Digital kontrollert lineær strømforsyning: 6 trinn (med bilder)

2025 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2025-01-23 15:02

I løpet av tenårene, for omtrent 40 år siden, opprettet jeg en dual lineær strømforsyning. Jeg fikk det skjematiske diagrammet fra et magasin kalt 'Elektuur', i dag kalt 'Elektor' i Nederland. Denne strømforsyningen brukte et potensiometer for spenningsjustering og ett for strømjusteringen. Etter mange år fungerte disse potensiometrene ikke lenger korrekt, noe som gjorde det vanskelig å få en stabil utgangsspenning. Denne strømforsyningen er vist på bildet.

I mellomtiden hentet jeg innebygd programvareutvikling som en del av hobbyen min ved å bruke PIC -mikrokontrolleren og JAL -programmeringsspråket. Siden jeg fortsatt vil bruke strømforsyningen min - ja du kan kjøpe billigere switch -modus -varianter i dag - fikk jeg ideen om å erstatte de gamle potensiometrene med en digital versjon, og derfor ble et nytt PIC -prosjekt født.

For å justere spenningen til strømforsyningen bruker jeg en PIC 16F1823 mikrokontroller som bruker 6 trykknapper som følger:

• En trykknapp for å slå ut / av spenningen uten å måtte slå strømmen helt av eller på
• En trykknapp for å øke utgangsspenningen og en annen trykknapp for å redusere utgangsspenningen
• Tre trykknapper som skal brukes som forhåndsinnstillinger. Etter å ha angitt en viss utgangsspenning, kan den eksakte spenningen lagres og hentes ved hjelp av disse forhåndsinnstilte trykknappene

Strømforsyningen kan levere en spenning mellom 2,4 Volt og 18 Volt med en maksimal strøm på 2 Ampere.

Trinn 1: Den første designen (revisjon 0)

Jeg gjorde noen endringer i det originale skjematiske diagrammet for å gjøre det egnet for å kontrollere det med det digitale potensiometeret. Siden jeg aldri tidligere brukte det originale potensiometeret for strømjusteringen, fjernet jeg det og erstattet det med en fast motstand, og begrenset maksimal strøm til 2 Ampere.

Det skjematiske diagrammet viser strømforsyningen, bygget rundt den gamle, men pålitelige LM723 spenningsregulatoren. Jeg har også laget et kretskort for det. LM723 har en temperaturkompensert referansespenning med en strømbegrensende funksjon og et bredt spenningsområde. Referansespenningen til LM723 går til det digitale potensiometeret som viskeren er koblet til den ikke-inverterende inngangen til LM723. Det digitale potensiometeret har en verdi på 10 kOhm og kan endres fra 0 Ohm til 10 kOhm i 100 trinn ved hjelp av et 3 -leder serielt grensesnitt.

Denne strømforsyningen har en digital volt og ampere måler som mottar strømmen fra en 15 Volt spenningsregulator (IC1). Denne 15 Volt brukes også som inngang for 5 Volt spenningsregulatoren (IC5) som driver PIC og det digitale potensiometeret.

Transistor T1 brukes til å slå av LM723 som bringer utgangsspenningen til 0 Volt. Kraftmotstand R9 brukes til å måle strømmen, noe som forårsaker et spenningsfall over motstanden når strøm strømmer gjennom den. Dette spenningsfallet brukes av LM723 for å begrense maksimal utgangsstrøm til 2 ampere.

I denne første designen er ikke den elektrolytiske kondensatoren og effekttransistoren (type 2N3055) på kortet. I min opprinnelige design fra mange år siden var den elektrolytiske kondensatoren på et eget brett, så jeg beholdt det. Krafttransistoren er montert på en kjøleplate utenfor skapet for bedre kjøling.

Trykknappene er på frontpanelet på skapet. Hver trykknapp trekkes høyt opp av 4k7-motstandene på brettet. Trykknappene er koblet til bakken, noe som gjør dem aktive lave.

Du trenger følgende elektroniske komponenter for dette prosjektet (også revisjon 2):

• 1 PIC mikrokontroller 16F1823
• 1 digitalt potensiometer på 10k, type X9C103
• Spenningsregulatorer: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• Broens likeretter: B80C3300/5000
• Transistorer: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• Dioder: 2 * 1N4004
• Elektrolytiske kondensatorer: 1 * 4700 uF/40V, 1 * 4,7 uF/16V
• Keramiske kondensatorer: 1 * 1 nF, 6 * 100 nF
• Motstander: 1 * 100 Ohm, 1 * 820 Ohm, 1 * 1k, 2 * 2k2, 8 * 4k7
• Strømmotstand: 0,33 Ohm / 5 Watt

Jeg har også designet et kretskort som er vist på vedlagte skjermbilde og bilde.

Trinn 2: The Revised Design (revisjon 2)

Etter å ha bestilt kretskortene, kom jeg på ideen om å legge til en funksjon som jeg kaller "spenningsbeskyttelse". Siden jeg fortsatt hadde mye programminne tilgjengelig i PIC, bestemte jeg meg for å bruke PICs innebygde Analog to Digital Converter (ADC) for å måle utgangsspenningen. Hvis denne utgangsspenningen - av en eller annen grunn - går opp eller ned, blir strømforsyningen slått av. Dette vil beskytte den tilkoblede kretsen mot overspenning eller stoppe enhver kortslutning. Dette var revisjon 1 som er en utvidelse til revisjon 0, den opprinnelige designen.

Selv om jeg testet designet ved hjelp av et brødbrett (se bildet), var jeg fremdeles ikke fornøyd med det. Noen ganger så det ut til at det digitale potensiometeret ikke alltid var akkurat i samme posisjon, f.eks. når du gjenoppretter en forhåndsinnstilt verdi. Forskjellen var liten, men urovekkende. Det er ikke mulig å lese verdien av potensiometeret. Etter noen tanker opprettet jeg en revisjon 2 som er en liten redesign av revisjon 1. I denne designen, se skjematisk diagram revisjon 2, brukte jeg ikke et digitalt potensiometer, men jeg brukte den innebygde Digital til Analog Converter (DAC) av PIC for å kontrollere utgangsspenningen via LM723. Det eneste problemet var at PIC16F1823 bare har en 5-bits DAC som ikke var tilstrekkelig fordi trinnene opp og ned ville være for store. På grunn av det byttet jeg til en PIC16F1765 som har en 10-bits DAC ombord. Denne versjonen med DAC var pålitelig. Jeg kunne fortsatt bruke det første kretskortet siden jeg bare trenger å fjerne noen komponenter, bytte ut en kondensator og legge til 2 ledninger (1 ledning var allerede nødvendig for å legge til spenningsdeteksjon i revisjon 1). Jeg byttet også 15 Volt -regulatoren til en 18 Volt -versjon for å begrense strømspredningen. Se skjematisk diagram over revisjon 2.

Så hvis du vil gå for dette designet, må du gjøre følgende sammenlignet med revisjon 0:

• Erstatt PIC16F1823 med en PIC16F1765
• Valgfritt: Erstatt 78L15 med en 78L18
• Fjern digitalt potensiometer type X9C103
• Fjern motstandene R1 og R15
• Erstatt den elektrolytiske kondensatoren C5 med en keramisk kondensator på 100 nF
• Lag en forbindelse mellom IC4 -pinne 13 (PIC) til IC2 -pinne 5 (LM723)
• Gjør en forbindelse mellom IC4 pin 3 (PIC) til IC2 pin 4 (LM723)

Jeg oppdaterte også kretskortet, men bestilte ikke denne versjonen, se skjermbilde.

Trinn 3: (Dis) Montering

På bildet ser du strømforsyningen før og etter oppgraderingen. For å dekke hullene som ble laget av potensiometrene la jeg til et frontpanel på toppen av frontpanelet på skapet. Som du kan se hadde jeg laget en dobbel strømforsyning der begge strømforsyningene er helt uavhengige av hverandre. Dette gjør det mulig å sette dem i serie hvis jeg trenger en høyere utgangsspenning enn 18 Volt.

På grunn av kretskortet var det enkelt å montere elektronikken. Husk at den store elektrolytkondensatoren og effekttransistoren ikke er på kretskortet. Bildet viser at for revisjon 2 er det ikke nødvendig med noen komponenter lenger, og det var nødvendig med 2 ledninger, en for å legge til spenningsdeteksjonsfunksjonen og den andre på grunn av utskifting av det digitale potensiometeret med den digitale til analoge omformeren til PIC -mikrokontrolleren.

Selvfølgelig trenger du en transformator som kan levere 18 Volt AC, 2 Ampere. I min opprinnelige design brukte jeg en ringkjernetransformator fordi de er mer effektive (men også dyrere).

Trinn 4: Programvaren for revisjon 0

Programvaren utfører følgende hovedoppgaver:

• Kontrollere utgangsspenningen til strømforsyningen via det digitale potensiometeret

• Håndter funksjonene til trykknappene, som er:

  • Slå på/av. Dette er en vekselfunksjon som setter utgangsspenningen til 0 Volt eller til den siste valgte spenningen
  • Spenning opp/Spenning ned. For hvert trykk på knappen går spenningen litt opp eller litt ned. Når disse trykknappene holdes inne, aktiveres en gjentaksfunksjon
  • Forhåndsinnstilt butikk/Forhåndsinnstilt henting. Enhver spenningsinnstilling kan lagres i EEPROM på PIC ved å trykke på den forhåndsinnstilte trykknappen i minst 2 sekunder. Hvis du trykker den kortere, henter du EEPROM -verdien for den forhåndsinnstilte og angir utgangsspenningen tilsvarende

Når strømmen slås på, settes alle pinnene i PIC -en som inngang. For å forhindre at det er en udefinert spenning på strømforsyningens utgang, forblir utgangen på 0 Volt til PIC er i gang og det digitale potensiometeret er initialisert. Denne nedkoplingen oppnås ved opptrekkmotstanden R14 som sørger for at transistoren T1 slår av LM723 til den frigjøres av PIC.

Resten av programvaren er rett frem. Trykknapper blir skannet, og hvis noe må endres, endres verdien av det digitale potensiometeret ved hjelp av et serielt grensesnitt med tre ledninger. Vær oppmerksom på at det digitale potensiometeret også har et alternativ for å lagre innstillingen, men dette brukes ikke siden alle innstillingene er lagret i EEPROM på PIC. Grensesnittet med potensiometeret tilbyr ikke en funksjon for å lese verdien av viskeren tilbake. Så når viskeren må forhåndsinnstilles til en viss verdi, er det første som gjøres å sette viskeren tilbake til nullposisjon og fra det tidspunktet sende antall trinn for å sette viskeren i riktig posisjon.

For å forhindre at EEPROM skrives med hvert trykk på en knapp, og dermed senke levetiden til EEPROM, skrives EEPROM -innholdet 2 sekunder etter at trykknappene ikke lenger er aktivert. Dette betyr at etter den siste endringen av trykknappene, må du sørge for å vente i minst 2 sekunder før du slår på strømmen for å sikre at den siste innstillingen er lagret. Når den er slått på, starter strømforsyningen alltid med den siste valgte spenningen som er lagret i EEPROM.

JAL -kildefilen og Intel Hex -filen for programmering av PIC for revisjon 0 er vedlagt.

Trinn 5: Programvaren for revisjon 2

For revisjon 2 er de viktigste endringene i programvaren følgende:

• Spenningsdeteksjon -funksjonen ble lagt til ved å måle utgangsspenningen til strømforsyningen etter at den er blitt innstilt. For dette brukes ADC -omformeren til PIC. Ved hjelp av ADC tar programvaren prøver av utgangsspenningen, og hvis utgangsspenningen etter noen få prøver er omtrent 0,2 Volt høyere eller lavere enn den innstilte spenningen, blir strømforsyningen slått av.
• Bruke DAC til PIC for å kontrollere utgangsspenningen til strømforsyningen i stedet for å bruke et digitalt potensiometer. Denne endringen gjorde programvaren enklere siden det ikke var nødvendig å lage et 3-leder grensesnitt for det digitale potensiometeret.
• Erstatt lagringen i EEPROM med lagring i High Endurance Flash. PIC16F1765 har ikke EEPROM ombord, men bruker en del av programmet Flash for lagring av ikke-flyktig informasjon.

Vær oppmerksom på at spenningsdeteksjonen ikke er aktivert i utgangspunktet. Ved oppstart kontrolleres følgende knapper for å være trykket:

• Trykk på/av -knapp. Ved trykk er begge spenningsdetekteringsfunksjonene slått av.
• Trykknapp ned. Ved å trykke på blir lavspenningsdeteksjonen aktivert.
• Trykknapp opp. Hvis du trykker på, blir høyspenningsdeteksjonen aktivert.

Disse innstillingene for spenningsdeteksjon lagres i blitsen for høy utholdenhet og tilbakekalles når strømforsyningen slås på igjen.

JAL -kildefilen og Intel Hex -filen for programmering av PIC for revisjon 2 er også vedlagt.

Trinn 6: Det endelige resultatet

I videoen ser du revisjon 2 av strømforsyningen, den viser funksjonen for på/av, spenning opp/spenning ned og bruken av forhåndsinnstillingene. For denne demoen koblet jeg også en motstand til strømforsyningen for å vise at ekte strøm strømmer gjennom den og at maksimal strøm er begrenset til 2 Ampere.

Hvis du er interessert i å bruke PIC -mikrokontrolleren med JAL - et Pascal -lignende programmeringsspråk - kan du besøke JAL -nettstedet.

Ha det gøy å lage dette instruerbart og gleder meg til reaksjoner og resultater.