wersja mobilna | kontakt z nami

Stabilizator impulsowy 40 V/3 A z ograniczeniem prądu oraz miernikiem parametrów

Numer: Listopad/2017

W handlu są dostępne moduły stabilizatorów impulsowych opartych o układ LM2576 z miernikiem napięcia wejściowego. Niestety, nie ma w nich funkcji pomiaru natężenia prądu pobieranego przez obciążenie. Przydatna byłaby też możliwość ograniczenia prądu o natężeniu poniżej 3 A, dzięki czemu taki moduł z transformatorem i prostownikiem mógłby stanowić namiastkę zasilacza laboratoryjnego. Rekomendacje: zasilacz przyda się przy uruchamianiu urządzeń prototypowych.

Pobierz PDF

rys1Wykonany przeze mnie moduł spełnia wszystkie założenia wymienione we wstępie oraz ma możliwość włączania i wyłączania za pomocą mikrokontrolera. Wymiary urządzenia może nie są imponujące (9,5 cm×5,0 cm) ze względu na duży, czytelny wyświetlacz LED (3 cyfry o wysokości 25 mm) oraz sporą powierzchnię miedzi pełniącą funkcję radiatora dla stabilizatorów głównego (LM2576) i pomocniczego (78M05).

Budowa

Schemat ideowy proponowanego modułu zasilacza pokazano na rysunku 1. Stabilizator pracuje w typowym układzie aplikacyjnym z dodatkowym rezystorem pomiarowym R3, na którym występuje spadek proporcjonalny do natężenia prądu płynącego przez obciążenie. Napięcie podawanie na wejście FB stabilizatora jest dzielone za pomocą dzielnika złożonego z rezystora R5 i potencjometru wieloobrotowego P2. Suwak potencjometru włączono za rezystorem pomiarowym R3, dzięki czemu stabilizator kompensuje występujący na nim spadek napięcia. Takie włączenie rezystora pogarsza warunki pracy stabilizatora, ale upraszcza jego aplikację.

Mikrokontroler jest zasilany za pomocą stabilizatora typu 7805. Dokonuje pomiaru, steruje multiplekowo wyświetlaczem LED oraz stabilizatorem (wyprowadzenie 5 układu U1). Dzięki temu jest możliwe wyłączanie stabilizatora, co zastosowano w ograniczeniu prądowym. Parametry zasilacza mierzone są przetwornikiem A/C mikrokontrolera. Napięcie odniesienia ustawiono na 1,1 V. Wartość napięcia wyjściowe jest brana z jednego z dwóch dzielników, zależnie od jego wartości. Dzięki temu zwiększono dokładność pomiaru w zakresie do 10 V. Spadek napięcia na R3 jest mierzony za pomocą wzmacniacza operacyjnego typu rail-to-rail. Ze względu na to, że napięcie na wzmacniaczu nie może przekraczać napięcia zasilania, jego wzmocnienie zmniejszono czterokrotnie. Niestety, powodowało to spadek rozdzielczości pomiarowej. Wyjściem z tej sytuacji było zastosowanie wzmacniacza rail-to-rail zasilanego napięciem Vin lub zwiększenie wartości R3, co spowodowałoby większe straty mocy.

rys2Schemat montażowy zasilacza pokazano na rysunku 2. Przy montażu należy zwrócić uwagę na dobre przylutowanie padu termicznego układów U1 i U3 do powierzchni miedzi. Najłatwiej zrobić to stopem lutowniczym w żelu. Wyświetlacz, przyciski, złącza napięci wejściowego i wyjściowego oraz potencjometr umieszczono po przeciwnej stronie, niż pozostałe elementy, dzięki czemu łatwiej zamocować płytkę do panelu czołowego. Sposób zaprogramowania bitów konfiguracyjnych mikrokontrolera pokazano na rysunku 3. Jeśli mikrokontroler jest programowany jest plikiem ELF dostępnym w materiałach dodatkowych, to jednocześnie z zawartością pamięci programu Flash zostaną ustawione bity konfiguracyjne.

Montaż

Zasilacz zmontowany ze sprawdzonych komponentów działa od razu po dołączeniu napięcia zasilającego i nie wymaga kalibracji lub uruchamiania. W wypadku dużej mocy wydzielanej na U1 koniczne może być zastosowanie dodatkowego radiatora. Podobnie należy postąpić ze stabilizatorem U3. Moc traconą na U3 można ograniczyć zasilając go z niższego napięcia niż wejściowe. W tym celu należy wymontować D4, a na doprowadzenie anody podać zapięcie z zakresu 7…12 V.

Po włączeniu zasilania jest przeprowadzana jest automatyczna kalibracja. W tym czasie na wyświetlaczu jest pokazywany komunikat przypominający logo „AVT”. Kalibracja jest przeprowadzana raz, po włączeniu zasilania. Późniejsze restarty nie wywołują kalibracji. Po kalibracji napięcie wyjściowe zostaje załączone, a na wyświetlaczu zostaje pokazana wartość napięcia wyjściowego oraz świeci się zielona dioda LED D2. Po naciśnięciu przycisku S2 jest wyświetlana wartość prądu pobieranego przez obciążenie. W tej sytuacji również świeci się czerwona dioda LED D3. Przycisk S4 włącza wyświetlanie napięcia wejściowego. W takim wypadku nie świeci się żadna dioda. Przycisk S1 wyłącza napięcie wyjściowe. Wyświetlacz zaczyna migotać i zostaje wyświetlona wartość ograniczenia prądowego ustawianego potencjometrem P3. Napięcie wyjściowe jest załączane po naciśnięciu S2 lub S3. Przekroczenie dopuszczalnego prądu jest sygnalizowane migotaniem wyświetlacza oraz równoczesnym świeceniem (bardzo szybkim miganiem) diod LED. Należy mieć na uwadze, że w wypadku przekroczenia ustawionego prądu układ nie przechodzi w tryb stabilizacji prądu, tylko jest on cyklicznie wyłączany i włączany próbkując prąd obciążenia. Ze względu na przyjęty sposób ograniczenia prądu, podczas testowania zasilacza nie należy stosować żarówki, ponieważ jej zimne włókno ma bardzo małą rezystancję. Spowoduje to dużą histerezę ograniczenia prądowego i moduł będzie działał jak stabilizator z ograniczeniem prądowym z tak zwanym podcięciem.

rys3Oprogramowanie

Źródła programu dostępne są w materiałach dodatkowych. Najistotniejsze są początkowe deklaracje:

//#define  AUTO_OFF

Wyłącza przełączanie zakresów przy pomiarze napięcia wyjściowego. Gdy wartości dzielników napięcia wyjściowego nie będą precyzyjne nastąpi „przeskakiwanie” wartości napięcia przy zmianie zakresu. Usunięcie komentarza deklaracji wyłączy tą niedogodność kosztem pogorszenia precyzji pomiaru napięcia do 10 V.

//#define  POWER_OFF

Usunięcie komentarza deklaracji spowoduje, że po restarcie nie pojawi się napięcie wyjściowe do czasu naciśnięcia S2 lubb S3.

Pozostałe deklaracje mogą być przydatne przy przenoszeniu kodu na inny mikrokontroler:

#define  VREF       1.1    // Wartość napięcia odniesienia
#define  RPOMI      0.33   // Wartość rezystora mierzącego prąd w omach
#define  STOSUNEK_i 4.7    // Stosunek rezystorów we wzmacniaczu różnicowym: 4 dla 30/10k; 5.7 dla 47/10k
#define  UoampL     5      // Prąd w 10ms poniżej którego wyświetlamy zera (minimalne napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego)
#define  STOSUNEK_H 48     // Stosunek rezystancji R6/R11 i R6/R13: 48 dla 47k/1k
#define  STOSUNEK_L 9.80   // Stosunek rezystancji R7/R12: 10 dla 18k/2k; 9.8 dla 9,1/1k

Uwagi

Jak wspomniano, przyjęty sposób pomiaru prądu nie jest doskonały. Powoduje to niestabilne wskazania na wyświetlaczu. Pomiar prądu ma bezpośredni wpływ na działanie ograniczenia prądowego. Problem nasila się w dwóch wypadkach: wysokie napięcie wyjściowe stabilizatora i pomiar prądu o małym natężeniu. Pomiar prądu o natężeniu do 500 mA, jeśli napięcie wyjściowe przekracza 15 V jest niedokładny. Znaczna zmiana napięcia wejściowego wymaga autokalibracji. Należy to mieć na uwadze, jeśli to napięcie mogłoby ulegać znacznym zmianom. Te niedogodności można zlikwidować zmieniając budowę urządzenia, ale to będzie miało wpływ na jego cenę i wymiary. Dokładność pomiaru można zwiększyć wymieniając wzmacniacz operacyjny na inny z wyjściem rail-to-rail, zasilany napięciem Vin, zmieniając wzmocnienie wzmacniacza oraz „#define STOSUNEK_i” w kodzie źródłowym.

Przyszłość

Mam w planach opracowanie i budowę zasilacza o następujących parametrach:

- precyzyjniejszy pomiar prądu,
- dwukolorowy wyświetlacz LED zmieniający kolor zależnie od mierzonej wielkości,
- buzzer sygnalizujący przekroczenie prądu lub brak stabilizacji napięcia,
- wyjście na interfejs USB izolowany galwanicznie co da dodatkowe możliwości takie jak:
- konfiguracja funkcji on/off po włączeniu zasilania,
- ustawienie progu sygnalizacji zbyt dużego lub małego nap wyjściowego,
- ustawienie progu sygnalizacji  napięcia wejściowego,
- wyniki pomiaru na USB (wirtualny wyświetlacz, wykres parametrów).

W sprawie projektu nowszej wersji urządzenia proszę o e-maile.

ES2, EP

Pozostałe artykuły

Magic Matrix (2). Budowa sterownika magicznie kolorowego wyświetlacza

Numer: Listopad/2017

Przygotowanie projektu magicznie kolorowego zegara typu smartwatch od strony elektronicznej wymagało sporo przemyśleń, nie tylko pod kątem podstawowych zasad elektroniki, lecz także funkcjonalności tzw. interfejsu użytkownika. Pod tym pojęciem kryją się zagadnienia związane chociażby z obsługą przycisków, odbiornika podczerwieni, aby można było użyć do sterowania tzw. pilota czy fotorezystor odpowiedzialny za automatyczną regulację ...

Modułowy odbiornik nasłuchowy na pasma 80 m i 40 m "Dosia" (3)

Numer: Listopad/2017

W poprzednich artykułach opisano budowę i sposób wykonania urządzenia w wersji, która pozwala na uruchomienie odbiornika i przeprowadzenie nasłuchu łączności. W bieżącym artykule opisano sposób montażu i strojenia poszczególnych modułów.

Sekwencyjny kierunkowskaz dynamiczny

Numer: Listopad/2017

Taki kierunkowskaz jest przez niektórych uważany za zbędny i nieładny gadżet, jednak pomijając sprawę gustu trzeba przyznać, że jego działanie przykuwa uwagę i przez to może się przyczynić do poprawy bezpieczeństwa na drodze, bo jeśli coś zwraca uwagę, to trudno to przeoczyć. Mowa o kierunkowskazach, które złożone są z linijki diod LED, w której poszczególne diody są zaświecane sekwencyjnie tworząc ?falę świetlną?. Rekomendacje: ...

Multizasilacz

Numer: Październik/2017

Podstawowym przyrządem niezbędnym w pracowni elektronika konstruktora jest zasilacz. Przyrząd opisywany w artykule wytwarza kilkanaście najbardziej popularnych napięć zasilających, w tym jedno regulowane. Dużą zaletą zasilacza jest galwaniczne oddzielenie większości napięć od siebie oraz kontrola i wyświetlanie faktycznego napięcia na zaciskach wyjściowych. Ponadto, otrzymujemy informacje o poborze prądu na poszczególnych wyjściach. ...

Słoneczna ładowarka akumulatorów LiFePo4

Numer: Październik/2017

Przedstawiona w artykule ładowarka jest przeznaczona do ładowania pakietu akumulatorów ?LiFePO4 2S 1.8Ah prądem pozyskiwanym z ogniwa fotowoltaicznego. Ładowarka bazuje na układzie scalonym typu LTC3652HV będącym uniwersalnym sterownikiem ładowarki akumulatorów, przystosowanym do zasilania z panelu fotowoltaicznego PV. Rekomendacje: ładowarkę warto zabrać ze sobą na wyprawy w teren, biwak itp.

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Listopad 2018

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym