Zaloguj
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.
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.
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
