Durch einen Mikrocontroller gesteuertes Labornetzteil. Labor-Zweikanalnetzteil mit Mikroprozessorsteuerung. Do-it-yourself-Netzteil auf einem Mikrocontroller

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Die Ausgangsspannung des Netzteils kann im Bereich von 1,25 bis 26 V geändert werden, der maximale Ausgangsstrom beträgt 2 A. Die Stromschutzschwelle kann im Bereich von 0,01 bis 2 A in Schritten von 0,01 A und der Ansprechverzögerung geändert werden - innerhalb von 1...10 ms in 1-ms-Schritten und 10...100 ms in 10-ms-Schritten. Der Spannungsstabilisator (Abb. 1) ist auf dem LT1084-ADJ (DA2)-Chip montiert. Es liefert einen Ausgangsstrom von bis zu 5 A und verfügt über integrierte Schutzeinheiten sowohl gegen Überhitzung (Betriebstemperatur ca. 150 °C) als auch gegen Überschreitung des Ausgangsstroms. Darüber hinaus hängt der Schwellenwert für den Stromschutz vom Spannungsabfall über der Mikroschaltung ab (der Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung). Wenn der Spannungsabfall 10 V nicht überschreitet, kann der maximale Ausgangsstrom 5 A erreichen; wenn diese Spannung auf 15 V ansteigt, sinkt sie auf 3...4 A und bei einer Spannung von 17... 18 V bzw mehr wird 1 A nicht überschreiten. Die Einstellung der Ausgangsspannung im Bereich von 1,25...26 V wird durch den variablen Widerstand R8 erreicht.

Um das Netzteil über den gesamten Ausgangsspannungsbereich mit einem Ausgangsstrom von bis zu 2 A zu versorgen, wird am Eingang des DA2-Stabilisators ein Spannungssprung angelegt. Vier Vollweggleichrichter sind auf einem Abwärtstransformator T1 und den Dioden VD1-VD8 montiert. Die Diodengleichrichter VD1, VD2 und der Spannungsstabilisator DA1 dienen zur Stromversorgung des Mikrocontrollers DD1, des Operationsverstärkers DA3 und der Digitalanzeige HG1. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters an den Dioden VD5, VD6 beträgt 9...10 V, an den Dioden VD4, VD7 - 18...20 V und an VD3, VD8 - 27...30 V. Die Ausgänge dieser drei Gleichrichter können abhängig von den Werten der Ausgangsspannung des Netzteils über die Feldeffekttransistoren des Optorelais U1-U3 mit dem Glättungskondensator C4 und dem Eingang des Stabilisators DA2 verbunden werden. Das Opto-Relais wird vom Mikrocontroller DD1 gesteuert.

Der Schalttransistor VT1 übernimmt die Funktion eines elektronischen Schlüssels; auf Befehl des Mikrocontrollers DD1 verbindet oder trennt er die Stabilisatorspannung vom Ausgang (Buchse XS1) des Netzteils. Am Widerstand R14 ist ein Stromsensor montiert, dessen Spannung vom Ausgangsstrom abhängt. Diese Spannung wird von einem DC-Skalierungsverstärker am Operationsverstärker DA3.1 verstärkt und vom Ausgang des Pufferverstärkers am Operationsverstärker DA3.2 an die PCO-Leitung (Pin 23) des DD1-Mikrocontrollers geliefert als Eingang des integrierten ADC konfiguriert. Die Betriebsarten des Netzteils sowie die aktuellen Werte von Strom und Spannung werden durch die LCD-Anzeige HG1 angezeigt.

Beim Einschalten der Stromversorgung wird der Ausgang des RSZ-Mikrocontrollers DD1 unabhängig von der Ausgangsspannung auf einen hohen logischen Pegel gesetzt, die Feldeffekttransistoren des Optokopplers U1 öffnen und ein Gleichrichter mit Dioden VD3, VD8 (27...30 V) wird an den Eingang des Stabilisators DA2 angeschlossen. Als nächstes wird die Ausgangsspannung des Geräts mithilfe des im Mikrocontroller DD1 integrierten ADC gemessen. Diese Spannung wird dem Widerstandsteiler R9R11R12 zugeführt, und vom Motor des eingestellten Widerstands R11 wird die bereits reduzierte Spannung der PC1-Leitung des Mikrocontrollers zugeführt, die als ADC-Eingang konfiguriert ist.

Während des Betriebs wird die Ausgangsspannung ständig gemessen und der entsprechende Gleichrichter an den Eingang des Stabilisators angeschlossen. Dadurch beträgt der Unterschied zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung des DA2-Stabilisators nicht mehr als 10...12 V, was es ermöglicht, bei jeder Ausgangsspannung den maximalen Ausgangsstrom bereitzustellen. Darüber hinaus wird dadurch die Erwärmung des DA2-Stabilisators deutlich reduziert.

Wenn die Ausgangsspannung des Geräts 5,7 V nicht überschreitet, liegt am PC5-Ausgang des DD1-Mikrocontrollers ein hoher Pegel und an den RSZ- und RS4-Ausgängen ein niedriger Pegel an, sodass der Eingang des DA2-Stabilisators eine Spannung von erhält 9...10V vom Gleichrichter an den Dioden VD5, VD6. Im Ausgangsspannungsbereich von 5,7...13,7 V wird dem Stabilisator vom Gleichrichter über die Dioden VD4, VD7 eine Spannung von 18...20 V zugeführt. Wenn die Ausgangsspannung mehr als 13,7 V beträgt, wird der DA2-Stabilisator vom Gleichrichter über die Dioden VD3, VD8 mit einer Spannung von 27...30 V versorgt. Die Schaltschwellenspannungen können im Grundeinstellungsmenü von 1 bis 50 V geändert werden.

Gleichzeitig wird der Ausgangsstrom gemessen; Wenn er einen voreingestellten Wert überschreitet, wird am PC2-Ausgang ein niedriger logischer Pegel eingestellt, der Transistor VT1 schließt und es fließt keine Spannung zum Ausgang des Netzteils. Wenn der aufgenommene Strom pulsierend ist, wird dessen Amplitudenwert angezeigt.
Unmittelbar nach dem Einschalten der Stromversorgung wird der Transistor VT1 geschlossen und dem Ausgang wird keine Spannung zugeführt. Das Programm befindet sich im Modus zum Einstellen des Schutzreaktionsstroms und der Verzögerungszeit (falls erforderlich). Die LCD-Anzeige des HG1 zeigt die folgende Meldung an:

SCHUTZ
I=0,00A

und nach Drücken der SB3-Taste, wobei die höchstwertige Ziffer blinkt:

VERZÖGERUNG 1 ms

Im ersten Fall blinkt eine der drei Ziffern; der aktuelle Wert in dieser Ziffer wird durch Drücken der Taste SB1 „+“ oder SB2 „-“ geändert. Die Auswahl dieser Kategorie erfolgt durch Drücken der SB3-Taste „Auswählen“. Um den Schutz zu deaktivieren, müssen Sie die SB2-Taste „-“ drücken, bis die Meldung auf dem Bildschirm erscheint:
U= 10,0V
z aus z

Nachdem Sie den erforderlichen Schutzbetriebsstrom eingestellt haben, drücken Sie die Taste „Select“ SB3 und halten Sie sie etwa eine Sekunde lang gedrückt. Das Gerät wechselt in den Betriebsmodus, der Transistor VT1 öffnet sich und die LCD-Anzeige HG1 zeigt die aktuellen Spannungs- und Stromwerte an:
U= 10,0V
I=0,00A

Wenn die Verzögerung eingeschaltet ist, zeigt die Anzeige zusätzlich zu den Spannungs- und Stromwerten ein blinkendes Ausrufezeichen als Erinnerung an:
U=10,0V
Ich 0,00A!

Wenn der Schutz ausgeschaltet ist, erscheint anstelle des Ausrufezeichens ein blinkender Blitz.
Wenn der Ausgangsstrom gleich dem eingestellten Wert des Schutzstroms ist oder diesen überschreitet, schließt der Transistor VT1 und die Meldung erscheint auf dem Bildschirm:
SCHUTZ
I=1,00A

Außerdem blinkt das Wort „PROTECTION“. Nach kurzem Drücken einer beliebigen Taste wechselt das Gerät wieder in den Modus zur Einstellung des Schutzbetriebsstroms.
Wenn Sie im Betriebsmodus die Taste SB1 „+“ oder SB2 „-“ drücken, wird der Abschnitt zum Einstellen der Zeitverzögerung für den Stromschutz eingeschaltet und die folgende Meldung erscheint auf der Anzeige:
VERZÖGERUNG 1 ms

Durch Drücken der Taste SB1 „+“ oder SB2 „-“ ändern Sie die Verzögerung von 1 ms auf 10 ms in 1-ms-Schritten und von 10 auf 100 ms in 10-ms-Schritten. Die aktuelle Schutzverzögerung funktioniert wie folgt. Wenn der Ausgangsstrom den eingestellten Wert erreicht oder überschreitet, wird eine Pause mit der eingestellten Dauer (von 1 bis 100 ms) eingelegt, wonach die Messung erneut durchgeführt wird. Wenn der Strom immer noch gleich oder größer als der eingestellte Wert ist, schließt der Transistor VT1 und die Last wird stromlos. Wenn in diesem Zeitintervall der Ausgangsstrom kleiner als der Betriebsstrom wird, bleibt das Gerät im Betriebsmodus. Um die Verzögerung zu deaktivieren, müssen Sie ihren Wert verringern, indem Sie die SB2-Taste „-“ drücken, bis die Meldung auf dem Bildschirm erscheint:
AUSVERZÖGERUNG

Im Betriebsmodus können Sie die Ausgangsspannung manuell ausschalten und in den Schutzstrom-Einstellmodus wechseln; drücken Sie dazu die Taste „Select“ des SB3.
Das Programm verfügt über ein Anfangseinstellungsmenü; um es aufzurufen, müssen Sie die Stromversorgung einschalten, während Sie die SB3-Taste „Auswählen“ gedrückt halten. Zuerst wird das Menü zum Einstellen der Taktfrequenz des eingebauten ADC des DD1-Mikrocontrollers angezeigt:
ADC-TAKT 500 kHz

Durch Drücken der Taste SB1 „+“ oder SB2 „-“ können Sie drei Taktfrequenzen des eingebauten ADC auswählen: 500 kHz, 1 MHz und 2 MHz. Bei einer Frequenz von 500 kHz beträgt die Reaktionszeit des Schutzes 64 μs, bei Frequenzen von 1 und 2 MHz – 36 bzw. 22 μs. Es ist besser, das Gerät auf eine Frequenz von 500 kHz zu kalibrieren (standardmäßig eingestellt).

Um zur nächsten Einstellung zu gelangen, drücken Sie die SB3-Taste „Auswählen“. Es erscheint die Meldung:
SCHRITT 2
AB 5,7V

In diesem Abschnitt des Menüs können Sie (durch Drücken der Taste SB1 „+“ oder SB2 „-“) den Wert der Ausgangsspannung ändern, bei dem der eine oder andere Gleichrichter an den Eingang des DA2-Stabilisators angeschlossen wird. Beim nächsten Drücken der SB3-Taste „Select“ erscheint ein Menü zur Einstellung der folgenden Schaltschwelle:
SCHRITTE
AB 13,7V

Wenn Sie zum nächsten Abschnitt des Menüs gehen, öffnet sich der Transistor VT1 und der Stromschutz wird deaktiviert. Es erscheint die Meldung: U= 10,0V* I=0,OOA*
In diesem Abschnitt wird der Wert des Koeffizienten k geändert, der im Programm zur Korrektur der Ausgangsspannungswerte in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom verwendet wird. Tatsache ist, dass der Spannungsabfall zwischen Widerstand R14 und Transistor VT1 bei maximalem Ausgangsstrom bis zu 0,5 V beträgt. Da zur Messung der Ausgangsspannung ein Widerstandsteiler R9R11R12 verwendet wird, der vor Widerstand R14 und Transistor VT1 angeschlossen ist, wird im Programm Abhängig vom fließenden Strom wird dieser Spannungsabfall berechnet und vom gemessenen Spannungswert abgezogen. Wenn Sie die Taste SB1 „+“ oder SB2 „-“ drücken, zeigt die Anzeige den Wert des k-Koeffizienten anstelle des aktuellen Werts an:
U= 10,0V* k=80

Standardmäßig ist es 80, es kann durch Drücken der Taste SB1 „+“ oder SB2 „-“ geändert werden.
Wenn Sie das nächste Mal die Taste „Auswählen“ von SB3 drücken, wird der DD1-Mikrocontroller neu gestartet und alle Einstellungen werden in seinem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und bei nachfolgenden Starts verwendet.

Die meisten Teile, darunter auch der Transformator T1, sind auf einer Prototyp-Leiterplatte untergebracht (Abb. 2). Es wurde eine kabelgebundene Installation verwendet. Die Kondensatoren C5 und C7 werden möglichst nahe an den Anschlüssen des Stabilisators DA2 installiert. Die Frontplatte (Abb. 3) enthält eine Anzeige, einen Netzschalter, einen variablen Widerstand, Tasten und Ausgangsbuchsen.

Zusätzlich zum Widerstand R14 werden Festwiderstände MLT, S2-23 verwendet - es ist vom Typ SQP-15, Multiturn-Abstimmwiderstände - SP5-2, variabler Widerstand - SPZ-1, SPZ-400, dessen Motor ist über ein Zahnrad mit einem Übersetzungsverhältnis von drei in Drehung versetzt (Abb. 4). Das Ergebnis ist ein variabler Widerstand mit drei Windungen, mit dem Sie die Spannung am Ausgang des Stabilisators schnell und gleichzeitig genau ändern können.

Es wird empfohlen, Tantalkondensatoren C5, C7 und importierte Oxidkondensatoren zu verwenden, der Rest ist K10-17. Anstelle der Angaben im Diagramm können Sie auf den Controllern KS0066, HD47780, zum Beispiel WH0802A-YGH-CT von Winstar, eine LCD-Anzeige (zwei Zeilen mit jeweils acht Zeichen) mit englisch-russischem Zeichensatz verwenden. Die Dioden 1N4005 sind austauschbar durch die Dioden 1N4002-1N4007, 1N5819, die Dioden P600B - durch P600DP600M, 1 N5401-1 N5408.

Der LT1084-Stabilisator ist über eine wärmeleitende Isolierdichtung am Metallgehäuse des Geräts befestigt, das als Kühlkörper fungiert. Dieser Stabilisator kann durch den LM1084 ersetzt werden, er muss jedoch über eine einstellbare Ausgangsspannung (mit dem Index ADJ) verfügen. . Das inländische Analogon ist die Mikroschaltung KR142EN22A, deren Leistung in diesem Gerät jedoch nicht getestet wurde. Der Stabilisator 7805 kann durch den inländischen KR142EN5A ersetzt werden.

Drossel L1 - inländischer DM-0.1 oder importierter EC-24, kann durch einen 100-Ohm-Widerstand ersetzt werden. Quarzresonator ZQ1 - RG-05, HC-49U. Tasten – alle mit einem normalerweise offenen Kontakt, zum Beispiel SDTM-630-N, Netzschalter – B100G. Es wurde ein Transformator verwendet, dessen Typ unbekannt ist (nur die Parameter der Sekundärwicklung sind angegeben - 24 V, 2,5 A), der jedoch von den Abmessungen her dem TTP-60-Transformator ähnelt. Die Sekundärwicklung wird entfernt und zwei neue gewickelt. Um die erforderliche Windungszahl vor dem Ausbau der Wicklung zu ermitteln, wurde die Ausgangsspannung gemessen und die Windungszahl pro 1 V Spannung ermittelt. Anschließend werden mit PEV-2 0,7...0,8-Draht gleichzeitig zwei Wicklungen mit jeweils zwei Anzapfungen gewickelt. Die Windungszahl sollte so bemessen sein, dass an den ersten Anzapfungen beider Wicklungen eine Spannung von 9 V und an den zweiten Anzapfungen 18 V anliegen. In der Version des Autors enthielt jede der Wicklungen 162 Windungen mit Anzapfungen von der 54. und 108. Windung.

Der Aufbau beginnt ohne installierten Mikrocontroller, Operationsverstärker und Anzeigegerät mit der Überprüfung der konstanten Spannungen an den Ausgängen der Gleichrichter und des Stabilisators DA1. Bei der Programmierung des Mikrocontrollers ist es notwendig, die Konfigurationsbits (Fuse-Bits) zu setzen:
CKSELO - 1;
CKSEL1 – 1;
CKSEL2-1;
CKSEL3-1;
SUT1 - 1;
BOOTRST - 1;
EESAVE - 1;
WDTON - 1;
RSTDISBL - 1;
SUTO - 0;
BODEN - 0;
BODLEVEL - 0;
STIEFELZO - 0;
BOOTSZ1 - 0;
CKOPT - 0;
SPIEN - 0.

Der Mikrocontroller kann im Schaltkreis programmiert werden, indem der Programmierer an den XP2-Stecker angeschlossen wird. In diesem Fall wird der Mikrocontroller über ein Netzteil mit Strom versorgt.
Schließen Sie nach der Installation des Mikrocontrollers und des Operationsverstärkers die Anzeige an und schalten Sie das Gerät ein (ohne Last), indem Sie die SB3-Taste „Auswählen“ gedrückt halten. Das Mikrocontroller-Programm wechselt dann in den Anfangseinstellungsmodus. Der Widerstand R16 stellt den gewünschten Kontrast des Anzeigebildes ein und die Auswahl des Widerstands R18 stellt die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung des Anzeigefelds ein.

Als nächstes müssen Sie durch Drücken der SB3-Taste „Auswählen“ den Abschnitt zur Einstellung des k-Koeffizienten im Menü auswählen. An den Ausgang des Geräts wird ein handelsübliches Voltmeter angeschlossen und die Ausgangsspannung nahe am Maximum eingestellt. Der Widerstand R11 gleicht die Messwerte der Anzeige und des Voltmeters aus. In diesem Fall sollte der Ausgangsstrom Null sein.

Stellen Sie dann die minimale Ausgangsspannung (1,25 V) ein und schließen Sie an den Ausgang ein in Reihe geschaltetes handelsübliches Amperemeter und einen Lastwiderstand mit einem Widerstand von ca. 10 Ohm und einer Leistung von 40...50 W an. Stellen Sie durch Ändern der Ausgangsspannung den Ausgangsstrom auf etwa 2 A ein und bringen Sie die Anzeigewerte mit dem Widerstand R17 an die Amperemeterwerte an. Anschließend wird ein Widerstand mit einem Widerstandswert von 1 kOhm in Reihe mit dem Amperemeter geschaltet und durch Änderung der Ausgangsspannung der Ausgangsstrom auf 10 mA eingestellt. Der Indikator sollte den gleichen aktuellen Wert anzeigen; Wenn dies nicht der Fall ist und die Messwerte kleiner sind, muss zwischen dem Ausgang des Stabilisators DA1 und der Source des Transistors VT1 ein Widerstand mit einem Widerstand von 300...1000 Ohm installiert und ausgewählt werden, um die Messwerte auszugleichen der Anzeige und des Amperemeters. Sie können vorübergehend einen variablen Widerstand verwenden und ihn dann durch einen konstanten Widerstand mit dem entsprechenden Widerstand ersetzen.

Abschließend wird der Wert des Koeffizienten k geklärt. Dazu werden wieder ein handelsübliches Voltmeter und ein leistungsstarker Lastwiderstand an den Ausgang angeschlossen. Durch Änderung der Ausgangsspannung wird der Ausgangsstrom nahe am Maximum eingestellt. Ändern Sie durch Drücken der Taste SB1 „+“ oder SB2 „-“ den Koeffizienten k, sodass die Messwerte der Anzeige und des Voltmeters übereinstimmen. Nach Drücken der SB3-Taste „Select“ wird der Mikrocontroller neu gestartet und das Netzteil ist betriebsbereit.
Es ist zu beachten, dass der maximale Ausgangsstrom (2 A) durch die Art der verwendeten Opto-Relais begrenzt ist und auf 2,5 A erhöht werden kann, wenn diese durch leistungsstärkere Relais ersetzt werden.

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D. MALTSEV, Moskau
„Radio“ Nr. 12 2008 Kapitel:

Das Netzteil ist für den Aufbau und die Reparatur von Geräten in einem Amateurfunklabor konzipiert. Der Temperatursensor regelt die Temperatur des mit Strom versorgten Geräts. Wenn der Schwellenwert überschritten wird, wird das Gerät deaktiviert. Dadurch können Sie die Entwicklung einer Notsituation frühzeitig unterbrechen und katastrophale Folgen verhindern. Der Timer schaltet die Stromversorgung nach einer bestimmten Zeit ab, was insbesondere beim Laden von Akkus genutzt werden kann.

Wichtigste technische Merkmale

Stabilisierte Ausgangsspannung, V………..0...15
Auflösung des Digitalvoltmeters, V...................0,1
Schwellenwert für die Ausgangsstrombegrenzung. A
Minimum................................................. ......0,1
maximal................................................. ........1
Temperaturmessintervall, °C................0...100
Maximale Timerdauer......9 Stunden 50 Minuten
Abmessungen, mm ......................................105x90x70

Das Stromversorgungsdiagramm ist in Abb. dargestellt. 1. Die Basis des Geräts ist der Mikrocontroller PIC16F88 (DD1), dessen Verwendung von Peripheriemodulen es ermöglichte, die Funktionalität des Geräts zu erweitern, ohne es zu komplizieren.
Einstellbarer Spannungsstabilisator – lineare Kompensation. Es enthält eine einstellbare Referenzspannungsquelle, einen Ausgangsspannungsregler und ein Spannungsvergleichsgerät. Das Vergleichsgerät ist ein eingebauter Komparator des Mikrocontrollers, dessen invertierender Eingang RA1 über einen Teiler R26R28 und Widerstand R27 mit einer Ausgangsspannung versorgt wird und dessen nichtinvertierender Eingang RA2 mit einer Referenzspannung versorgt wird. Das Ausgangssignal des Vergleichsgeräts steuert den Ausgangsspannungsregler.

Die Quelle der geregelten Referenzspannung ist das SSR-Mikrocontrollermodul, das im Modus der Erzeugung von Rechteckimpulsen mit variabler Dauer am RB0-Ausgang arbeitet. Die Referenzspannung ist ein konstanter Anteil dieser Impulse, proportional zu ihrem Arbeitszyklus, der per Programm gesteuert werden kann. Die Referenzspannung wird durch den Tiefpassfilter R1C1R2R5C3 isoliert. Zur Regelung beim Setup dient der Abstimmwiderstand R2.

Der Ausgangsspannungsregler ist auf einem leistungsstarken zusammengesetzten PNP-Transistor VT1 aufgebaut, der an das positive Stromkabel angeschlossen ist. Da der Transistor VT1 einen großen Übertragungskoeffizienten des Basisstroms aufweist, reicht ein kleiner Basisstrom aus, der vom Feldeffekttransistor VT2 mit geringer Leistung bereitgestellt wird, um ihn zu öffnen. Der Widerstand R7 verbindet das Gate des Transistors VT2 mit der gemeinsamen Leitung, wodurch dieser Transistor während der Initialisierung der Mikrocontroller-Ports zu Beginn seiner Programmausführung im geschlossenen Zustand bleibt. Der Kondensator C9 korrigiert den Frequenzgang des Regelkreises und verhindert so eine Selbsterregung des Stabilisators.

Der Steuerkreis des Ausgangsspannungsreglers ist mit der Leitung RA4 des Mikrocontrollers verbunden. Über einen internen elektronischen Schalter kann dieser Pin mit dem Komparatorausgang des Vergleichsgeräts verbunden oder von diesem getrennt werden. Durch die programmgesteuerte Steuerung dieses Schalters können Sie den Ausgangsspannungsregler ausschalten, wenn die Ausgangsspannung Null ist, oder einschalten, wenn die Ausgangsspannung proportional zur Referenzspannung ist.

Ein analog kalibrierter Temperatursensor LM35 (BK1), der die Temperatur linear in Spannung mit einem Koeffizienten von 10 mV/ºС umwandelt, ist über die Schaltung R4C2 mit dem als Analogeingang konfigurierten Pin RA3 des Mikrocontrollers verbunden. Der interne Analog-Digital-Wandler (ADC) des Mikrocontrollers wird im digitalen Spannungs- und Temperaturmesser verwendet. Der ADC-Eingang kann per Software mit den Pins RA1 – RAZ verbunden werden. Um die Störfestigkeit des Messpfades zu erhöhen, wird der Betrieb des ADC mit einer dynamischen Anzeigeperiode von 20 ms synchronisiert. Das Konvertierungsergebnis wird von einem Software-Mittelungsfilter verarbeitet.

Zu Beginn jeder Messperiode wandelt der ADC die Spannung zuerst vom Ausgang und dann vom Temperatursensor um. Aus 16 Messwerten jedes Parameters wird der arithmetische Mittelwert berechnet, der auf dem Anzeigegerät angezeigt wird. Die Leseaktualisierungsperiode beträgt 320 ms. Der durchschnittliche Temperaturwert wird vor der Aktualisierung mit einem benutzerdefinierten Schwellenwert verglichen, unabhängig davon, ob er auf dem HG1-Indikator angezeigt wird oder nicht. Wenn sie den Schwellenwert überschreitet, wird die Ausgangsspannung abgeschaltet. Sobald die Temperatur um 2 °C unter den Schwellenwert sinkt, schaltet sich die Ausgangsspannung wieder ein.

Das Mikrocontroller-Programm stellt einen Zeitzähler für den Einschaltzustand des Netzteils bereit. Die Zählerregisterwerte werden jede Minute aktualisiert und mit einem eingestellten Wert verglichen, bei dessen Überschreitung die Ausgangsspannung abgeschaltet wird. Dies kann erforderlich sein, um die Zeit eines Vorgangs zu begrenzen, beispielsweise beim Laden einer Batterie.

Der Ausgangsstrombegrenzer arbeitet unabhängig vom Mikrocontroller und seinem Programm. Er schützt das Netzteil vor Kurzschlüssen am Ausgang und begrenzt den Ausgangsstrom durch Reduzierung der Ausgangsspannung. Die Basis des Begrenzers ist eine Einheit, die den Laststrom in eine dazu proportionale Spannung relativ zum gemeinsamen Draht umwandelt, beschrieben im Artikel von I. Nechaev „Current Limit Indicator“ in „Radio“, 2002, Nr. 9, S . 23. Dieses Gerät besteht aus dem Operationsverstärker DA2.2, dem Transistor VT4 und den Widerständen R23-R25. Der Widerstand R25 ist ein Laststromsensor, der an den positiven Stromkreis angeschlossen ist.

Eine Spannung proportional zum Ausgangsstrom von der Quelle des Transistors VT4 über den Widerstand R20 wird dem invertierenden Eingang (Pin 6) des Operationsverstärkers DA2.1 zugeführt, und sein nichtinvertierender Eingang (Pin 5) wird mit Spannung vom versorgt Motor des variablen Widerstands R18. Wenn die Position dieses Motors unverändert bleibt, ist die Spannung an ihm stabil, da die in Reihe geschalteten Widerstände R17 und R18 mit einer stabilisierten Spannung von +5 V vom Ausgang der DA1-Mikroschaltung verbunden sind. Durch Verschieben des Schiebereglers des variablen Widerstands R18 wird die Schwelle zur Begrenzung des Ausgangsstroms eingestellt.

Wenn die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA2.1 größer ist als die Spannung an der Source des Transistors VT4, die proportional zum Strom ist, liegt die Spannung am Ausgang dieses Operationsverstärkers nahe daran Versorgungsspannung, Diode VD2 ist geschlossen und hat keinen Einfluss auf die Stabilisierung der Ausgangsspannung. Die LED HL1 ist ausgeschaltet und durch die Diode VD3 vor Verpolung geschützt. Wenn die Spannung an der Source des Transistors VT4 die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA2.1 überschreitet, sinkt die Spannung am Ausgang dieses Operationsverstärkers DA2.1 auf nahezu Null. Es beginnt Strom durch den Widerstand R19, die Diode VD3 und die LED HL1 zu fließen. Die Diode VD2 öffnet, wodurch die Ausgangsspannung wie folgt abnimmt. damit der Ausgangsstrom den Grenzwert nicht überschreitet. Die HL1-LED leuchtet auf – ein Indikator für den Laststrombegrenzungsmodus.

Nach dem Einschalten des Geräts wird die 5-V-Versorgungsspannung vom DA1-Stabilisator an den DD1-Mikrocontroller geliefert. Es konfiguriert Eingabe-Ausgabe-Ports, Konfiguration und Modi der integrierten Peripheriemodule entsprechend dem Programm und liest Ausgangsspannungswerte, Temperatureinstellungen und Zeitverzögerung aus dem EEPROM (nichtflüchtiger Speicher) in Register. Der HG1-Indikator zeigt für zwei Sekunden die Programmversionsnummer und dann mit reduzierter Helligkeit den Spannungswert an, der am Ausgang anliegen sollte, ist aber zu diesem Zeitpunkt noch nicht eingeschaltet. Durch Drücken der SB1-Taste wird die Ausgangsspannung eingeschaltet Beim Einschalten mit dem zuvor im EEPROM gespeicherten Wert zeigt der Indikator HG1 diesen in voller Helligkeit an. Beim nächsten Drücken dieser Taste wird die Ausgangsspannung wieder ausgeschaltet und so weiter. Durch Drücken von SB3 bzw. SB4 wird die Ausgangsspannung erhöht bzw. verringert. Durch kurzes Drücken können Sie die Ausgangsspannung feinjustieren, durch langes Halten der Tasten können Sie diese grob einstellen. Wenn es erforderlich ist, dass der Ausgang beim nächsten Einschalten der Stromquelle einen neuen Spannungswert hat, müssen Sie ihn durch Drücken und Halten der SB2-Taste in den Speicher schreiben. Wenn die Anzeige „SAU“ anzeigt, wird die Taste losgelassen und der neue Wert wird im EEPROM gespeichert.

Durch kurzes Drücken von SB2 können Sie den Temperatur- und Zeitzählerwert in 10-Minuten-Schritten auf der Anzeige anzeigen. Durch Gedrückthalten dieser Taste können die Werte der Temperatur- und Zeiteinstellungen angezeigt werden, und die Anzeige zeigt blinkende Werte der entsprechenden Einstellungen an, die mit den Tasten SB3 und SB4 geändert werden können. Durch Drücken und Halten der SB2-Taste werden die neuen Werte im EEPROM gespeichert.

Wenn während des Betriebs des Geräts bei eingeschalteter Ausgangsspannung die Temperatur des BK1-Sensors den eingestellten Wert überschreitet, wird die Ausgangsspannung ausgeschaltet. Die Anzeige zeigt ein blinkendes „o.t“ an, was bedeutet, dass die Temperatur überschritten wurde. Sobald die Temperatur um 2 °C unter den eingestellten Wert fällt, wird die Ausgangsspannung eingeschaltet und die HG1-Anzeige zeigt ihren Wert an.

Wenn der Zeitzählerwert mit dem eingestellten Wert übereinstimmt, wird die Ausgangsspannung abgeschaltet und die Anzeige zeigt ein blinkendes „o.h“ an, was bedeutet, dass die Zeit überschritten wurde. Anschließend können Sie die Eingangsspannung einschalten, indem Sie die Zeiteinstellung nach vorne oder auf „0“ verschieben.

Der Netzwerktransformator T1 wird industriell mit einer Sekundärwicklungsspannung von 17 V und einem zulässigen Laststrom von 1,2 A hergestellt. Sie können einen Transformator TP-115-K8 mit zwei Sekundärwicklungen von jeweils 9 V und einem Strom von 1,1 A verwenden phasengleich in Reihe geschaltet. Geeignet ist auch ein Netztransformator aus Lampentechnik mit drei Filamentwicklungen à 6,3 V, die in gleicher Weise angeschlossen sind. Die VD1-Diodenbrücke muss für eine Spannung von mindestens 50 V und einen durchschnittlichen gleichgerichteten Strom von mindestens 2 A ausgelegt sein. Die Dioden 1N4148 (VD2 und VD3) können durch KD522 mit beliebigem Buchstabenindex ersetzt werden. BAT85-Dioden (VD4-VD6) können durch andere Schottky-Dioden ersetzt werden, zum Beispiel 1N5817, 1N5818.

Der Regeltransistor VT1 mit pnp-Struktur, ein Verbundtransistor KT825G im Metallgehäuse, wurde mit einer großen Stromreserve ausgewählt, um die Zuverlässigkeit des Geräts zu gewährleisten. Es kann durch ein ähnliches mit einer maximalen Kollektor-Emitter-Spannung von mindestens 50 V und einem Kollektorstrom von 3 A oder mehr ersetzt werden. Der Transistor VT1 ist auf einem Lamellenkühlkörper mit einer Kühlfläche von 100 cm2 installiert. Der Kühlkörper mit Transistor VT1 wird von außen an der oberen Abdeckung des Gehäuses befestigt, wie auf dem Foto in Abb. 2. Feldeffekttransistoren VT2 und VT4 – alle aus der KP501-Serie oder importierter 2N7000. Der Transistor VT3 kann einer der Serien KT3102 und KT342 sein.

Der HG1-Indikator ist drei- oder vierstellig mit einer gemeinsamen Anode. Es kann aus drei separaten einstelligen Indikatoren bestehen. In diesem Fall sind die gleichnamigen Anschlüsse der Segmente miteinander verbunden, der Transistor VT3 ist nicht eingebaut und der Ausgang des Dezimalpunkts der zweiten Ziffer ist über einen 1 kOhm-Widerstand mit der gemeinsamen Leitung verbunden.
Die Tasten SB1-SB4 stammten von defekten Bürogeräten, darunter einem Tintenstrahldrucker. Spannungsstabilisator DA1 – einer der 7805-Serien im TO220-Gehäuse. Trimmerwiderstand R28 – 3266W-1-103 – importierter kleiner Multiturn-Widerstand, hergestellt von Bourns. Der Stromsensor R25 besteht aus vier parallel geschalteten Widerständen mit einem Widerstandswert von 1 Ohm und einer Nennleistung von 0,5 W.

Das Netzteil ist ohne VD2-Diode aufgebaut. Überprüfen Sie die korrekte Installation und das Fehlen von Kurzschlüssen. Zum ersten Mal das Gerät ohne Mikrocontroller DD1 an das Netzwerk anschließen und laden. Überprüfen Sie mit einem Voltmeter, ob die Spannung in Buchse 14 des DD1-Panels 5 V beträgt, am Emitter des Transistors VT1 - 17...20 V, an seinem Kollektor - etwa 0 V. Das Gerät ist ausgeschaltet und das DD1 Der Mikrocontroller wird mit einem vorab aufgezeichneten Programm im Panel installiert, dessen Codes in der Datei ad_ps1 .hex angegeben sind.

Ich präsentiere Ihnen ein bewährtes Diagramm eines guten Labornetzteils, veröffentlicht in der Zeitschrift „Radio“ Nr. 3, mit einer maximalen Spannung von 40 V und einem Strom von bis zu 10 A. Das Netzteil ist mit einem digitalen ausgestattet Anzeigeeinheit mit Mikrocontroller-Steuerung. Der Stromversorgungskreis ist in der Abbildung dargestellt:

Beschreibung der Gerätebedienung. Der Optokoppler hält einen Spannungsabfall am Linearregler von ca. 1,5 V aufrecht. Wenn der Spannungsabfall am Chip zunimmt (z. B. aufgrund einer Erhöhung der Eingangsspannung), schalten sich die Optokoppler-LED und dementsprechend der Fototransistor ein. Der PHI-Controller schaltet ab und schließt den Schalttransistor. Die Spannung am Eingang des Linearstabilisators nimmt ab.

Um die Stabilität zu erhöhen, wird der Widerstand R3 so nah wie möglich am Stabilisatorchip DA1 platziert. Drosseln L1, L2 sind Abschnitte von Ferritröhren, die an den Gate-Anschlüssen der Feldeffekttransistoren VT1, VT3 angebracht sind. Die Länge dieser Rohre beträgt etwa die Hälfte der Länge der Leitung. Der L3-Induktor ist auf zwei zusammengefaltete K36x25x7,5-Ringmagnetkerne aus MP 140-Permalloy gewickelt. Seine Wicklung enthält 45 Windungen, die in zwei PEV-2-Drähte mit einem Durchmesser von 1 mm gewickelt sind, die gleichmäßig um den Umfang des Magneten verteilt sind Kern. Es ist zulässig, den Transistor IRF9540 durch IRF4905 und den Transistor IRF1010N durch BUZ11, IRF540 zu ersetzen.

Bei Bedarf mit einem Ausgangsstrom über 7,5 A ist es notwendig, einen weiteren Regler DA5 parallel zu DA1 hinzuzufügen. Dann erreicht der maximale Laststrom 15 A. In diesem Fall wird die Induktivität L3 mit einem Bündel bestehend aus vier PEV-2-Drähten mit einem Durchmesser von 1 mm umwickelt und die Kapazität der Kondensatoren C1-SZ wird ungefähr verdoppelt. Die Widerstände R18, R19 werden entsprechend dem gleichen Erwärmungsgrad der Mikroschaltungen DA1, DA5 ausgewählt. Der PHI-Controller sollte durch einen anderen ersetzt werden, der den Betrieb mit einer höheren Frequenz ermöglicht, zum Beispiel KR1156EU2.

Modul zur digitalen Messung von Spannung und Strom eines Labornetzteils

Die Basis des Geräts ist der Mikrocontroller PICI6F873. Der DA2-Chip enthält einen Spannungsstabilisator, der auch als Referenz für den eingebauten ADC des DDI-Mikrocontrollers dient. Die Portleitungen RA5 und RA4 sind als ADC-Eingänge zum Messen von Spannung bzw. Strom programmiert, und RA3 dient der Steuerung eines Feldeffekttransistors. Der Stromsensor ist der Widerstand R2 und der Spannungssensor ist der Widerstandsteiler R7 R8. Das aktuelle Sensorsignal wird vom DAI-Operationsverstärker verstärkt. 1. und Operationsverstärker DA1.2 wird als Pufferverstärker verwendet.

Technische Eigenschaften:

Spannungsmessung, V - 0..50.
Strommessung, A - 0,05..9,99.
Schutzschwellen:
- nach Strom. A - von 0,05 bis 9,99.
- durch Spannung. B - von 0,1 bis 50.
Versorgungsspannung, V - 9...40.
Maximaler Stromverbrauch, mA - 50.

Ein gutes, zuverlässiges und einfach zu bedienendes Netzteil ist das wichtigste und am häufigsten verwendete Gerät in jedem Amateurfunklabor.

Ein industriell stabilisiertes Netzteil ist ein ziemlich teures Gerät. Wenn Sie beim Entwurf eines Netzteils einen Mikrocontroller verwenden, können Sie ein Gerät bauen, das über viele zusätzliche Funktionen verfügt, einfach herzustellen und sehr erschwinglich ist.

Dieses digitale Gleichstromnetzteil ist ein sehr erfolgreiches Produkt und liegt nun in der dritten Version vor. Es basiert immer noch auf der gleichen Idee wie die erste Option, bringt aber einige nette Verbesserungen mit sich.

Einführung

Dieses Netzteil ist am wenigsten komplex herzustellen als die meisten anderen Schaltungen, verfügt aber über viele weitere Funktionen:

Das Display zeigt die aktuell gemessenen Spannungs- und Stromwerte an.
- Das Display zeigt voreingestellte Spannungs- und Stromgrenzen an.
- Es werden ausschließlich Standardkomponenten verwendet (keine Spezialchips).
- Erfordert eine Versorgungsspannung mit einer Polarität (keine separate negative Versorgungsspannung für Operationsverstärker oder Steuerlogik)
- Sie können die Stromversorgung von Ihrem Computer aus steuern. Sie können Strom und Spannung ablesen und mit einfachen Befehlen einstellen. Dies ist sehr nützlich für automatisierte Tests.
- Kleine Tastatur zur direkten Eingabe der gewünschten Spannung und des maximalen Stroms.
- Dies ist eine wirklich kleine, aber leistungsstarke Stromquelle.

Ist es möglich, einige Komponenten zu entfernen oder zusätzliche Funktionen hinzuzufügen? Der Trick besteht darin, die Funktionalität analoger Komponenten wie Operationsverstärker in den Mikrocontroller zu verlagern. Mit anderen Worten: Die Komplexität von Software und Algorithmen nimmt zu und die Hardware-Komplexität ab. Dadurch reduziert sich die Gesamtkomplexität für Sie, da die Software einfach heruntergeladen werden kann.

Grundlegende elektrische Projektideen

Beginnen wir mit der einfachsten stabilisierten Stromversorgung. Es besteht aus 2 Hauptteilen: einem Transistor und einer Zenerdiode, die eine Referenzspannung erzeugt.

Die Ausgangsspannung dieser Schaltung beträgt Uref minus 0,7 Volt, was zwischen B und E am Transistor liegt. Die Zenerdiode und der Widerstand erzeugen eine Referenzspannung, die auch bei Spannungsspitzen am Eingang stabil bleibt. Um hohe Ströme zu schalten, die eine Zenerdiode und ein Widerstand nicht liefern können, wird ein Transistor benötigt. In dieser Funktion verstärkt der Transistor lediglich den Strom. Um den Strom am Widerstand und an der Zenerdiode zu berechnen, müssen Sie den Ausgangsstrom durch den HFE des Transistors dividieren (HFE-Nummer, die in der Tabelle mit den Eigenschaften des Transistors zu finden ist).

Welche Probleme gibt es bei diesem Schema?

Bei einem Kurzschluss am Ausgang brennt der Transistor durch.
- Es liefert nur eine feste Ausgangsspannung.

Dies sind recht schwerwiegende Einschränkungen, die diese Schaltung für unser Projekt ungeeignet machen, aber sie ist die Grundlage für den Entwurf einer elektronisch gesteuerten Stromversorgung.

Um diese Probleme zu überwinden, ist der Einsatz von „Intelligenz“ erforderlich, die den Ausgangsstrom regelt und die Referenzspannung ändert. Das war's (...und das macht die Schaltung viel komplizierter).

In den letzten Jahrzehnten wurden Operationsverstärker verwendet, um diesen Algorithmus anzutreiben. Operationsverstärker können im Prinzip als analoge Computer verwendet werden, um Spannungen und Ströme zu addieren, zu subtrahieren, zu multiplizieren oder logische „ODER“-Operationen durchzuführen.

Heutzutage können alle diese Vorgänge schnell mit einem Mikrocontroller durchgeführt werden. Das Beste daran ist, dass Sie als kostenloses Add-on ein Voltmeter und ein Amperemeter erhalten. In jedem Fall muss der Mikrocontroller die Strom- und Spannungsausgangsparameter kennen. Sie müssen sie nur anzeigen. Was brauchen wir von einem Mikrocontroller:

ADC (Analog-Digital-Wandler) zur Messung von Spannung und Strom.
- DAC (Digital-Analog-Wandler) zur Steuerung des Transistors (Anpassung der Referenzspannung).

Das Problem ist, dass der DAC sehr schnell sein muss. Wenn am Ausgang ein Kurzschluss festgestellt wird, müssen wir sofort die Spannung an der Basis des Transistors reduzieren, sonst brennt dieser durch. Die Reaktionsgeschwindigkeit sollte innerhalb von Millisekunden liegen (so schnell wie ein Operationsverstärker).

Der ATmega8 verfügt über einen recht schnellen ADC und auf den ersten Blick über keinen DAC. Sie können Pulsweitenmodulation (PWM) und einen analogen Tiefpassfilter verwenden, um einen DAC zu erreichen, aber PWM allein ist in der Software zu langsam, um einen Kurzschlussschutz zu implementieren. Wie baue ich einen schnellen DAC?

Es gibt viele Möglichkeiten, Digital-Analog-Wandler zu erstellen, aber sie müssen schnell und einfach sein und sich problemlos mit unserem Mikrocontroller verbinden lassen. Es gibt eine Wandlerschaltung, die als „R-2R-Matrix“ bekannt ist. Es besteht nur aus Widerständen und Schaltern. Es werden zwei Arten von Widerstandswerten verwendet. Eines mit einem R-Wert und eines mit dem doppelten R-Wert.

Oben ist ein Schaltplan eines 3-Bit-R2R-DAC. Die Logiksteuerung schaltet zwischen GND und Vcc um. Eine logische Eins verbindet den Schalter mit Vcc und eine logische Null mit GND. Was macht diese Schaltung? Es regelt die Spannung in Vcc/8-Schritten. Die Gesamtausgangsspannung beträgt:

Uout = Z * (Vcc / (Zmax +1), wobei Z die Bitauflösung des DAC (0-7) ist, in diesem Fall 3 Bit.

Der Innenwiderstand des Stromkreises ist, wie man sieht, gleich R.

Anstatt einen separaten Schalter zu verwenden, können Sie die R-2R-Matrix an die Portleitungen des Mikrocontrollers anschließen.

Erzeugen eines Gleichstromsignals unterschiedlicher Pegel mittels PWM (Pulsweitenmodulation)

Bei der Pulsweitenmodulation handelt es sich um eine Technik, die Impulse erzeugt und diese durch einen Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz leitet, die deutlich unter der Impulsfrequenz liegt. Infolgedessen hängt das Gleichstrom- und Spannungssignal von der Breite dieser Impulse ab.

Atmega8 verfügt über Hardware-16-Bit-PWM. Das heißt, es ist theoretisch möglich, mit einer kleinen Anzahl von Komponenten einen 16-Bit-DAC zu erhalten. Um aus einem PWM-Signal ein echtes Gleichstromsignal zu erhalten, müssen Sie es filtern. Dies kann bei hohen Auflösungen ein Problem darstellen. Je mehr Genauigkeit erforderlich ist, desto niedriger sollte die Frequenz des PWM-Signals sein. Dies bedeutet, dass große Kondensatoren benötigt werden und die Reaktionszeit sehr langsam ist. Die erste und zweite Version des digitalen Gleichstromnetzteils basierten auf einer 10-Bit-R2R-Matrix. Das heißt, die maximale Ausgangsspannung kann in 1024 Schritten eingestellt werden. Wenn Sie ATmega8 mit einem 8-MHz-Taktgenerator und 10-Bit-PWM verwenden, haben die PWM-Signalimpulse eine Frequenz von 8 MHz/1024 = 7,8 kHz. Um das beste Gleichstromsignal zu erhalten, müssen Sie es mit einem Filter zweiter Ordnung von 700 Hz oder weniger filtern.

Sie können sich vorstellen, was passieren würde, wenn Sie 16-Bit-PWM verwenden würden. 8 MHz/65536 = 122 Hz. Unter 12 Hz ist das, was Sie brauchen.

Kombination von R2R-Matrix und PWM

Sie können die PWM- und R2R-Matrix zusammen verwenden. In diesem Projekt verwenden wir eine 7-Bit-R2R-Matrix kombiniert mit einem 5-Bit-PWM-Signal. Bei einer Controller-Taktfrequenz von 8 MHz und einer 5-Bit-Auflösung erhalten wir ein 250-kHz-Signal. Die 250-kHz-Frequenz kann mit wenigen Kondensatoren in ein Gleichstromsignal umgewandelt werden.

Die ursprüngliche Version des digitalen Gleichstromnetzteils verwendete einen 10-Bit-R2R-Matrix-basierten DAC. Im neuen Design verwenden wir eine R2R-Matrix und PWM mit einer Gesamtauflösung von 12 Bit.

Überabtastung

Auf Kosten einiger Verarbeitungszeit kann die Auflösung des Analog-Digital-Wandlers (ADC) erhöht werden. Dies wird als Resampling bezeichnet. Vierfaches Resampling führt zu doppelter Auflösung. Das heißt: 4 aufeinanderfolgende Abtastungen können verwendet werden, um doppelt so viele Schritte pro ADC zu erhalten. Die Theorie hinter dem Resampling wird im PDF-Dokument erläutert, das Sie am Ende dieses Artikels finden. Wir verwenden Oversampling für die Regelkreisspannung. Für den Stromregelkreis verwenden wir die ursprüngliche Auflösung des ADC, da hier eine schnelle Reaktionszeit wichtiger ist als die Auflösung.

Detaillierte Beschreibung des Projekts

Es fehlen noch ein paar technische Details:

DAC (Digital-Analog-Wandler) kann keinen Leistungstransistor ansteuern
- Der Mikrocontroller arbeitet mit 5 V, das bedeutet, dass der maximale Ausgang des DAC 5 V beträgt und die maximale Ausgangsspannung am Leistungstransistor 5 - 0,7 = 4,3 V beträgt.

Um dies zu beheben, müssen wir Strom- und Spannungsverstärker hinzufügen.

Hinzufügen einer Verstärkerstufe zum DAC

Beim Hinzufügen eines Verstärkers müssen wir bedenken, dass dieser große Signale verarbeiten muss. Bei den meisten Verstärkerdesigns (z. B. für Audio) wird davon ausgegangen, dass die Signale im Vergleich zur Versorgungsspannung klein sind. Vergessen Sie also alle klassischen Bücher über die Berechnung eines Verstärkers für einen Leistungstransistor.

Wir könnten Operationsverstärker verwenden, aber diese würden eine zusätzliche positive und negative Versorgungsspannung erfordern, was wir vermeiden wollen.

Darüber hinaus besteht die zusätzliche Anforderung, dass der Verstärker die Spannung von Null in einem stabilen Zustand ohne Schwingungen verstärken muss. Vereinfacht ausgedrückt sollte es beim Einschalten des Stroms zu keinen Spannungsschwankungen kommen.

Unten sehen Sie ein Diagramm einer Verstärkerstufe, die für diesen Zweck geeignet ist.

Beginnen wir mit dem Leistungstransistor. Wir verwenden BD245 (Q1). Den Kennlinien zufolge hat der Transistor HFE = 20 bei 3A. Daher wird es an der Basis etwa 150 mA verbrauchen. Zur Verstärkung des Steuerstroms verwenden wir eine Kombination, die als „Darlington-Transistor“ bekannt ist. Dazu verwenden wir einen Transistor mittlerer Leistung. Typischerweise sollte der HFE-Wert zwischen 50 und 100 liegen. Dadurch wird der erforderliche Strom auf 3 mA (150 mA / 50) reduziert. Der 3-mA-Strom ist das Signal, das von Transistoren mit geringer Leistung wie BC547/BC557 kommt. Transistoren mit einem solchen Ausgangsstrom eignen sich sehr gut zum Aufbau eines Spannungsverstärkers.

Um einen 30-V-Ausgang zu erhalten, müssen wir die vom DAC kommenden 5 V um den Faktor 6 verstärken. Dazu kombinieren wir PNP- und NPN-Transistoren, wie oben gezeigt. Die Spannungsverstärkung dieser Schaltung wird berechnet:

Vampl = (R6 + R7) / R7

Das Netzteil kann in 2 Versionen erhältlich sein: mit einer maximalen Ausgangsspannung von 30 und 22V. Die Kombination von 1K und 6,8K ergibt einen Faktor von 7,8, was für die 30-V-Version gut ist, bei höheren Strömen kann es jedoch zu einem gewissen Verlust kommen (unsere Formel ist linear, in Wirklichkeit aber nicht). Für die 22V-Version verwenden wir 1K und 4,7K.

Der Innenwiderstand des Stromkreises, wie auf dem BC547-Sockel dargestellt, wäre:

Rin = hfe1 * S1 * R7 * R5 = 100 * 50 * 1K * 47K = 235 MOhm

HFE beträgt etwa 100 bis 200 für den BC547-Transistor
- S ist die Steigung der Transistorverstärkungskurve und beträgt etwa 50 [Einheit = 1/Ohm]

Dies ist mehr als hoch genug, um an unseren DAC angeschlossen zu werden, der einen Innenwiderstand von 5 kOhm hat.

Interner äquivalenter Ausgangswiderstand:

Rout = (R6 + R7) / (S1 + S2 * R5 * R7) = etwa 2Ω

Niedrig genug, um den Transistor Q2 zu verwenden.

R5 verbindet die Basis des BC557 mit dem Emitter, was für den Transistor „Aus“ bedeutet, bevor der DAC und der BC547 hochfahren. R7 und R6 verbinden zuerst die Basis von Q2 mit Masse, wodurch die Darlington-Ausgangsstufe heruntergefahren wird.

Mit anderen Worten: Jede Komponente dieser Verstärkerstufe ist zunächst ausgeschaltet. Dies bedeutet, dass wir beim Ein- und Ausschalten der Stromversorgung keine Eingangs- oder Ausgangsschwingungen von den Transistoren erhalten. Das ist ein sehr wichtiger Punkt. Ich habe teure Industrienetzteile gesehen, bei denen es beim Ausschalten zu Spannungsspitzen kam. Solche Quellen sollten auf jeden Fall vermieden werden, da sie empfindliche Geräte leicht zerstören können.

Grenzen

Aus früherer Erfahrung weiß ich, dass manche Funkamateure das Gerät gerne für sich „individualisieren“ würden. Hier ist eine Liste von Hardwareeinschränkungen und Möglichkeiten, diese zu überwinden:

BD245B: 10A 80W. 80 W bei einer Temperatur von 25 °C. Mit anderen Worten, es gibt eine Leistungsreserve basierend auf 60-70 W: (Max. Eingangsspannung * Max. Strom)< 65Вт.

Sie können einen zweiten BD245B hinzufügen und die Leistung auf 120 W erhöhen. Um sicherzustellen, dass der Strom gleichmäßig verteilt wird, fügen Sie der Emitterleitung jedes BD245B einen 0,22-Ohm-Widerstand hinzu. Es können die gleiche Schaltung und Platine verwendet werden. Montieren Sie die Transistoren auf den entsprechenden Aluminiumkühler und verbinden Sie sie mit kurzen Drähten mit der Platine. Der Verstärker kann einen zweiten Leistungstransistor ansteuern (das ist das Maximum), aber Sie müssen möglicherweise die Verstärkung anpassen.

Strommessshunt: Wir verwenden einen 0,75-Ohm-6-W-Widerstand. Bei einem Strom von 2,5 A (Iout ^ 2 * 0,75) ist ausreichend Strom vorhanden<= 6Вт). Для больших токов используйте резисторы соответствующей мощности.

Netzteile

Sie können einen Transformator, einen Gleichrichter und große Kondensatoren verwenden oder einen 32/24-V-Laptop-Adapter verwenden. Ich habe mich für die zweite Option entschieden, weil... Adapter werden manchmal sehr günstig verkauft (im Sonderangebot), und einige von ihnen liefern 70 W bei 24 V oder sogar 32 V Gleichstrom.

Die meisten Amateurfunker werden wahrscheinlich normale Transformatoren verwenden, da diese leicht zu bekommen sind.

Für die 22V 2,5A Version benötigen Sie: 3A 18V Transformator, Gleichrichter und 2200uF oder 3300uF Kondensator. (18 * 1,4 = 25V)
Für die 30V 2A Version benötigen Sie: 2,5A 24V Transformator, Gleichrichter und 2200uF oder 3300uF Kondensator. (24 * 1,4 = 33,6 V)

Es kann nicht schaden, einen Transformator mit höherem Strom zu verwenden. Ein Brückengleichrichter mit 4 Low-Dropout-Dioden (z. B. BYV29-500) bietet eine viel bessere Leistung.

Überprüfen Sie Ihr Gerät auf schlechte Isolierung. Stellen Sie sicher, dass keine Teile des Geräts berührt werden können, an denen eine Spannung von 110/230 V anliegen kann. Verbinden Sie alle Metallteile des Gehäuses mit der Erde (nicht mit GND-Stromkreisen).

Transformatoren und Netzteile für Laptops

Wenn Sie in Ihrem Gerät zwei oder mehr Netzteile zur Erzeugung positiver und negativer Spannung verwenden möchten, ist es wichtig, dass die Transformatoren isoliert sind. Seien Sie vorsichtig mit Laptop-Netzteilen. Adapter mit geringem Stromverbrauch funktionieren möglicherweise immer noch, bei einigen ist jedoch möglicherweise der negative Pin am Ausgang mit dem Erdungspin am Eingang verbunden. Dies führt möglicherweise zu einem Kurzschluss durch das Erdungskabel, wenn zwei Netzteile im Gerät verwendet werden.

Andere Spannung und Strom

Es gibt zwei Optionen: 22 V 2,5 A und 30 V 2 A. Wenn Sie die Ausgangsspannungs- oder Stromgrenzen ändern (einfach verringern) möchten, ändern Sie einfach die Datei hardware_settings.h.

Beispiel: Um eine 18-V-2,5-A-Version zu erstellen, ändern Sie einfach die maximale Ausgangsspannung in der Datei hardware_settings.h auf 18 V. Sie können ein 20-V-2,5-A-Netzteil verwenden.

Beispiel: Um eine 18V 1,5A Version zu bauen, ändern Sie einfach in der Datei hardware_settings.h die maximale Ausgangsspannung auf 18V und max. Strom 1,5A. Sie können ein 20-V-1,5-A-Netzteil verwenden.

Testen

Das letzte auf der Platine installierte Element sollte ein Mikrocontroller sein. Vor der Installation würde ich empfehlen, einige grundlegende Hardwaretests durchzuführen:

Test 1: Schließen Sie eine kleine Spannung (10 V reichen aus) an die Eingangsklemmen der Platine an und stellen Sie sicher, dass der Spannungsregler genau 5 V Gleichspannung erzeugt.

Test2: Messen Sie die Ausgangsspannung. Er sollte 0 V betragen (oder nahe Null, zum Beispiel 0,15, und er tendiert gegen Null, wenn Sie 2 kOhm- oder 5 kOhm-Widerstände anstelle der Last anschließen.)

Test3: Installieren Sie den Mikrocontroller auf der Platine und laden Sie die LCD-Testsoftware, indem Sie die Befehle im Verzeichnis des entpackten tar.gz digitaldcpower-Pakets ausführen.

Machen Sie test_lcd.hex
Mache Load_test_lcd

Auf dem Display sollte die Meldung „LCD funktioniert“ angezeigt werden.

Sie können jetzt die funktionierende Software herunterladen.

Einige Warnungen für weitere Tests mit funktionierender Software: Seien Sie vorsichtig mit Kurzschlüssen, bis Sie die Begrenzungsfunktion getestet haben. Eine sichere Möglichkeit, die Strombegrenzung zu testen, ist die Verwendung von Widerständen mit niedrigem Widerstand (Einheit Ohm), wie z. B. Autoglühbirnen.

Stellen Sie die Strombegrenzung niedrig ein, zum Beispiel 30 mA bei 10 V. Sie sollten sehen, dass die Spannung sofort auf nahezu Null abfällt, sobald Sie die Glühbirne an den Ausgang anschließen. Sinkt die Spannung nicht ab, liegt ein Fehler im Stromkreis vor. Mit einer Autolampe können Sie den Stromkreis auch im Fehlerfall schützen, da es nicht zu Kurzschlüssen kommt.

Software

In diesem Abschnitt erfahren Sie, wie das Programm funktioniert und wie Sie dieses Wissen nutzen können, um einige Änderungen daran vorzunehmen. Es ist jedoch zu beachten, dass der Kurzschlussschutz in der Software erfolgt. Wenn Sie irgendwo einen Fehler gemacht haben, funktioniert der Schutz möglicherweise nicht. Wenn Sie den Ausgang kurzschließen, landet Ihr Gerät in einer Rauchwolke. Um dies zu vermeiden, sollten Sie zum Testen des Kurzschlussschutzes eine 12V-Autolampe (siehe oben) verwenden.

Nun ein wenig zum Aufbau des Programms. Wenn Sie sich zum ersten Mal das Hauptprogramm ansehen (Datei main.c, Download am Ende dieses Artikels), werden Sie feststellen, dass beim Einschalten nur wenige Zeilen Initialisierungscode ausgeführt werden Endlosschleife.

Tatsächlich gibt es in diesem Programm zwei Endlosschleifen. Eine davon ist die Hauptschleife („while(1)( ...)“ in main.c) und die andere ist ein periodischer Interrupt vom Analog-Digital-Wandler (der „ISR(ADC_vect)(...)“ Funktion in analog.c). Nach der Initialisierung wird der Interrupt alle 104 µs ausgeführt. Alle anderen Funktionen und Codes werden im Kontext einer dieser Schleifen ausgeführt.

Ein Interrupt kann die Ausführung einer Hauptschleifenaufgabe jederzeit stoppen. Dann wird sie ohne Ablenkung durch andere Aufgaben abgearbeitet und anschließend wird die Ausführung der Aufgabe wieder in der Hauptschleife an der Stelle fortgesetzt, an der sie unterbrochen wurde. Daraus ergeben sich zwei Schlussfolgerungen:

1. Der Interrupt-Code sollte nicht zu lang sein, da er vor dem nächsten Interrupt abgeschlossen sein muss. Denn hier kommt es auf die Anzahl der Anweisungen im Maschinencode an. Eine mathematische Formel, die als eine Zeile C-Code geschrieben werden kann, kann bis zu Hunderte Zeilen Maschinencode verwenden.

2. Variablen, die in der Interrupt-Funktion und im Hauptschleifencode verwendet werden, können sich während der Ausführung plötzlich ändern.

All dies bedeutet, dass komplexe Dinge wie das Aktualisieren der Anzeige, das Testen von Tasten und das Umwandeln von Strom und Spannung im Körper der Hauptschleife erledigt werden müssen. In Interrupts führen wir zeitkritische Aufgaben aus: Strom- und Spannungsmessung, Überlastschutz und DAC-Konfiguration. Um komplexe mathematische Berechnungen in Interrupts zu vermeiden, werden diese in DAC-Einheiten durchgeführt. Das heißt, in den gleichen Einheiten wie der ADC (ganzzahlige Werte von 0 ... 1023 für Strom und 0 ... 2047 für Spannung).

Dies ist die Hauptidee des Programms. Ich werde auch kurz die Dateien erläutern, die Sie im Archiv finden (vorausgesetzt, Sie sind mit SI vertraut).

main.c – diese Datei enthält das Hauptprogramm. Alle Initialisierungen werden hier durchgeführt. Auch die Hauptschleife ist hier implementiert.
analog.c ist ein Analog-Digital-Wandler, alles, was im Kontext eines Task-Interrupts funktioniert, finden Sie hier.
dac.c – Digital-Analog-Wandler. Von ddcp.c initialisiert, aber nur mit analog.c verwendet
kbd.c – Tastatur-Datenverarbeitungsprogramm
lcd.c – LCD-Treiber. Hierbei handelt es sich um eine Sonderausführung, die keinen Display-RW-Kontakt benötigt.

Um Software in den Mikrocontroller zu laden, benötigen Sie einen Programmierer wie den avrusb500. Am Ende des Artikels können Sie ZIP-Archive der Software herunterladen.

Bearbeiten Sie die Datei hardware_settings.h und konfigurieren Sie sie entsprechend Ihrer Hardware. Hier können Sie auch die Voltmeter- und Amperemeter-Kalibrierung durchführen. Die Datei ist gut kommentiert.

Verbinden Sie das Kabel mit dem Programmiergerät und Ihrem Gerät. Stellen Sie dann die Konfigurationsbits ein, um den Mikrocontroller über den internen 8-MHz-Oszillator zu betreiben. Das Programm ist auf diese Frequenz ausgelegt.

Tasten

Das Netzteil verfügt über 4 Tasten zur lokalen Spannungsregelung und max. Strom, die 5. Taste dient zum Speichern der Einstellungen im EEPROM-Speicher, so dass beim nächsten Einschalten des Geräts die gleichen Spannungs- und Stromeinstellungen vorhanden sind.

U+ erhöht die Spannung und U – verringert sie. Wenn Sie die Taste gedrückt halten, „laufen“ die Messwerte nach einer Weile schneller, sodass Sie die Spannung problemlos in einem großen Bereich ändern können. Die Tasten I + und I – funktionieren auf die gleiche Weise.

Anzeige

Die Displayanzeige sieht so aus:

Der Pfeil auf der rechten Seite zeigt an, dass die Spannungsbegrenzung derzeit wirksam ist. Liegt am Ausgang ein Kurzschluss vor oder verbraucht das angeschlossene Gerät mehr als den eingestellten Strom, erscheint in der unteren Zeile des Displays ein Pfeil, der anzeigt, dass die Strombegrenzung aktiviert ist.

Einige Fotos des Geräts

Hier sind einige Fotos des Netzteils, das ich zusammengebaut habe.

Es ist sehr klein, aber leistungsfähiger und leistungsfähiger als viele andere Netzteile:

Alte Aluminiumkühler von Pentium-Prozessoren eignen sich gut zur Kühlung von Leistungselementen:

Platzierung der Platine und des Adapters im Gehäuse:

Aussehen des Geräts:

Zweikanalige Stromversorgungsoption. Gepostet von Boogyman: