• Technické parametre zariadenia
Vstupne napätie: 24VAC
Výstupné napätie : min 0VDC – max 30VDC
Zvlnenie výstupného napätia : 0,01% (výstupné napätie 0-25VDC)
Výstupný prúd : min 0A – max 4.5A (výstupné napätie 0-25VDC)
Výstupný prúd : min 0A – max 0.5A (výstupné napätie 26-30VDC)
Regulovateľný zdroj LM324 je možne postaviť v dvoch variantoch, ako digitálne riadený, pomocou digitálne analógových prevodníkov (DAC) MCP4725 viď obr.č.1 zelena oblasť. Pripadne analógovo riadený pomocou potenciometrov RV1 a RV2 viď obr.č.1 červena oblasť. Samotná DPS sa skladá z dvoch časti a to zdrojová časť ktorá reguluje výstupné napätia a prúd, a časť ktorá zodpovedá za meranie a ovládanie viď obr.č.3. Na zobrazenie vstupných a výstupných údajov je použitý klasicky 2 riadkový lcd display WC1602 ovládaný cez I2C rozhranie (PCF8574T). Je potrebne podotknúť že zdrojová časť dôkaze pracovať samostatne preto je možne použiť akýkoľvek iný externý merací pristroj na zobrazenie nastavených hodnôt prúdu a napätia.
Ak zdroj je ovládaní analógovo pomocou potenciometrov RV1 a RV2 súčiastky označene zelenou oblasťou nie je potrebne osádzať viď obr.č.1 a obr.č.2.
Ak je zdroj riadený digitálne nesmú byť osade súčiastky zobrazene v červenej oblasti viď obr.č.1, Pre zadávanie vstupných údajov napätia a prúdu je použitá voľne dostupná klávesnica 4x4.
Popis činnosti :
Zdrojová časť
Na svorky „J1“ sa pripája vstupne striedavé napätie ktoré sa usmerni pomocou usmerňovača D2 a následné vyfiltruje pomocou filtračných kondenzátorov C4 aC5. Napájanie operačného zosilňovača U3 (LM324) je tvorene emitorovým sledovačom Q1 (BD139) kde zdroj referenčného napätia tvorí U5 (TL431), výstupné a tým pádom aj napájacie napätie U3 je 12,75VDC. Dane napätie je taktiež použite pre napájanie chladiaceho ventilátora a je možne použiť klasické 12VDC počítačové ventilátory.
Režim CV stabilizácia napätia :
Riadenie výstupného napätia vykonáva operační zosilňovač U3D ktorý je zapojení ako „open loop“ otvorená slučka, na invertujúci vstup je privedené výstupné napätie cez delič R27 a R28 (deliaci pomer je R27/R28+1), na neinvertujúci vstup je privedené napätie pomocou potenciometra RV2 (10kΩ) z napäťovej referencie 5VDC tvorene U1 (TL431). U3D porovnáva rozdiel medzi invertujúcim a neinvertujúci vstupom, a nastaví výstupné napätie U3D na takú hodnotu aby cez rezistory R23 a R24, a prúdové zrkadlo tvorene tranzistormi Q3 a Q4 priotvorilo darlingtonove zapojenie, tvorene tranzistormi Q2 a Q4. (Na tranzistor Q2 je nutne osadiť chladič určený pre puzdro TO220!!!! Viď Obr.)
A nastavilo výstupné napätie na nami nastavenú hodnotu, pomocou potenciometra RV2. R25 a C14 zabraňuje aby sa regulačná sústava rozkmitala. V režime stabilizácii napätia je napätie na výstupe U3A maximálne teda okolo 11,25VDC (VCC-1,5VDC) čo sa využíva na indikáciu režimu CV pomocou zelenej led diódy (D6) viď obr.č.2.
Režim CC prúdové obmedzenie :
Úbytok napätia ktorý vzniká prechodom prúdu na R29 je privedení na invertujúci vstup operačného zosilňovača U3C (viď obr.č.1) ktorý je zapojení ako invertujúci zosilňovač napätia. Zosilnenie sa vypočíta podľa vzťahu R14/R15+1. Na neinvertujúci vstup je privedený napäťoví posun (offset) o hodnote 0.5VDC tvorený U10 (TL431) pripadne zenerovou diódou D8 (pre vyššiu presnosť sa odporúča použiť TL431). Výstupné napätie na U3C pri nulovom prúde je približne 0,5*(16k/2k+1)=4,5VDC . Zosilnene napätie z výstupu U3C cez R11 sa využíva aj pre meranie prúdu. Výstup U3C je privedený na neinvertujúci vstup U3A ktorý je zapojení ako „open loop“ a porovnáva rozdiel medzi nastavenou hodnotou pomocou potenciometra RV1 a zosilnením úbytkom napätia na R29. V prípade že úbytok napätia na R29 prekročí nastavenú hodnotu operační zosilňovač U3A cez diódu D1 a prúdové zrkadlo Q3 aQ4 prizatvori výkonový tranzistor Q4 aby nebolo prekročená hodnota nami nastaveného prúdu. V režime prúdového obmedzenia je napätie na výstupe U3D maximálne teda okolo 11,25VDC (VCC-1,5VDC) čo sa využíva na indikáciu režimu CC pomocou červenej led diódy (D7) viď obr.č.2 v prilohe
Riadenie chladiaceho ventilátora :
Ako snímač teploty bol použitý tranzistor Q6 BD140 a to z dôvodu ľahkej montáži k chladiču. Úbytok napätia na PN prechode ktorý klesá vzhľadom k rastúcej teplote je privedený na operační zosilňovač U3B ktorý je zapojení ako schmittov preklápací obvod a zopne ventilátor pomocou Q7 ak teplota bude vyššia ako cca 60C. Tranzistory Q6 a Q7 musia byť odizolovane od chladiča pomocou izolačnej podložky !!!!.
Meranie a ovládanie
Riadiacou a meracou jednotkou je mikroprocesor firmy microchip attiny45. Meranie napätia sa vykonáva ADC prevodníkom mikroprocesora v diferenciálnom móde na deliči tvorený R27 a R28, a odpore R29 viď obr.č.1. Dane napätie je privedené cez rezistor R30 na meracie vstupy PB3 a PB4 mikroprocesora. Meranie prúdu sa vykonáva na meracom vstupe PB2 kde je cez odpor R11 privádzané meracie napätie z U3C ktoré je následné pomocou mikroprocesora prepočítané na prúd. Pre všetky merania je použitá napäťová referencia 5,25VDC tvorená U8 (LM317) a U9 (TL431).
Pre ADC prevodník v diferenciálnom móde je nutne vykonať kalibráciu. Viď bod Kalibrácia popísaný nižšie.
Popis funkcie jednotlivých tlačidiel na klávesnice
„A“ – nastavujeme výstupné napätie v rozsahu 0 – 29,9VDC pre potvrdenie nastavenej hodnoty slúži tlačidlo „#“.
„B“ – nastavujeme výstupný prúd v rozsahu 0 – 4.5A pre potvrdenie nastavenej hodnoty slúži tlačidlo „#“.
„C“ – vykonáva sa kalibrácia prúdu daná kalibrácia sa vykonáva automaticky po zatlačení tlačidla (zdroj sa prepne do režimu CC)
„D“ – vykonáva sa kalibrácia napätia kde je potrebne multimetrom namerať napätie na výstupe zdroja (zdroj musí byť v režime CV) a zadať pomocou klávesnice následné sa vypočíta kalibračná konštanta ktorá sa krátko zobrazí na displeji. Pre potvrdenie zadanej hodnoty slúži tlačidlo „#“.
Kalibrácia :
Analógové riadenie postup kalibrácie :
Pred pripojením meracej dps pomocou multimetra sa presvedčte že regulácia napätia funguje v celom rozsahu (0-30V) a funguje aj prúdové obmedzenie (nastavte na výstupe 5VDC otočte potenciometrom ktorí riady prúd do nulovej polohy napätie na výstupe musí klesnúť na nulovú hodnotu), skontrolujte napätia v kontrolných bodoch popísané nižšie v časti oživenie.
Po naprogramovaní MCU do 5 sekúnd vypnite zdroj: nastavte potenciometre pre ovládanie prúdu a napätia do stredovej polohy a zapnite zdroj.
Stiahnite potenciometer pre ovládanie napätia do nulovej polohy a zdroj vypnite, počkajte až zhasnú zelena a červena led dióda, a následné zdroj zapnite.(vykoná sa kalibrácia ofset_error a kalibrácia nulovej hodnoty prúdu merane na výstupe U3C viď schéma obr.č.1).
Pomocou multimetra nastavte na výstupe čo najpresnejšie hodnotu 29.0V , napätie na výstupe merajte pomocou multimetra , napätie na displeji pravdepodobne nebude sedieť. Zdroj opäť vypnite, počkajte až zhasnú zelena a červena led dióda, a následné zdroj zapnite.(vykoná sa kalibrácia gain_error).
Kalibrácia sa vykonáva len raz, znovu vykonať kalibráciu je možne len po reprograme MCU.
Digitálne riadenie postup kalibrácie :
Zapnite zdroj bez meracej dps, zmerajte napätie na výstupe musí byť okolo 15VDC.Vypnite zdroj pripojte meraciu dps a pokračujte bodom 2.
Zapnite zdroj a tlačidlom „A“ – nastavte 5VDC, tlačidlom „B“ – nastavte 0,5A
Pre kalibráciu prúdu a napätia - offset_error stlačte tlačidlo „C“ – zdroj prejde do CC režimu a vykoná kalibráciu. Počkajte cca 5 sekúnd a pokračujte bodom 4.
Tlačidlom „B“ – nastavte 0,5A.
Pre kalibráciu napätia – gain_error stlačte tlačidlo „D“, multimetrom zmerajte napätie na výstupe, pomocou klávesnice zadajte namerane napätie zaokrúhlené na jedno desatinne miesto a potvrďte tlačidlom „#“.
Kalibráciu je možne vykonať kedykoľvek znovu.
Oživenie
Zdrojová časť
1.Ako prvé osaďte komponenty J1,D2,C4,C5( dbajte na polaritu) následné pripojte striedavé napätie na konektor J1 a zmerajte napätie na C4 a C5 ak je napätie väčšie ako 30VDC pokračujte bodom 2.
2.Striedavé napätie z konektoru J1 odpojte a osaďte komponenty R9,R12,R13,Q1,U5,C10,C12 ( dbajte na polaritu). Pripojte striedavé napätie na J1, zmerajte napätie na C10 a C12 ak je napätie 12,75VDC +/- 0,13VDC, striedavé napätie z konektoru J1 odpojte a pokračujte bodom 3.
3.Osaďte komponenty R1,R4,R5,U1,C1,R29 - pripojte striedavé napätie na J1 a zmerajte napätie na C1 ak je napätie 5VDC +/-0,05VDC pokračujte bodom 4 (ak je potrebná vyššia presnosť namiesto R4 osaďte trimer RV3 otočeniem trimera nastavte presných 5VDC. napätie merajte na C1).
4.Ostatne komponenty osaďte v ľubovoľnom poradí a dbajte na polaritu, ak je zdroj
riadený pomocou potenciometrov osádzame komponenty znázornené v červenej oblasti a komponenty zo zelenej oblasti neosadíme viď obr.č.1 , ak je zdroj riadený digitálne osadíme komponenty zo zelenej oblasti a tie s červenej vynecháme viď obr.č.1, v obidvoch prípadoch kondenzátor C6 sa neosádza.
5.Po osadení a pripojení všetkých súčiastok - pripojte striedavé napätie na konektor J1 a zmerajte napätia na :
Kondenzátore C11 – 0.5 VDC +/- 0,025VDC.
Kondenzátore C1 – 5 VDC +/- 0,05VDC
Odpore R11 voči GND – 4,5VDC +/- 0,1VDC
Ak všetky napätia sú v poriadku a mate potenciometrom riadený zdroj pokračujte bodom 6 inak bod 6 preskočte a pokračujte bodom 7.
6.Otočte potenciometre RV1 a RV2 do stredovej polohy zmerajte napätie na konektore J4 otočeniem potenciometra RV2 by sa napätie malo meniť od 0-30VDC, nastavte napätie na konektore J4 na hodnotu 5VDC, nasledne otočeniem potenciometra RV1 do krajnej polohy napätie na konektore J4 klesne na 0VDC.
7.Zmerajte napätie na J4 by malo byť okolo 15VDC +/- 1V.
Meranie a Ovládanie
1.Osaďte všetky komponenty okrem U6 a U7 podľa schémy obr.č.2 dbajte na polaritu pripojte meraciu dps k zdrojovej časti a zmerajte napätie na C21 malo by byť okolo 5.25VDC +/-0,0525V. (ak je potrebná vyššia presnosť namiesto R50 osaďte trimer RV4 otočeniem trimera nastavte presných 5,25VDC. napätie merajte na C21).
2.Osaďte komponent U6 a U7.
Kód: Vybrat vše
LOW FUSE 0xE2
HIGH FUSE 0xDC
LOCK BITS 0xFF
EXTENDED FUSE 0xFF
od 26-30Vdc je možne max 0.8A (uviedol som 0.5A s rezervou )
každopádne som to upravil 