Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

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

Zasilacz impulsowy sterowany cyfrowo

JaGin4 09 Feb 2015 18:13 10818 15
e-mierniki
  • Jest to urządzenie wykorzystujące dowolny popularny zasilacz do laptopa (np. o napięciu 18,5V i prądzie 3,5A), co powoduje obniżenie kosztu budowy urządzenia do minimum. Przy zastosowaniu takiego zasilacza napięcie można regulować od 1,2V do 17,9V, a maksymalny prąd to 3A. Dzięki zastosowaniu przetwornicy napięcia o wysokiej sprawności, temperatura urządzenia nie przekracza dopuszczalnych wartości bez stosowania specjalnego dodatkowego chłodzenia. Zasilacz może być stosowany jako podręczny zasilacz laboratoryjny, a nawet jako ładowarka do akumulatorów. Jako procesor sterujący zastosowałem układ ATMEGA-8 z oprogramowaniem napisanym w jęz. C (AVR Studio 4).

    Podstawowe funkcje urządzenia to:
    • płynne ustawienie napięcia wyjściowego od 1,2V do 17,9V przy pomocy precyzyjnego potencjometra (najlepiej wieloobrotowego),
    • wyświetlenie wartości rzeczywistej napięcia,
    • wyświetlenie wartości pobieranego prądu (max. 3A),
    • ustawienie wartości bezpiecznika prądowego, po przekroczeniu której napięcie wyjściowe zostaje wyłączone,
    • wyświetlenie wartości bezpiecznika prądowego,
    • wyłączenie napięcia po przekroczeniu granicznego prądu 3A,
    • ustawienie wartości czasu (do 300 minut), po przekroczeniu której napięcie wyjściowe zostaje wyłączone,
    • sygnalizacja miganiem diody działania czasowego timera,
    • sygnalizacja świeceniem diody włączenia napięcia,
    • sygnalizacja dźwiękowa.

    Sterowanie funkcjami:
    • Włączenie napięcia wyjściowego – wychylenie klawisza 3-pozycyjnego w górę (zapala się dioda LED, a na wyświetlaczu pokazana jest wartość napięcia i natężenia prądu).
    • Wyłączenie napięcia wyjściowego - wychylenie klawisza 3-pozycyjnego w dół (gaśnie dioda LED, sygnalizacja potrójnym dźwiękiem beepera, a na wyświetlaczu pokazana jest zerowa wartość napięcia i natężenia prądu).
    • Ustawienie wartości bezpiecznika prądowego – naciśnięcie klawisza astabilnego, a następnie ustawienie wartości wychyleniem klawisza 3-pozycyjnego. Tryb ustawiania bezpiecznika oznaczony jest na wyświetlaczu informacją „USTAW!”. Początkowa wartość ustawi się na 100 mA, którą można zwiększać o 50 (wychylenie w górę), zmniejszać do 100 o 50 (wychylenie w dół). Poniżej 100 mA zwiększa się lub zmniejsza o 5. Wyjście z ustawiania następuje po ponownym naciśnięciu klawisza astabilnego. Ustawiona wartość bezpiecznika prądowego jest z prawej strony wyświetlacza.
    • Ustawienie czasu do wyłączenia napięcia (timer) – wychylenie w górę klawisza 3-pozycyjnego przy włączonym napięciu. Tryb ustawiania timera oznaczony jest na wyświetlaczu informacją „Timer:”. Wartość czasu można zwiększać o 10 minut w górę przez wychylenie klawisza w górę lub w dół przez wychylenie klawisza w dół. Wyjście z ustawiania timera następuje po naciśnięciu klawisza astabilnego. Układ przechodzi do odliczania czasu, dioda LED mruga do czasu wyłączenia napięcia. Wyłączenie napięcia dodatkowo sygnalizowane jest potrójnym dźwiękiem beepera. Istnieje możliwość przerwania pracy timera i jego wyzerowanie po wychyleniu klawisza w dół (wyłączenie napięcia wyjściowego).

    Kompilacja AVR Studio 4 ver. 4.15.623.
    Wielkość programu to ok. 5750 bajtów, co zajmuje 70% dostępnej pamięci flash procesora ATMEGA-8. Koszt podzespołów to ok. 80 PLN (bez zasilacza do laptopa). Jako zasilacza 5V użyłem moduł napięcia standby z uszkodzonego zasilacza komputera PC.
    Dołączam schemat urządzenia, projekt dwustronnej płytki drukowanej i wsad do procesora ATMEGA-8. W prototypie oczywiście było jeszcze złącze ISP do zaprogramowania mikrokontrolera, które wyeliminowałem w załączonym projekcie.

    Zasilacz impulsowy sterowany cyfrowo Zasilacz impulsowy sterowany cyfrowo

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    JaGin4
    Level 11  
    Offline 
    JaGin4 wrote 35 posts with rating 82, helped 1 times. Live in city Gdańsk. Been with us since 2008 year.
  • e-mierniki
  • #2
    mongoł2000
    Level 18  
    A szkoda, bo już myślałem, że zasilacz jest rzeczywiście impulsowo sterowany tzn. z PWM mikrokontrolera. Można by się pokusić z użycie cyfrowego potencjometru i sterować napięciem z mikrokontrolera.
  • #3
    Steryd3
    Level 33  
    Trochę dziwny twór Koledze powstał. Napięcie jest ustawiane analogowo potencjometrem natomiast prąd ograniczany jest przez mikrokontroler. Osobiście zrobił bym to zupełnie odwrotnie. Jak jeszcze ustawianie potencjometrem napięcia z uwagi na łatwość takiej realizacji jest zrozumiała to robienie "bezpiecznika" na mikrokontrolerze wiąże się z opóźnieniami które mogą spowodować uszkodzenia układu który jest pod Twój zasilacz podpięty. Tak więc określenie tego zasilacza jako "sterowanego cyfrowo" jest lekkim nadużyciem. Mikrokontroler (tak myślę bo kodu nie oglądałem) służy pewnie do wyświetlania wartości prądu i napięcie oraz kontroli prądu (do czego "średnio" się nadaje).
  • #4
    kompresorrr
    Level 12  
    W czym robiłeś schemat?
  • e-mierniki
  • #5
    shadow0013
    Level 34  
    Ciekawa koncepcja zasilacza. Na schemacie pominąłeś układ zasilania mikroprocesora i jego reset. Co do wolnego zadziałania bezpiecznika to chyba będzie zależeć od tego jak napisałeś kod (mógłbyś zamieścić) - był kiedyś na forum zasilacz całkowicie sterowany z ATmegi8 i twórcy nie narzekali że jest za wolny.
  • #6
    JaGin4
    Level 11  
    kompresorrr wrote:
    W czym robiłeś schemat?

    Schemat i płytki robiłem w CADSTAR v.11.
    Wydrukowałem na laserówce LaserJet 1100 na okładce tygodnika z programem TV :D i przeniosłem na laminat dwustronny. Próbowałem z różnym rodzajem papieru i doszedłem do wniosku, że najlepsze są okładki pism, ale to już inny temat.

    Dodano po 5 [minuty]:

    mongoł2000 wrote:
    Można by się pokusić z użycie cyfrowego potencjometru i sterować napięciem z mikrokontrolera.

    Może następnym etapem będzie wykonanie sterowania przy użyciu potencjometru cyfrowego (zależy od wolnego czasu). Przy opracowywaniu układu brałem pod uwagę elementy z demontu, którymi dysponowałem.

    Dodano po 2 [godziny] 47 [minuty]:

    shadow0013 wrote:
    Co do wolnego zadziałania bezpiecznika to chyba będzie zależeć od tego jak napisałeś kod

    Czas reakcji na przekroczenie prądu wg programu to ok. 0,1 sek., ale trzeba jeszcze pamiętać, że znaczna pojemność kondensatorów elektrolitycznych na wyjściu wydłuży czas zaniku napięcia. Źródło programu na razie jest jeszcze przeze mnie modyfikowane, dlatego nie chcę na razie publikować - mogę wysłać na maila.
    Zastosowanie potencjometru cyfrowego o którym wspomniał Kolega mongoł2000 jest dość kłopotliwe z uwagi na możliwość zastosowania różnych zasilaczy (różnego napięcia) co wymagałoby oddzielnego softu dla każdej konfiguracji. Chodzi mi po głowie zastosowanie optrona, ale będą na pewno problemy z opanowaniem nieliniowej charakterystyki.
  • #7
    janchar
    Level 13  
    Podoba mi się schemat. Nieco bym zmienił w celu zabezpieczenia przed przeciążeniem. Widział bym to w ten sposób, aby dołożyć komparator i wyjście z niego połączone do ON/OFF regulatora. Na procesorze ustawiał bym wzorzec napięcia. Trochę chaotycznie to przedstawiłem, ale mam nadzieję, że wiesz o co chodzi.
  • #8
    JaGin4
    Level 11  
    janchar wrote:
    Widział bym to w ten sposób, aby dołożyć komparator i wyjście z niego połączone do ON/OFF regulatora.

    To faktycznie ma sens - można wykorzystać drugą połówkę LM358.
    Jako przetworniki DA można zastosować 2 szt. 74LS373, które dadzą 256 poziomów napięcia (wyjścia rejestrów podane na drabinkę rezystorową) - jeden rejestr jako wzorzec napięcia na komparator a drugi jako napięcie na FB przetwornicy (przez jakiś fotoelement).
  • #9
    pawlik118
    Level 30  
    Wyjście tego drugiego komparatora można przez 1N4148 podłączyć na wejście FB - wówczas będziemy mieć płynne ograniczenie prądu wyjściowego.
  • #10
    mkpl
    Level 37  
    Fajny zasilacz. Po dorzuceniu jakiegoś podwójnego OAMPA, można zrobić sterowanie ograniczenia prądowego i napięcia wprost z procesora.

    Przykładowo dla ograniczenia prądowego wyglądało by to tak.
    W nogę FB wpinamy wyjście wzmacniacza operacyjnego. Jedno z wejść dostaje informacje z układu pomiaru prądu natomiast drugie odfiltrowany sygnał PWM.

    Zasilacz nadal ma dynamikę zasilacza analogowego natomiast procesorem za pomocą PWM regulujemy płynnie wartość ograniczenia. W takim układzie procesor nic więcej nie musi robić (przetwarzać sygnału) i wystarczy ze wyświetla wartości z pomiaru.

    Pomiar napięcia procesorem jest obarczony spadkiem napięcia na boczniku pomiarowym 0.1R. Dla prądu 3A daje to błąd 300mV odczytu... sporo... Należało by zastosować wzmacniacz różnicowy, który zapewni pomiar napięcia wyłącznie na zaciskach wyjściowych.
  • #11
    JaGin4
    Level 11  
    Steryd3 wrote:
    Napięcie jest ustawiane analogowo potencjometrem natomiast prąd ograniczany jest przez mikrokontroler. Osobiście zrobił bym to zupełnie odwrotnie.

    Po kilku eksperymentach udało mi się dopracować koncepcję sterowania napięciem z procesora z zapamiętaniem ustawionej wartości w EEROM procka. Jako komparator użyłem LM339 a rejestr SN74LS374 zapewnia 256 kroków, co pozwala w praktyce precyzyjnie regulować napięcie wyjściowe od 3V do 17,35V (przy napięciu wejściowym 18,5V). Wkrótce zamieszczę schemat i wsad do procka. Układ na razie doczepiłem "na pająka" do istniejącego urządzenia, ale musiałem zwolnić port D, na którym pozostała tylko dioda LED. Stabilność układu jest rewelacyjna. Sterowanie wyłącznikiem prądowym bezpośrednio z wyjścia w tej koncepcji może być problemem, gdyż wykorzystałem wszystkie "nogi" procka. Może trzeba się przesiąść na ATMEGE-16.

    Dodano po 3 [godziny] 12 [minuty]:

    Tak jak obiecałem, załączam schemat i wsad. Schemat zawiera również złącze ISP, którego w poprzedniej wersji nie było. Myślałem, że będą problemy ze wzbudzaniem się, ale wszystko jest OK.
    Ustawianie napięcia inicjuje się wychyleniem klawisza 3 stanowego w dół przy wyłączonym napięciu. Po ustawieniu napięcia przy pomocy tego samego klawisza 3-stanowego (w dół - zmniejszenie, w górę - zwiększenie) wyjście i zapamiętanie ustawionego napięcia następuje po naciśnięciu klawisza astabilnego.
  • #12
    RAFAŁ.M
    Level 19  
    Może zamiast rejestru 74ls374 wykorzystaj PWM atmegi na wyjściu OC1A i filtr RC. Napięcie po filtrze daj na wejście komparatora U5.
  • #13
    JaGin4
    Level 11  
    RAFAŁ.M wrote:
    wykorzystaj PWM atmegi na wyjściu OC1A

    Dzięki za podpowiedź - w końcu pobawiłem się PWM. Początkowo miałem problemy ze stabilnością napięcia wyjściowego - okazało się, że napięcie z PWM po jednostopniowym filtrze nieco faluje. Dodałem drugi stopień filtra RC i jest OK. Regulacja napięcia jest w miarę liniowa w zakresie od 2,778V do 17,001 (pomiar miernikiem METEX M-4650CR). Do układu dorzuciłem drugi zasilacz LM2576-5.0, który daje 5V. Teraz cały układ zasilany jest z jednego bezpiecznego napięcia 18,5V. Zrobiłem też dwustronną płytkę, ale z powodu znacznego upakowania i braku czasu, kilka punktów niestety musiałem połączyć krosówką. Schemat i wsad poniżej.
    Ustawianie napięcia wyjściowego – wychylenie w dół klawisza 3-pozycyjnego przy wyłączonym napięciu. Tryb ustawiania napięcia oznaczony jest na wyświetlaczu informacją „Ustaw napiecie:”. Napięcie jest mierzone na bieżąco na wyjściu zasilacza. Wyjście z ustawiania i zapamiętanie wartości w nieulotnej pamięci EEPROM procesora następuje po naciśnięciu klawisza astabilnego.
  • #14
    RAFAŁ.M
    Level 19  
    Zwiększ wartości rezystora R15 do kilku kiloomów i usuń rezystor R16. Wtedy regulacja powinna być liniowa.
  • #15
    alsa
    Level 12  
    A gdyby zamiast sterowania sygnałem PWM zastosować potencjometr cyfrowy np DS1267? Na All... koszt ok. 4zł/szt?
    Np: taki kit AVT-1522 na potencjometry i TL494 jest sterowany napięciem 0-5V.
  • #16
    mkpl
    Level 37  
    Co to zmieni? PWM daje to samo co potencjometr.