Bekalan Kuasa Linear Dikawal Digital: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Dalam masa 14 tahun, sekitar 40 tahun yang lalu, saya membuat bekalan kuasa linear berganda. Saya mendapat rajah skematik dari sebuah majalah bernama 'Elektuur', yang kini disebut 'Elektor' di Belanda. Bekalan kuasa ini menggunakan satu potensiometer untuk penyesuaian voltan dan satu untuk penyesuaian arus. Setelah bertahun-tahun potensiometer ini tidak berfungsi dengan betul lagi yang menyukarkan voltan keluaran yang stabil. Bekalan kuasa ini ditunjukkan dalam gambar.

Pada masa yang sama saya memilih pengembangan perisian tertanam sebagai sebahagian daripada hobi saya, menggunakan mikrokontroler PIC dan bahasa pengaturcaraan JAL. Oleh kerana saya masih mahu menggunakan bekalan kuasa saya - ya anda boleh membeli varian mod suis yang lebih murah sekarang ini - saya mendapat idea untuk mengganti potensiometer lama dengan versi digital dan projek PIC baru lahir.

Untuk menyesuaikan voltan bekalan kuasa, saya menggunakan mikrokontroler PIC 16F1823 yang menggunakan 6 butang tekan seperti berikut:

• Satu tekan butang untuk menghidupkan atau mematikan voltan keluaran tanpa perlu menghidupkan atau mematikan bekalan kuasa sepenuhnya
• Satu butang tekan untuk meningkatkan voltan keluaran dan satu lagi butang tekan untuk mengurangkan voltan keluaran
• Tiga butang tekan untuk digunakan sebagai pratetap. Setelah menetapkan voltan keluaran tertentu, voltan tepat itu dapat disimpan dan diambil menggunakan butang tekan yang telah ditetapkan ini

Bekalan kuasa mampu mengeluarkan voltan antara 2.4 Volt dan 18 Volt dengan arus maksimum 2 Ampere.

Langkah 1: Reka Bentuk Awal (semakan 0)

Saya membuat beberapa pengubahsuaian pada gambarajah skematik asal agar sesuai untuk mengendalikannya dengan potensiometer digital. Oleh kerana saya tidak pernah menggunakan potensiometer asal untuk penyesuaian semasa pada masa lalu, saya mengeluarkannya dan menggantinya dengan perintang tetap, menghadkan arus maksimum hingga 2 Ampere.

Gambarajah skematik menunjukkan bekalan kuasa, dibina di sekitar pengatur voltan LM723 lama tetapi boleh dipercayai. Saya juga membuat papan litar bercetak untuknya. LM723 mempunyai voltan rujukan kompensasi suhu dengan ciri pembatas semasa dan julat voltan yang luas. Voltan rujukan LM723 menuju ke potensiometer digital yang mana pengelap disambungkan ke input LM723 yang tidak terbalik. Potensiometer digital mempunyai nilai 10 kOhm dan boleh diubah dari 0 Ohm hingga 10 kOhm dalam 100 langkah menggunakan antara muka bersiri 3 wayar.

Bekalan Kuasa ini mempunyai meter volt & ampere digital yang menerima kuasanya dari pengatur voltan 15 Volt (IC1). 15 Volt ini juga digunakan sebagai input untuk pengatur voltan 5 Volt (IC5) yang memberi kuasa pada PIC dan potensiometer digital.

Transistor T1 digunakan untuk mematikan LM723 yang membawa voltan output ke 0 Volt. Perintang daya R9 digunakan untuk mengukur arus, menyebabkan penurunan voltan ke atas perintang ketika arus mengalir melaluinya. Penurunan voltan ini digunakan oleh LM723 untuk menghadkan arus keluaran maksimum kepada 2 Ampere.

Dalam reka bentuk awal ini Kapasitor Elektrolitik dan Transistor Daya (jenis 2N3055) tidak ada di papan. Dalam reka bentuk asal saya sejak bertahun-tahun yang lalu, Kapasitor Elektrolitik berada di papan berasingan, jadi saya menyimpannya. Transistor kuasa dipasang pada plat penyejuk di luar kabinet untuk penyejukan yang lebih baik.

Butang tekan berada di panel depan kabinet. Setiap butang tekan ditarik tinggi oleh perintang 4k7 di papan. Butang tekan disambungkan ke tanah yang menjadikannya aktif rendah.

Anda memerlukan komponen elektronik berikut untuk projek ini (semakan juga semakan 2):

• 1 mikrokontroler PIC 16F1823
• 1 potensiometer digital 10k, taip X9C103
• Pengatur voltan: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• Penyearah jambatan: B80C3300 / 5000
• Transistor: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• Diod: 2 * 1N4004
• Kapasitor Elektrolitik: 1 * 4700 uF / 40V, 1 * 4.7 uF / 16V
• Kapasitor Seramik: 1 * 1 nF, 6 * 100 nF
• Perintang: 1 * 100 Ohm, 1 * 820 Ohm, 1 * 1k, 2 * 2k2, 8 * 4k7
• Perintang kuasa: 0.33 Ohm / 5 Watt

Saya juga merancang papan litar bercetak yang ditunjukkan dalam tangkapan skrin dan gambar yang dilampirkan.

Langkah 2: Reka Bentuk Semakan (semakan 2)

Setelah memesan papan litar bercetak, saya mendapat idea untuk menambah ciri yang saya sebut sebagai ‘perlindungan voltan’. Oleh kerana saya masih mempunyai banyak memori program di PIC, saya memutuskan untuk menggunakan Analog to Digital Converter (ADC) PIC untuk mengukur voltan keluaran. Sekiranya voltan keluaran ini - atas sebab apa pun - naik atau turun, bekalan kuasa dimatikan. Ini akan melindungi litar yang disambungkan daripada voltan berlebihan atau menghentikan litar pintas. Ini adalah semakan 1 yang merupakan lanjutan untuk semakan 0, reka bentuk awal.

Walaupun saya menguji reka bentuk menggunakan papan roti (lihat gambar), saya masih tidak berpuas hati dengannya. Kadang-kadang nampaknya potensiometer digital tidak selalu berada pada kedudukan yang sama, mis. semasa mendapatkan semula nilai yang telah ditetapkan. Perbezaannya kecil tetapi mengganggu. Tidak mungkin membaca nilai potensiometer. Setelah berfikir, saya membuat semakan 2 yang merupakan reka bentuk semula semakan semula 1. Dalam reka bentuk ini, lihat rajah skema semakan 2, saya tidak menggunakan potensiometer digital tetapi saya menggunakan Digital to Analog Converter (DAC) terbina dalam PIC untuk mengawal voltan output melalui LM723. Satu-satunya masalah ialah PIC16F1823 hanya mempunyai DAC 5-bit yang tidak mencukupi kerana langkah naik dan turun akan terlalu besar. Oleh kerana itu, saya beralih ke PIC16F1765 yang mempunyai DAC 10-bit. Versi dengan DAC ini boleh dipercayai. Saya masih boleh menggunakan papan litar bercetak awal kerana saya hanya perlu mengeluarkan beberapa komponen, mengganti 1 kapasitor dan menambah 2 wayar (1 wayar sudah diperlukan untuk menambahkan ciri pengesanan voltan semakan 1). Saya juga menukar pengatur 15 Volt menjadi versi 18 Volt untuk menghadkan pelesapan kuasa. Lihat gambarajah skema semakan 2.

Oleh itu, jika anda ingin memilih reka bentuk ini, anda perlu melakukan yang berikut berbanding dengan semakan 0:

• Gantikan PIC16F1823 dengan PIC16F1765
• Pilihan: Ganti 78L15 dengan 78L18
• Keluarkan potensiometer digital jenis X9C103
• Tanggalkan perintang R1 dan R15
• Gantikan kapasitor elektrolitik C5 dengan kapasitor seramik 100 nF
• Buat sambungan antara IC4 pin 13 (PIC) ke IC2 pin 5 (LM723)
• Buat sambungan antara IC4 pin 3 (PIC) ke IC2 pin 4 (LM723)

Saya juga mengemas kini papan litar bercetak tetapi tidak memesan versi ini, lihat tangkapan skrin.

Langkah 3: (Dis) Perhimpunan

Dalam gambar anda melihat bekalan kuasa sebelum dan selepas peningkatan. Untuk menutup lubang yang dibuat oleh potensiometer, saya menambahkan panel depan di atas panel depan kabinet. Seperti yang anda lihat, saya telah membuat bekalan kuasa berganda di mana kedua-dua bekalan kuasa sama sekali bebas antara satu sama lain. Ini memungkinkan untuk meletakkannya secara bersiri sekiranya saya memerlukan voltan keluaran yang lebih tinggi daripada 18 Volt.

Oleh kerana papan litar bercetak mudah memasang elektronik. Ingat bahawa kapasitor elektrolitik besar dan transistor kuasa tidak berada di papan litar bercetak. Foto menunjukkan bahawa untuk semakan 2 beberapa komponen tidak diperlukan lagi dan 2 wayar diperlukan satu untuk menambah ciri pengesanan voltan dan yang lain kerana penggantian potensiometer digital oleh Digital to Analog Converter dari mikrokontroler PIC.

Sudah tentu anda memerlukan pengubah yang mampu membekalkan 18 Volt AC, 2 Ampere. Dalam reka bentuk asal saya menggunakan pengubah inti cincin kerana ia lebih cekap (tetapi juga lebih mahal).

Langkah 4: Perisian untuk Semakan 0

Perisian ini menjalankan tugas utama berikut:

• Mengawal voltan keluaran bekalan kuasa melalui potensiometer digital

• Mengendalikan ciri-ciri butang tekan, iaitu:

  • Kuasa Hidup / Mati. Ini adalah fungsi togol yang menetapkan voltan output ke 0 Volt atau ke voltan yang terakhir dipilih
  • Voltan naik / Voltan turun. Dengan setiap tekan butang voltan naik atau turun sedikit. Apabila butang tekan ini terus ditekan, fungsi berulang diaktifkan
  • Stor pratetap / pengambilan Pratetap. Sebarang tetapan voltan boleh disimpan di EEPROM PIC dengan menekan butang pratetap sekurang-kurangnya 2 saat. Menekannya lebih pendek akan mengambil nilai EEPROM untuk pratetap itu dan menetapkan voltan output dengan sewajarnya

Semasa dihidupkan, semua pin PIC ditetapkan sebagai input. Untuk mengelakkan voltan tidak ditentukan hadir pada output bekalan kuasa output tetap pada 0 Volt sehingga PIC aktif dan berjalan dan potensiometer digital diinisialisasi. Kekurangan kuasa ini dicapai oleh perintang pull-up R14 yang memastikan bahawa transistor T1 mematikan LM723 sehingga dilepaskan oleh PIC.

Perisian yang selebihnya bergerak ke hadapan. Butang tekan diimbas dan jika sesuatu perlu diubah, nilai potensiometer digital diubah menggunakan antara muka bersiri tiga wayar. Perhatikan bahawa potensiometer digital juga mempunyai pilihan untuk menyimpan tetapan tetapi ini tidak digunakan kerana semua tetapan disimpan di EEPROM PIC. Antara muka dengan potensiometer tidak menawarkan ciri untuk membaca nilai pengelap belakang. Oleh itu, setiap kali pengelap perlu ditetapkan ke nilai tertentu, perkara pertama yang dilakukan ialah meletakkan pengelap kembali ke kedudukan sifar dan dari saat itu hantar jumlah langkah untuk meletakkan pengelap pada kedudukan yang betul.

Untuk mengelakkan EEPROM ditulis dengan setiap menekan butang, dan dengan itu menurunkan jangka hayat EEPROM, kandungan EEPROM ditulis 2 saat setelah butang tekan tidak lagi diaktifkan. Ini bermaksud bahawa setelah perubahan terakhir tombol tekan, pastikan untuk menunggu sekurang-kurangnya 2 saat sebelum menukar daya untuk memastikan bahawa tetapan terakhir disimpan. Apabila dihidupkan, bekalan kuasa akan selalu bermula dengan voltan terpilih terakhir yang disimpan di EEPROM.

Fail sumber JAL dan fail Intel Hex untuk memprogram PIC untuk semakan 0 dilampirkan.

Langkah 5: Perisian untuk Semakan 2

Untuk semakan 2, perubahan utama perisian adalah berikut:

• Ciri Pengesanan Voltan ditambahkan dengan mengukur voltan keluaran bekalan kuasa setelah ia ditetapkan. Untuk ini digunakan ADC penukar PIC. Dengan menggunakan ADC, perisian mengambil sampel voltan keluaran dan jika setelah beberapa sampel voltan keluaran kira-kira 0.2 Volt lebih tinggi atau lebih rendah daripada Voltan yang ditetapkan, bekalan kuasa dimatikan.
• Menggunakan DAC PIC untuk mengawal voltan keluaran bekalan kuasa dan bukannya menggunakan potensiometer digital. Perubahan ini menjadikan perisian lebih sederhana kerana tidak perlu membuat antara muka 3-wayar untuk potensiometer digital.
• Ganti storan di EEPROM dengan penyimpanan di High Endurance Flash. PIC16F1765 tidak menggunakan EEPROM tetapi menggunakan sebahagian daripada program Flash untuk menyimpan maklumat yang tidak mudah berubah.

Perhatikan bahawa Pengesanan Voltan pada mulanya tidak diaktifkan. Semasa menghidupkan butang berikut diperiksa untuk didorong:

• Tekan butang hidup / mati. Sekiranya ditekan, kedua-dua ciri pengesanan voltan dimatikan.
• Tekan butang ke bawah. Sekiranya ditekan pengesanan voltan rendah diaktifkan.
• Butang tekan atas. Sekiranya ditekan pengesanan voltan tinggi diaktifkan.

Tetapan pengesanan voltan ini disimpan dalam High Endurance Flash dan dipanggil semula apabila bekalan kuasa dihidupkan semula.

Fail sumber JAL dan fail Intel Hex untuk memprogram PIC untuk semakan 2 juga dilampirkan.

Langkah 6: Keputusan Akhir

Dalam video yang anda lihat revisi bekalan kuasa 2 beraksi, ia menunjukkan ciri power on / power off, voltan naik / turun voltan dan penggunaan pratetap. Untuk demo ini saya juga menghubungkan perintang ke bekalan kuasa untuk menunjukkan bahawa arus sebenar mengalir melaluinya dan arus maksimum terhad kepada 2 Ampere.

Sekiranya anda berminat untuk menggunakan mikrokontroler PIC dengan JAL - bahasa pengaturcaraan Pascal - lawati laman web JAL.

Selamat membuat Instruksional ini dan nantikan reaksi dan hasil anda.