Источник питания на ATmega8. Блок питания с индикацией на PIC-микроконтроллере Регулировка напряжения микроконтроллером
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.
Вниманию сограждан предлагаю мой вариант лабораторного блока питания с микроконтроллерным управлением. БП имеет одновременное отображение тока и напряжения на двух 3-разрядных 7-сегментных LED-индикаторах, управляется энкодером. БП собран из доступных деталей, имеет защиту от КЗ в нагрузке, при этом легок в повторении и удобен в использовании.
Все моменты сборки, прошивки, наладки будут расмотрены очень подробно во второй части (практической) . Чертежи печатных плат, варианты хексов для ATMEGA16, ATMEGA8535, PIC16F877 в комплекте.
А первая часть статьи (лирическая)
немного необычна: почти ни слова о железяках, я делюсь личным тяжким опытом освоения микроконтроллеров с нуля.
Надеюсь, статья поможет кому-то из начинающих пойти моим путем, поможет преодолеть неверие в себя и начать.
А началось все с того, что мне надоело все время решать проблему с поиском нужного в данный момент источника питания. Не скажу, что все было у меня на корню запущено. Универсальных блоков питания я уже за свою практику делал много, но почему-то все время с ними что-то было не так… То габариты большие, то напряжение проседало под нагрузкой, то выходной транзистор в очередной раз «прощал мне все обиды» и в мучениях «умирал», несмотря на хваленые защиты.
Дошло даже до того, что я заполучив на халяву два мощных транзистора советского производства в приятном корпусе из розовой керамики на 35А рабочего тока, поставил их на выход в двухполярном блоке питания. Такой вариант оказался очень даже ничего, ибо оные транзисторы стойко держались при питании системы от трансформатора с рабочим током в 20 Ампер в режиме накоротко. Правда, время от времени не выдерживали КТ815 (из предварительного каскада), ибо кто-то же должен был ответить за моё невежество.
Можете себе представить, какие габариты радиаторов и прочих деталей пришлось использовать при таком токе. Короче, получилось все достаточно «круто», но очень грубо и тяжело. Пользоваться таким БП, как показала практика, было не очень удобно, особенно если такие мощности не нужны в повседневной жизни. Таким образом, несмотря на свою универсальность, он мне в прямом смысле слова надоел. Потом я переехал от родителей в другой город и не взял его с собой, ну Вы понимаете почему, такая тяжесть… Хотя я его помню…, иногда сожалею…, но он там так и остается… хотя могу забрать, но… всегда находятся причины этого не делать.
Такая ситуация продолжаться бесконечно не могла и я решил построить что-то новое и более практичное. Беглый анализ, показал, что в большинстве случаев много-то ведь и не надо. Подвел черту - надо иметь под рукой напряжение от 0 до 25 Вольт и током в 2-3А.
Сказано - сделано. Трансформатор как раз такой имелся, а это важный аргумент. Диодный мост - нет проблем, электролиты нашел… и тут стоп! Стабилизаторы типа КР142ЕН/L78xx мне не понравились, ибо нуля от них не дождешься. Решил собирать на дискрете и подумал: раз я буду делать БП с нуля, то надо что-то к нему «прикрутить» новое, современное.
«Что можно к обычному блоку питания добавить современное?» - спросите вы. Долго думать не пришлось: конечно же заменить стрелочные приборы на цифровые индикаторы. Нашел у себя всем известную микросхему 572ПВ5. Правда, в готовом, сделанном ранее термометре на ЖКИ. Надо было немножко переделать и все. Но измерять хочется и напряжение и ток. Опять трудности…
Тут я вспомнил, что в Интернете видел такую прикольную маленькую схему вольтметра на микроконтроллере и трех светодиодных индикаторах. Появилось желание его повторить. Тем более, что смотреть на показания, отображаемые на жидкокристаллическом индикаторе, совсем не так приятно. Или скажем прямо: их читабельность, ни в какие ворота не лезет в сравнении с яркими светодиодами.
Все бы ничего, но в то время микроконтроллер и я были взаимонепересекающимися плоскостями. То есть знания заканчивались на том, что они есть в природе, хотя в студенчестве «зубрил» Ассемблер для КР580-комплекта, а вот как на нем можно «готовить» - лучше не спрашивать. Мог только сделать умный вид среди таких же «специалистов».
Все решил за меня корпус. Делать его с нуля и на кухне в многоэтажке резона не было. Возможности советской промышленности в моем городе как-то тихо и безвозвратно исчезли. Хорошо, знакомый принес мне готовый пустой блок от какого-то военного устройства. Удивительно крепкий (железный ведь) и небольшой и не тяжелый - самое то, что надо. Трансформатор влез. Посмотрев на лицевую панель, я понял, что места немного и «разогнаться» не получится. Надо все делать экономно и миниатюрно. Надо попытаться повторить найденную схему индикаторов на микроконтроллере.
Это был мой первый личный успех на данном поприще, который изменил мое мнение о развитии и использовании микроэлектроники.
Я вдруг понял, в какой мере я отстал от жизни.
Хотя блок питания был собран, я все отчетливее понимал, что мое творение безнадежно устарело.
Сразу решил повторить еще что-нибудь на МК - лишь бы получилось. Тем более, что простенький программатор PonyProg уже был в наличии, программы для его обслуживания тоже и я даже немного их стал понимать (так мне тогда казалось).
Но мысль о современном универсальном блоке питания не оставляла. Я решил осваивать микроконтроллеры. Сдаваться не хотелось, силы есть, а знаний в этой сфере нет. Было очень трудно начинать. Может студентам проще, а тут… Все равно что снова пошел в школу. При этом учителей нет, оценки некому поставить, подсказать тоже и сам понимаешь, что на данном начальном этапе ты полный идиот.
Самостоятельное штудирование книг ни к чему особо положительному не привело. Попытайтесь по книгам с нуля выучить любую ранее не используемую профессию, скажем повара. Все мы умеем жарить яичницу, а попробуйте сварганить из яиц блюдо, которое не стыдно было бы подать на стол гостям, при этом съедобное да современное. Что, слабо?!
Так и у меня. Короче, пошел ва-банк. Решил изучить в этой сфере все, что мне поддается. Заодно и блок питания собрать с управление от микроконтроллера и на его основе программирование освоить. Будет реальный стимул не отчаяться.
Задумал такое: трехразрядные амперметр и вольтметр, регулирование энкодером, индикация аварии и т.п. А это значит использование динамической индикации на 6 индикаторов, параллельный 8-битный ЦАП. Ужас. Подходил только «большой» контроллер на 40 ног, не меньше. По началу, выглядело как-то монструозно. Изучил доступное железо. Оказалось, что продукция Microchip больно кусается на фоне конкурентов от Atmel.
Микроконтроллер ATMega16L предложили за 3$ и это решило все. Ведь экономическая составляющая в нашем случае играет далеко не второстепенную роль.
Индикаторы остались от вольтметров на PIC16F676, о которых я уже упоминал. Короче задел выглядел солидно и я начал проектировать схему. С цифровой частью проблем не было. Схема подключения обычная, довольно накатанная. Поставил буферные транзисторы на индикатор чтобы разгрузить микроконтроллер.
Долго морочился с ЦАПом, сначала хотел «выпендриться» и прицепить готовый чип, а потом подумал: это лишние и не малые затраты, повторяемость проекта начнет стремиться к нулю, да еще надо научиться этим ЦАПом управлять.
Так утвердилась идея резисторного R-2R ЦАПа.
Порты есть, их много и жалеть их не приходиться. Можно было начинать лепить все в кучку. Если все задуманное заработает, то аналоговая часть пойдет проще. Немедленно нарисовал схему, осталось только программное обеспечение. Надо научиться! Ведь для этого я и начал весь этот «сыр-бор».
Тут весь ужас и начался, причем сразу и везде. Начиная от описаний микропроцессоров на английском языке до самого компилятора языка программирования. Короче, не видать мне белого света, если бы не дружественная помощь добрых людей на просторах Интернета. Около 8 месяцев себя изводил, людей мучил, глупые вопросы задавал и все-таки своего добился. Поначалу мозг кипел от переизбытка знаний и попыток их использовать на практике. Борьба с кучей ошибок казалось, не имеет конца…
Для программирования нужно изучить язык и, как оказалось, выбор очень велик. Опытные люди активно посоветовали мне Ассемблер. А я и не противился. Кое-что я знал по студенческим годам, думал, сяду, прочитаю, разберусь с архитектурой и вперед «с песнями и плясками». Так вот, до плясок я дошел, а вот петь уже не хотелось.
Самому, без сторонней помощи разобраться в современном «камне» с нуля, у меня, скажу честно, не получилось. Булева алгебра, тоже порядком подзабытая, с тонкостями работы регистров и банков МК довела меня до ступора в прямом значении слова. Я практически признал свою несостоятельность.
Наступил день, когда я понял, что проект стоит не первый день и света в конце тоннеля не видно.
Тут я решил: не получается Ассемблер, ну и фиг с ним. Я когда-то в молодости Бейсик изучал, а тут как раз предлагают компилятор на таком языке. Опять просматриваю материалы, разбираюсь, но потом прочел мысль на одном из форумов, которая запала мне в голову и, которую можно свести к следующему: все эти диалекты имеют ограниченное число пользователей и помощи в случае чего не допросишься. И действительно, проанализировав временные метки форумов заметил, что на вопросы ответ поступал порой через несколько месяцев. Нет, такое мне не подходило.
Остался единственный вариант, который тоже нахваливали - язык Си. От безысходности накачал книг, давай читать. Читал, читал... Пока читаю, что-то понимаю. Поставил себе компилятор, давай пробовать светодиодом поморгать. Да, простенькие примеры повторить нет проблем, а когда начинаешь углубляться - тут полный затык. Написал вроде как по уму, а компилирую и всё в ошибках. А ошибки то с такими кодами, что без бутылки не понять никак.
Опять ужас! «Совсем я, наверное, тупой» - подумал я.
Даже вспомнил о возрастном кризисе, мировой экономике, опять о своей тупости и такие мне слова на ум пришли, что даже писать неприлично. Понял, что надо искать что-то такое, что может понять даже ребенок из детского сада. Других вариантов у меня уже не было.
Сел я конкретно на «всемирный разум», читал, много искал, искал… Наткнулся на программу Algorithm Builder. Спецы ее знают - это очень мощный компилятор Ассемблера, но в графической форме. Немного пишешь, немного рисуешь, а оно умное, само за тебя все доделывает. Стало интересно, но я уже «пес битый» и знаю, что Ассемблер пока мне не по зубам. Решил поискать что-то аналогичное на Си и нашел!
Это оказался компилятор под непонятным именем «FlowCode For AVR». Его профи не жалуют. Отчасти потому, что это довольно примитивный способ программирования при наличии довольно специфичного программного интерфейса. Но каково было мое удивление, когда в нем у меня стало немного продвигаться, не все конечно, но получаться. Это придало сил. И форум FlowCode оказался в активном состоянии, отвечали быстро и корректно. Да и Си - это не Ассемблер.
Составлять программу в FlowCode просто прикольно. Как будто балуешься. Берешь готовые нарисованные блоки и вставляешь, дописываешь условия их работы и компилишь. С учетом предыдущего изучения огромного количества материала, много я стал наконец-то понимать и все пошло.
Чтобы как-то проверять работу отдельных узлов программы пришлось за одно изучить работу еще одной программы. Это симулятор работы электросхем «Proteus».
Проект написанный в FlowCode для Atmell легко переносится на базу от Microchip и наоборот. При этом все работает, сам проверял.
Но есть у FlowCode одно неприятное свойство - он не учит синтаксису самого языка Си - одни рисунки, алгоритмика.
Из этой ситуации я тоже нашел выход - компилятор «MikroC». Для начального изучения (и не только) он самое то, что надо. После него уже не смотришь круглыми глазами на написанные кем-то куски кода. А это очень важно. Здорово помогает не повторять ошибок и ускоряет процесс написания нужного алгоритма. Но главное его достоинство – это готовые функции для работы с разнообразной периферией. Ничего выдумывать не надо. Поставил функцию, объявил условия и уже два МК между собой «разговаривают», попробуй-ка все это быстро оформить на чем-то еще.
Для неособо владеющих тонкостями (логические операции, механизмы изменения битов в регистрах и т.п.), поделюсь еще одним маленьким секретом. Если сразу открыть оба указанных компилятора, можно запросто воспользоваться возможностями одного для использования в другом. А именно, если создать блок-схему (алгоритм) в FlowCode (что очень удобно), то можно воспользоваться полученными строками на Си и поставить в MikroC.
Это конечно никак не ускорит работу вашего кода, ибо FlowCode создает так называемую унифицированную структуру кода, но код будет понятным и рабочим в других компиляторах. И очень много вашего времени будет сэкономлено на ловле ошибок.
Потом, когда все будет уже работать, вы сможете уделить внимание этим готовым вставкам и заменить оптимизорованными, более короткими вариантами того же алгоритма, заодно изучив все тонкости работы.
За год я научился основам программирования микроконтроллеров. При самостоятельном освоении, это, я думаю, очень даже не плохо!
А дальше уже дело техники и желания и я над этим продолжаю работать.
На этом с лирической частью всё. Такова житейская история, а дальше - главное - сам блок питания, который трудится у меня без нареканий уже пару лет и был с сокращениями описан в «Радиоаматоре»
Продолжение следует!
Читательское голосование
Статью одобрили 24 читателя.
Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.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.
Эффектов, частотомеров и так далее. Скоро дойдёт до того, что и мультивибратор будет проще собрать на контроллере:) Но есть один момент, который очень роднит все типы контроллеров с обычными цифровыми микросхемами серии К155 - это питание строго 5 вольт. Конечно найти такое напряжение в устройстве подключенном к сети не проблема. А вот использовать микроконтроллеры в составе малогабаритных девайсов с батареечным питанием уже сложнее. Как известно, микроконтроллер воспринимает только цифровые сигналы – логический ноль или логическую единицу. Для микроконтроллера ATmega8 при напряжении питания 5В логический ноль – это напряжение от 0 до 1,3 В, а логическая единица – от 1,8 до 5 В. Поэтому для его нормальной работы и требуется такое значение питающего напряжения.
Что касается микроконтроллеров AVR, то есть два основных типа:
Для получения максимального быстродействия при высокой частоте - питание в диапазоне от 4,5 до 5,5 вольт при тактовой частоте 0...16 МГц. Для некоторых моделей - до 20 МГц, например ATtiny2313-20PU или ATtiny2313-20PI.
Для экономичной работы на небольших тактовых частотах - 2,7...5,5 вольт при частоте 0...8 МГц. Маркировка микросхем второго типа отличается от первого тем, что на конце добавляется буква "L". Например, ATtiny26 и ATtiny26L, ATmega8 и ATmega8L.
Существуют и микроконтроллеры с возможностью понижения питания до 1.8 В, они маркируются буквой "V", например ATtiny2313V. Но за всё надо платить, и при понижении питания должна быть снижена и тактовая частота. Для ATtiny2313V при питании 1,8...5,5 В частота должна находиться в интервале 0...4 МГц, при питании 2,7...5,5 В - в интервале 0...10 МГц. Поэтому если требуется максимальное быстродействие, надо ставить ATtiny26 или ATmega8 и повышать тактовую частоту до 8...16 МГц при питании 5В. Если важнее всего экономичность - лучше использовать ATtiny26L или ATmega8L и понизить частоту и питание.
В предложенной схеме преобразователя, при питании от двух пальчиковых батареек с общим напряжением 3В - выходное напряжение выбрано 5В, для обеспечения достаточного питания большинства микроконтроллеров. Ток нагрузки составляет до 50мА, что вполне нормально - ведь при работе на частоте например 4 МГц, PIC контроллеры, в зависимости от модели, имеют ток потребления менее 2 мА.
Трансформатор преобразователя мотается на ферритовом кольце диаметром 7-15мм и содержит две обмотки (20 и 35 витков) проводом 0,3мм. В качестве сердечника можно взять и обычный маленький ферритовый стержень 2,5х7мм от катушек радиоприёмников. Транзисторы используем VT1 - BC547, VT2 - BC338. Допустима их замена на другие аналогичной структуры. Напряжение на выходе подбираем резистором 3,6к. Естественно при подключенном эквиваленте нагрузки - резисторе 200-300 Ом.
К счастью технологии не стоят на месте, и то что казалось недавно последним писком техники - сегодня уже заметно устаревает. Представляю новую разработку кампании STMicroelectronics - линейка микроконтроллеров STM8L, которые производятся по технологии 130 нм, специально разработанной для получения ультранизких токов утечки. Рабочие частоты МК - 16МГц. Интереснейшим свойством новых микроконтроллеров является возможность их работы с в диапазоне питающих напряжений от 1,7 до 3,6 В. А встроенный стабилизатор напряжения дает дополнительную гибкость выбора источника напряжения питания. Так как использование микроконтроллеров STM8L предполагают питание от батареек, в каждый микроконтроллер встроены схемы сброса по включению и выключению питания, а также сброса по снижению напряжения питания. Встроенный детектор напряжения питания сравнивает входные напряжения питания с заданным порогом и генерирует прерывание при его пересечении.
К другим методам снижения энергопотребления в представленной разработке относятся использование встроенной энергонезависимой памяти и множества режимов сниженного энергопотребления, в число которых входит активный режим с энергопотреблением - 5 мкА, ждущий режим - 3 мкА, режим остановки с работающими часами реального времени - 1 мкА, и режим полной остановки - всего 350 нА! Микроконтроллер может выходить из режима остановки за 4 мкс, позволяя тем самым максимально часто использовать режим с самым низким энергопотреблением. В общем STM8L обеспечивает динамическое потребление тока 0,1мА на мегагерц.
Обсудить статью ПИТАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА
Предлагаю всем радиолюбителям для повторения схему проверенного ампервольтметра на микроконтроллере 16F676. Разрабатывалась она под блок питания, схема лабораторного БП показана в статье ниже. А/В-метр позволяет производить измерения напряжения от 0-50 вольт, амперы - от 0-10 ампер. Работает устройство прекрасно в течении уже довольно длительного времени.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.
