов нужно в режиме 0 подержать кнопку Sel нажатой не менее 3-х секунд. На индикаторе появится параметр, управляющий точностью. При изменении этого числа на единицу кнопками “+” и “-“ точность хода изменится в ту же сторону примерно на 1 секунду за 3 месяца. После установки нового значения параметра для его записи в EEPROM и выхода из редактирования нужно нажать кнопку Sel. Параметр точности может быть в пределах от 0 до 2000000.
Устройство источника питания не является критичным в плане ЭМС, не требует дополнительных мер и может быть собрано на тестовых платах с использованием SMD -компонентов. Важно, чтобы все экраны импульсных источников питания были соединены с заземлением, а высоковольтные первичные цепи были надёжно изолированы и закрыты. ленты. Both comments and pings are currently closed.
Ардуино следит за напряжением на выходе, за током, и посредством ШИМ пинает силовой транзистор так, чтобы блок питания выдавал установленные значения.Блок питания умеет выдавать напряжение от 1 до 16 вольт, обеспечивать ток 0.1 - 8 ампер (при нормальном источнике напряжения) уходить в защиту и ограничивать ток. То есть его можно использовать для зарядки аккумуляторов, но я не рискнул, да и у меня уже есть. Еще одна особенность этого странного блока питания в том, что он питается от двух напряжений. Основное напряжение должно подкрепляться вольтодобавкой от батарейки, или второго блока питания. Это нужно для корректной работы операционного усилителя. Я использовал ноутбучный блок питания 19в 4А в качестве основного, и зарядку 5в 350мА от какого-то телефона в качестве добавочного питания.
Сборка.
Сборку я решил начать с пайки основной платы с расчетом забить болт, если не заработает, так как начитался комментов от криворуких, как все у них дымит, взрывается и не работает, да и к тому же я внес некоторые изменения в схему.Для изготовления платы я купил новый лазерный принтер, чтобы наконец то освоить ЛУТ, ранее рисовал платы маркером (), тот еще геморрой. Плата получилась со второго раза, потому что в первый раз я зачем-то отзеркалил плату, чего делать было не нужно.
Окончательный результат:
Пробный запуск обнадежил, все работало как надо
После удачного запуска я принялся курочить корпус.
Начал с самого габаритного - системы охлаждения силового транзистора. За основу взял кулер от ноутбука, вколхозил это дело в заднюю часть. 
Натыкал на переднюю панель кнопок управления и лампочек. Здоровенная крутилка это энкодер со встроенной кнопкой. Используется для управления и настройки. Зеленая кнопка переключает режимы индикации на дисплее, прорезь снизу для разъема юсб, три лампочки (слева направо) сигнализируют о наличии напряжения на клеммах, активации защиты при перегрузе, и об ограничении тока. Разъем между клеммами для подключения дополнительных устройств. Я втыкаю туда сверлилку для плат и резалку для оргстекла с нихромовой струной.
Засунул все кишки в корпус, подсоединил провода
После контрольного включения и калибровки закрыл крышкой.
Фото собранного
Отверстия проделаны под радиатором стабилизатора lm7805, который нехило греется. Подсос воздуха через них решил проблему охлаждения этой детали
Сзади выхлопная труба, красная кнопка включения и разъем под сетевой кабель.
Прибор обладает кое-какой точностью, китайский мультиметр с ним согласен. Конечно калибровать самопальную махарайку по китайскому мультиметру и говорить о точности достаточно смешно. Несмотря на это прибору найдется место на моем столе, так как для моих целей его вполне достаточно
Некоторые тесты
Взаимодействие с программой. На ней в реальном времени отображается напряжение и ток в виде графиков, так же с помощью этой программы можно управлять блоком питания.
К блоку питания подключена 12-вольтовая лампа накаливания и амперметр. Внутренний амперметр после подстройки работает сносно
Измерим напряжение на клеммах. Великолепно.
В прошивке реализована ваттосчиталка. К блоку подключена все та же лампочка на 12 вольт, на цоколе которой написано «21W». Не самый паршивый результат.
Изделием доволен на все сто, поэтому и пишу обзор. Может кому-то из читателей нехватает такого блока питания.
О магазинах:
Чип-нн порадовал скоростью доставки, но ассортимент маловат на мой взгляд. Этакий интернет магазин, аналогичный арадиомагазину в среднем городке. Цены ниже, кое на что в разы.
Чип-дип… закупил там то, чего не было в чип-нн, иначе б не сунулся. розница дороговата, но все есть.
