Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka

OldSkull 21 Lip 2009 23:16 18580 9
  • Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka
    Od dłuższego czasu "chodził za mną" zasilacz. Przy czym mialem pewne wątpliwości, szczegolnie, że nie chciałem aby to był kolejny identyczny. Wolałem konstrukcję, która będzie posiadać pewne błędy, a przy których usuwaniu i wykrywaniu się czegoś nowego nauczę. Częścią moich wątpliwości podzieliłem się w wątku: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1357980.html


    . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


    Zasilacz
    Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka

    Sercem zasilacza jest stabilizator liniowy regulowany LM317 z tranzystorem wykonawczym:
    Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka
    Zarówno LM317 jak i BD912 są umiejscowione tuż obok drugiego i chlodzą się na tym samym radiatorze. Powoduje to, że układ jest bardzo odporny na przegrzanie. Podczas testów z wyłączonym wentylatorem zasilacz po prostu zmniejszał napięcie na wyjściu, a więc działał dokłądnie tak jakby działał, gdyby tylko sam LM317 był zamontowany. Aby móc zrobić działające ograniczenie prądowe, potrzebowałem jakieś napięcie ujemne. O ograniczeniu prądowym moge powiedzieć, że działa i to dość ładnie, a przy obciążeniu halogenami 12V stabilizuje prąd. Za pomocą przełącznika zmieniam rezystor ograniczający.




    Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka

    Pomysłem na uzyskanie napięcia ujemnego było wykorzystanie pompy ładunku:
    Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka
    Wg zaciągniętych opinia powinna działać, wg symulacji w LTSpice miała działać znakomicie. A życie jest brutalne i nie działała. Efekt był taki, że paliły się tranzystory. Ciężko jest mi powiedzieć czy było to spowodowane dużymi pojemnościami, czy jakimiś błędami zalożeniowymi lub stanami nieokreślonymi. Być może komuś się uda to wykonać (lub zrobic do zasilacza impulsowy przetwornik). Ja dałem 2 paluszki R6 (po 1zł/sztuka), które powinny starczyć na kilkaset godzin ograniczania prądu i kilka tysięcy godzin normalnej pracy. W programie sterującym sygnał PWM jest uruchomiony, a jedynie ścieżka jest rozcięta.
    Do zasilenia calosci wykorzystałem transformator 50VA/12V, w kórym udało m isię rozlutowac końcówki uzyskując niezależne 2x12V,2x2A, stąd też postanowiłem na przekaźniku przełączać pomiędzy połączeniem szeregowym a równoległym. Ma to na celu po pierwsze zmniejszenie mocy strat przy niższych napieciach oraz umożliwienie uzyskania przy niższych napięciach, większego prądu. Obrazuje to schemat:
    Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka
    Domyślnym trybem przy zasosowanym przekaźniku jest połączenie równoległe. Duża pojemność wejsciowa powoduje, że bezpiecznik 0.5A może (ale nie musi) się przepalić przy uruchomieniu, szczególnie jeśli "nie trafimy w fazę" i transformator chwilowo będzie pobierał duży prąd. Zalecam bezpiecznik 1A lub ograniczenie za pomocą przełączanego rezystora na wejsciu prądu.
    Na schemacie widać również oddzielne zasilanie wentylatora (nie widać kondensatora, któy jednakze został wlutowany w wolnym miejscu na płytce i o którym należy pamiętać!).
    Wentylator jest załączany za pomocą czujnika temperatury wykonanego z diody, kilku rezystorów i wzmacniacza (pracujacego jako komparator). Wykorzystuję zjawisko spadku napięcia na złączu półprzewodnikowym wraz ze wrostem temperatury. Zjawisko można przetestować we własnej kuchni: lutujemy szeregowo rezystor (dużej wartości) i diodę, zasilamy (np. z 5V) a następnie cały czas mierząc spadek napięcia miernikiem, wkładamy do gorącej wody. Różnica spadków napięć w różnych temperaturach jest tak duża i zarazem napiecie jest tak stabilne, że z powodzeniem można w ten sposób diodę wykorzystać jako czujnik. Wadą rozwiązania jest to, że w tej samej temperaturze 2 diody z tej samej taśmy mogą mieć spadki różniące się nawet o 5-10mV, dlateo też trzeba oddzielnie kalibrować. Schemat czujnika załączam poniżej:
    Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka

    Poniżej zamieszczam również schematy:
    Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka

    Inne napotkane problemy: zastosowany wyświetlacz ma podświetlenie zasilane z tych samych pinów co elektronikę. Jest to o tyle niefortunne, że podświetlenie bierze 100-120mA, co powoduje, że stabilizator się potwornie grzeje (docelowo miał być zasilany pwm 12V, 50%), przez co musiałem obniżyć próg zadziałania czujnika temperatury. Oprócz tego numeracja nóżek tranzystorów bc847 w dokumentacji jest inna niż numeracja obudowy SOT-23 w protelu, przez co musiały one zostać wlutowane do góry nogami.


    Miernik z wyświetlaczem LCD
    Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka
    Poza niefortunnym, opisanym już, generatorem napięcia ujemnego, jestem z tej części zasilacza w pełni zadowolony. Celem było stworzenie miernika mającego wysoką funkcjonalność. Mianowicie miał on wyświetlać:
    - napięcie
    - prąd
    - moc przekazywaną do obciążenia (w W)
    - energię przekazaną do obciążenia (w Wh)
    - ładunek przekazany do obciążenia (w Ah)
    - opór opciążenia (w Ohmach)
    - typ ogniwa (w trybie ładowarki)
    - stopień naładowania ogniwa (w trybie ładowarki, na bargrafie)
    - tracona moc (w trybie zasilacza, na bargrafie)
    oraz w pewnym stopniu móc komunikować się z komputerem.

    Poniżej schemat panelu:
    Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka
    Do komunikacji z komputerem było potrzebne złącze DSUB9, natomiast aby uzyskać sygnał zgodny z odwrotną logiką rs232 zastosowałem tranzystory zamiast max232. uprościło to konstrukcję, zmniejszylo koszt oraz umożliwiło ew. bardzo szybkie transfery (nawet BAUD 250k). Działa z popularną, tanią przejściówką USB-rs232 Profilic. Do wykrywania, który rezystor ograniczający jest podłączony wykorzystałem przełączany dzielnik napięcia, które to napięcie jest mierzone przez przetwornik ADC. Biblioteka sterująca wyświetlaczem LCD powstała na bazie biblioteki dostępnej pod adresem http://radzio.dxp.pl/hd44780/,, jednakże z wieloma modyfikacjami, rozbudową i zmianami, nie wiem ile zostało z oryginalnej biblioteki, ale fakt faktem, korzystałem z niej. Przede wszystkim dodałem wyświetlanie liczb, w tym z miejscami po przecinku.

    Są dostępne 2 tryby: zasilacza oraz ładowarki. Pierwszy tryb jest domyślnym, aby uruchomić drugi należy podczas resetowania (górny przycisk na panelu) nacisnąć przycisk podłączony do PB2 (dolny przycisk). Za pomocą drugiego przycisku zmieniamy ustawienia (czyli co akurat wyświetlamy).

    Dla trybu pierwszego wyświetlamy:
    0 - ładunek(Ah), energia(Wh)
    1 - moc(W), energia(Wh)
    2 - moc(W), opór elektryczny (Ohm)

    Dla trybu drugiego wybieramy typ ogniwa (pakietu ogniw) wg którego będzie pokazywany wskaźnik ładowania (na bargrafie). I tak:
    0 - 4.2V NiMH
    1 - 4.2V LiIon
    2 - 5.6V (NiMH, NiCd)
    3 - 7V
    4 - 7.2V (ołowiowy)
    5 - 8.4V (NiMH)
    6 - 8.4 (LiIon)
    7 - 9.8V
    8 - 11.2V
    9 - 12.6V (NiMH)
    10 - 12.6 (LiIon)
    11 - 14V
    12 - 14.4V (ołowiowy)
    13 - 16.8V (Li Ion)
    14 - 21V (LiIon)
    15 - 25.2V (LiIon)
    Przyjąłem napięcie 1.4V na jedno ogniwo NiMH, 4.2V dla LiIon oraz 7.2 i 14.4 dla kwasowych. Jako napięcie minimalne dla ogniw NiMH przyjąłem 1V, dla LiIon 3.2V, dla kwasowych 6V i 12V. Podczas zmiany napięcia typ ogniwa jest automatycznie dopasowywany, aby nie trzeba się było przeklikowywać przez 15 pozycji, tylko góra 3-4.
    Wskaźnik jest zapalany wg. algorytmu:

    Code:
       przedz_aku = max_aku - min_aku;
    
       ladowanie = U - min_aku;
       proc_lad = ladowanie/(przedz_aku/100);
       
       switch(bar)
       {
          case 1: if (proc_lad > 15) { bar11 } break;
          case 2: if (proc_lad > 30) { bar11 bar21 }break;
          case 3: if (proc_lad > 45) { bar11 bar21 bar31 } break;
          case 4: if (proc_lad > 58) { bar12 } break;
          case 5: if (proc_lad > 69) { bar12 bar22 }break;
          case 6: if (proc_lad > 78) { bar12 bar22 bar32 } break;
          case 7: if ( (proc_lad > 85)  && (I<500) ) { bar13 } break;
          case 8: if ( (proc_lad > 90) && (I<100) ) { bar13 bar23 }break;
          case 9: if ( (proc_lad > 95) && (I<50) ) { bar13 bar23 bar33 } break;
       }
       bar = bar%9 +1;

    Jak widać wzrost nie jest proporcjonalny, oraz uwzględnia spadek prądu ładowania pod koniec ładowania. Poza tym podczas ładowania jest wyświetlany przekazany ładunek (w Ah).

    Poniższe 2 obrazki przedstawiają automatyczne przełączanie się ustawienia aumulatorów:
    Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka
    Zmiana trybów:
    Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka

    Oraz działanie komunikacji z komputerem (screen z hyperterminala)
    Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka
    Na zmianę wysyła aktualne napięcie i prąd (w ASCII) oraz napięcie, prąd, wysłany łądunek oraz aktualne ustawienia i tryb (w formie bitowej). Reaguje na 4 polecenia:
    'a' - zmień tryb na ładowarkę
    's' - zmień tryb na zasilacz
    'z' - zmień ustawienie +1
    'x' - zmień ustawienie -1
    Dane są wysyłane raz na sekundę. Samo odmierzanie czasu jest zrealizowane na timerze.

    Różne tryby są przedstawione na zdjęciach poniżej:
    Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka Zasilacz 1.2-30V 2A/1.2-11V 4A + panel LCD, UART, ładowarka

    Cennik:
    - transformator: 30zł (używany z Allegro, z przesyłką)
    - obudowa: ~10zł (nie pamiętam jaki typ)
    - wyświetlacz LCD: 10zł
    - bargraf: 1.50zł
    - ATmega8: 5zł
    - kondensatory, indukcyjności i rezystory: może 5zł
    - część kosztów wysyłki za elektronikę: <5zł
    - 4 potencjometry z metalową ośką (2x1k i 2x10k): 18zł
    - 4 gałki: 6zł
    - gniazda bananowe, DC, dsub, goldpiny: <5zł
    - włącznik AC 230V: z zepsutej listwy, normalnie 1.5-2zł
    - przełącznik podwójny: 1.5zł
    - przekaźnik jrc, 5V cewka, styki 2A, podwójny: 2.25zł
    - laminat miedziany, szklano-epoksydowy: <4zł
    - trochę wytrawiacza: <1zł
    - tranzystory i stabilizatory: w sumie <5zł
    - trochę przewodów: <3zł
    I to chyba wszystko. W sumie: około 100-110zł oraz sporo czasu.


    Zamieszczam pliki potrzebne do wykonania zasilacza. zas_podst.rar zawiera pliki pfdobu stron płytki zasilacza oraz schemat w formie .png, pan_podst.rar analogicznie dla panelu. Osoby chcące zrobić ten zasilacz mogą z tych plików skorzystać, ale musza pamiętać o uwagach, które zamieściłem. Dla osób chcących się oprzeć oraz przerobić, zamieszczam pozostałe pliki, oddzielnie abya każdy mógł ściągnąć tylko to czego nie ma lub nie wie jak zrobić.


    Fajne!
  • #2 22 Lip 2009 08:02
    blantozaur
    Poziom 24  

    Koncepcja dobra jak każda skoro spełnia założenia konstrukcyjne . Czytając post kolegi wyżej z tą 'profeską' niezbyt się zgodzę . Dwu strona płytka to chyba wynik braku wprawy przy projektowaniu. Zdecydowanie projektując płytkę w ten sposób bez problemu mógłbyś ograniczyć ilość kabli do minimum łącznie z montażem gniazd i potencjometrów do pcb. Wyświetlacz i sterowanie na module przykręconym od tyłu do panelu . Ustawienie radiatora tragiczne a kable sprawiają wrażenie jakby w środku siedziało stado dżdżownic ;] .Aby 317 się nie grzał wystarczyło by ograniczyć jego prąd a obudowy to220 i bd raczej bym nie ryzykował . Z klejem montażowym to totalnie zaszalałeś .

  • #3 22 Lip 2009 11:01
    eurotips
    Poziom 35  

    Wreszcie cos ciekawego w dziale Zasilacze.
    Niedopracowana płytka i klej to tylko dowód na to, że konstrukcja jest nowa a nie 15-sty klon znanej konstrukcji z netu.
    Projekt na wysokim poziomie, wykonanie typowe dla pierwszego egzemplarza. Autor od razu zakłada że pewne rzeczy będzie poprawiał i chwała mu za takie podejście. Liczymy że poprawki również nam udostępni.
    Również polecam wymianę tranzystora na obudowę TO-3 , chociażby na znany wszystkim 2N3055, ale koniecznie od Tesli.
    Jakbyś w tej samej obudowie zdobył LM317 to byłby pełny profesjonalizm (a jest w takiej obudowie produkowany tylko nie wiem jak z dostępnością)

  • #4 22 Lip 2009 11:16
    seba_x
    Poziom 31  

    Cytat:
    O ograniczeniu prądowym moge powiedzieć, że działa i to dość ładnie, a przy obciążeniu halogenami 12V stabilizuje prąd. Za pomocą przełącznika zmieniam rezystor ograniczający.



    możesz dokładnie opisać , jak rozumiem mierzysz napięcie na opornikach i na podstawie tego zmniejszasz/zwiększasz PWM na LM358 ?

    a jak jest z odpornością na zwarcie ?

  • #5 22 Lip 2009 11:41
    OldSkull
    Poziom 27  

    @blantozaur: gdybym wiedział jak te potencjometry zamontować na płytce to bym je pewnie na niej zamontował. Zresztą kleju byłoby o wiele mniej, tylko potencjometry kupiłem bez nakrętek i potem pół Poznania zjeździłem szukając ich w jakimś sklepie. W elektronicznym nie mieli, w 2 dobrych sklepach ze śrubami powiedzieli mi jedynie "7ka z takim gwintem? Bez szans". Musiałem je przykleić. LM317 właśnie miał się grzać (na równi z tranzystorem wykonawczym), aby móc skorzystać z jego zabezpieczenia termicznego. Obudowy to220 dla dużej mocy bym nie ryzykował - dla 50W już kiedyś sprawdziłem i działało - teraz też działa. I rzeczywiście: ilość kabli mogła być ograniczona, ale równie dużą różnicę by zrobiło skrócenie ich, które nie mogło być wykonane, gdyż w fazie testów była potrzebna możliwość wyjęcia płytki panelu.

    @eurotips: dziękuję, poprawki opisałem, a czy będą następne? Zobaczę jak sie będzie sprawował. Najważniejsze co ktoś mógłby zmienić, to rozwinięcie idei czujnika temperatury, aby pilnować chłodzenia stabilizatorów, inaczej chłodzić stabilizator lub po prostu podświetlenie wyświetlacza zasilać nieco inaczej.

    @seba_x: ograniczenie prądowe działa w ten sposób, że nóżka Adj LM317 jest zwierana do masy, kiedy napięcie na rezystorze przekroczy ustawiona wartość. Mniej więcej analogicznie jak w przypadku zwykłego źródła prądowego. Z racji iż lm358 działa w czasie ciągłym, regulacja lest liniowa, przy czym jeszcze nie sprawdzałem czy nie ma jakichś małych oscylacji (nie mam oscyloskopu).

    Jeszcze odnośnie przełączania uzwojeń wtórnych transformatora: gdy napięcie jest niższe niż 10V (lub niższe niż niż 11V a prąd wyższy niż 1.5A) to jest przełączane na połączenie równoległe. Gdy jest wższe niż 11.5V jest przełączany na połączenie szeregowe.

  • #6 22 Lip 2009 17:32
    KJ
    Poziom 31  

    Zasilacz nawet fajny jako całość ale do projektu to sie przyczepię. Po pierwsze korzysta kolega ze standardowych bibliotek protela które po pierwsze są do bani po drugie mają błędy i są nie spójne z bibliotekami pcb po trzecie nie mają przypisanych footprintów. Płytki jak widzę projektujesz także na bazie surowej biblioteki advpcb protela. Biblioteka ta jest generalnie dobra ale należy ją sobie zmodyfikować konkretnie powiększyć pady elementów typu dip, sip, axiall i wszystkich innych często wykorzystywanych. Nie trudno zauważyć że w standardzie po wywierceniu dziury wiertłem 1mm zostaje nam obwódka około 0.25mm która w znakomitej większości przypadków ulegnie zerwaniu albo przy wierceniu albo podczas montażu. Te pady są przystosowane do płytek z metalizacją. Płytka dwustronna nie wiem po co. To można zmieścić na jednostronnej i nie trzeba do tego jakiejś super wprawy. Jak jest się wprawnym projektantem to nie będzie nawet zworek.

  • #7 23 Lip 2009 02:44
    Kozzi2
    Poziom 20  

    Cytat:
    ograniczenie prądowe działa w ten sposób, że nóżka Adj LM317 jest zwierana do masy, kiedy napięcie na rezystorze przekroczy ustawiona wartość. Mniej więcej analogicznie jak w przypadku zwykłego źródła prądowego. Z racji iż lm358 działa w czasie ciągłym, regulacja lest liniowa, przy czym jeszcze nie sprawdzałem czy nie ma jakichś małych oscylacji (nie mam oscyloskopu).


    Dobrze kombinujesz, ale zwarcia to to nie wytrzyma przez dłuższą chwilę, albo porządnego przeciążenia, jak tranzystorek połączy nóżkę Adj z masą to na wyjściu dalej masz 1,2V, a w Twoim przypadku nawet więcej, bo dochodzi spadek napięcia na rezystorze 100R, który powinien być na bazie, a nie w kolektorze, tak w granicach 1k, a równolegle z tranzystorem przydałby się kondensator 10uF. U mnie nóżka ADJ jest podłączona do -1,2V względem masy, dzięki czemu w momencie zadziałania zabezpieczenia napięcie na wyjściu spada do 0V.

    Pozdrawiam

  • #8 23 Lip 2009 10:44
    OldSkull
    Poziom 27  

    Właśnie, że wytrzyma zwarcie - właśnie po to potrzebowałem napięcie ujemne. Zwieranie jest względem napięcia około -3V, więc napięcie na wyjściu moze zostać zmniejszone do 0V. Co prawda analizując schemat można dojść do innego wniosku. W testach prąd nie przekracza 2A, jednakze siada regulacja prądu w tak niskim napięciu - można ustawić niski, ale w momencie zwarcia płynie wyższy niż wcześniej ustawiony. Rezystor 100 ohmowy powinien być między - wyjścia a potencjometrem (przy ustawieniu minimalnego napięcia traci się ograniczenie prądu). Bramka tranzystora jest bezpieczna, gdyż wyjście lm358 samo sobie ogranicza prąd.

  • #9 24 Lip 2009 20:04
    jatzek j
    Poziom 21  

    Siemanko .A może na początek kubeł zimnej wody na rozpalone głowy w takie upalne dni. Dyskusja na ,,wysokim'' poziomie na temat zasilacza, którego zbuduje i ,,odpali '' uczeń pierwszej klasy technikum [przepraszam tych, którzy robią to wcześniej]. Jedyną odpowiedzią są pytania. Dyskusja potężna, a parametry ubogie. Nikt nie pyta do czego, dla kogo zostało stworzone owo ,,cudo ''.Przykład pierwszy z brzegu. Który zasilacz w tych czasach ,,startuje'', od ? Z? 1.2V? Podejrzewam, że codzienna praca ,,na '' zasilaczach dla części gremium jest co najmniej obca.

  • #10 26 Lip 2009 12:12
    OldSkull
    Poziom 27  

    Nie wiem, który zasilacz startuje od napiecia wyższego niż 0V, ale w praktyce jeszcze się nie spotkałem z sytuacją, kiedy napięcie niższe nawet od 2V jest potrzebne. Problemem dla wielu zastosowań jest prąd - np. dla odpalania dużych konsstrukcji potrzeba przynajmniej 10A (w takim wypadku najlepiej zasilacze impulsowe o prądzie nawet 40-50A), a czasem nawet więcej, jednak do podstawowych parę amper wystarczy. Inna sprawa, że budowa zasilacza impulsowego dla osoby, która nie ma doświadczenia z zasilaczami impulsowymi to koszt przynajmniej kilkaset złotych (jeśli chodzi o moce wyższe niż sensownie osiagalne zasilaczami liniowymi) na testy i samą konstrukcję (pomijam już czas, bo wiele elementów trzeba sprowadzać w postaci próbek z zagranicy, a ogólnodostepne są zwykle drogie). Sam zasilacz miał być czymś nowym - lepiej, że powstała konstrukcja z wadami, niż gdyby powstałą konstrukcja, którą już robiły setki osób i która nic nowego (a nawet starego, ale nie znanego) nie wnosi.