2010.08_Tester zasilacza.pdf
(
968 KB
)
Pobierz
451452787 UNPDF
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
53
pozwoli uzyskać napięcia wyjścio-
we do 25V, jeżeli napięcie zasilające będzie
wynosiło 30V DC.
Ω
+5V
ZW3
ZW1
D201
1N5818
R204
R205
R206
U302
LCD_PODSW
U201
MC34063A
L201
220u
C308
10u
0R
0R
1
8
SWC
DRC
C201
C
202
C203
C204
2
7
1R
1R
1R
LCD
Z201
Uout
SWE
Ipk
15
3
6
A
+5V
TC
VCC
+5V
16
C205
470p
4
5
K
R201
33k
GND
CII
T301
BC847
1
00u
1
00u
R207
22k
1
00u
1
00n
T201
BUZ11
C307
100n
+5V
R301
330R
R203
270R
R208
1k
D202
5V1
R202
10k
D101
1N4007
D102
1N4007
Z101
~9...24V
PR301
10k
PWR
V_OUT
C102
100n
ZW4
0R
+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
+5V
XTAL1
XTAL2
Q301
8MHz
1
8
100n
100u
100u
0R
SWC
DRC
1R5
1R5
+5V +5V +5V
MOSI
MISO
RESET
2
7
1
2
3
4
5
6
+5V
SWE
Ipk
3
6
C
306
C
301
C
302
C
303
TC
VCC
4
5
C305
22p
R102
3,3k
C103
470p
GND
CII
U301
ATMEGA88
SCK
2
2p
1
00n
1
00n
1
00n
+5V
D7
LIGHT
1
32
D6
D5
D4
RESET
RS
PD3(INT1)
PD2(INT0)
R101
1k
2
31
PD4(XCK/T0)
PD1(TXD)
Rys. 1 Schemat ideowy
S1
+5V
3
30
GND
PD0(RXD)
4
29
S1
VCC
PC6(RESET)
5
28
ENA
GND
PC5(ADC5/SCL)
Rys. 2 Płytka drukowana
6
27
S2
VCC
PC4(ADC4/SDA)
XTAL1
XTAL2
7
26
S2
PB6(XTAL1/TOSC1)
PC3(ADC3)
8
25
S3
PB7(XTAL2/TOSC2)
PC2(ADC2)
9
24
S2
S3
PD5(T1)
PC1(ADC1)
LED
10
23
S1
S3
PD6(AIN0)
PC0(ADC0)
11
22
V_OUT
PD7(AIN1)
ADC7
PWR
12
21
D301
LED
PB0(ICP)
GND
R302
1
k
13
20
PB1(OC1A)
AREF
14
19
LED
PB2(SS/OC1B)
ADC6
MOSI
15
18
PB3(MOSI/OC2)
AVCC
+5V
MISO
16
17
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
i
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
54
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
55
to (w nawiasie podano wartości
domyślne):
•
Plik z chomika:
Monty_FIN
Inne pliki z tego folderu:
2011.02_Pojazd z radarem IR.pdf
(2266 KB)
2011.01_Prosty sterownik pieca c.o.pdf
(2766 KB)
2010.11_Ładowarka procesorowa.pdf
(3055 KB)
2010.11_Kompas elektroniczny.pdf
(6765 KB)
2010.10_Pseudoanalogowy miernik diodowy.pdf
(2861 KB)
Inne foldery tego chomika:
74hc-t
AUTOMATYKA
CD4000
ELEKTROTECHNIKA
Info dla elektronika
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin