Digitale beheerde lineêre kragtoevoer: 6 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

In my tienjarige jare, ongeveer 40 jaar gelede, het ek 'n dubbele lineêre kragtoevoer geskep. Ek het die skematiese diagram gekry van 'n tydskrif met die naam 'Elektuur', deesdae 'Elektor' in Nederland. Hierdie kragtoevoer het een potensiometer gebruik vir die spanningverstelling en een vir die huidige verstelling. Na baie jare funksioneer hierdie potensiometers nie meer korrek nie, wat dit moeilik gemaak het om 'n stabiele uitgangsspanning te kry. Hierdie kragtoevoer word op die foto getoon.

Intussen het ek ingebedde sagteware -ontwikkeling as deel van my stokperdjie aangewend met die PIC -mikrobeheerder en die JAL -programmeertaal. Aangesien ek nog steeds my kragtoevoer wil gebruik - ja, u kan deesdae goedkoper wisselmodusse koop - het ek die idee gekry om die ou potensiometers deur 'n digitale weergawe te vervang, en daarom is 'n nuwe PIC -projek gebore.

Vir die aanpassing van die spanning van die kragtoevoer gebruik ek 'n PIC 16F1823 mikrokontroller wat 6 drukknoppies soos volg gebruik:

• Een drukknop om die uitgangsspanning aan of uit te skakel sonder om die kragtoevoer heeltemal aan of uit te skakel
• Een drukknop om die uitsetspanning te verhoog en nog een druk om die uitgangsspanning te verlaag
• Drie drukknoppies om as vooraf ingestel te gebruik. Nadat u 'n sekere uitgangsspanning ingestel het, kan die presiese spanning met hierdie vooraf ingestelde drukknoppies gestoor en herwin word

Die kragtoevoer kan 'n spanning tussen 2,4 Volt en 18 Volt met 'n maksimum stroom van 2 Ampere lewer.

Stap 1: Die aanvanklike ontwerp (hersiening 0)

Ek het 'n paar wysigings aan die oorspronklike skematiese diagram aangebring om dit geskik te maak om dit met die digitale potensiometer te beheer. Aangesien ek in die verlede nooit die oorspronklike potensiometer vir die stroomaanpassing gebruik het nie, het ek dit verwyder en vervang deur 'n vaste weerstand, wat die maksimum stroom tot 2 Ampere beperk het.

Die skematiese diagram toon die kragtoevoer, gebou rondom die ou, maar betroubare LM723 spanningsreguleerder. Ek het ook 'n drukplaat daarvoor gemaak. Die LM723 het 'n temperatuurgekompenseerde verwysingsspanning met 'n stroombeperkende funksie en 'n wye spanningsbereik. Die verwysingspanning van die LM723 gaan na die digitale potensiometer waarvan die veër gekoppel is aan die nie-omkerende ingang van die LM723. Die digitale potensiometer het 'n waarde van 10 kOhm en kan verander word van 0 Ohm tot 10 kOhm in 100 stappe met behulp van 'n 3 -draads seriële koppelvlak.

Hierdie kragtoevoer het 'n digitale volt- en ampèremeter wat sy krag ontvang van 'n 15 Volt spanningsreguleerder (IC1). Hierdie 15 Volt word ook gebruik as ingang vir die 5 Volt spanningsreguleerder (IC5) wat die PIC en die digitale potensiometer aandryf.

Transistor T1 word gebruik om die LM723 af te skakel, wat die uitsetspanning op 0 Volt bring. Kragweerstand R9 word gebruik om die stroom te meet, wat 'n spanningsval oor die weerstand veroorsaak wanneer stroom daardeur vloei. Hierdie spanningsval word deur die LM723 gebruik om die maksimum uitsetstroom tot 2 Ampere te beperk.

In hierdie aanvanklike ontwerp is die elektrolitiese kondensator en die kragtransistor (tipe 2N3055) nie op die bord nie. In my oorspronklike ontwerp van baie jare gelede was die elektrolitiese kondensator op 'n aparte bord, so ek het dit gehou. Die kragtransistor is gemonteer op 'n koelplaat buite die kas vir beter verkoeling.

Die drukknoppies is op die voorpaneel van die kas. Elke drukknoppie word hoog opgetrek deur die 4k7-weerstande op die bord. Die drukknoppies is op die grond gekoppel, wat hulle laag laat werk.

U benodig die volgende elektroniese komponente vir hierdie projek (ook hersiening 2):

• 1 PIC -mikrobeheerder 16F1823
• 1 digitale potensiometer van 10k, tipe X9C103
• Spanningsreguleerders: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• Brug gelykrigter: B80C3300/5000
• Transistors: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• Diodes: 2 * 1N4004
• Elektrolitiese kondensators: 1 * 4700 uF/40V, 1 * 4.7 uF/16V
• Keramiek -kondensators: 1 * 1 nF, 6 * 100 nF
• Weerstande: 1 * 100 Ohm, 1 * 820 Ohm, 1 * 1k, 2 * 2k2, 8 * 4k7
• Kragweerstand: 0,33 Ohm / 5 Watt

Ek het ook 'n printplaat ontwerp wat op die aangehegte skermkiekie en prentjie getoon word.

Stap 2: Die hersiene ontwerp (hersiening 2)

Nadat ek die printplate bestel het, het ek die idee gekry om 'n funksie by te voeg wat ek 'spanningsbeskerming' noem. Aangesien ek nog baie programgeheue in die PIC beskikbaar het, het ek besluit om die ingeboude Analog to Digital Converter (ADC) van die PIC te gebruik om die uitsetspanning te meet. As hierdie uitgangsspanning - om watter rede ook al - styg of daal, word die kragtoevoer afgeskakel. Dit beskerm die gekoppelde stroombaan teen oorspanning of stop enige kortsluiting. Dit was hersiening 1, wat 'n uitbreiding is tot hersiening 0, die aanvanklike ontwerp.

Alhoewel ek die ontwerp met 'n broodbord getoets het (sien prentjie), was ek steeds nie tevrede daarmee nie. Soms het dit gelyk asof die digitale potensiometer nie altyd presies op dieselfde posisie was nie, bv. wanneer 'n voorafbepaalde waarde verhaal word. Die verskil was klein, maar ontstellend. Dit is nie moontlik om die waarde van die potensiometer te lees nie. Na 'n bietjie nadink het ek 'n hersiening 2 gemaak, 'n klein herontwerp van hersiening 1. In hierdie ontwerp, sien skematiese diagram hersiening 2, het ek nie 'n digitale potensiometer gebruik nie, maar ek het die ingeboude Digital to Analog Converter (DAC) van die PIC om die uitgangsspanning via die LM723 te beheer. Die enigste probleem was dat die PIC16F1823 slegs 'n 5-bis DAC het, wat nie voldoende was nie, omdat die op- en afstappe te groot sou wees. Daarom het ek oorgeskakel na 'n PIC16F1765 met 'n 10-bis DAC aan boord. Hierdie weergawe met die DAC was betroubaar. Ek kon nog steeds die aanvanklike printplaat gebruik, aangesien ek slegs 'n paar komponente hoef te verwyder, 1 kondensator te vervang en 2 drade by te voeg (1 draad was reeds nodig om die spanningsopsporingsfunksie van hersiening 1 by te voeg). Ek het ook die 15 Volt -reguleerder verander na 'n 18 Volt -weergawe om die kragverlies te beperk. Sien die skematiese diagram van hersiening 2.

As u dus vir hierdie ontwerp wil gaan, moet u die volgende doen in vergelyking met hersiening 0:

• Vervang die PIC16F1823 deur 'n PIC16F1765
• Opsioneel: Vervang die 78L15 deur 'n 78L18
• Verwyder digitale potensiometer tipe X9C103
• Verwyder weerstande R1 en R15
• Vervang die elektrolitiese kapasitor C5 deur 'n keramiek kondensator van 100 nF
• Maak 'n verbinding tussen IC4 -pen 13 (PIC) met IC2 -pen 5 (LM723)
• Maak 'n verbinding tussen IC4 -pen 3 (PIC) en IC2 -pen 4 (LM723)

Ek het ook die printplaat opgedateer, maar het nie hierdie weergawe bestel nie, sien skermkiekie.

Stap 3: (Dis) Vergadering

Op die foto sien u die kragtoevoer voor en na die opgradering. Om die gate wat deur die potensiometers gemaak is, te bedek, het ek 'n voorpaneel bo -op die voorpaneel van die kas aangebring. Soos u kan sien, het ek 'n dubbele kragtoevoer gemaak waar beide kragbronne heeltemal onafhanklik van mekaar is. Dit maak dit moontlik om dit in serie te plaas ingeval ek 'n hoër uitsetspanning as 18 Volt benodig.

As gevolg van die printplaat was dit maklik om die elektronika te monteer. Onthou dat die groot elektrolitiese kondensator en die kragtransistor nie op die printplaat is nie. Die foto toon dat vir hersiening 2 sommige komponente nie meer nodig is nie en 2 drade nodig was om die spanningsopsporingsfunksie by te voeg en die ander een as gevolg van die vervanging van die digitale potensiometer deur die digitaal na analoog omskakelaar van die PIC -mikrokontroller.

Uiteraard benodig u 'n transformator wat 18 Volt AC, 2 Ampere kan voorsien. In my oorspronklike ontwerp het ek 'n ringkerntransformator gebruik omdat dit doeltreffender (maar ook duurder) is.

Stap 4: Die sagteware vir hersiening 0

Die sagteware verrig die volgende hooftake:

• Die beheer van die uitgangsspanning van die kragtoevoer via die digitale potensiometer

• Hanteer die kenmerke van die drukknoppies:

  • Krag aan/af. Dit is 'n skakelfunksie wat die uitsetspanning op 0 Volt of die laaste gekose spanning stel
  • Spanning op/Spanning af. Met elke druk op die knoppie gaan die spanning effens op of effens af. As hierdie drukknoppies ingedruk bly, word 'n herhalingsfunksie geaktiveer
  • Vooraf ingestelde winkel/vooraf ingestelde ophaal. Enige spanningsinstelling kan in die EEPROM van die PIC gestoor word deur die vooraf ingestelde drukknop vir ten minste 2 sekondes in te druk. Deur dit korter in te druk, sal die EEPROM -waarde vir die vooraf ingestelde waarde opgetel word en die uitgangsspanning dienooreenkomstig ingestel word

By aanskakel word alle penne van die PIC as invoer gestel. Om te voorkom dat 'n ongedefinieerde spanning by die uitgang van die kragtoevoer voorkom, bly die uitset op 0 Volt totdat die PIC aan die gang is en die digitale potensiometer geïnitialiseer word. Hierdie afskakeling word verkry deur die optrekweerstand R14 wat sorg dat die transistor T1 die LM723 afskakel totdat dit deur die PIC vrygestel word.

Die res van die sagteware is reguit vorentoe. Drukknoppies word geskandeer en as iets moet verander, word die waarde van die digitale potensiometer verander met behulp van 'n seriële koppelvlak met drie drade. Let daarop dat die digitale potensiometer ook die opsie het om die instelling te stoor, maar dit word nie gebruik nie, aangesien alle instellings in die EEPROM van die PIC gestoor word. Die koppelvlak met die potensiometer bied nie 'n funksie om die waarde van die veër terug te lees nie. Dus, wanneer die wisser vooraf op 'n sekere waarde ingestel moet word, is die eerste ding wat gedoen word om die wisser weer in die nulposisie te plaas en vanaf daardie tydstip die aantal stappe te stuur om die wisser in die regte posisie te plaas.

Om te voorkom dat die EEPROM met elke druk van 'n knoppie geskryf word en sodoende die lewensduur van die EEPROM verlaag, word die EEPROM -inhoud geskryf 2 sekondes nadat die drukknoppies nie meer geaktiveer is nie. Dit beteken dat u na die laaste verandering van die drukknoppies ten minste 2 sekondes moet wag voordat u die krag skakel om seker te maak dat die laaste instelling gestoor word. As dit aangeskakel word, sal die kragtoevoer altyd begin met die laaste gekose spanning wat in EEPROM gestoor is.

Die JAL -bronlêer en die Intel Hex -lêer vir die programmering van die PIC vir hersiening 0 is aangeheg.

Stap 5: Die sagteware vir hersiening 2

Vir hersiening 2 is die belangrikste veranderinge in sagteware die volgende:

• Die spanningsopsporingsfunksie is bygevoeg deur die uitgangsspanning van die kragtoevoer te meet nadat dit ingestel is. Hiervoor word die ADC -omskakelaar van die PIC gebruik. Met behulp van die ADC neem die sagteware monsters van die uitsetspanning en as die uitsetspanning na 'n paar monsters ongeveer 0,2 Volt hoër of laer is as die ingestelde spanning, word die kragtoevoer afgeskakel.
• Gebruik die DAC van die PIC om die uitgangsspanning van die kragtoevoer te beheer in plaas van 'n digitale potensiometer te gebruik. Hierdie verandering het die sagteware eenvoudiger gemaak, aangesien dit nie nodig was om die 3-draads koppelvlak vir die digitale potensiometer te skep nie.
• Vervang die stoorplek in EEPROM deur dit in High Endurance Flash te stoor. Die PIC16F1765 het nie EEPROM aan boord nie, maar gebruik 'n deel van die program Flash om nie-vlugtige inligting te stoor.

Let daarop dat die spanningsopsporing aanvanklik nie geaktiveer is nie. By die aanskakel word die volgende knoppies gekontroleer om gedruk te word:

• Aan-/af -drukknop. As dit ingedruk word, word beide spanningsopsporingsfunksies afgeskakel.
• Druk -knoppie af. As dit ingedruk word, word die laespanning -opsporing geaktiveer.
• Druk -knoppie op. As dit ingedruk word, word die hoogspanningsopsporing geaktiveer.

Hierdie spanningsopsporingsinstellings word in die hoë uithouvermoë flits gestoor en word herroep wanneer die kragtoevoer weer aangeskakel word.

Die JAL -bronlêer en die Intel Hex -lêer vir die programmering van die PIC vir hersiening 2 is ook aangeheg.

Stap 6: Die finale resultaat

In die video sien u die hersiening van die kragtoevoer 2 in werking, dit toon die funksie vir aan/af, spanning op/spanning af en die gebruik van die voorafinstellings. Vir hierdie demo het ek ook 'n weerstand aan die kragtoevoer gekoppel om aan te toon dat werklike stroom daardeur vloei en dat die maksimum stroom beperk is tot 2 Ampere.

Besoek die JAL -webwerf as u die PIC -mikrobeheerder met JAL wil gebruik - 'n programmeertaal wat soos Pascal voorkom.

Geniet dit om hierdie instruksies te maak en sien uit na u reaksies en resultate.