Alimentare liniară de laborator reglabilă

De ce poate avea nevoie fiecare persoană din ingineria electrică, fie că vorbim despre un inginer profesionist care lucrează în profesie sau despre o persoană care se ocupă doar de subiect la nivel de hobby? Nu, nu mă gândesc la multimetru. Ei bine, aveți nevoie și de acesta ... Răspunsul corect în acest caz va fi alimentarea cu energie a laboratorului! 5V, 3,3V, 12V sau, eventual, o sursă de tensiune negativă pentru un circuit amplificator operațional?

Este frumos să câștigi de aici - așa am început să construiesc

Nu mă pot număra de câte ori a trebuit să adaug o sursă de tensiune stabilizată la circuitul meu configurat pe panoul de testare, de asemenea, pe panoul de testare. Să spunem cu un LM317 dacă este posibil să fi avut nevoie de o sursă de tensiune variabilă. Toate acestea cu ajutorul unui panou de testare defectuos, de ici și de colo, folosit de unde firele atârnă peste tot, sporind și mai mult haosul de pe biroul meu. Ei bine, am fost mulțumit de asta, când mi-am spus că de acum înainte voi neglija toate proiectele electronice și, în schimb, voi începe să lucrez la unul care să ajute toate celelalte proiecte după aceea.

Alimentarea cu energie a laboratorului de vise

În acest articol, voi prezenta pe scurt sursa de alimentare de laborator pe care am pregătit-o, în care, pe lângă o funcție de încărcare electrică, au fost incluse multe alte scopuri.

Când am definit parametrii și funcțiile sursei de alimentare, am încercat să iau în calcul și proiectele din trecut și cerințele posibilelor proiecte viitoare. Acestea au fost, în linii mari, următoarele:

sursa de alimentare ar trebui să fie liniară
să fie digital (software actualizabil)
ușor de utilizat, intuitiv (controlabil în cele din urmă cu un singur codificator)
au o limită de curent
setarea tensiunii ar trebui să înceapă de la 0V
ieșire fixă + 5V (în afara ieșirii variabile)
Iesire USB + 5V (optional)
au o ieșire de tensiune negativă fixă (de exemplu, pentru circuite amplificatoare operaționale)
borna separată a senzorului de tensiune de ieșire (Vsense) de pe panoul frontal
funcția de încărcare electrică (sarcină fictivă)

Fundația pentru toate a venit din seria video a lui Dave Jones Lab Power Supply Design. Este un Youtuber australian (Australia! Nu Austria!) Care își câștigă existența cu bloguri video cu tematică electronică de mulți ani. Faceți clic pe linkul de mai sus pentru a accesa această serie de videoclipuri și, dacă nu ați făcut-o deja, vă recomand să utilizați și butonul de înscriere de pe canalul dvs. YouTube.

Proiectarea sursei de alimentare de laborator

În linii mari, soluția mea se bazează și pe circuitul de bază prezentat în imagine, unde am implementat atât limita de curent, cât și reglarea tensiunii cu amplificatoare operaționale:

În prima parte a circuitului - evidențiată în imaginea de mai sus - tensiunea pe rezistența de șunt este aplicată de un semnal de la microcontroler. AM SETAT Cu semnal PWM (care este R55-C41, și R56-C42 Filtrele RC convertite în semnal analogic) sunt comparate cu IC8D folosind un comparator a cărui ieșire este IC6 (LM317) regulator de tensiune ADJ își controlează picioarele. Blocul amplificator operațional care este gri este responsabil pentru reglarea tensiunii. Mai jos este:

Piesa responsabilă pentru reglarea tensiunii IC9B unelte, care este un circuit amplificator operațional clasic, fără inversare. Aceasta implementează amplificarea tensiunii cu feedback negativ. Venind de la microcontroler V-SET Semnalul PWM este R50-C37, R51-C38 Este convertit în semnale analogice prin filtre RC. Acest lucru poate fi între 0-5V în cazul unui microcontroler de 5 volți, care IC9B pentru a forma -2V - +26V gama cu care IC6 ADJ picioarele tale sunt controlate.

Ieșirea de tensiune negativă este necesară deoarece regulatorul de tensiune LM317 IC are unul intern

1,25 Volți cu referință de tensiune, motiv pentru care ADJ cu picioarele legate direct de pământ OUT ieșirea sa nu poate merge sub această valoare. fac 0V-Am vrut o sursă de alimentare reglabilă.

Ce caracteristici au intrat în el?

Sarcina electrică este, de asemenea, o funcție utilă, de exemplu în parametrizarea surselor de alimentare. Poate fi folosit pentru a conecta o sarcină între 0-1A la circuitul testat, care poate fi setată la o rezoluție de câțiva miliamperi. Diagrama circuitului este următoarea:

Aici IC1A amplificatorul operațional, datorită principiului său de funcționare, depune toate eforturile pentru a se asigura că tensiunea la intrarea invertorului este aceeași cu tensiunea la intrarea non-invertor CAZ Voltaj. De exemplu, dacă este CAZ-tensiunea este setată la 1 Volt, amplificatorul operațional (prin feedback) controlează Q1-astfel încât emițătorul său să aibă și 1 Volt. Și conform legii lui Ohm, care nu-i așa? I = U/R, dacă la un rezistor de 1Ω se aplică o tensiune de 1 V, curentul care circulă prin el trebuie să fie de 1 Ampere.

IC1B iar acest lucru ridică această tensiune între 0-1 volți, care, datorită rezistenței de 1Ω, este egală cu curentul care curge prin ea (adică 0-1 amperi), cu un câștig de tensiune de 4,2 ori în intervalul 0V la 4,2V . Aici este câștigul de tensiune (Gain) Av = 1 + (R3/R2) formulă. Acest lucru este necesar pentru a utiliza microcontrolerul pentru a măsura curentul care curge efectiv prin sarcină. Adică, cu valoarea maximă setată a sarcinii, a T2-Curentul livrat de circuitul conectat la.

În plus față de interiorul sursei de alimentare de laborator, șina exterioară este de asemenea importantă - pentru o manipulare ușoară

Am ales un ATmega 328P ca microcontroler, care s-a dovedit a fi abundent cu memoria sa de program de 32 kB. Cipul a primit un bootloader OptiBoot. Pentru a programa în mod convenabil puterea (sau chiar să o controlez de pe un computer) fără să trebuiască să deschid carcasa, am conectat pinii TX, RX și RESET ai microcontrolerului la un convertor PL2303 USB-Serial cu conectori pin standard. Aceste module gata preparate sunt disponibile la un preț atât de accesibil încât nu merită să vă lăsați cu un cip FTDI separat. Am conectat conectorul USB al acestuia la partea din spate a sursei de alimentare cu un cablu prelungitor USB scurt (aproximativ 15cm).

Afișajul a devenit un LCD albastru de 4 × 20 caractere cu un adaptor I 2 C care poate conține informațiile necesare.

Gestionarea energiei este rapidă, deoarece trebuie să utilizați doar un singur codificator, deși funcționează și ca buton. Apăsând-o scurt, puteți parcurge parametrii pe care doriți să îi setați: tensiune, limită de curent, curent maxim al sarcinii electrice. Țineți apăsat pentru a schimba sensibilitatea selectorului rotativ (Hi/Lo) și pentru a modifica valoarea parametrului selectat prin rotirea codificatorului. Așa cum am spus, este foarte simplu.

Regulatorul de tensiune LM317 IC necesită o sarcină minimă pe ieșire pentru o funcționare stabilă (IO (min)), care conform fișei tehnice

3,5 mA. În mod similar cu comutarea sarcinii electrice, am aplicat o altă sarcină de curent constant de 10 mA la ieșirea regulatorului de tensiune folosind un amplificator operațional:

Transformatorul încorporat este de 24VA. Dintre acestea, tensiunea negativă este limitată la -10V de către un regulator de tensiune 7910 IC după rectificare, filtrare și tamponare, care tensiune de alimentare negativă a fost direcționată către panoul frontal. Acest lucru poate fi util, de exemplu, atunci când se testează circuite de amplificare operaționale.

Circuitele de reglare a tensiunii și tranzistorul TIP41C care implementează sarcina electrică sunt răcite de o placă de aluminiu de 15 mm (reciclată) de 3-4 mm grosime înșurubată în partea superioară a sursei de alimentare. Acolo unde era nevoie și de spațiu în partea de sus a cutiei, cum ar fi deasupra ecranului, am încercat să nu tai foaia de aluminiu, doar să o pliez înapoi, crescând astfel suprafața radiatorului. Ei bine, vederea acestui lucru nu a devenit ceva frumos, dar din fericire nu trebuie să ne uităm la el:

Atingerile finale

Grafica proiectată pentru panoul frontal a fost pusă doar pe bază de test, dar odată ce funcțiile principale ale sursei de alimentare au fost puse în funcțiune, am început imediat să o folosesc. Astfel, evoluțiile ulterioare au rămas în urmă aici. Această grafică a fost realizată cu o imprimantă laser, utilizată și pentru producerea mucusului de transfer de toner, pe hârtie foto, pe care am laminat-o apoi. Din păcate, din cauza multor demontări și reasamblări, folia a început să se separe la margini, dar acest lucru mărește și mai mult valoarea sursei de alimentare.

Intrarea în modul de curent constant este asigurată de un LED roșu cu luminozitate ridicată, cu față plană, care luminează perfect hârtia foto lăsată pe el. În acest caz, hârtia foto acționează ca un difuzor excelent, astfel încât blițul LED este frumos, uniform, ne-orbitor, dar izbitor.

În rezumat, am dorit o sursă de alimentare de laborator ușor de controlat și adaptată și, în acest sens, piesa prezentată mai sus a funcționat perfect pentru mine. Pletora sa de caracteristici poate fi cu adevărat utilă (controlabilitatea computerului are încă un potențial neexploatat). Desigur, nu spun că acesta ar fi un produs de laborator perfect și impecabil, au existat și probleme de proiectare. Diagrama circuitului atașat conține, de asemenea, câteva erori, pe care totuși le las în seama dragului cititor.

Puteți găsi mai multe imagini în galerie, la care puteți accesa făcând clic pe unele dintre imaginile de mai sus sau chiar aici.

Aceasta este schema electrică disponibilă în format PDF: Descărcați schema electrică