Zasilacz ze sterowaniem cyfrowym.pdf

PROJEKTY CZYTELNIKÓW

Dodatkowe materiały >>

Dział „Projekty Czytelników” zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze od-

powiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż sprawdzamy

poprawność konstrukcji.

Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie, że

artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację w tym dziale

wynosi 250,– zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie prawo do dokonywania

skrótów.

Zasilacz ze sterowaniem cyfrowym

O tym jak bardzo potrzebny

jest w warsztacie elektronika

zasilacz chyba nikogo nie

trzeba przekonywać. Wiele tego

typu projektów prezentowano

na łamach różnych czasopism,

jednak przeważnie były to

tradycyjne zasilacze analogowe.

Postanowiłem połączyć

technikę analogową z cyfrową

i zbudować układ łączący

w sobie elastyczność sterowania

cyfrowego z analogowymi

elementami wykonawczymi.

Projekt

175

Zasilacz jest zbudowany z łatwo dostęp-

nych elementów. Jego sercem jest mikrokon-

troler z rodziny AVR. Zbudowałem go na

własne potrzeby, w celu ułatwienia sobie

pracy w moim warsztacie. Odkąd go mam,

to już w pełni zdaje sobie sprawę z tego jak

bardzo był mi potrzebny. Każde z wyjść ma

zabezpieczenie przed przeciążeniem, a na-

pięcie jest cały czas kontrolowane i utrzymy-

wane na poziomie napięcia zadanego. Zasi-

lacz został wyposażony w różnego rodzaju

sygnalizatory i opcje podwyższające komfort

jego użytkowania, których nie mają zasilacze

sterowane analogowo.

Strukturę menu użytkownika przedsta-

wiono na rys. 1 . Tuż po załączeniu zasilacza

na wyświetlaczu zostaną wyświetlone ko-

lejno: numer wyjścia, zadane napięcie oraz

aktualny stan wyjścia (OFF – wyjście wyłą-

czone; zawsze po włączeniu zasilacza). Włą-

czenie wyjść odbywa się poprzez wciśnięcie

na klawiaturze „*”. Jej wciśnięcie spowodu-

je zgaszenie kursora pokazującego pozycję

wprowadzania nowego napięcia – będzie

o tym mowa w dalszej części artykułu. Póź-

niej należy wcisnąć jeden z klawiszy odpo-

wiadający numerowi wyjścia „1”, „2” lub „3”

(3 – oba wyjścia). Jeżeli chcemy zrezygnować

z załączenia wyjścia, to należy wcisnąć „#”.

Analogicznie jest z wyłączaniem wyjść, tyl-

ko zamiast „*” należy wcisnąć „#” a potem

numer wyjścia.

Na wyświetlaczu, w miejscu aktualnego

stanu wyjścia, mogą także pojawić się nastę-

pujące komunikaty:

!ERR – co oznacza ze nie da się ustawić

zadanego napięcia wyjściowego z powodu

zbyt niskiego napięcia zasilającego

AUTO – sygnalizuje odliczanie czasu au-

to-włączenia wyjścia (może mu towarzyszyć

dźwięk brzęczyka; ustawiane w opcjach).

Gdy zaprogramowany maksymalny prąd da-

nego wyjścia zostanie przekroczony, to wyj-

ście natychmiast wyłączy się i nastąpi od-

liczanie czasu (programowanego w menu),

po którym nastąpi automatyczne załączenie

wyjścia. Jeżeli po auto-włączeniu w ciągu

około 3 s kolejny raz nastąpi przekroczenie

Program sterujący

Większa część programu sterującego na-

pisana jest w Bascomie, ale niektóre fragmen-

ty programu napisane są w asemblerze po to,

aby przyśpieszyć czas realizacji krytycznych

czasowo fragmentów programu.

PODSTAWOWE PARAMETRY

• 2 wyjścia (regulowane oddzielnie),

• maksymalny prąd każdego z wyjść 4,65 A, regulo-

wany z krokiem co 0,01 A,

• napięcie wyjściowe regulowane w zakresie

2,5…25,5V z krokiem co 0,1 V,

• soft start (umożliwiający podłączenie np. silników)

Rys. 1. Struktura menu

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2009

Zasilacz ze sterowaniem cyfrowym

Rys. 2. Schemat ideowy zasilacza

maksymalnego prądu, to wyjście zostanie

wyłączone na stałe. Będzie je można włączyć

tylko poprzez wciśnięcie „*” i jego numeru.

0.00A – aktualnie pobierany prąd

Gdy znajdujemy się w menu głównym

(czyli tuż po uruchomieniu zasilacza) i wci-

śniemy dwukrotnie „*”, to spowoduje to

przejście do do menu opcji (wyjścia samo-

czynnie wyłączą się). Strzałkami  ,  wy-

bieramy opcje, które chcemy zmienić i wci-

skamy „*”. Następnie wprowadzamy zmiany

i zatwierdzamy „*” Wyjątkiem jest wprowa-

dzanie czasu auto-włączenia. Ustawia się go

bezpośrednio za pomocą strzałek  ,  i za-

twierdza „*” Max. możliwa wartość to 8,4 s

(33 ms×255).

Zmiana napięcia na wyjściu odbywa się

poprzez bezpośrednie wprowadzenie jego

nowej wartości za pomocą cyfr z klawiatury

lub za pomocą strzałek  ,  , które zwiększa-

ją lub zmniejszają wartość napięcia o jedną

jednostkę. Wszystkie zmiany dokonywane

są na pozycji aktualnie wskazywanej przez

kursor.

sterowania umożliwia podłączenie np. silni-

ków bez konieczności zwiększania wartości

natężenia prądu, przy którym ma zadziałać

zabezpieczenie nadprądowe (bo jak wiado-

mo zatrzymany silnik w pierwszym momen-

cie podłączenia stanowi prawie zwarcie)

piecia. Jeżeli napięcie na wyjściu różni się

od napiecia zadanego, to wypełnienie tego

sygnału zmienia się (rośnie lub maleje) o 1/

1024 w zależności od tego, czy napiecie jest

za niskie, czy za wysokie. Po zmianie wy-

pełnienia mikrokontroler porównuje bieżące

napięcie wyjściowe z zadanym i jeżeli są one

różne, to ponownie dokonuje zmiany wypeł-

nienia sygnału PWM. Tak aż do skutku.

Sygnał o zmiennym wypełnieniu poda-

wany jest na układ całkujący (R3, C1), gdzie

zostaje uśredniony, a następnie na wzmac-

niacz operacyjny (U7A) pracujący w konﬁ-

guracji nieodwracającej, o wzmocnieniu ok.

6 razy. W związku z tym, że sygnał PWM ma

rozdzielczość 10 bitów, to napięcie podawa-

ne na wejście wzmacniacza można zmieniać

z dokładnością około 4,88 mV w zakresie

0…5 V. Po wzmocnieniu jest ono podawane

na doprowadzenie ADJ regulowanego stabili-

zatora napięcia LM317 (U3). W podstawowym

układzie pracy ( rys. 3 ) napięcie wyjściowe

stabilizatora wyznaczane jest przez stosunek

napięć na rezystorach R2, R1. W zasilaczu

rolę rezystora R1, na którym odkłada się na-

pięcie, spełnia wzmacniacz U7A, którego na-

pięcie wyjściowe jest regulowane za pomocą

sygnału PWM. Stabilizator U3 pełni tu tylko

rolę układu sterującego tranzystor mocy T1

(BD243C). Stabilizatora nie trzeba mocować

na radiatorze, ponieważ maksymalny prąd

Opis układu

Schemat ideowy zasilacza przedstawio-

no na rys. 2 . Jak wspomniano wcześniej, ser-

cem zasilacza jest mikrokontroler z rodziny

AVR – ATMega8. Źródłem sygnału zegarowe-

go jest oscylator RC mikrokontrolera o czę-

stotliwości 8 MHz. (domyślna częstotliwość

oscylatora to 1 MHz, więc należy ją zmienić

za pomocą bitów CKSEL3..0).

Napięcie odniesienia potrzebne do pracy

przetwornika A/C wytwarza układ zbudowa-

ny z elementów R19, R23, R25, P1 i regulo-

wanej diody Zenera TL431, która w tej konﬁ-

guracji dostarcza napięcie 2,5 V. Napięcie to

podawane jest na dzielnik rezystorowy, który

należy za pomocą potencjometru P1 ustawić

tak, aby na jego wyjściu uzyskać 1,023 V.

Przetwornik AC pracuje z rozdzielczością 10-

-bitów, więc otrzymujemy 1 mV/jednostkę.

Sposób regulacji napięcia zostanie omó-

wiony na przykładzie jednego z wyjść – dru-

gie działa identycznie. Na nóżce 16 (OC1B)

mikrokontrolera pojawia się sygnał PWM,

którego wypełnienie zależy od zadanego na-

Soft start

Zasilacz wyposażony jest w układ tzw.

„miękkiego startu”. Za każdym razem po za-

łączeniu wyjścia, napięcie na nim jest mini-

malne i po ułamku sekundy w sposób linio-

wy rośnie do wartości zadanej. Taki sposób

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2009

PROJEKTY CZYTELNIKÓW

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R2: 5,1 k V

R3, R6, R9, R10: 10 k V

R4, R7: 220 V

R5, R8: 47 V

R11, R12: 0,22 V /5 W

R13, R17: 27 k V

R14, R18, R26…R28: 1 k V

R19: 4,3 k V

R20: 10 V

R22: 100 V

R23: 2,2 k V

R25: 5,6 k V

R29…R36: 510 V

P1: 2 k V

P2: 10 k V

Kondensatory

C1, C2: 1 m F

C3: 330 nF

C4, C5: 10 m F

C6: 100 nF

Półprzewodniki

D1, D2: 1N4001

U1: ATMEGA8-16PU

U3, U4: LM317

U5: 78L12

U6: 78L05

U7: LM358N

T1, T2: BD243C

T3, T4, T7: BC547B

Z3: TL431

Inne

BRZ1: piezzo z generatorem 5 V

RLY1, RLY2: przekaźnik 12 V (min. 5 A)

ARK1…ARK3: podwójne złącze śrubowe

ARK5, ARK6: potrójne złącze śrubowe

ZLACZKA1: złącze na goldpin 1×12 (pod

LCD)

ZLACZKA2: złącze na goldpin 1×8 (pod

klawiaturę)

Podstawki: DIL28, DIP8

Klawiatura matrycowa 4×4

Wyświetlacz LCD 2×16 (zgodny

z HDD44780)

jaki pobierany jest z wyjścia układu to ok.

15 mA, a co za tym idzie, moc która jest na

nim tracona nie przekracza 1 W. Sposób pod-

łączenia tranzystora T1 do złącza śrubowego

ARK5 przedstawiono na rys. 4 .

ściowego zasilacza. Prąd pobierany z zasi-

lacza przepływa także przez rezystor R11.

Spadek napięcia na tym rezystorze jest miarą

płynącego prądu.

Maksymalna dopuszczalna moc strat dla

tranzystora BD243C to 65 W. Oznacza to, że

maksymalny prąd (4,65 A) możemy pobrać

z zasilacza jeżeli różnica pomiędzy napię-

ciem wejściowym i wyjściowym zasilacza

(czyli napięcie pomiędzy kolektorem i emi-

terem tranzystora) nie przekracza 14 V. (P=

U CE ×I E ). Tranzystory muszą być zamontowa-

ne na odpowiednich radiatorach, a Napięcie

wejściowe nie może być większe niż 37 V.

Adrian Paradowski

albercik_k-ce@o2.pl

Montaż

Układ zmontowano na dwustronnej płyt-

ce drukowanej. Jego montaż nie powinien

nastręczyć żadnych trudności. Kondensatory

C3…C6 przylutowano od spodu, bezpośred-

nio do nóżek elementów. Kondensatory C4,

C5 tłumią zakłócenia impulsowe (w postaci

szpilek napięcia). Są one konieczne i bez

nich układ nie jest w stanie poprawnie stabi-

lizować napięcia.

Rezystory R17, R18 tworzące dzielnik

napięcia, umożliwiają pomiar napięcia wyj-

Rys. 3. Podstawowa aplikacja LM317

Rys. 4. Podłączenie T1 do złącza ARK5

Rys. 5. Schemat montażowy zasilacza

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 6/2009

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: