Digital Controlled Linear Power Supply: 6 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Sa aking labingdalawang taon, halos 40 taon na ang nakakalipas, lumikha ako ng isang dalawahang linear na supply ng kuryente. Nakuha ko ang diagram ng eskematiko mula sa isang magazine na tinatawag na 'Elektuur', sa panahong ito ay tinatawag na 'Elektor' sa The Netherlands. Ang power supply na ito ay gumamit ng isang potensyomiter para sa pagsasaayos ng boltahe at isa para sa kasalukuyang pagsasaayos. Matapos ang maraming taon ang mga potentiometers na ito ay hindi na gumana nang tama na naging mahirap upang makakuha ng isang matatag na boltahe ng output. Ang power supply na ito ay ipinapakita sa larawan.

Sa pansamantalang oras kinuha ko ang naka-embed na pag-unlad ng software bilang bahagi ng aking libangan, gamit ang PIC microcontroller at ang JAL na programa ng wika. Dahil gusto ko pa ring gamitin ang aking supply ng kuryente - oo makakabili ka ng mas murang mga variant ng switch mode sa kasalukuyan - May ideya akong palitan ang mga dating potensyal sa pamamagitan ng isang digital na bersyon at sa gayon isang bagong proyekto ng PIC ang ipinanganak.

Para sa pag-aayos ng boltahe ng supply ng kuryente gumagamit ako ng isang PIC 16F1823 microcontroller na gumagamit ng 6 mga pindutan ng push tulad ng sumusunod:

• Isang pindutan ng itulak para sa paglipat o pag-off ng boltahe ng output nang hindi kinakailangan na buksan o patayin ang suplay ng kuryente
• Isang pindutan ng itulak upang madagdagan ang output boltahe at isa pang isang pindutan ng push upang bawasan ang output boltahe
• Tatlong mga pindutan ng itulak na gagamitin bilang preset. Matapos maitakda ang isang tiyak na boltahe ng output, ang eksaktong boltahe na iyon ay maaaring maimbak at makuha gamit ang mga preset na pindutan ng itulak

Ang suplay ng kuryente ay may kakayahang maglabas ng boltahe sa pagitan ng 2.4 Volt at 18 Volt na may maximum na kasalukuyang 2 Ampere.

Hakbang 1: Ang Paunang Disenyo (rebisyon 0)

Gumawa ako ng ilang mga pagbabago sa orihinal na diagram ng eskematiko upang gawin itong angkop para sa pagkontrol nito sa digital potentiometer. Dahil hindi ko kailanman ginamit ang orihinal na potensyomiter para sa kasalukuyang pagsasaayos sa nakaraan, tinanggal ko ito at pinalitan ng isang nakapirming risistor, nililimitahan ang maximum na kasalukuyang sa 2 Ampere.

Ipinapakita ng diagram ng eskematiko ang suplay ng kuryente, na itinayo sa paligid ng luma ngunit maaasahang regulator ng boltahe ng LM723. Lumikha din ako ng isang naka-print na circuit board para dito. Ang LM723 ay may isang temperatura na binabayaran boltahe ng sanggunian na may kasalukuyang tampok na paglilimita at isang malawak na saklaw ng boltahe. Ang boltahe ng sanggunian ng LM723 ay papunta sa digital potentiometer kung saan ang wiper ay konektado sa di-inverting input ng LM723. Ang digital potentiometer ay may halagang 10 kOhm at maaaring mabago mula 0 Ohm hanggang 10 kOhm sa 100 hakbang gamit ang isang 3 wire serial interface.

Ang Power Supply na ito ay may isang digital volt & ampere meter na tumatanggap ng lakas nito mula sa isang 15 Volt voltage regulator (IC1). Ang 15 Volt na ito ay ginagamit din bilang input para sa 5 Volt voltage regulator (IC5) na nagpapagana sa PIC at sa digital potentiometer.

Ginagamit ang Transistor T1 upang isara ang LM723 na nagdadala ng boltahe ng output sa 0 Volt. Ginagamit ang power resistor R9 upang masukat ang kasalukuyang, sanhi ng pagbagsak ng boltahe sa resistor kapag dumadaloy ito sa kasalukuyan. Ang pagbagsak ng boltahe na ito ay ginagamit ng LM723 upang limitahan ang maximum na kasalukuyang output sa 2 Ampere.

Sa paunang disenyo na ito ang Electrolytic Capacitor at ang Power Transistor (uri 2N3055) ay wala sa pisara. Sa aking orihinal na disenyo mula maraming taon na ang nakalilipas ang Electrolytic Capacitor ay nasa isang hiwalay na board kaya itinago ko iyon. Ang power transistor ay naka-mount sa isang plate na paglamig sa labas ng gabinete para sa mas mahusay na paglamig.

Ang mga pindutan ng itulak ay nasa harap na panel ng gabinete. Ang bawat pindutan ng itulak ay hinila-taas ng mga resistors ng 4k7 sa pisara. Ang mga push button ay konektado sa ground na nagpapababa sa kanila.

Kailangan mo ng mga sumusunod na elektronikong sangkap para sa proyektong ito (rebisyon ng alsosee 2):

• 1 PIC microcontroller 16F1823
• 1 digital potentiometer na 10k, i-type ang X9C103
• Mga regulator ng boltahe: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• Pagwawasto ng tulay: B80C3300 / 5000
• Mga Transistor: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• Mga Diode: 2 * 1N4004
• Mga Electrolytic Capacitor: 1 * 4700 uF / 40V, 1 * 4.7 uF / 16V
• Mga Ceramic Capacitor: 1 * 1 nF, 6 * 100 nF
• Mga resistorista: 1 * 100 Ohm, 1 * 820 Ohm, 1 * 1k, 2 * 2k2, 8 * 4k7
• Resistor ng kuryente: 0.33 Ohm / 5 Watt

Dinisenyo ko rin ang isang naka-print na circuit board na ipinapakita sa naka-attach na screenshot at larawan.

Hakbang 2: Ang Binagong Disenyo (rebisyon 2)

Matapos maorder ang mga naka-print na circuit board ay nakaisip ako ng ideya na magdagdag ng isang tampok na tinatawag kong 'proteksyon ng boltahe'. Dahil mayroon pa akong maraming memorya ng programa na magagamit sa PIC nagpasya akong gamitin ang built-in na Analog to Digital Converter (ADC) ng PIC upang masukat ang boltahe ng output. Kung sakaling ang boltahe ng output na ito - para sa anumang kadahilanan - pataas o pababa, ang power supply ay pinatay. Protektahan nito ang nakakonektang circuit laban sa higit na boltahe o ihihinto ang anumang maikling circuit. Ito ang rebisyon 1 na isang extension sa rebisyon 0, ang paunang disenyo.

Bagaman sinubukan ko ang disenyo gamit ang isang breadboard (tingnan ang larawan), hindi pa rin ako nasisiyahan dito. Minsan tila ang digital potentiometer ay hindi palaging eksakto sa parehong posisyon, hal. kapag nakakakuha ng isang preset na halaga. Ang pagkakaiba ay maliit ngunit nakakagambala. Hindi posible na basahin ang halaga ng potensyomiter. Matapos ang ilang pag-iisip na lumikha ako ng isang rebisyon 2 na kung saan ay isang maliit na muling pagdisenyo ng rebisyon 1. Sa disenyo na ito, tingnan ang eskematiko diagram rebisyon 2, hindi ako gumamit ng isang digital potentiometer ngunit ginamit ko ang built-in na Digital to Analog Converter (DAC) ng PIC upang makontrol ang output boltahe sa pamamagitan ng LM723. Ang nag-iisang problema ay ang PIC16F1823 mayroon lamang isang 5-bit DAC na hindi sapat dahil ang mga pataas na hakbang at pababang hakbang ay masyadong malaki. Dahil doon lumipat ako sa isang PIC16F1765 na mayroong board na 10-bit DAC. Ang bersyon na ito sa DAC ay maaasahan. Maaari ko pa ring gamitin ang paunang naka-print na circuit board dahil kailangan ko lamang alisin ang ilang mga bahagi, palitan ang 1 kapasitor at magdagdag ng 2 wires (1 wire ang kinakailangan para sa pagdaragdag ng tampok na boltahe ng detection ng rebisyon 1). Binago ko rin ang 15 Volt regulator sa isang 18 Volt na bersyon upang limitahan ang pagwawaldas ng kuryente. Tingnan ang diagram ng eskematiko ng rebisyon 2.

Kaya kung nais mong pumunta para sa disenyo na ito kailangan mong gawin ang sumusunod kumpara sa rebisyon 0:

• Palitan ang PIC16F1823 ng isang PIC16F1765
• Opsyonal: Palitan ang 78L15 ng isang 78L18
• Alisin ang uri ng digital potentiometer X9C103
• Alisin ang resistors R1 at R15
• Palitan ang electrolytic capacitor C5 ng isang ceramic capacitor na 100 nF
• Gumawa ng isang koneksyon sa pagitan ng IC4 pin 13 (PIC) sa IC2 pin 5 (LM723)
• Gumawa ng isang koneksyon sa pagitan ng IC4 pin 3 (PIC) sa IC2 pin 4 (LM723)

In-update ko rin ang naka-print na circuit board ngunit hindi nag-order ng bersyon na ito, tingnan ang screenshot.

Hakbang 3: (Dis) Assembly

Sa larawan makikita mo ang power supply bago at pagkatapos ng pag-upgrade. Upang takpan ang mga butas na ginawa ng mga potentiometers Nagdagdag ako ng isang front panel sa tuktok ng front panel ng gabinete. Tulad ng nakikita mo ay gumawa ako ng dalawahang supply ng kuryente kung saan ang parehong mga power supply ay ganap na independiyente sa bawat isa. Ginagawa nitong posible na ilagay ang mga ito sa serye kung sakaling kailangan ko ng isang mas mataas na boltahe ng output kaysa sa 18 Volt.

Dahil sa naka-print na circuit board madali itong tipunin ang electronics. Tandaan na ang malaking electrolytic capacitor at ang power transistor ay wala sa naka-print na circuit board. Ipinapakita ng foto na para sa rebisyon 2 ang ilang mga sangkap ay hindi na kinakailangan at 2 wires ang kinakailangan isa upang idagdag ang tampok na boltahe ng pagtuklas at ang isa pa dahil sa pagpapalit ng digital potentiometer ng Digital to Analog Converter ng PIC microcontroller.

Siyempre kailangan mo ng isang transpormer na may kakayahang magbigay ng 18 Volt AC, 2 Ampere. Sa aking orihinal na disenyo gumamit ako ng isang ring core transpormer dahil mas mahusay ang mga ito (ngunit mas mahal din).

Hakbang 4: Ang Software para sa Pagbabago 0

Ginagawa ng software ang mga sumusunod na pangunahing gawain:

• Pagkontrol sa output boltahe ng supply ng kuryente sa pamamagitan ng digital potentiometer

• Pangasiwaan ang mga tampok ng mga push button, na kung saan ay:

  • Power On / Off. Ito ay isang function na toggle na nagtatakda ng output boltahe sa 0 Volt o sa huling napiling boltahe
  • Boltahe pataas / Boltahe pababa. Sa bawat pagpindot sa pindutan ang boltahe ay bahagyang pataas o bahagyang bumababa. Kapag ang mga pindutan ng push na ito ay manatiling pinindot ang isang paulit-ulit na pagpapaandar ay naaktibo
  • Preset store / Preset na kunin. Ang anumang setting ng boltahe ay maaaring maiimbak sa EEPROM ng PIC sa pamamagitan ng pagpindot sa preset na pindutan ng push nang hindi bababa sa 2 segundo. Ang pagpindot sa ito ng mas maikli ay kukunin ang halaga ng EEPROM para sa preset na iyon at itatakda ang output boltahe nang naaayon

Sa lakas, lahat ng mga pin ng PIC ay itinatakda bilang input. Upang maiwasan na ang isang hindi natukoy na boltahe ay naroroon sa output ng suplay ng kuryente ang output ay mananatili sa 0 Volt hanggang ang PIC ay tumakbo at tumatakbo at ang digital potentiometer ay naisasimulan. Ang power down na ito ay nakakamit ng pull-up resistor R14 na tinitiyak na ang transistor T1 ay magsara sa LM723 hanggang sa mailabas ito ng PIC.

Ang natitirang software ay makitid pasulong. Ang mga pindutan ng push ay na-scan at kung may kailangang baguhin, ang halaga ng digital potentiometer ay binago gamit ang isang tatlong wires na serial interface. Tandaan na ang digital potentiometer ay mayroon ding pagpipilian upang maiimbak ang setting ngunit hindi ito ginagamit dahil ang lahat ng mga setting ay nakaimbak sa EEPROM ng PIC. Ang interface na may potensyomiter ay hindi nag-aalok ng isang tampok upang basahin ang halaga ng wiper pabalik. Kaya't tuwing ang wiper ay kailangang i-preset sa isang tiyak na halaga, ang unang bagay na tapos na ay ilagay ang wiper pabalik sa zero na posisyon at mula sa puntong iyon sa ipadala ang bilang ng mga hakbang upang ilagay ang wiper sa tamang posisyon.

Upang maiwasan na ang EEPROM ay nakasulat sa bawat pagpindot ng isang pindutan, at sa gayon ang pagbaba ng habang-buhay ng EEPROM, ang mga nilalaman ng EEPROM ay nakasulat ng 2 segundo matapos ang mga pindutan ng itulak ay hindi na naaktibo. Nangangahulugan ito na pagkatapos ng huling pagbabago ng mga pindutan ng itulak, siguraduhing maghintay nang hindi bababa sa 2 segundo bago lumipat ng lakas upang matiyak na ang huling setting ay naimbak. Kapag nakabukas, ang suplay ng kuryente ay laging magsisimula sa huling napiling boltahe na nakaimbak sa EEPROM.

Ang JAL source file at ang file ng Intel Hex para sa pag-program ng PIC para sa rebisyon 0 ay nakakabit.

Hakbang 5: Ang Software para sa Pagbabago 2

Para sa rebisyon 2 ang pangunahing mga pagbabago sa software ay ang mga sumusunod:

• Ang tampok na Detalye ng Boltahe ay idinagdag sa pamamagitan ng pagsukat ng output boltahe ng supply ng kuryente pagkatapos na maitakda ito. Para dito ginagamit ang converter ng ADC ng PIC. Gamit ang ADC, ang software ay kukuha ng mga sample ng output boltahe at kung pagkatapos ng ilang mga sample ang output boltahe ay tungkol sa 0.2 Volt mas mataas o mas mababa kaysa sa itinakdang Boltahe, ang supply ng kuryente ay pinatay.
• Gamit ang DAC ng PIC upang makontrol ang output boltahe ng power supply sa halip na gumamit ng isang digital potentiometer. Ginawang mas simple ng pagbabagong ito ang software dahil hindi na kailangang lumikha ng interface ng 3-wire para sa digital potentiometer.
• Palitan ang imbakan sa EEPROM sa pamamagitan ng pag-iimbak sa High Endurance Flash. Ang PIC16F1765 ay walang EEPROM sa board ngunit gumagamit ng isang bahagi ng program Flash para sa pagtatago ng hindi pabagu-bago na impormasyon.

Tandaan na ang Detalye ng Boltahe ay hindi paisaaktibo. Sa power up ang mga sumusunod na pindutan ay nasuri para sa naitulak:

• Power on / off na pindutan ng push. Kung pinindot ang parehong mga tampok ng boltahe ng pagtuklas ay nakapatay.
• Button ng push down. Kung pinindot ang mababang boltahe ng pagtuklas ay aktibo.
• Pataas na pindutan ng push. Kung pinindot ang detection ng mataas na boltahe ay naaktibo.

Ang mga setting ng boltahe ng detection na ito ay nakaimbak sa High Endurance Flash at maaalala kapag ang power supply ay nakabukas muli.

Ang JAL source file at ang file ng Intel Hex para sa pag-program ng PIC para sa rebisyon 2 ay nakakabit din.

Hakbang 6: Ang Huling Resulta

Sa video na nakikita mo ang pagkilos ng rebisyon ng power supply sa pagkilos, ipinapakita nito ang tampok na power on / power off, boltahe pataas / boltahe pababa at ang paggamit ng mga preset. Para sa demo na ito ay konektado din ako ng isang risistor sa supply ng kuryente upang maipakita na ang totoong kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan nito at ang maximum na kasalukuyang limitado sa 2 Ampere.

Kung interesado ka sa paggamit ng PIC microcontroller na may JAL - isang Pascal tulad ng wika sa programa - bisitahin ang website ng JAL.

Magkaroon ng kasiyahan sa paggawa ng Makatuturo na ito at umaasa sa iyo ng mga reaksyon at resulta.