Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Miernik U/I do zasilacza - prośba o ocenę koncepcji

zappulec 02 Jan 2011 23:07 4158 11
Altium Designer Computer Controls
  • #1
    zappulec
    Level 11  
    Witam
    Projektuje właśnie miernik napięcia i prądu do zasilacza stabilizowanego napięcia symetryczne +/- 25V. Założenia jakie postawiłem:
    Funkcje realizowane przez miernik:

    * Pomiar napięcia do 30V DC
    * Pomiar prądu do 5A DC
    * Pomiar temperatury wewnątrz zasilacza
    * Sterowanie obrotami wentylatora (napięcie: 5V) chłodzącego radiator
    * Regulacja jasności podświetlania wyświetlacza LCD
    * Wyświetlanie wyników pomiaru na wyświetlaczu LCD 2×16 znaków
    * Sygnalizacja dźwiękowa w przypadku przekroczenia nastawionej wartości prądu

    Oto schemat projektowanego miernika:
    Miernik U/I do zasilacza - prośba o ocenę koncepcji
    Schemat poprawiony 03.01.2011 godz. 15.:14

    Proszę o opinie na temat tego projektu, czy przyjęte rozwiązania układowe są prawidłowe ? Zamierzam wykonać projekt płytki który później udostępnię, chciałbym uniknąć błędów. Na wszelkie pytania chętnie odpowiem.

    Dziękuję i pozdrawiam
    Paweł
  • Altium Designer Computer Controls
  • Helpful post
    #2
    CosteC
    Level 34  
    Witam

    1) Schemat jest narysowany brzydko i nieczytelnie.
    2) Albo lubisz 5% dokładności albo poczytaj o wewnetrzej referencji w ATmegach. Jest bardzo słaba.
    3) Czy aby koniecznie trzeba symetrycznego zasilania?
    4) Układ pomiaru prądu jest narysowany tak, że nie jestem pewien jak działa.
    5) Opisz złącza - trzeba sie domyślać wszystkiego.
  • Altium Designer Computer Controls
  • #3
    zappulec
    Level 11  
    CosteC wrote:

    1) Schemat jest narysowany brzydko i nieczytelnie.

    Starałem się jak mogłem, jestem amatorem :-)

    CosteC wrote:

    2) Albo lubisz 5% dokładności albo poczytaj o wewnetrzej referencji w ATmegach. Jest bardzo słaba.

    Tutaj kwestia przemyślenia, może faktycznie poszukam zewnętrznego źródła napięcia odniesienia. Kwestia tylko ceny, zorientuje się. A może coś polecisz ?

    CosteC wrote:

    3) Czy aby koniecznie trzeba symetrycznego zasilania?

    Jeśli chcemy mierzyć napięcie bliskie zero to raczej tak. Chyba że zastosujemy wzmacniacze operacyjne rail-to-rail. Ewentualnie proszę o pomysł.

    CosteC wrote:

    4) Układ pomiaru prądu jest narysowany tak, że nie jestem pewien jak działa.

    Pomiar prądu realizowany jest przez pomiar spadku napięcia na rezystorach R13 i R14 o wartości 0.1R 4W. Wstępnie napięcie jest wzmacniane na OP07 i podawane na ADC atmegi.
    Pomiar napięcia za pośrednictwem dzielnika napięcia zrealizowanego na rezystorach R15, R16, R17, R18.


    CosteC wrote:

    5) Opisz złącza - trzeba sie domyślać wszystkiego.

    Wstawiam poprawiona wersję w miejsce poprzedniej.
  • #4
    maciej_333
    Level 37  
    Taki układ nawet będzie działał, ale nie jest zgodny w 100% z zasadami sztuki.
    1. Na wyjściach wzmacniaczy IC2 i IC3 napięcia będą proporcjonalne do prądu płynącego przez R13 i R14. Napięcie na wyjściu op-ampa będzie wynosiło 10*Ix. Jednak wzmacniacze takie powinny być zrównoważone. Tzn. trzeba dodać dodatkowy potencjometr dla podania napięcia niezrównoważenia. W końcu to układ pomiarowy.
    2. Z dzielnikiem napięciowym dla pomiaru napięcia jest już nieco gorzej. Napięcia na R18 i R17 będą oczywiście proporcjonalne do Ux, ale współczynnik proporcjonalności wyniesie ok. 0,18. Jest to kłopotliwe, bo utrudnia Ci pisanie programu i prezentację wyniku.
    3. Przetwornik piezzo (SP1) z generatorem i bez można sterować bezpośrednio z linii portu mikrokontrolera. Z symbolu wynika, że jest to głośnik, ale nie widzę sensu jego stosowania.
    4. Diody zenera, zabezpieczające wejścia uC mają jakiś sens, ale w okolicy ich napięć Ubr (przebicia zenera) dojdzie do zafałszowania pomiaru. Tzn. na końcu zakresu pojawią się kłopoty.
    5. W takim układzie nie widzę potrzeby taktowania z zewnętrznym kwarcem. Nie potrzeba tu super stabilnego zegara, więc można zastosować taktowanie na wewnętrznym oscylatorze RC.
    6. BS170 ma max prąd drenu 500mA. Będzie więc pracował w zasadzie już na granicy, bo wyświetlacze mają znaczny pobór prądu dla diod podświetlających.
    7. Tak jak pisał kolega CosteC konieczne jest zewnętrzne napięcie odniesienia o tolerancji 1%. Można zastosować jakąś wersję TL431, jednak należy pamiętać, że nie da się na nim pozyskać Uref mniejszego od 2,5V. Natomiast Atmega może mieć minimalne Uref=2V.
  • #5
    CosteC
    Level 34  
    1) Nie widzę powodu do psucia układu potencjometrem. Nie po to jest mikrokontroler żeby tak robić. Poza tym sprawdź napięcie niezrównoważenia OP07 proszę.
    2) Nie przesadzajmy, że mnożenie przez 0.18 jest problemem. A już na pewno elektronicznym.
    3) To kwestia gustu i tego co się chce wypikać - mi się podoba.
    4) Prawda. Co więcej napięcie zenera jest temperaturowo zależne.
    5) Kwestia gustu, nie wszystko musi być tanie.
    6) Proponuję ci przeliczyć jeszcze raz. Chyba że używasz diod o napięciu przewodzenia 0V.
    7) źródeł napięcia odniesienia jest dużo, 1% dokładności kwestia gustu, skupiłbym się na stabilności raczej. TL431, LM285 LM385, co kto lubi.
  • Helpful post
    #6
    maciej_333
    Level 37  
    1. OP07, jak się okazuje jest "EXTREMELY LOW OFFSET". Napięcie niezrównoważenia wynosi tu max 150µV, więc choć istnieje taka możliwość widać, że nie ma konieczności równoważenia takiego układu. Można dodać kalibrację i równoważenie za pomocą uC. Ja zastosowałbym potencjometr, ale to już raczej kwestia gustu.
    2. W uC po konwersji A/C należy przeprowadzić mnożenie przez (0,18)^-1≈5,55.
    6. Nie widziałem rezystora w drenie. Często podświetlanie wyświetlaczy LCD realizuje się bez dodatkowego rezystora. Choć nie jest to specjalnie prawidłowe. Zakładając napięcie progowe wszystkich diod razem na powiedzmy 3V można przyjąć, że prąd drenu dla tego tranzystora wyniesie 200mA.

    Autor układu powinien zwrócić uwagę, że jeżeli zakres pomiarowy dla napięcia ma wynieść 30V to 0,18*30=5,4V. Dla pomiaru prądu jest jeszcze gorzej, bo 10*5=50V. Tzn. teoretycznie na wyjściach op-ampów będzie takie napięcie dla prądu Ix=5A. Oczywiście przy zasilaniu symetrycznym ±9V jest to nierealne. W takim układzie zakres wyniesie 0,5A. Wobec tego rezystancję bocznika należy zmniejszyć 10 razy. Ponadto 0,5V spadku na boczniku to moim zdaniem zbyt wiele.
  • #7
    zappulec
    Level 11  
    Dziękuję za cenne uwagi. Z racji tego że początkowe założenia zmieniłem, pewne obliczenia też trzeba zmienić.
    Napięcie maksymalne na wyjściu zasilacza 25V, prąd max. 2A.
    Zmieniłem kila rzeczy:
    - usunąłem kwarc (faktycznie bez sensu w tej aplikacji, tylko miejsca na pcb będzie zabierał).
    - dodałem zewnętrzne źródło napięcia odniesienia TL431 (ustawione będzie na 2.54V)
    - dodałem potencjometry montażowe do regulacji napięcia niezrównoważenia op-amp'ów.
    - zmieniłem wzmocnienie OP07 na 12x dzięki czemu przy prądzie 2A na wyjściu wzmacniacza uzyskam napięcie 2.4V.
    - zmieniłem wartość dzielnika 1:12 tak aby przy napięciu 30V na jego wyjściu uzyskać 2.5V

    Mam wątpliwości czy dobrze podłączyłem źródło napięcia odniesienia oraz czy prawidłowe są połączenia masy cyfrowej i analogowej.
    Wdzięczny będę za sprawdzenie obecnego schematu który znajduje się poniżej:
    Miernik U/I do zasilacza - prośba o ocenę koncepcji

    Pozdrawiam,
    Paweł
  • #8
    maciej_333
    Level 37  
    TL431 dołączyłeś poprawnie. Prąd płynący przez katodę tego układu wyniesie ok. 7,22mA. Minimalny prąd to 1mA. Proponuję zwiększyć R23, tak by uzyskać prąd katody ok. 2-3mA. Brak kondensatora pomiędzy pinem 1 uC, a masą. Bez tego nie uzyskasz resetu. Przy dołączonym programatorze ISP faktycznie reset będzie, bo zrobi go programator. Jednak układ musi działać też bez programatora. Pin AREF uC powinien być odsprzęgnięty do masy kondensatorem 100nF. Natomiast źródło referencyjne na TL431 zasiliłbym z za dławika L1.
  • Helpful post
    #9
    vonar
    Level 28  
    maciej_333 wrote:
    Brak kondensatora pomiędzy pinem 1 uC, a masą. Bez tego nie uzyskasz resetu. Przy dołączonym programatorze ISP faktycznie reset będzie, bo zrobi go programator. Jednak układ musi działać też bez programatora.

    Nieprawda. ATmega8 (jak inne AVR) ma układ POR.
    datasheet->System Control and Reset->Power-on Reset (strona 39)
  • #10
    poorchava
    Level 18  
    Innym sposobem na zasilanie opampów jest generator napięcia ujemnego. Można zrealizować na wyjściu pwm z mikrokontrolera + 2 tranzystory +2 diody + kondensatory (ewentualnie ne555 albo ordynarny multiwibrator na elementach dyskretnych). Są też takie układy scalone z dołaczanym tylko zewnetrznym kondensatorzem (wiem, że Microchip takie produkuje)
  • #11
    zappulec
    Level 11  
    poorchava wrote:
    Innym sposobem na zasilanie opampów jest generator napięcia ujemnego. Można zrealizować na wyjściu pwm z mikrokontrolera + 2 tranzystory +2 diody + kondensatory (ewentualnie ne555 albo ordynarny multiwibrator na elementach dyskretnych). Są też takie układy scalone z dołaczanym tylko zewnetrznym kondensatorzem (wiem, że Microchip takie produkuje)


    Nie jest to konieczne, posiadam transformator posiadający kilka uzwojeń wtórnych, pozwalających zasilić układ miernika w sposób który zaproponowałem na schemacie.

    Pozdrawiam,
    Paweł
  • #12
    maciej_333
    Level 37  
    poorchava wrote:
    Innym sposobem na zasilanie opampów jest generator napięcia ujemnego. Można zrealizować na wyjściu pwm z mikrokontrolera + 2 tranzystory +2 diody + kondensatory (ewentualnie ne555 albo ordynarny multiwibrator na elementach dyskretnych). Są też takie układy scalone z dołaczanym tylko zewnetrznym kondensatorzem (wiem, że Microchip takie produkuje)


    Można wykorzystać w sposób nietypowy układ konwertera poziomów napięć MAX232. Posiada on przetwornicę z pompą ładunku na kondensatorach. Można z niego pozyskać napięcia ok. ±10V. Jeśli chodzi o pomysł kolegi to wystarczy jeden tranzystor.

    W układzie takiego miernika można zastosować stabilizatory 78L09 i 79L09 w obudowach TO92. Opampy pobierają i tak znikomy prąd. Ponadto takie stabilizatory są tańsze i zajmują mniej miejsca na płytce.