2010.08_Tester zasilacza.pdf

2953

Tester zasilania

Do czego to służy?

Idea stworzenia testera zasilania powstała pod-

czas pracy nad sterownikiem zawierającym

zegar RTC. Konieczne było sprawdzenie, czy

funkcjonuje on prawidłowo przy zaniku zasila-

nia. Co więcej, wykorzystana wtedy magistrala

I 2 C jest podatna na błędy, gdyż przerwanie

transmisji w połowie (np. na skutek odłączenia

zasilania) może sprawić, że kolejne odczyty

godziny nie będą prawidłowe. Potrzebowałem

wtedy możliwości zmęczeniowego testowania

urządzenia (przez kilka godzin), polegającego

na włączaniu i wyłączaniu go w losowych

odstępach czasu. Z oczywistych względów

nie miałem zamiaru siedzieć przy biurku parę

godzin i zajmować się wsadzaniem oraz wycią-

ganiem wtyczki zasilania. Stworzyłem wtedy

bardzo prostą wersję testera, który „losował

czas”. Zadanie 167 postawione w Szkole

Konstruktorów z EdW 6/2010 było dobrą oka-

zją do dodania nowych funkcji, narysowania

schematu i zaprojektowania płytki drukowanej.

Tester może także pracować jako bardzo prosty

generator przebiegu ustawionego przez użyt-

kownika.

Urządzenie ma trzy tryby pracy: zasila-

nie na wyjściu może być włączone na stałe,

włączać się i wyłączać co określony czas

lub pracować (pseudo)losowo. Potencjometr

pozwala regulować napięcie wyjściowe, więc

urządzenie może pracować jako prosty, stabi-

lizowany zasilacz impulsowy.

Oprogramowanie sterujące pracą urządze-

nia zostało napisane w języku C++ (AVR

Studio + GCC WinAVR). Kod źródłowy i plik

wynikowy zostały udostępnione w Elportalu.

Jak to działa?

Schemat urządzenia został przedstawiony na

rysunku 1 . W bloku zasilania pracują dwie

przetwornice impulsowe. R103 i R104 stano-

wią zabezpieczenie nadprądowe, wyznaczają

maksymalny pobór prądu przez obciążenie.

Po jego przekroczeniu nastąpi odcięcie zasi-

lania. Prąd ten jest w przybliżeniu równy

0,3V/x, gdzie x to wypadkowa rezystan-

cja. Mostek prostowniczy i kondensator

C101 umożliwiają zasilanie także napięciem

przemiennym lub niestabilizowanym. U201

to przetwornica „użytkownika” o napięciu

wyznaczonym przez R201, R202. Dla reali-

zacji założonych funkcji testera dodany został

tranzystor T201, który umożliwia odcinanie

napięcia wyjściowego. Bardziej intuicyjne

byłoby zastosowanie tranzystora typu P, ale

wtedy byłyby problemy z jego sterowaniem

– wybrałem więc najprostsze wyjście.

Rezystory R207, R208 są dzielnikiem

napięcia wyjściowego do poziomu akcepto-

wanego przez przetwornik ADC.

Dwa stabilizatory są niezbędne, gdyż

regulowane napięcie nie może zasilać części

cyfrowej. Rozważałem zastosowanie linio-

wego stabilizatora 7805, ale ze względu na

znaczący prąd pobierany przez podświetlanie

wyświetlacza i spodziewane napięcie zasilania

dochodzące do 30V uznałem, że straty byłyby

nieakceptowalnie duże. Ostatecznie zdecydo-

wałem, że najlepszym wyjściem będzie drugi,

niezależny stabilizator impulsowy.

Urządzenie zostało wyposażone w

wyświetlacz LCD 2x16. Tranzystor T301

został przeznaczony do sterowania podświet-

leniem, które jest automatycznie odłączane,

gdy użytkownik nic nie robi przez dłuższy

czas. Pracą urządzenia steruje mikrokontroler

ATmega88. Uznałem, że czas powinien być

odmierzany możliwie dokładnie, co przeło-

żyło się na zastosowanie rezonatora kwar-

cowego, a nie wewnętrznego obwodu tak-

tującego RC. Elementy ZW1 0R, ZW2 0R,

itd. są zworkami w obudowie 1206. Dzięki

temu można dokonać automatycznej weryfi-

kacji zgodności schematu z zaprojektowanym

obwodem drukowanym.

Montaż i uruchomienie

Urządzenie zostało przysto-

sowane do montażu w obudo-

wie KM-75. Zamiast typowych

mikroswitchy warto wykorzy-

stać przyciski z gwintowanym

korpusem, można wtedy włożyć

je do wywierconych otworów

i przykręcić nakrętkami – licz-

ba pojedyncza jest nielogiczna,

trzy przyciski do jednego otwo-

ru? Raczej nie :), co znaczą-

co upraszcza montaż. Do diody LED warto

zastosować oprawkę. Zarówno zasilacz, jak

i napięcie wyjściowe są dołączone do złączy

śrubowych.

Rysunek 2 ilustruje płytkę drukowaną.

Lutowanie warto rozpocząć od elementów

SMD, następnie wlutować najmniejsze pod-

zespoły w przewlekanych obudowach (zwor-

ki, diody) i zostawić największe na koniec.

Wyświetlacz LCD został przymocowany do

płytki drukowanej przy pomocy plastikowych

tulejek dystansowych bez wewnętrznego

gwintu i długich śrub 2,5mm lub ostatecznie

3mm. Otwory w płytce pasują do występów-

tulejek w obudowie KM-75. Należy jednak

UWAŻAĆ, aby nie dociskać zbyt mocno

płytki drukowanej śrubami ani pokrywką, w

moim przypadku skończyło się to uszkodze-

niem większej cewki (jest minimalnie więk-

sza niż wysokość tulejek) i mikrokontrolera,

najprawdopodobniej na skutek powstałego w

ten sposób zwarcia.

Przed rozpoczęciem pracy należy wgrać

oprogramowanie ściągnięte z Elportalu.

Należy ustawić również fusebits zgodnie z

rysunkiem 3 . Do programowania procesora

przewidziano interfejs ISP - JP301

Napięcie wyjściowe przetwornicy można

regulować dostępnym z zewnątrz potencjo-

metrem, dolutowanym za pomocą przewodów

w miejsce rezystora R201. W modelu użyty

został potencjometr logarytmiczny 100kΩ,

dzięki czemu regulacja w zakresie niskich

napięć jest dokładniejsza. Potencjometr

220k

Elektronika dla Wszystkich

Sierpieñ 2010

pozwoli uzyskać napięcia wyjścio-

we do 25V, jeżeli napięcie zasilające będzie

wynosiło 30V DC.

+5V

ZW3

ZW1

D201

1N5818

R204

R205

R206

U302

LCD_PODSW

U201

MC34063A

L201

220u

C308

10u

SWC

DRC

C201

C 202

C203

C204

LCD

Z201

Uout

SWE

Ipk

+5V

VCC

+5V

C205

470p

R201

33k

GND

CII

T301

BC847

1 00u

R207

22k

1 00u

1 00n

T201

BUZ11

C307

100n

+5V

R301

330R

R203

270R

R208

D202

5V1

R202

10k

D101

1N4007

D102

1N4007

Z101

~9...24V

PR301

10k

PWR

V_OUT

C102

100n

ZW4

+5V

D103

1N4007

D104

1N4007

C 101

1000u/35V

C104

100u

R303

10k

C107

C106

C105

D105

1N5818

U101

MC34063A

ZW2

R103

R104

JP301

ISP

L101

220u

+5V

XTAL1

XTAL2

Q301

8MHz

100n

100u

SWC

DRC

1R5

+5V +5V +5V

MOSI

MISO

RESET

+5V

SWE

Ipk

C 306

C 301

C 302

C 303

VCC

C305

22p

R102

3,3k

C103

470p

GND

CII

U301

ATMEGA88

SCK

2 2p

1 00n

+5V

LIGHT

RESET

PD3(INT1)

PD2(INT0)

R101

PD4(XCK/T0)

PD1(TXD)

Rys. 1 Schemat ideowy

+5V

GND

PD0(RXD)

VCC

PC6(RESET)

ENA

GND

PC5(ADC5/SCL)

Rys. 2 Płytka drukowana

VCC

PC4(ADC4/SDA)

XTAL1

XTAL2

PB6(XTAL1/TOSC1)

PC3(ADC3)

PB7(XTAL2/TOSC2)

PC2(ADC2)

PD5(T1)

PC1(ADC1)

LED

PD6(AIN0)

PC0(ADC0)

V_OUT

PD7(AIN1)

ADC7

PWR

D301

LED

PB0(ICP)

GND

R302

1 k

PB1(OC1A)

AREF

LED

PB2(SS/OC1B)

ADC6

MOSI

PB3(MOSI/OC2)

AVCC

+5V

MISO

C304

100n

PB4(MISO)

PB5(SCK)

SCK

Obsługa urządzenia

Urządzenie może być zasilane napięciem

zmiennym lub stałym z zakresu od około 9V do

24V (stałym nawet ponad 30V). Maksymalne

napiecie Uout na wyjściu Z201 jest uzależnio-

ne od napięcia wejściowego. Aby np. otrzymać

maksymalne napięcie na wyjściu wynoszące

13,5V, konieczne jest zasilenie układu napię-

ciem około 18V DC lub wyższym.

Podświetlenie wyświetlacza jest wyłączane

automatycznie, jeżeli użytkownik nie wykona

żadnej czynności przez około 1,5 minuty.

W pierwszej linii LCD wyświetlane są

komunikaty urządzenia, zależne od stanu jego

pracy (ustawiane czasy, napięcie wyjściowe,

etc.), natomiast druga linia stanowi opis kla-

wiatury. Po włączeniu zasilania domyślnie

pokazywane jest napięcie wyjściowe urzą-

dzenia ustawione potencjometrem. W drugiej

linii pokazuje się napis „USTAW TEST ON”.

Przyciski mają następujące funkcje:

• S3 – pozwala skonfigurować urządzenie,

•

Napięcie na wyjściu może

być włączane i wyłączane

w sposób okresowy bądź

pseudolosowy. Konfiguracja

odbywa się poprzez naciśnię-

cie przycisku USTAW (S3),

co spowoduje wyświetlenie

kolejnego menu. Można w

nim wybrać przyciskiem

Nast. (S3) sygnał: losowy

bądź okresowy. Wybór akceptuje się przyci-

skiem OK (S1). W zależności od wybranego

trybu program poprosi o podanie dwóch lub

czterech parametrów z podanych poniżej:

•

TON

wyzerowanie parametru i będzie można go usta-

wić jeszcze raz. Warto zauważyć, że parametry

TOFFmax i TONmax nie zawsze są zerowane,

gdyż po przekroczeniu zakresu, nadawana jest

im wartość odpowiadająca wartościom, odpo-

wiednio, TOFFmin i TONmin . Ma to na celu

zapobiec sytuacji, w której zostanie ustawiony

zły przedział. Nie może być tak, że czas będzie

losowany z przedziału 20...1s, gdyż jest to nie-

logiczne. Czas musi być losowany z przedziału

1...20s. Dzięki takiemu podejściu ustawienie np.

TONmin na 10s spowoduje, że czas TONmax

nie może być mniejszy niż 10s.

Ustawioną wartość zatwierdza się przy-

ciskiem OK (S1). Spowoduje to przejście

do konfiguracji następnego parametru lub

wyświetlony zostanie komunikat

TOFF – czas, przez jaki zasilanie na wyj-

ściu jest wyłączone (sygnał okresowy),

– przedział czasu, z

jakiego ma być losowany czas podawania

zasilania na wyjście (sygnał losowy),

•

TONmin

TONmax

TOFFmin i TOFFmax – przedział czasu, z

jakiego ma być losowany czas wyłączenia

zasilania (sygnał losowy).

W pierwszej linii wyświetlana jest nazwa kon-

figurowanego parametru oraz jego wartość.

Wartość ta może być zwiększana przyciskiem

S3 o krok odpowiadający temu, co jest wyświet-

lane nad przyciskiem. Krok może być zmie-

niony za pomocą S2 na jedną z następujących

wartości: 1ms, 10ms, 100ms, 1s bądź 20s. Nie

ma możliwości zmniejszenia ustawianej warto-

ści, gdyż zabrakło przycisków dla tej funkcji.

W przypadku pomyłki należy przełączyć się

na zakres +20s (bo tak będzie najszybciej) i

naciskać S3 do chwili przekroczenia zakresu

który wynosi 299s i 999ms. Spowoduje to

S2 – rozpoczyna testowanie,

• S1 – włącza napięcie na wyjściu, w tym try-

bie tester pracuje jak zwykły zasilacz.

Urządzenie zawiera prosty mechanizm

bezpieczeństwa: jeżeli napięcie wyjściowe

ulegnie zmianie o więcej niż 500mV, pod-

czas gdy zasilanie jest włączone, to nastąpi

jego automatyczne wyłączenie. Funkcja ta ma

zapobiegać uszkodzeniu dołączonego urzą-

dzenia wskutek przypadkowego poruszenia

gałką potencjometru.

Wykorzystanie układu w roli zasilacza

wymaga jedynie naciśnięcia przycisku S1,

który włącza i wyłącza napięcie wyjściowe,

co sygnalizują napisy ON oraz PWR OFF .

Zapisano,

jeżeli konfigurowany parametr był ostatnim.

Po potwierdzeniu przyciskiem OK (S1) nastą-

pi powrót do menu głównego. Po naciś-

nięciu przycisku

(S2) rozpocznie się

testowanie sygnałem okresowym bądź loso-

wym zgodnie z tym, co zostało ustawio-

ne. Testowanie spowoduje wyświetlenie w

pierwszej linii czasu, jaki pozostał do zmiany

stanu wyjścia (włączenia bądź wyłączenia

zasilania). W drugiej linii pojawia się wyra-

TEST

Sierpieñ 2010

Elektronika dla Wszystkich

– czas, przez jaki zasilanie na wyjściu

jest włączone (sygnał okresowy),

•

TESTMODULE_

TIMER_INIT_VALUE (131)

– jest to wartość ładowana do

licznika T0 w każdym przerwa-

niu, dzięki czemu można okre-

ślić częstotliwość jego zgłaszania,

wyznacza się ją jako 256-(F_CPU/

preskaler/1000), po przekształce-

niu wzoru i podstawieniu wartości

domyślnej można stwierdzić, że

odpowiada ona jednej milisekun-

dzie; preskaler wynosi 64, gdyż

tak jest skonfigurowany licznik,

•

VOUT_MEAN_

SAMPLE_NUMBER (4) – okre-

śla z ilu próbek wyliczać wartość

napięcia wyjściowego, większa

liczba próbek wpływa na dokład-

ność, ale wynik pomiaru jest

rzadziej aktualizowany, wpisa-

nie jedynki spowoduje, że wynik

będzie szybko przeskakiwać, co zmniejszy

jego czytelność,

Rys. 3

żenie Test... , które akurat w tym przypadku

nie jest przypisane do przycisku – naciśnięcie

S3 nie spowoduje żadnej reakcji. Przerwać

testowanie można poprzez naciśnięcie

•

VOUT_R207 (22000) – wartość rezy-

stora R207 w omach,

(S1) bądź zmianę napięcia potencjometrem o

więcej niż 500mV.

Oprogramowanie jest tak napisane, że po

wejściu do menu ustawień i bezczynności

trwającej około półtorej minuty nastąpi auto-

matyczny powrót do głównego ekranu.

Dioda LED D301 sygnalizuje, kiedy

napięcie jest obecne na wyjściu, jeżeli będzie

włączony test, to będzie ona migać ade-

kwatnie do ustawionych okresów włączenia i

wyłączenia zasilania.

STOP

•

VOUT_R208 (1000) – wartość rezysto-

ra R208 w omach,

•

VOUT_UREF (1100) – napięcie referen-

cyjne przetwornika ADC, jest ono wytwa-

rzane przez wewnętrzne źródło procesora,

zmieniając jego wartość, można dokonać

kalibracji ADC i zwiększyć dokładność

pomiarów,

•

VOUT_DELTA_LCD_ON (500) – względ-

na zmiana napięcie w mV, która spowoduje

włączenie podświetlenia LCD oraz odłączy

zasilanie od wyjścia,

Możliwości zmian

W pliku devlib.h znajdują się parametry

definiujące pracę urządzenia. Zmiana ich

wartości umożliwi dostosowanie urządzenia

do własnych potrzeb. Najważniejsze z nich

•

KEYBOARD_TIMEOUT (1600) – jest to

wartość decydująca o czasie dopuszczalnej

bezczynności, im stała ta jest większa,

tym dłuższy czas może upływać pomiędzy

kolejnymi naciśnięciami przycisku, w przy-

bliżeniu czas bezczynno-

ści wynosi KEYBOARD_

TIMEOUT*65ms.

Zmiana któregokol-

wiek z parametrów będzie

wymagała rekompilacji

kodu źródłowego i prze-

programowania mikro-

kontrolera.

Zastosowane rezystory

R207 i R208 umożliwiają

pomiar napięcia do około

25V, co powinno zapewnić

wymagany zakres nawet po

zastosowaniu potencjome-

tru o oporności 220kΩ.

Wykaz elementów

Rezystory

R101,R208,R302 1k Ω 0805

R102 . . . . . . . . . . . . . . . . 3,3k Ω 0805

R103,R104 . . . . . . . . . . . . 1,5 Ω 1206

R201 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33k Ω

R202,R303 . . . . . . . . . . . . 10k Ω 0805

R203 . . . . . . . . . . . . . . . . .270 Ω 1206

R204-R206 . . . . . . . . . . . . . .1 Ω 1206

R207 . . . . . . . . . . . . . . . . . 22k Ω 0805

R301 . . . . . . . . . . . . . . . . .330 Ω 0805

PR301 . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k Ω P R

Kondensatory

C101 . . . . . . . . . . . . . . . . 1000 μ F/35V

C102,C107, C204,C301-C304,C307

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100nF 0805

C103,C205 . . . . . . . . . . . 470pF 0805

C104-C106,C201-C203. . . . . . .100 μ F

C305,C306 . . . . . . . . . . . . 22pF 0805

C308 . . . . . . . . . . 10 μ F tantalowy smd

Półprzewodniki

D101-D104 . . . . . . . . . . . . . . .1N4007

D105,D201 . . . . . . . . . . . . . . .1N5818

D202 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5V1

D301 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LED

T201 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BUZ11

T301 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC847

U101,U201 . . . . . . . . MC34063A SO8

U301 . . . . . . . . . . . . . . . . . .ATmega88

U302 . . . . . . . . . . . . . . LCD_HD44780

Pozostałe

JP301 . . . . . . . . . . . . . . . . . .ISP sip-6

L101 . . . . . . . . . . . . 220 μ H DL22-330

L201 . . . . . . . . . . . . 220 μ H DL50-220

Q301 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8MHz

Z101,Z201 . . . . . . . . . . . . . . . . . .ARK2

ZW1-ZW4 . . . . . . . . . . . . . . .0 Ω 1206

Jakub Borzdyński

jakub.borzdynski@

elportal.pl

Płytka drukowana jest dostępna

w sie ci han dlo wej AVT ja ko kit szkolny AVT-2953.

Elektronika dla Wszystkich

Sierpieñ 2010

to (w nawiasie podano wartości

domyślne):

•

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: