منبع تغذیه خطی دیجیتال کنترل شده: 6 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

در 40 سال پیش ، من یک منبع تغذیه خطی دوگانه ایجاد کردم. من نمودار کلی را از مجله ای به نام "Elektuur" دریافت کردم که امروزه در هلند "Elektor" نامیده می شود. این منبع تغذیه برای تنظیم ولتاژ از یک پتانسیومتر و برای تنظیم جریان استفاده کرد. پس از سالها این پتانسیومترها دیگر به درستی کار نمی کردند و این امر بدست آوردن ولتاژ خروجی پایدار را مشکل می کرد. این منبع تغذیه در تصویر نشان داده شده است.

در همان زمان ، من توسعه نرم افزار جاسازی شده را به عنوان بخشی از سرگرمی خود ، با استفاده از میکروکنترلر PIC و زبان برنامه نویسی JAL انتخاب کردم. از آنجا که من هنوز می خواهم از منبع تغذیه خود استفاده کنم - بله امروزه می توانید انواع حالت های سوئیچ ارزان تری را خریداری کنید - من ایده این را گرفتم که پتانسیومترهای قدیمی را با نسخه دیجیتال جایگزین کنم و بنابراین یک پروژه PIC جدید متولد شد.

برای تنظیم ولتاژ منبع تغذیه ، از میکروکنترلر PIC 16F1823 استفاده می کنم که از 6 دکمه به شرح زیر استفاده می کند:

• یک دکمه برای روشن یا خاموش کردن ولتاژ خروجی بدون نیاز به روشن یا خاموش شدن کامل منبع تغذیه
• یک دکمه برای افزایش ولتاژ خروجی و یک دکمه دیگر برای کاهش ولتاژ خروجی
• سه دکمه فشار به عنوان از پیش تعیین شده استفاده می شود. پس از تنظیم ولتاژ خروجی معین ، می توان آن ولتاژ دقیق را با استفاده از این دکمه های از پیش تعیین شده ذخیره و بازیابی کرد

منبع تغذیه قادر به خروج ولتاژ بین 2.4 ولت تا 18 ولت با حداکثر جریان 2 آمپر است.

مرحله 1: طراحی اولیه (تجدید نظر 0)

من تعدادی تغییر در نمودار شماتیک اصلی ایجاد کردم تا آن را برای کنترل آن با پتانسیومتر دیجیتال مناسب کنم. از آنجا که در گذشته هرگز از پتانسیومتر اصلی برای تنظیم جریان استفاده نمی کردم ، آن را برداشته و با یک مقاومت ثابت جایگزین کردم و حداکثر جریان را به 2 آمپر محدود کردم.

نمودار شماتیک منبع تغذیه را نشان می دهد که در اطراف تنظیم کننده ولتاژ قدیمی اما قابل اعتماد LM723 ساخته شده است. همچنین یک برد مدار چاپی برای آن ایجاد کردم. LM723 دارای ولتاژ مرجع جبران شده دما با ویژگی محدود کننده جریان و محدوده ولتاژ وسیع است. ولتاژ مرجع LM723 به پتانسیومتر دیجیتالی می رود که برف پاک کن آن به ورودی غیر معکوس LM723 متصل است. پتانسیومتر دیجیتال دارای ارزش 10 کیلو اهم است و می تواند از 0 اهم به 10 کیلو اهم در 100 مرحله با استفاده از رابط سریال 3 سیم تغییر کند.

این منبع تغذیه دارای ولت و آمپر متر دیجیتال است که قدرت خود را از تنظیم کننده ولتاژ 15 ولت (IC1) دریافت می کند. این 15 ولت همچنین به عنوان ورودی تنظیم کننده ولتاژ 5 ولت (IC5) که PIC و پتانسیومتر دیجیتال را تغذیه می کند ، استفاده می شود.

ترانزیستور T1 برای خاموش کردن LM723 استفاده می شود که ولتاژ خروجی را به 0 ولت می رساند. مقاومت قدرت R9 برای اندازه گیری جریان مورد استفاده قرار می گیرد و باعث ایجاد ولتاژ روی مقاومت هنگام عبور جریان از طریق آن می شود. این افت ولتاژ توسط LM723 برای محدود کردن حداکثر جریان خروجی به 2 آمپر استفاده می شود.

در این طرح اولیه خازن الکترولیتی و ترانزیستور قدرت (نوع 2N3055) روی برد نیستند. در طراحی اولیه من از سالها پیش ، خازن الکترولیتی روی یک برد جداگانه قرار داشت ، بنابراین من آن را نگه داشتم. ترانزیستور قدرت برای خنک شدن بهتر روی صفحه خنک کننده خارج از کابینت نصب شده است.

دکمه های فشاری در پنل جلویی کابینت قرار دارند. هر دکمه توسط مقاومتهای 4k7 روی برد به بالا کشیده می شود. دکمه های فشاری به زمین متصل می شوند که باعث می شود در کمترین حالت فعال شوند.

برای این پروژه به قطعات الکترونیکی زیر نیاز دارید (همچنین تجدید نظر 2):

• 1 میکروکنترلر PIC 16F1823
• 1 پتانسیومتر دیجیتال 10k ، نوع X9C103
• تنظیم کننده های ولتاژ: 1 * LM723 ، 1 * 78L15 ، 1 * 78L05
• یکسو کننده پل: B80C3300/5000
• ترانزیستورها: 1 * 2N3055 ، 1 * BD137 ، 1 * BC547
• دیودها: 2 * 1N4004
• خازن های الکترولیتی: 1 * 4700 uF/40V ، 1 * 4.7 uF/16V
• خازن های سرامیکی: 1 * 1 nF ، 6 * 100 nF
• مقاومت ها: 1 * 100 اهم ، 1 * 820 اهم ، 1 * 1k ، 2 * 2k2 ، 8 * 4k7
• مقاومت قدرت: 0.33 اهم / 5 وات

من همچنین یک برد مدار چاپی طراحی کردم که در تصویر و تصویر پیوست نشان داده شده است.

مرحله 2: طراحی تجدید نظر شده (تجدید نظر 2)

بعد از سفارش تابلوهای مدار چاپی به این ایده رسیدم که یک ویژگی اضافه کنم که من آن را "حفاظت از ولتاژ" می نامم. از آنجا که هنوز مقدار زیادی حافظه برنامه در PIC وجود داشت ، تصمیم گرفتم از مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) PIC برای اندازه گیری ولتاژ خروجی استفاده کنم. در صورت بالا یا پایین رفتن این ولتاژ خروجی - به هر دلیلی - منبع تغذیه خاموش می شود. این امر باعث می شود که مدار متصل در برابر ولتاژ بیش از حد محافظت شود یا هرگونه اتصال کوتاه متوقف شود. این نسخه 1 بود که افزونه نسخه 0 ، طرح اولیه است.

اگرچه من طرح را با استفاده از تخته نان تست کردم (تصویر را ببینید) ، اما هنوز از آن راضی نبودم. گاهی اوقات به نظر می رسید که پتانسیومتر دیجیتال همیشه دقیقاً در یک موقعیت نبوده است ، به عنوان مثال. هنگام بازیابی مقدار از پیش تعیین شده تفاوت کوچک اما نگران کننده بود. خواندن مقدار پتانسیومتر امکان پذیر نیست. پس از اندکی فکر ، من ویرایش 2 ایجاد کردم که یک بازطراحی کوچک از تجدید نظر 1 است. در این طرح ، نمودار شماتیک تجدید نظر 2 را ببینید ، من از پتانسیومتر دیجیتال استفاده نکردم بلکه از مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) داخلی استفاده کردم. PIC برای کنترل ولتاژ خروجی از طریق LM723. تنها مشکل این بود که PIC16F1823 فقط دارای DAC 5 بیتی است که کافی نیست زیرا مراحل بالا و پایین بسیار بزرگ خواهند بود. به همین دلیل ، من به PIC16F1765 که دارای DAC 10 بیتی است تغییر کردم. این نسخه با DAC قابل اعتماد بود. من هنوز می توانم از برد مدار چاپی اولیه استفاده کنم زیرا فقط باید برخی از اجزا را بردارم ، 1 خازن را تعویض کرده و 2 سیم اضافه کنم (1 سیم قبلاً برای افزودن ویژگی تشخیص ولتاژ نسخه 1 مورد نیاز بود). همچنین تنظیم کننده 15 ولت را به نسخه 18 ولت تغییر دادم تا مصرف برق محدود شود. نمودار شماتیک تجدید نظر 2 را ببینید.

بنابراین اگر می خواهید به دنبال این طرح بروید ، باید موارد زیر را در مقایسه با نسخه 0 انجام دهید:

• PIC16F1823 را با PIC16F1765 جایگزین کنید
• اختیاری: 78L15 را با 78L18 جایگزین کنید
• پتانسیومتر دیجیتال نوع X9C103 را بردارید
• مقاومت R1 و R15 را بردارید
• خازن الکترولیتی C5 را با یک خازن سرامیکی 100 nF جایگزین کنید
• اتصال بین پین IC4 13 (PIC) و پین IC2 5 (LM723)
• اتصال بین پین IC4 3 (PIC) و پین IC2 4 (LM723)

من همچنین برد مدار چاپی را به روز کردم اما این نسخه را سفارش ندادم ، به تصویر مراجعه کنید.

مرحله 3: (Dis) مونتاژ

در تصویر منبع تغذیه قبل و بعد از ارتقا را مشاهده می کنید. برای پوشاندن سوراخ های ایجاد شده توسط پتانسیومترها ، یک پنل جلویی را در بالای صفحه جلویی کابینت اضافه کردم. همانطور که می بینید من یک منبع تغذیه دوگانه ایجاد کرده بودم که در آن هر دو منبع تغذیه کاملاً مستقل از یکدیگر بودند. این باعث می شود که آنها را در صورت نیاز به ولتاژ خروجی بالاتر از 18 ولت به صورت سری قرار دهم.

با توجه به برد مدار چاپی ، مونتاژ قطعات الکترونیکی آسان بود. به یاد داشته باشید که خازن الکترولیتی بزرگ و ترانزیستور قدرت روی برد مدار چاپی نیستند. عکس نشان می دهد که برای تجدید نظر 2 به برخی از اجزا دیگر نیاز نیست و 2 سیم به یکی برای افزودن ویژگی تشخیص ولتاژ و دیگری به دلیل جایگزینی پتانسیومتر دیجیتال توسط مبدل دیجیتال به آنالوگ میکروکنترلر PIC نیاز بود.

البته شما به ترانسفورماتوری نیاز دارید که بتواند AC 18 ولت ، 2 آمپر را تامین کند. در طراحی اصلی من از ترانسفورماتور هسته حلقه استفاده کردم زیرا کارآمدتر (اما گران تر) هستند.

مرحله 4: نرم افزار تجدید نظر 0

این نرم افزار وظایف اصلی زیر را انجام می دهد:

• کنترل ولتاژ خروجی منبع تغذیه از طریق پتانسیومتر دیجیتال

• ویژگی های دکمه های فشار را کنترل کنید که عبارتند از:

  • روشن/خاموش کردن. این یک تابع ضامن است که ولتاژ خروجی را روی 0 ولت یا آخرین ولتاژ انتخاب شده تنظیم می کند
  • ولتاژ بالا/ولتاژ پایین. با هر بار فشار دادن دکمه ، ولتاژ کمی بالا یا کمی پایین می آید. هنگامی که این دکمه ها فشار داده می شوند ، عملکرد تکرار فعال می شود
  • فروشگاه از پیش تعیین شده/بازیابی از پیش تنظیم شده. هر گونه تنظیم ولتاژ را می توان با فشار دادن دکمه از پیش تعیین شده برای حداقل 2 ثانیه در EEPROM PIC ذخیره کرد. با کوتاهتر فشار دادن آن مقدار EEPROM برای آن تنظیم از پیش تعیین شده بازیابی می شود و بر این اساس ولتاژ خروجی را تنظیم می کند

هنگام روشن شدن ، همه پین های PIC به عنوان ورودی تنظیم می شوند. برای جلوگیری از وجود ولتاژ نامشخص در خروجی منبع تغذیه ، خروجی در 0 ولت باقی می ماند تا زمانی که PIC راه اندازی شده و پتانسیومتر دیجیتال راه اندازی شود. این خاموش شدن توسط مقاومت کششی R14 حاصل می شود که اطمینان می دهد که ترانزیستور T1 LM723 را خاموش می کند تا زمانی که توسط PIC آزاد شود.

بقیه نرم افزار تنگ به جلو است. دکمه های فشاری اسکن می شوند و اگر چیزی نیاز به تغییر داشته باشد ، مقدار پتانسیومتر دیجیتال با استفاده از رابط سریال سه سیم تغییر می کند. توجه داشته باشید که پتانسیومتر دیجیتال نیز گزینه ای برای ذخیره تنظیمات دارد اما از آنجا که همه تنظیمات در EEPROM PIC ذخیره می شوند ، از این گزینه استفاده نمی شود. رابط کاربری با پتانسیومتر ویژگی ای برای قرائت مقدار برف پاک کن ارائه نمی دهد. بنابراین هر زمان که نیاز است برف پاک کن با مقدار مشخصی تنظیم شود ، اولین کاری که انجام می شود این است که برف پاک کن را به حالت صفر برگردانید و از آن زمان به بعد تعداد مراحل را ارسال کنید تا برف پاک کن در موقعیت صحیح قرار گیرد.

برای جلوگیری از نوشتن EEPROM با فشردن یک دکمه و در نتیجه کاهش طول عمر EEPROM ، محتویات EEPROM 2 ثانیه پس از فعال نشدن دکمه های فشاری نوشته می شود. این بدان معناست که پس از آخرین تغییر دکمه های فشار ، اطمینان حاصل کنید که حداقل 2 ثانیه قبل از تغییر قدرت منتظر بمانید تا مطمئن شوید آخرین تنظیم ذخیره شده است. هنگامی که روشن است ، منبع تغذیه همیشه با آخرین ولتاژ انتخاب شده ذخیره شده در EEPROM شروع می شود.

فایل منبع JAL و فایل Intel Hex برای برنامه نویسی PIC برای اصلاح 0 پیوست شده است.

مرحله 5: نرم افزار تجدید نظر 2

برای تجدید نظر 2 تغییرات اصلی نرم افزار به شرح زیر است:

• ویژگی تشخیص ولتاژ با اندازه گیری ولتاژ خروجی منبع تغذیه پس از تنظیم اضافه شد. برای این منظور از مبدل ADC PIC استفاده می شود. با استفاده از ADC ، نرم افزار نمونه هایی از ولتاژ خروجی را می گیرد و اگر پس از چند نمونه ولتاژ خروجی حدود 0.2 ولت بیشتر یا کمتر از ولتاژ تنظیم شده باشد ، منبع تغذیه خاموش می شود.
• استفاده از DAC PIC برای کنترل ولتاژ خروجی منبع تغذیه به جای استفاده از پتانسیومتر دیجیتال. این تغییر نرم افزار را ساده تر کرد زیرا نیازی به ایجاد رابط 3 سیم برای پتانسیومتر دیجیتال نبود.
• ذخیره سازی را در EEPROM با ذخیره سازی در فلش استقامت بالا جایگزین کنید. PIC16F1765 دارای EEPROM نیست اما از قسمتی از برنامه Flash برای ذخیره اطلاعات غیر فرار استفاده می کند.

توجه داشته باشید که تشخیص ولتاژ در ابتدا فعال نمی شود. هنگام روشن شدن دکمه های زیر برای فشار دادن بررسی می شوند:

• دکمه روشن/خاموش در صورت فشردن هر دو ویژگی تشخیص ولتاژ خاموش است.
• دکمه پایین در صورت فشار ، تشخیص ولتاژ پایین فعال می شود.
• دکمه بالا در صورت فشار ، تشخیص ولتاژ بالا فعال می شود.

این تنظیمات تشخیص ولتاژ در فلش استقامت بالا ذخیره می شود و هنگامی که منبع تغذیه دوباره روشن می شود ، فراخوانی می شود.

فایل منبع JAL و فایل Intel Hex برای برنامه نویسی PIC برای ویرایش 2 نیز ضمیمه شده است.

مرحله 6: نتیجه نهایی

در ویدئو ، منبع تغذیه 2 را مشاهده می کنید ، عملکرد روشن/خاموش ، ولتاژ بالا/کاهش ولتاژ و استفاده از ایستگاه از پیش تنظیم شده را نشان می دهد. برای این نسخه ی نمایشی ، من یک مقاومت را به منبع تغذیه وصل کردم تا نشان دهم که جریان واقعی در آن جریان دارد و حداکثر جریان به 2 آمپر محدود می شود.

اگر علاقه مند به استفاده از میکروکنترلر PIC با JAL هستید - یک زبان برنامه نویسی مانند پاسکال - از وب سایت JAL دیدن کنید.

از ساختن این دستورالعمل لذت ببرید و منتظر واکنشها و نتایج شما باشید.