ספק כוח לינארי נשלט: 6 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

בשנותי עשרה, לפני כ -40 שנה, יצרתי ספק כוח לינארי כפול. קיבלתי את התרשים הסכימטי ממגזין בשם 'Elektuur', שנקרא כיום 'Elektor' בהולנד. ספק כוח זה השתמש בפוטנציומטר אחד להתאמת המתח ואחד להתאמת הזרם. לאחר שנים רבות הפוטנציומטרים הללו כבר לא פעלו בצורה תקינה מה שהקשה על קבלת מתח יציאה יציב. ספק הכוח הזה מוצג בתמונה.

בינתיים אספתי פיתוח תוכנה מוטבע כחלק מהתחביב שלי, באמצעות המיקרו -בקר PIC ושפת התכנות JAL. מכיוון שאני עדיין רוצה להשתמש באספקת החשמל שלי - כן אתה יכול לקנות גרסאות מצב מתג זולות יותר כיום - קיבלתי את הרעיון להחליף את הפוטנציומטרים הישנים בגרסה דיגיטלית וכך נולד פרויקט PIC חדש.

להתאמת המתח של ספק הכוח אני משתמש במיקרו -בקר PIC 16F1823 המשתמש ב -6 לחצני לחיצה כדלקמן:

• כפתור לחיצה אחד להפעלה או כיבוי של מתח היציאה ללא צורך בהפעלה או כיבוי מלא של ספק הכוח
• כפתור לחיצה אחד להגדלת מתח היציאה ועוד כפתור לחיצה אחת להפחתת מתח היציאה
• שלושה לחצני לחיצה לשמש כקבוע מראש. לאחר קביעת מתח יציאה מסוים, ניתן לאחסן ולשלוף את המתח המדויק הזה באמצעות לחצני לחיצה קבועים אלה

ספק הכוח מסוגל להוציא מתח בין 2.4 וולט ל- 18 וולט עם זרם מרבי של 2 אמפר.

שלב 1: העיצוב הראשוני (עדכון 0)

ביצעתי כמה שינויים בתרשים הסכימטי המקורי על מנת להתאים אותו לשליטה באמצעות הפוטנציומטר הדיגיטלי. מכיוון שמעולם לא השתמשתי בעבר בפוטנטיומטר המקורי להתאמת הזרם, הסרתי אותו והחלפתי אותו בנגד קבוע, והגבלתי את הזרם המרבי ל -2 אמפר.

התרשים הסכימטי מציג את ספק הכוח, הבנוי סביב וסת המתח הישן אך האמין LM723. יצרתי עבורו גם מעגל מודפס. ל- LM723 מתח ייחוס מפצה טמפרטורה עם תכונה הגבלת זרם וטווח מתח רחב. מתח ההתייחסות של ה- LM723 עובר לפוטנטיומטר הדיגיטלי ממנו מחובר המגב לכניסה הלא-היפנית של ה- LM723. ערך הפוטנציומטר הדיגיטלי הוא 10 kOhm וניתן לשנותו מ 0 Ohm ל- 10 kOhm ב -100 שלבים באמצעות ממשק סידורי בן 3 חוטים.

ספק כוח זה כולל מד וולט אמפר דיגיטלי המקבל את כוחו מווסת מתח 15 וולט (IC1). 15 וולט זה משמש גם ככניסה לווסת המתח של 5 וולט (IC5) המניע את ה- PIC ואת הפוטנציומטר הדיגיטלי.

טרנזיסטור T1 משמש לכיבוי ה- LM723 המביא את מתח היציאה ל -0 וולט. נגד כוח R9 משמש למדידת הזרם וגורם לירידת מתח מעל הנגד כאשר הזרם זורם דרכו. ירידת מתח זו משמשת את LM723 להגבלת זרם הפלט המרבי ל -2 אמפר.

בעיצוב ראשוני זה הקבל האלקטרוליטי והטרנזיסטור החשמלי (סוג 2N3055) אינם על הלוח. בעיצוב המקורי שלי מלפני שנים רבות הקבל האלקטרוליטי היה על לוח נפרד אז שמרתי את זה. טרנזיסטור הכוח מותקן על צלחת קירור מחוץ לארון לקירור טוב יותר.

כפתורי הלחיצה נמצאים בלוח הקדמי של הארון. כל כפתור לחיצה נמשך גבוה על ידי הנגדים 4k7 שעל הלוח. כפתורי הלחיצה מחוברים לאדמה מה שהופך אותם לפעילים נמוכים.

אתה צריך את הרכיבים האלקטרוניים הבאים לפרויקט זה (גם גרסה 2):

• מיקרו -בקר PIC 16F1823
• פוטנציומטר דיגיטלי אחד של 10k, סוג X9C103
• וויסות מתח: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• מיישר גשר: B80C3300/5000
• טרנזיסטורים: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• דיודות: 2 * 1N4004
• קבלים אלקטרוליטיים: 1 * 4700 uF/40V, 1 * 4.7 uF/16V
• קבלים קרמיים: 1 * 1 nF, 6 * 100 nF
• נגדים: 1 * 100 אוהם, 1 * 820 אוהם, 1 * 1k, 2 * 2k2, 8 * 4k7
• נגד כוח: 0.33 אוהם / 5 וואט

עיצבתי גם לוח מודפס שמוצג בצילום המסך והתמונה המצורפים.

שלב 2: העיצוב המתוקן (עדכון 2)

לאחר שהזמנתי את המעגלים המודפסים עלה לי הרעיון להוסיף תכונה שאני מכנה 'הגנת מתח'. מכיוון שעדיין היה לי הרבה זיכרון תוכנה ב- PIC, החלטתי להשתמש בממיר האנלוגי לדיגיטל המובנה של ה- PIC כדי למדוד את מתח היציאה. במקרה שמתח פלט זה - מכל סיבה שהיא - יעלה או יורד, אספקת החשמל כבויה. זה יגן על המעגל המחובר מפני מתח יתר או יעצור כל קצר. זו הייתה גרסה 1 המהווה הרחבה לגרסה 0, העיצוב הראשוני.

למרות שבדקתי את העיצוב בעזרת לוח לחם (ראו תמונה), עדיין לא הייתי מרוצה ממנו. לפעמים נדמה היה שהפוטנציומטר הדיגיטלי לא תמיד נמצא בדיוק באותה מיקום, למשל בעת שחזור ערך מוגדר מראש. ההבדל היה קטן אך מטריד. לא ניתן לקרוא את ערך הפוטנציומטר. לאחר מחשבה מסוימת יצרתי גרסה 2 המהווה עיצוב מחדש קטן של גירסה 1. בעיצוב זה, ראה גרסת סכמה סכמטית 2, לא השתמשתי בפוטנציומטר דיגיטלי אך השתמשתי בממיר הדיגיטלי לאנלוגי (DAC) של ה- PIC לשליטה על מתח היציאה באמצעות LM723. הבעיה היחידה הייתה של- PIC16F1823 יש רק DAC של 5 סיביות שלא הספיק מכיוון שמדרגות העלייה והמורדות יהיו גדולות מדי. בגלל זה עברתי ל- PIC16F1765 בעל DAC 10 סיביות. גרסה זו עם ה- DAC הייתה אמינה. אני עדיין יכול להשתמש בלוח המעגל המודפס הראשוני מכיוון שאני רק צריך להסיר כמה רכיבים, להחליף קבל אחד ולהוסיף 2 חוטים (כבר היה צורך בחוט אחד להוספת תכונת זיהוי המתח של גרסה 1). שיניתי גם את הרגולטור של 15 וולט לגרסת 18 וולט כדי להגביל את פיזור הכוח. עיין בתרשים הסכימטי של גרסה 2.

אז אם אתה רוצה ללכת על העיצוב הזה, עליך לבצע את הפעולות הבאות בהשוואה לגרסה 0:

• החלף את ה- PIC16F1823 ב- PIC16F1765
• אופציונלי: החלף את 78L15 ב- 78L18
• הסר פוטנציומטר דיגיטלי מסוג X9C103
• הסר נגדים R1 ו- R15
• החלף את הקבל C5 האלקטרוליטי בקבל קרמי של 100 nF
• צור חיבור בין סיכה IC4 13 (PIC) לסיכה IC2 5 (LM723)
• יצירת חיבור בין סיכת IC4 3 (PIC) לסיכה 2 של IC2 (LM723)

עדכנתי גם את הלוח המודפס אך לא הזמנתי גירסה זו, ראה צילום מסך.

שלב 3: (Dis) הרכבה

בתמונה רואים את ספק הכוח לפני ואחרי השדרוג. כדי לכסות את החורים שנעשו על ידי הפוטנציומטרים הוספתי לוח קדמי על גבי הלוח הקדמי של הארון. כפי שאתה יכול לראות יצרתי ספק כוח כפול שבו שני ספקי הכוח אינם תלויים זה בזה לחלוטין. זה מאפשר לשים אותם בסדרות במקרה שאני צריך מתח יציאה גבוה יותר מ -18 וולט.

בשל הלוח המודפס היה קל להרכיב את האלקטרוניקה. זכור כי הקבל האלקטרוליטי הגדול והטרנזיסטור החשמלי אינם נמצאים על המעגל המודפס. הצילום מראה כי לצורך תיקון 2 אין צורך יותר בכמה רכיבים ויש צורך בשני חוטים אחד להוספת תכונת זיהוי המתח והשני עקב החלפת הפוטנציומטר הדיגיטלי על ידי ממיר דיגיטלי לאנלוגי של המיקרו -בקר PIC.

כמובן שאתה צריך שנאי שמסוגל לספק 18 וולט AC, 2 אמפר. בעיצוב המקורי שלי השתמשתי בשנאי ליבת טבעת מכיוון שהם יעילים יותר (אך גם יקרים יותר).

שלב 4: התוכנה לגירסה 0

התוכנה מבצעת את המשימות העיקריות הבאות:

• שליטה על מתח המוצא של ספק הכוח באמצעות הפוטנציומטר הדיגיטלי

• לטפל בתכונות של לחצני הלחיצה, שהם:

  • הפעלה/כיבוי. זוהי פונקציית החלפה אשר מגדירה את מתח המוצא ל- 0 וולט או למתח האחרון שנבחר
  • מתח למעלה/מתח למטה. עם כל לחיצה על הכפתור המתח מעט עולה או יורד מעט. כאשר כפתורי לחיצה אלה נשארים לחוצים מופעלת פונקציית חזרה
  • אחסון מוגדר/אחזור מוגדר מראש. ניתן לאחסן כל הגדרת מתח ב- EEPROM של ה- PIC על ידי לחיצה על לחצן הלחיצה המוגדר מראש למשך 2 שניות לפחות. לחיצה קצרה יותר תאחזר את ערך EEPROM לאותו קבוע מראש ותגדיר את מתח המוצא בהתאם

בעת ההפעלה, כל הסיכות של ה- PIC מוגדרות כקלט. על מנת למנוע כי קיים מתח לא מוגדר ביציאת ספק הכוח הפלט נשאר ב -0 וולט עד שה- PIC יתחיל לפעול והפוטנציומטר הדיגיטלי יאותחל. כיבוי זה מושגת על ידי הנגד הנמשך R14 שמוודא שהטרנזיסטור T1 מכבה את ה- LM723 עד שהוא משתחרר על ידי ה- PIC.

שאר התוכנה היא קדימה. כפתורי לחיצה נסרקים ואם משהו צריך להשתנות, ערך הפוטנטיומטר הדיגיטלי משתנה באמצעות ממשק סידורי של שלושה חוטים. שים לב שלפוטנציומטר הדיגיטלי יש גם אפשרות לאחסן את ההגדרה אך אין בו שימוש מכיוון שכל ההגדרות מאוחסנות ב- EEPROM של ה- PIC. הממשק עם הפוטנטיומטר אינו מציע תכונה לקריאת ערך המגב לאחור. כך שבכל פעם שצריך להגדיר מראש את המגב לערך מסוים, הדבר הראשון שנעשה הוא להחזיר את המגב למיקום האפס ומנקודה זו ואילך לשלוח את מספר השלבים כדי לשים את המגב במיקום הנכון.

כדי למנוע שה- EEPROM נכתב בכל לחיצה על כפתור, ובכך להקטין את תוחלת החיים של ה- EEPROM, תוכן ה- EEPROM נכתב 2 שניות לאחר שכפתורי הלחיצה אינם מופעלים עוד. המשמעות היא שלאחר השינוי האחרון של לחצני הלחיצה, הקפד להמתין לפחות 2 שניות לפני החלפת הכוח כדי לוודא שההגדרה האחרונה נשמרת. כאשר הוא מופעל, ספק הכוח תמיד יתחיל עם המתח האחרון שנבחר המאוחסן ב- EEPROM.

קובץ המקור JAL וקובץ Intel Hex לתכנות ה- PIC לגרסה 0 מצורפים.

שלב 5: התוכנה לגירסה 2

עבור גרסה 2 השינויים העיקריים בתוכנה הם:

• תכונת זיהוי המתח נוספה על ידי מדידת מתח המוצא של ספק הכוח לאחר קביעתו. לשם כך משמש ממיר ה- ADC של ה- PIC. באמצעות ה- ADC, התוכנה לוקחת דוגמאות של מתח היציאה ואם לאחר כמה דוגמאות מתח המוצא גבוה או נמוך בכ- 0.2 וולט מהמתח שהוגדר, אספקת החשמל כבויה.
• שימוש ב- DAC של ה- PIC לשליטה על מתח המוצא של ספק הכוח במקום שימוש בפוטנציומטר דיגיטלי. שינוי זה הפך את התוכנה לפשוטה יותר מכיוון שלא היה צורך ליצור ממשק 3 חוטים עבור הפוטנציומטר הדיגיטלי.
• החלף את האחסון ב- EEPROM על ידי אחסון ב- High Endurance Flash. ל- PIC16F1765 אין EEPROM על הלוח אך משתמש בחלק מתוכנת Flash לאחסון מידע בלתי נדיף.

שים לב שזיהוי המתח אינו מופעל בתחילה. בעת ההפעלה, הלחצנים הבאים נבדקים כדי ללחוץ עליהם:

• לחצן הפעלה/כיבוי. אם לוחצים על שתי התכונות של זיהוי המתח כבויות.
• כפתור לחיצה למטה. אם לוחצים על זיהוי המתח הנמוך מופעל.
• כפתור לחיצה למעלה. אם לוחצים על זיהוי המתח הגבוה מופעל.

הגדרות זיהוי מתח אלה מאוחסנות בפלאש סיבולת גבוהה ונזכרות כאשר אספקת החשמל מופעלת שוב.

מצורפים גם קובץ המקור JAL וקובץ Intel Hex לתכנות ה- PIC לגרסה 2.

שלב 6: התוצאה הסופית

בסרטון אתה רואה את גירסת אספקת החשמל 2 בפעולה, היא מציגה את תכונת ההדלקה/כיבוי, עליית המתח/ירידה במתח והשימוש בהגדרות הקבועות מראש. עבור הדגמה זו חיברתי גם נגד לאספקת החשמל כדי להראות שזרם אמיתי זורם דרכו וכי הזרם המרבי מוגבל ל -2 אמפר.

אם אתה מעוניין להשתמש בבקרו PIC עם JAL - שפת תכנות כמו פסקל - בקר באתר JAL.

תיהנה מההכנה להנחיה ומצפה לך לתגובות ולתוצאות.