Триколор 

Лабораторный блок питания с управлением от энкодера. Блок индикации и управления

Лабораторного блока питания, да еще и с управлением от компьютера, и не смог устоять. Детали решил брать в российских магазинах, потому что доллар, санкции, ну и все такое. Вот что из этого получилось…

Лабораторный блок питания нужен для запитывания различных махараек устройств на этапе разработки. Первое подобие лабораторника я сделал лет в 16. Это был леденящий душу ужас, который, тем не менее, худо-бедно справлялся со своими функциями. Тогда я только начинал познавать электронику, и все ограничивалось кручением моторчиков. Мне бы в то время интернет и хоть какие то карманные деньги…

Первый блок питания





Потом был длительный перерыв, армия, несколько лет работы далеко от дома, но после этого периода я вернулся к этому хобби, все было гораздо серьезнее, и был изготовлен из подручных материалов этот монстр:



Он выдержал много издевательств, и жив до сих пор, но мне хотелось большего. Были мысли купить готовый у китайцев, но пока душила жаба случился кризис, а тут подвернулась эта схемка. Начал собирать компоненты. Многое нашлось в закромах (резисторы и транзисторы, импульсник от ноутбука, ненужная зарядка от телефона), но без закупки не обошлось.

Список закупленных деталей:

Чип-Дип
силовой транзистор - 110 р.
- 2х8 р.
- 540 р.
итого 825 р.

Чип-нн (со ссылками не получается из-за специфики сайта)
операционный усилитель LM358N - 12 р.
конденсатор электролитический 2200 мкф. - 13 р.
винтовые терминалы 2х - 22 р.
держатель светодиода х3 - 20 р.
кнопка с фиксацией красная, здоровенная - 17 р.
шунт 0.1 ом - 30 р.
многоборотные подстроечные резисторы 470 ом х2 - 26 р.
итого 140 р.

Принцип работы сего устройства.

Ардуино следит за напряжением на выходе, за током, и посредством ШИМ пинает силовой транзистор так, чтобы блок питания выдавал установленные значения.
Блок питания умеет выдавать напряжение от 1 до 16 вольт, обеспечивать ток 0.1 - 8 ампер (при нормальном источнике напряжения) уходить в защиту и ограничивать ток. То есть его можно использовать для зарядки аккумуляторов, но я не рискнул, да и у меня уже есть. Еще одна особенность этого странного блока питания в том, что он питается от двух напряжений. Основное напряжение должно подкрепляться вольтодобавкой от батарейки, или второго блока питания. Это нужно для корректной работы операционного усилителя. Я использовал ноутбучный блок питания 19в 4А в качестве основного, и зарядку 5в 350мА от какого-то телефона в качестве добавочного питания.

Сборка.

Сборку я решил начать с пайки основной платы с расчетом забить болт, если не заработает, так как начитался комментов от криворуких, как все у них дымит, взрывается и не работает, да и к тому же я внес некоторые изменения в схему.
Для изготовления платы я купил новый лазерный принтер, чтобы наконец то освоить ЛУТ, ранее рисовал платы маркером (), тот еще геморрой. Плата получилась со второго раза, потому что в первый раз я зачем-то отзеркалил плату, чего делать было не нужно.

Окончательный результат:



Пробный запуск обнадежил, все работало как надо



После удачного запуска я принялся курочить корпус.
Начал с самого габаритного - системы охлаждения силового транзистора. За основу взял кулер от ноутбука, вколхозил это дело в заднюю часть.

Натыкал на переднюю панель кнопок управления и лампочек. Здоровенная крутилка это энкодер со встроенной кнопкой. Используется для управления и настройки. Зеленая кнопка переключает режимы индикации на дисплее, прорезь снизу для разъема юсб, три лампочки (слева направо) сигнализируют о наличии напряжения на клеммах, активации защиты при перегрузе, и об ограничении тока. Разъем между клеммами для подключения дополнительных устройств. Я втыкаю туда сверлилку для плат и резалку для оргстекла с нихромовой струной.

Засунул все кишки в корпус, подсоединил провода




После контрольного включения и калибровки закрыл крышкой.

Фото собранного

Отверстия проделаны под радиатором стабилизатора lm7805, который нехило греется. Подсос воздуха через них решил проблему охлаждения этой детали

Сзади выхлопная труба, красная кнопка включения и разъем под сетевой кабель.


Прибор обладает кое-какой точностью, китайский мультиметр с ним согласен. Конечно калибровать самопальную махарайку по китайскому мультиметру и говорить о точности достаточно смешно. Несмотря на это прибору найдется место на моем столе, так как для моих целей его вполне достаточно

Некоторые тесты

Взаимодействие с программой. На ней в реальном времени отображается напряжение и ток в виде графиков, так же с помощью этой программы можно управлять блоком питания.

К блоку питания подключена 12-вольтовая лампа накаливания и амперметр. Внутренний амперметр после подстройки работает сносно

Измерим напряжение на клеммах. Великолепно.

В прошивке реализована ваттосчиталка. К блоку подключена все та же лампочка на 12 вольт, на цоколе которой написано «21W». Не самый паршивый результат.


Изделием доволен на все сто, поэтому и пишу обзор. Может кому-то из читателей нехватает такого блока питания.

О магазинах:
Чип-нн порадовал скоростью доставки, но ассортимент маловат на мой взгляд. Этакий интернет магазин, аналогичный арадиомагазину в среднем городке. Цены ниже, кое на что в разы.
Чип-дип… закупил там то, чего не было в чип-нн, иначе б не сунулся. розница дороговата, но все есть.

Эффектов, частотомеров и так далее. Скоро дойдёт до того, что и мультивибратор будет проще собрать на контроллере:) Но есть один момент, который очень роднит все типы контроллеров с обычными цифровыми микросхемами серии К155 - это питание строго 5 вольт. Конечно найти такое напряжение в устройстве подключенном к сети не проблема. А вот использовать микроконтроллеры в составе малогабаритных девайсов с батареечным питанием уже сложнее. Как известно, микроконтроллер воспринимает только цифровые сигналы – логический ноль или логическую единицу. Для микроконтроллера ATmega8 при напряжении питания 5В логический ноль – это напряжение от 0 до 1,3 В, а логическая единица – от 1,8 до 5 В. Поэтому для его нормальной работы и требуется такое значение питающего напряжения.

Что касается микроконтроллеров AVR, то есть два основных типа:

Для получения максимального быстродействия при высокой частоте - питание в диапазоне от 4,5 до 5,5 вольт при тактовой частоте 0...16 МГц. Для некоторых моделей - до 20 МГц, например ATtiny2313-20PU или ATtiny2313-20PI.

Для экономичной работы на небольших тактовых частотах - 2,7...5,5 вольт при частоте 0...8 МГц. Маркировка микросхем второго типа отличается от первого тем, что на конце добавляется буква "L". Например, ATtiny26 и ATtiny26L, ATmega8 и ATmega8L.

Существуют и микроконтроллеры с возможностью понижения питания до 1.8 В, они маркируются буквой "V", например ATtiny2313V. Но за всё надо платить, и при понижении питания должна быть снижена и тактовая частота. Для ATtiny2313V при питании 1,8...5,5 В частота должна находиться в интервале 0...4 МГц, при питании 2,7...5,5 В - в интервале 0...10 МГц. Поэтому если требуется максимальное быстродействие, надо ставить ATtiny26 или ATmega8 и повышать тактовую частоту до 8...16 МГц при питании 5В. Если важнее всего экономичность - лучше использовать ATtiny26L или ATmega8L и понизить частоту и питание.

В предложенной схеме преобразователя, при питании от двух пальчиковых батареек с общим напряжением 3В - выходное напряжение выбрано 5В, для обеспечения достаточного питания большинства микроконтроллеров. Ток нагрузки составляет до 50мА, что вполне нормально - ведь при работе на частоте например 4 МГц, PIC контроллеры, в зависимости от модели, имеют ток потребления менее 2 мА.


Трансформатор преобразователя мотается на ферритовом кольце диаметром 7-15мм и содержит две обмотки (20 и 35 витков) проводом 0,3мм. В качестве сердечника можно взять и обычный маленький ферритовый стержень 2,5х7мм от катушек радиоприёмников. Транзисторы используем VT1 - BC547, VT2 - BC338. Допустима их замена на другие аналогичной структуры. Напряжение на выходе подбираем резистором 3,6к. Естественно при подключенном эквиваленте нагрузки - резисторе 200-300 Ом.


К счастью технологии не стоят на месте, и то что казалось недавно последним писком техники - сегодня уже заметно устаревает. Представляю новую разработку кампании STMicroelectronics - линейка микроконтроллеров STM8L, которые производятся по технологии 130 нм, специально разработанной для получения ультранизких токов утечки. Рабочие частоты МК - 16МГц. Интереснейшим свойством новых микроконтроллеров является возможность их работы с в диапазоне питающих напряжений от 1,7 до 3,6 В. А встроенный стабилизатор напряжения дает дополнительную гибкость выбора источника напряжения питания. Так как использование микроконтроллеров STM8L предполагают питание от батареек, в каждый микроконтроллер встроены схемы сброса по включению и выключению питания, а также сброса по снижению напряжения питания. Встроенный детектор напряжения питания сравнивает входные напряжения питания с заданным порогом и генерирует прерывание при его пересечении.


К другим методам снижения энергопотребления в представленной разработке относятся использование встроенной энергонезависимой памяти и множества режимов сниженного энергопотребления, в число которых входит активный режим с энергопотреблением - 5 мкА, ждущий режим - 3 мкА, режим остановки с работающими часами реального времени - 1 мкА, и режим полной остановки - всего 350 нА! Микроконтроллер может выходить из режима остановки за 4 мкс, позволяя тем самым максимально часто использовать режим с самым низким энергопотреблением. В общем STM8L обеспечивает динамическое потребление тока 0,1мА на мегагерц.

Обсудить статью ПИТАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

Первая часть марлезонского балета.


Ну, собственно, поехали! Давным-давно, лет 7 назад, по случаю прикупил на фирму штук 5 корпусов АТХ по 12 баксов. Корпуса, на удивление, оказались очень хорошими - добротный металл и т.п. - на уровне Inwin и до сих пор служат верой и правдой. Блоки питания были на 250 ватт и работали отлично - тихо и надежно. Однако прогресс на месте не стоит, и со временем пришлось менять мамы, ну и, до кучи, данные БП. Дома их завалялось парочку, и на досуге я решил сделать мощный блок питания как для зарядки разных, в том числе и автомобильных, аккумуляторов, так и для экспериментов с Пельтье и т.п. На сайте итальянского коллеги http://www.chirio.com/switching_power_supply_atx.htm нашел схему переделки, которая меня устроила в плане минимальных доработок и грамотного использования микросхемы ШИМ. Переделка прошла с успехом, немножко доработав схему, я добился устраивающих меня характеристик БП, но, так как в данном случае это не является темой статьи, подробности опускаю.


Встал вопрос о том, чтобы блок питания заимел собственные "мозги", т.е. мог показывать свой товар лицом (выдаваемые напряжение и ток), ну и пытался себя каким-то образом защищать от непосильной ношы (перегрузки и перегрева). В сети есть много вариантов реализации подобных схем, но, для увеличения энтропии Вселенной, и, пренебрегая принципом «бритвы Оккама», мною было принято решение о разработке еще одного показометра.
Анализ реализованных конструкций и курение даташитов привели к тому, что свой выбор я остановил на ATTINY26 и двухстрочном дисплее 1602. Обоснование следующее: тинька имеет достаточно памяти (как мне казалось вначале), дифференциальный вход с программируемым усилением, ну а дисплей - большой и информативный и достаточной простой в управлении – не надо городить динамическую индикацию и т.п. На просторах Интернета мною был найден кусок по реализации ваттметра от немецких камрадов с усреднением из 64 выборок по напряжению и току, который и был взят за основу. Программка накидалась быстро, скомпилировалась где то на 70% и была зашита в тиньку. Однако, как говорится, "гладко было на бумаге, да забыли про овраги". На тестовом этапе выявились баги в виде "мусора" на дисплее от десятичных знаков значений. "Ага", - сказали русские мужики и применили оператор FUSING. Все стало красиво, мусор исчез, но размер кода подрос где-то до 90%. Так как экран был 16*2, а на дисплей выводилось 3 значения - ток, напряжение и потребляемая мощность, то выглядело это кривовато и чего-то не хватало, а именно - температуры. Как известно, последняя имеет немалую роль при эксплуатации электрооборудования и контролировать ее желательно.


Как гласит пословица: "Мужик сказал - мужик сделал!", - подумал я и полез в коробку за цифровым термодатчиком DS1820. "Щас", - ответил компилятор после добавления кода чтения датчика и вывода на дисплей температуры, благополучно показывая результаты компиляции 146%, взяв, по всей видимости, пример с недавних событий. Оптимизация кода в виде применения подпрограмм, снижения числа переменных, убирания FUSING и шаманства с выводом на дисплей (об этом позже), ни к чему не привели - размер хекса превышал 100%. "Нормальные герои всегда идут в обход", - подумал я и на следующий день поехал в магазин за аналоговым термодатчиком. С этим датчиком дела пошли веселей, ибо все свелось к очередному измерению напряжения и, в конце концов, компилятор сдался и показал пресловутые 90 с небольшим %. Так как оставалось немного места в памяти и свободные ноги у камня, я решил вставить парочку исполнительных ключей для того, чтобы электронный болван мог не только моргать глазками на дисплее, но и принимать простейшие решения по типу: «Я устал, я ухожу» . Вставляем куски управления ключами - проверка на условия и память практически закончилась.
Дальше все прозаично - разводка платы, ЛУТ, впайка деталей и на тестирование. Однако эпопея не была завершена - при работе с лабораторным БП на шунте 10 Ом и малых токах индикатор мне подмаргивал показаниями, но не настолько часто, чтобы это раздражало. Когда же я его нагрузил на переделанный блок питания - а пульсации при 10 А составили около 30 мВ - отображение меняющихся чисел начало раздражать. Задавшись извечными русскими вопросами - "кто виноват?" и "что делать?" - я пришел к трилемме: либо усреднять показания больше чем из 64 выборок, либо загрублять вывод данных на дисплей и/или менять период отображения данных. Последние два варианта меня не устраивали – хамов и тормозов в моем окружении достаточно, да это и не кошерно выглядит, и я решил увеличить количество выборок. Бодро изменив в циклах значения с 64 на 255 и сдвиг вправо с 6 на 8 разрядов – таким незатейливым образом реализована операция деления, я, довольный собой - красным молодцем, втыкаю камень обратно в плату.
Вначале - на малых напряжениях - все было хорошо, а потом начались какие-то глюки - показания съеживались и противоречили здравому смыслу. Минут через пять после напряженного мозгового штурма, что означает введение в себя С2Н5ОН-содержащих продуктов, меня осенило: "эврика!", - возопил я внутри себя, как тот мудрец из Сиракуз и, в отличие от него, сухой снаружи и слегка одетый, распугивая домашних, побежал по квартире к своим друзьям: Клаве и Моне. Ларчик открывался просто - сложение 10-разрядных чисел 64 раза давало в итоге 16-разрядное число, а вот если больше - то при больших значениях происходило переполнение, и данные скукоживались и блекли. Лобовая психическая атака с гаишными жезлами в тельняшках на зебрах на изменение типа переменных с Word на Dword и, тем самым, увеличением разрядности с 16 до 32 бит, окончилась позорным провалом - переменные упорно не хотели взаимодействовать между собой, ругаясь на то, что они разного типа, что приводило к нехорошим подозрениям на счет их половой идентификации. Тут я вспомнил замечательный апноут AN #193 - Examples for using OVERLAY на сайте www.mcselec.com и, невзирая на возможные опасности, решил подобраться к ним с тыла. Изюминка заключалась в следующем - я считываю данные с 10-ти разрядного АЦП в переменную типа Word, а складываю переменные типа Dword, частью которых и является присвоенное значение АЦП и так, от забора и до обеда, 256 раз. Потом полученный результат Dword сдвигаю вправо на 8 разрядов - и на выходе у меня получается опять переменная типа Word, но уже усредненная от 256 выборок. Против такого финта ушами переменные не смогли устоять и покорно принялись за работу, взбрыкнув напоследок переполнением памяти. Измерение температуры осталось в старом формате - процесс более стабильный во времени и меньше подвержен флуктуациям. В связи с экономией места пришлось применять различные утряски и усушки: оставить по минимуму количество переменных, что повлияло на читабельность программы. Применение FUSING нехило кушало память - поэтому выводим на дисплей значения Single как есть, а, чтобы не было мусора - лишние знакоместа забиваем пробелами. Введение разнотипных операций - деления и умножения также кушало драгоценное место и от первого пришлось отказаться. Сравнение граничных параметров с текущими пришлось перевести в попугаи формата типа Word. Дошло до мелочей типа отказа от вывода знака градус Цельция, ну и остальное.
В конце концов, настойчивость победила, компилятор показал ровно 100%, и блок питания обзавелся собственными фаршированными нулями и единичками мозгами, а я - экспириенсом.

Часть вторая - железная


Итак, с начинкой для мозгов мы разобрались, теперь осталось разобраться с тем, что так любят все зомби. Что мы имеем в данном случае:
- индикатор - относительно стандартный, только таращится синим светом и, по слухам, имеет альтернативный знакогенератор на китайском языке, был приобретен на http://www.buyincoins.com/ за смешные относительно наших цен деньги – порядка 90рублей. Его братья также хорошо работают в других големах;
- камень ATTINY26 - был у меня в одном экземпляре и еще есть его два собрата, но ATTINY261 - с ними размер программы больше на 2%, так что, если не найдете 26 - придется что-то вырезать из программы. Стоимость тоже около 100 рублей в DIP корпусе. Нулевой канал АЦП работает в дифференциальном режиме - задействованы порты 0 и 1, коэффициент усиления внутреннего ОУ - 20. Второй канал - измерение напряжения, третий - внешний опорник, четвертый - измерение температуры;
- ИОН был собран внешний на TL431 по типовой схеме на напряжение 4,096 вольт. Конечно, лучше бы использовать готовые опорники, но в магазинах нашей косопузой Рязани на данное напряжение их нет, а ждать их не хотелось, да и цена кусается в отличие от. Почему 4,096 В - оказалось удобно применить в расчетах при требуемых характеристиках показометра и поэтому так;
- термометр реализован на LM335Z – 30 деревянных - дешево и сердито - в бытовых условиях диапазона вполне хватает. По расчетам на дисплей корректно должны выводиться данные от -9 до 99 градусов, если ранее не сработает защита. Аналоговое измерение температуры свелось к нехитрым действиям в виде отнимания константы смещения и деления остатка на 2,5 – но для понимания этого пришлось решить систему уравнений с двумя неизвестными, тем самым освежив школьные знания по алгебре;
- исполнительные элементы - сборка из двух полевиков – 25 рублей - куда навесить, какие условия их срабатывания и что с ней сделать - решайте сами - фантазия ограничивается только вами и размером кода)));
- шунт - самое серьезное дело во всей конструкции. Давным-давно, когда винчестеры были большими и из их дисков делали хорошие дециметровые антенны, при разборке ЭВМ достались мне некоторые элементы, в том числе несколько шунтов из какой-то проволоки, скорее всего нихром, диаметром около 1 мм и сопротивлением 0,1 Ом. По прошествии многих лет, согласно законам жанра, в живых остался только один, которому и была проведена децимация в виде усечения 1/10 части. Однако, в связи с тем, что в процесс вмешались до сих пор неустановленные барабашки: может коэффициент усиления внутреннего ОУ не равен 20, может сопротивление проводов, или еще что - пришлось вместо расчетного коэффициента 0,02 применить 0,025 и излишек срезать подстроечным резистором. Шунт в данной конструкции общий и расположен на плате БП АТХ. На плате место предусмотрено для стационарного шунта - меняя коэффициент пересчета - можно вогнать в нужный диапазон.
Подстроечных резисторов четыре - для ИОН, вольтметра и амперметра. регулировка контрастности. Предусмотрено место и для подстроечника термометра, если ИОН будет ниже 3 вольт. В принципе, при использовании точных резисторов можно попробовать обойтись и без них, но в данном случае я решил сделать так – проще в настройке и обеспечивает приемлемую для меня точность. Мелкие деталюшки, цепь питания и развязки аналоговой части стандартны и в пояснениях не нуждаются. Номиналы на схеме показаны условно и могут меняться в пределах здравого смысла и типовых решений узлов. Разводка платы была задумана под бутербродную конструкцию, однако при монтаже в корпус был сделан небольшой джампер-шлейф. О том, как все соединить, в следующей серии нашей трилогии.


Часть третья – почувствуй себя Франкенштейном.


Итак, юные и не очень Франкенштейны, будем оживлять нашего гомункула. Для этого нам понадобится, согласно канонам, тело и мозги. Необходимое предупреждение: будьте внимательны при работе с волшебной силой электричества и представляйте все последствия своих заклинаний. Телом в моем случае, как было описано в первой части, является переделанный БП от старого системного блока стандарта АТХ. На его борту оказалась дежурка, выдающая порядка 9 вольт, что вполне меня устроило для обеспечения энергией «мозгов». Вентилятор также запитан от нее. Параметры выходных напряжений и тока были заданы в диапазоне от 1-20 Вольт и 0-12 Ампер соответственно. Так как выносную панель мне делать не хотелось, и в наличии имелся набор отрезных дисков, гравер, дрель и т.п., то через 30-40 минут жужжания на балконе я сделал необходимые отверстия в крышке БП.

Как было указано выше, бюджет на детали в моем случае составил порядка 300 рублей и никаких дефицитных элементов в конструкции не задействовано. Прилагаемая печатка выполнена в формате Sprint Layout и печатается «как есть». Аналоговая земля выполнена в виде контура отдельно от цифровой и сильноточной цепи и соединена в одном месте. Камень устанавливается через цанговую панельку, и при желании, легко снимается и ставится. Отдельный разъем для зомбирования тиньки не предусмотрен, но при желании можно зашить через разъем для дисплея, и выведенную отдельно лапку RESET – нога 10 панельки.


Опускаем такие рутинные для каждого современного алхимика процессы по выращиванию гомункула в виде изготовления платы, запаивания элементов и т.п. и переходим к его оживлению. Для этого, не вставляя контроллер в панельку, подаем питание 9-10 Вольт на вход и, если никаких дыма и вспышек не произошло, пробегаемся вольтметром по ногам панельки дабы убедиться в наличии 5 Вольт на лапках 5 и 15 – т.е. питания контроллера. Далее тычем щуп на лапку 17 – опорное напряжение и крутим подстроечник возле TL431, до достижения напряжения 4,096 В. К сожалению, мой палантир страдает дальнозоркостью и последнюю значащую цифру не кажет. В данном случае я ориентировался на ощущения своей пятой точки опоры, которая со временем выработала требуемую чувствительность. После подключаем дисплей на шлейфе, вставляем заколдованную нашими заклинаниями тиньку и снова подаем питание. Регулировкой подстроечника выставляем контрастность и, если все было сделано правильно, видим какие-то цифры и буквы.
Подаем на нагрузку, подключенную через плату, напряжение и вспоминаем закон Ома. Нагрузку желательно иметь точную – у меня в качестве такой был резистор 10 Ом с допуском +-0,25% аж 1964 года выпуска, т.е. старше меня самого. Скорее всего, его сняли с какой-нибудь баллистической ракеты, которая грозила нашему потенциальному врагу и министр обороны которого с криками «Русские идут!» безуспешно попытался преодолеть земное тяготение. Потом потенциальный враг превратился в заклятого друга и в его «партнерских» объятиях многое превратилось в прах или же растворилось неизведанными оффшорными путями по просторам нашего земного диска. Как-то так оказался у меня данный резистор. Путем сложных, недоступных простому смертному с гуманитарным образованием, измерений необходимо узнать действующее напряжение и вычислить протекающий через цепь ток и подстроечными резисторами добиться нужных показаний на дисплее. Мощность же, потребляемая нагрузкой, равна их произведению. Подключая нагрузку с меньшим сопротивлением, будьте внимательны и осторожны, ибо при несоответствии рассеиваемой мощности вы можете вызвать духов в виде волшебного дыма, из которого состоят все радиоэлементы, а, возможно, и пламени. У меня такой дым пошел из 5-ти ваттных резисторов общим сопротивлением около 1,5 Ом, и только через полчаса сложными пассами в виде открывания балкона удалось изгнать демона обратно. Резисторы, как ни странно, выжили, но на конкурсе красоты среди своих братьев заняли бы место в арьергарде.
На приведенных ниже фотографиях видны испытания моего почти-что собранного гомункула с изменением тока и напряжения. Термодатчик всунут внутрь резистора ПЭВ-5 сопротивлением 6,2 Ома и видно, как он нагревается. Хочу предупредить, что опытный, пытливый глаз инквизитора сразу заметит несоответствие в показаниях между этими фотографиями и захочет устроить допрос с пристрастием. Поэтому ответственно заявляю - «in omnibus voluntas Dei!» - фотографии были сделаны, когда цикл был 64 выборки и я пытался ввести поправки на ошибку смещения, вставлял конденсаторы для интегрирования показаний и т.п. В дальнейшем я отрекся от неправедного пути и встал на путь исправления и сотрудничества с администрацией. Показания сразу стали более-менее соответствовать закону Ома с учетом отсутствия округления результатов.

ЧАСТЬ1
Рано или поздно перед радиолюбителем возникает проблема изготовления универсального блока питания (БП), который имел бы достаточную надежность, регулируемое в широких пределах выходное напряжение, контроль от чрезмерного потребления тока и, конечно, защиту.
Каждый решает эту проблему по-своему. Вариантов построения источников питания не счесть. Вниманию читателей предлагаю еще один - с управлением на микроконтроллере. Он отличается качественной индикацией, доступной элементарной базой, отсутствием специализированных микросхем обвязки, надежной защитой от нештатных ситуаций и при этом легким в повторении и простым в эксплуатации.
Предлагаемый читателям БП вполне доступен для изготовления радиолюбителями, которые имеют минимальные знания в микропроцессорной технике, т.е. владеют алгоритмами «прошивания» готовых программ в микроконтроллер (МК) или могут обратиться к друзьям, способным им в этом помочь. В остальном - придерживайтесь принципов работы с микросхемами и, безусловно, не забывайте о правилах безопасности.
Несмотря на простоту конструкции, данный БП обладает следующими техническими характеристиками:

Такая идея возникла после желания построить новый БП с учетом реалий и развития современной элементарной базы.
При проектировании радиолюбительского источника питания для домашней лаборатории были поставлены следующие задачи:
наличие цифровой индикации, с которой легкого считываются значения выходного напряжения и тока;
охватить наиболее используемый диапазон выходного напряжения от самого нуля;
отказаться от переменного резистора как регулятора выходного напряжения;
наличие защиты, как от короткого замыкания, так и запредельного режима выходного транзистора;
отображать не установленные, а реальные данные по напряжению и току;
с учетом «цифровой начинки» излучать минимальный уровень шума;
доступность элементной базы;
легкость в настройке и повторении;
себестоимость.
Анализ опубликованных ранее схем показал, что авторы используют современные узкоспециализированные микросхемы, которые далеко не всегда имеются в наличии, особенно в небольших городах. Попытки их замены другими наталкиваются на необходимость изменения в программе. Так же, для облегчения макетирования, авторы идут по более легкому пути, используя жидкокристаллические индикаторы, но они имеют ограничения по углу обзора и не при всех условиях хорошо читаемые. Это понижает реакцию пользователя на изменения показаний, притупляет внимание и иногда приводит к полной потере подключаемого устройства.
Источник питания состоит из трех частей: основного - цифрового модуля управления с индикацией (А1), аналоговой части (А2) и отдельного модуля питания всего блока (A3).
Описание принципиальной электрической схемы источника питания и логика работы
Принципиальная электрическая схема устройства показана на рис.1.

Основу цифровой части устройства составляет микросхема U1 фирмы AVR ATMEGA16 (4). В ее составе имеются 10-разрядные аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Источником опорного напряжения 5 В для АЦП служит питание микроконтроллера (МК), поданное на 30 ногу через фильтр L1C4.
На МК возложены функции оцифровки выходного напряжения и тока через внутренний 10-битный АЦП, и вывод результата на шесть семи сегментных индикаторов, обработка клавиатуры, управление регулятором выходного напряжения, защита стабилизатора.
Для лучшей реакции пользователя индикация организована динамически на двух семи сегментных светодиодных индикаторах красного (напряжение) и зеленого (ток) цвета, объединяющих в себя по три разряда. Такой выбор цвета объясняется тем, что неконтролируемый рост значений напряжения всегда более опасен для нагрузки, чем изменение показаний амперметра, ибо последнее в автоматическом режиме отслеживается защитой.
Наличие шести индикаторов, управляемых портами МК, привело к тому, что пришлось применить буферную цепочку Т1-Т6 из 6 транзисторов р-n-р проводимости, уменьшающих до приемлемого значения ток через порты микроконтроллера.
К регистру порта РВ через восемь токоограничивающих резисторов R1-R8 включены соединенные в параллель сегменты шести индикаторов. К портам PDO-PD5 подключены транзисторы, активирующие конкретный разряд индикатора. Таким образом, процессор поочередно «засвечивает» каждый разряд индикатора и одновременно через порт РВО-РВ7 формирует изображение нужного числа.
Напряжение с выхода источника питания поступает для оцифровки на АЦП0 через резисторный делитель R49R50R51C9, коэффициент деления которого равен 5. МК производит выборки и затем определяет среднее значение. В качестве датчика тока, который потребляет нагрузка, используется мощный безындукционный резистор малого сопротивления R44. Величина падения напряжения на нем усиливается операционным усилителем DA2.2 и подается для анализа на АЦП1 МК.
Исходя из скорости обработки программы МК, опрос портов, в том числе клавиатуры, происходит циклически, без использования внутренних прерываний, что улучшает стабильность работы в целом. В случае не контролированного исчезновения питающего напряжения потери управляемости не наблюдалось и возрастания напряжения на выходе регулятора не фиксировалось.
Кнопки подключены к порту РА2, РАЗ, РА4. Их три: S1 - «+», в зависимости от величины шага, увеличивает значение выходного напряжения, S2 - «-» соответственно уменьшает. Кнопка S3 -«Плавно/грубо» определяет величину шага настройки. При включении - шаг составляет 0,1 В, при нажатии кнопки - увеличивается до 1,5 В. Повторное нажатие возвращает исходное значение, которое индицируется зеленым светодиодом LED2. Этот режим введен с целью быстрого ввода значений без утомительных нажатий кнопки «+». Шаг в 1,5 В выбран из соображения приближения к ряду питания низковольтной аппаратуры.
Таким образом, можно задать выходное напряжение с точностью в 0,1 В. Учтите, что БП не только измеряет реальное напряжение на выходе, но и задает его.
Указанный способ работы источника питания очень удобен в эксплуатации. Вы выставляете нужное напряжение, оно тут же выводится на клеммы и измеряется. При подключении нагрузки индикатор тока в реальном времени индицирует ток потребления. При ненормированной или нестабильной нагрузке напряжение выхода будет «проседать» или «прыгать», что немедленно отразится на индикаторах, а значит, привлечет внимание мастера к подключенному к нему устройству.
Следующим, не мене важном узлом, является цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), который через порт РС0-РС7 управляет аналоговой частью устройства и формирует выходное напряжение. Из соображения доступности, простоты изготовления и уменьшения уровня излучаемых шумов использован так называемый R-2R ЦАП на R21-R37. Схема ЦАП, взята из открытых источников (1), неоднократно проверена и показала приемлемые характеристики.
Аналоговая часть схемы показана на рис.2


и состоит из сдвоенного операционного усилителя DA1, который формирует напряжение управления выходными транзисторами и усиливает напряжение от датчика тока.
DA1.1 в связке с транзисторами Т7, Т9, Т10 осуществляют необходимое усиление по току и напряжению. Т7 и Т9 включен по схеме с общим эмиттером, а Т10 - с общим коллектором. У включения последнего транзистора есть неоспоримые достоинства: большое входное и малое выходное сопротивление, что очень важно в источнике питания. Схему с таким включением еще называют «эмиттерным повторителем». В целом схема работает следующим образом: выходной ток ОУ усиливается транзистором Т7, его коллекторный ток подается на базу Т9, а затем проинвертированный и усиленный сигнал управляет мощным транзистором Т10. По сути дела, Т10 является усилителем тока коллектора Т9, который увеличивает его в h21э раз Т10. Исходя из чего на месте Т9 можно использовать транзисторы средней мощности.
Питание операционного усилителя осуществляется однополярным положительным напряжением. Благодаря применению транзисторов разной проводимости удалось добиться минимальной разности входного и выходного напряжений и четкой управляемости системы в целом. Наличие резистора R42 в цепи эмиттера Т7 ограничивает его базовый и, главное, коллекторный ток на уровне около 30 мА. Коэффициент усиления по напряжению ОУ DA1.1 и транзисторов Т7, Т9, Т10 равен 1+R40/R39.
На DA1.2 собран усилитель напряжения датчика тока потребления нагрузки - резистора R44. Коэффициент усиления по напряжению ОУ DA1.2 равен 25. Резистор R48 и D2 представляют собой простейший стабилизатор, задача которого состоит из защиты порта РА1 от возможного перенапряжения, ограничивая входное напряжение на уровне в 5,1 В. Аналогично используется D1 и R49 для порта РА0.
На элементах R51, R54, R53, Т8 собран электронный предохранитель. Он введен, исходя из того, что время реакции МК может быть недостаточным для блокировки биполярного транзистора при быстротечной перегрузке системы. Ток срабатывания определяет R54 и в небольших пределах регулирует R53. Максимальный ток срабатывания защиты - 2 А, что не даст возможности выйти из строя транзистору Т10.
Если падение напряжения на R54, которое зависит от тока потребления, превысит величину, равную приближенно 0,6 В, транзистор Т8 откроется и предотвратит дальнейшее увеличение базового тока транзистора Т9, а вслед за ним и Т10. Ток нагрузки ограничится на безопасном для системы уровне. Использованная защита не имеет триггерного режима работы, а посему сразу после снятия короткого замыкания возвратится в исходное состояние. Таким образом, регулятор напряжения выдерживает возмущения выходного тока и в случаи короткого замыкания на клеммах, в том числе и импульсного характера.
Независимо от вышеуказанного электронного предохранителя на аналоговых элементах, который защищает источник питания от нагрузки, защита самой нагрузки возложена на МК, который в реальном времени следит за значениями выходного тока. Если этот показатель превысит заданную максимальную величину, он примет защитные меры, а именно: немедленно выключит ЦАП путем обнуления регистра порта PC, а также проинформирует пользователя миганием светодиода LED1. Отсутствие потенциала на резисторах ЦАП, а значит, и на входе DA1.1 закроет транзисторы регулятора. Напряжение на выходных клеммах будет снято - нагрузка отключена. В этом состоянии БП может находиться неограниченное время. Для возобновления подачи напряжения достаточно нажатиями кнопки S1 выставить необходимое выходное напряжение. При превышении указанных режимов защита автоматически сработает опять. Таким образом, в этом источнике питания используется две независимые петли защиты: быстродействующая - аналоговая на транзисторе Т8 и «контролирующая» - цифровая на U1.


Питание схемы показано на рис.3 и состоит из двух микросхем VR1, VR2 и цепей выпрямления, а также фильтрации. Стандартная схема включения пояснений не требует, кроме R58 мощностью в 1 Вт, наличие которого не обязательно, но с ним значительно лучший тепловой режим работы стабилизатора VR2 на 5 В.
Детали и конструкция
U1 -МКАVR АТМЕGА16А-16РPU или АТМЕGА16L.
Если от микроконтроллера никуда не уйдешь, то остальные детали - практически «ширпотреб», которого всегда в достатке. Детали блока не критичны к замене.
При построении ЦАП, безусловно, наилучшим вариантом был бы R-2R ЦАП в гибридном корпусе на одном кристалле. При его отсутствии, используйте резисторы в SMD исполнении или обычные, но обязательно возьмите каждый из номиналов из одной партии (коробки). Таким образом, будет максимально соблюдена линейность преобразования. Практика эксплуатации показала его стабильность и легкость реализации.
Индикаторы применены импортные типа GNT-3631BG, GNS-3611BD, но можно использовать и аналогичные отечественные, а также одиночные типа АЛС321Б или АЛС324Б, но обязательно с общим анодом.
Буферные транзисторы ВС478 заменяются любыми транзисторами малой мощности, что имеются в наличии, с соблюдением расположения выводов и проводимости, в том числе КТ209, КТ502 с любым буквенным индексом.
Транзисторы Т7, Т8 - импортные малой мощности, но можно установить КТ203, КТ208, КТ315 и КТ361 соответственно. В этом случае обратите внимание на максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер в сравнении с напряжением питания после диодного моста, если оно превышает 26 В. Т9 - КТ361, КТ801Б, КТ807Б. Т10 - средней мощности КТ803А, КТ814, КТ805, КТ808А или любой мощный с допустимым током коллектора не менее 2 А и допустимым напряжением коллектор-эмиттер больше напряжения питания. Испытано использование в качестве выходного составного транзистора по схеме Дарлингтона TIP110. Транзистор Т10 желательно выбрать с большим статическим коэффициентом передачи тока базы. Т10 установлен на радиаторе площадью 400 см2. Если Ваш радиатор мал, то установите вентилятор от компьютера.
Резисторы - датчики тока С5-16В, мощностью 5... 10 Вт. Мощность токозадающих резисторов из соображения надежности сознательно увеличена.
Конденсаторы на плате А1 - керамические, желательно в SMD исполнении. Электролиты в стабилизаторе - К50-12.
Операционный усилитель можно попробовать заменить TLC2272, TLC2262 или аналогичным. Подстроечные резисторы из серии СП5, СПЗ-19б.
Стабилизаторы питания на 5 и 18 В работают без радиатора, при наличии R58. Диодная сборка на 2 А или любые выпрямительные диоды с допустимым прямым током в 2 А и обратным напряжением не менее напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Если использовать трансформатор на 24 В переменного напряжения, то или германиевые с малым прямым падением напряжения и обратным не менее 30 В или современные Шотки. Светодиоды можно применить любого типа.
Габаритная мощность трансформатора должна быть не мене 60 Вт, выходное переменное напряжение от 25 до 35 В, 2 А. При большем напряжении не смогут работать стабилизаторы VR1, VR2.
Конструктивно изготавливается на 3-х или 2-х платах. В последнем случае блоки А2 и A3 сведены в один. Такая конструкция даст возможность быстрой модернизации блока в будущем путем замены устаревшей части, а также облегчит наладку.
Сборка и наладка
Правильно собранный БП начинает работать сразу, но нужно учесть следующее.
В цифровой части распайку платы провести без МК, вместо которого установить 40-выводную панельку. Можете установить 6-штырьковый
разъем для внутрисхемного ISP программирования (JMP1-JMP3). Катушку L1 и конденсатор С4 расположите как можно ближе к МК. Разводку платы произведите так, чтобы шина питания схемы и МК шла «звездочкой» с одной точки, чтобы не было «сквозного» тока через выводы микроконтроллера.
«Зашейте» программу в микроконтроллер. Внимательно отнеситесь к выставлению фьюзов, иначе введете его в «нокаут». Если этот этап проводите впервые, то сначала почитайте соответствующую литературу. «Прошитый» контроллер засветит нули в индикаторе, и будет реагировать на прикосновение пальцами к портам АЦП, высвечивая разные цифры. Подав через резисторы в сотню Ом на РА0, РА1 5 В от его же питания, получите соответствующие показания на индикаторах.
Аналоговую часть можно собирать всю сразу и начинать налаживать отдельно, без цифровой платы. Запаяйте все резисторы, конденсаторы и диоды. Впаивать цепочку транзисторов после DA1.1 поочередно с обязательным измерением тока коллектора Т7. Проконтролируйте, чтобы он не достиг значения больше 30 мА. Иначе меняйте очередной транзистор на другой, аналогичный или меньшей мощности (важен h21э). Если это условие не соблюсти, то резистор R2 придется уменьшать до десятков Ом, и он превратится в «печку». После этого ставим в панельку LM358. Убедившись в работоспособности усилителя напряжения, приступайте к электронному предохранителю на Т8. При нагрузке в 2 А он должен «реагировать» и блокировать выходную мощность на безопасном уровне.
Начальная настройка показаний вольтметра и амперметра производится по показаниям тестера. На 2 ногу DA1 подается 5 В от стабилизатора питания и подстроечным резистором R50 выставляется 5 В при выходном напряжении в 25 В.
Движком резистора R47 выставляете на выходе 7 DA1 1,5В при нагрузке в 1,5 А.
Когда вся цепь по напряжению работоспособна, выставляем верхнюю границу напряжения, в зависимости от входного напряжения от трансформатора, с помощью R40. Имейте в виду, что если при статической нагрузке «дергаются» показания индикаторов, значит, система возбуждается. Это может быть как следствием ошибок или неверной разводки аналоговых цепей на плате, так и недостаточной мощности обмоток трансформатора.
Теперь можно соединить все части воедино и произвести окончательную настройку - согласование указанными ранее подстроечными резисторами.
Вопросы по построению источника питания можно задать автору на электронный адрес [email protected] .
РА №3, 2011
Литература
1. Стабилизатор напряжения 0...25,5 В с регулируемой защитой по току. // Радио. - №8. - 2007.
2. Гребнев В.В. Микроконтроллеры семейства AVR фирмы ATMEL
3. Голубцов М.С. Микроконтроллеры AVR от простого к сложному
4. Datasheet ATMEGA16А-16PU - Atmel Даташит 1C, 8-бит 16К FLASH Микроконтроллер

ЧАСТЬ 2


(Продолжение. Начало см. в РА 3/2011)
Опубликованная в схема блока питания с микроконтроллерным управлением преследовала цель заинтересовать радиолюбителей и помочь им понять потенциальные возможности и перспективы использования микроконтроллеров (МК) в блоках питания аппаратуры, а также освоить МК практически. Вторая часть этой статьи - продолжение изысканий автора в этом направлении и анализ вопросов и предложений, высказанных автору читателями журнала.
Отзывы на статью показали наличие в среде радиолюбителей как теоретического, так и практического интереса к этой теме, а также выявили трудности, с которыми столкнулись читатели.
Внимание автора привлекло справедливое замечание одного из радиолюбителей из г. Курска, пожелавшего повторить блок. У него в наличии были только семисегментные индикаторы с общим катодом, а покупать подобные с общим анодом, используемые в БП из статьи , не вызывало особого энтузиазма. Как и ожидалось, не обошлось без «религиозных войн» со стороны приверженцев продукции конкурирующих фирм-производителей микроконтроллеров AVR и PIC.
К этому БП также проявили интерес радиолюбители, которые не имеют опыта работы с МК. Многих читателей интересует возможность повысить выходную мощность БП с сохранением заявленных ранее характеристик и возможностей.
Учитывая вышеизложенные пожелания, автор разработал ряд дополнений, которые можно условно
разбить на три направления:
1. Модернизация существующей цифровой части БП (А1) и разделение ее схемы на два узла
(части).
2. Перенесение полученного результата на другую микроконтроллерную платформу.
3. Повышение выходной мощности БП и выходного тока до 2 А.
Следует учесть, что при этом модернизация коснулась как принципиальной схемы, так и программы МК.
Кроме того, программа защиты контролирует теперь верхнюю границу тока потребления в 2,05 А.
Остальные заявленные в характеристики блока питания не изменились.
Описание изменений в принципиальной электрической схеме блока питания и логики его работы
Структура источника питания, как и прежде, состоит из трех частей. Изменению, как описано выше, подвергся цифровой модуль управления с индикацией (А1). Аналоговая часть (А2) и модуль питания (A3) самого БП остались без изменений.
Цифровой модуль управления разделен на две части, так как практика показала, что при стремлении сделать БП как можно более компактным, расположить на одной плате микроконтроллер с обвязкой, индикаторы и элементы управления практически невозможно. Кроме того, так решается проблема универсальности использования различных типов светодиодных индикаторов.
Таким образом, к плате микроконтроллерного управления (А1) теперь добавлена плата управления и индикации (А4).
Принципиальная электрическая схема модернизированного модуля А1 показана на рис.1.

Работа цифровой части устройства на микросхеме U1 фирмы AVR ATMEGA16 в целом не изменилась (см. ).
На МК, как и прежде, возложены функции оцифровки выходного напряжения и тока через внутренние АЦП и вывод результата на шесть семисегментных индикаторов, обработка клавиатуры, управление регулятором выходного напряжения и защита стабилизатора напряжения. Для удобства работы с блоком питания в программу добавлены алгоритм включения звукового излучателя (бипера) при переходе системы в режим «Авария» и алгоритм обработки энкодера (валко-дера). При этом оставлен режим работы с кнопками. Таким образом, пользователю предоставлена возможность выбора варианта управления. Например, можно использовать только одну кнопку S3 «Шаг» и энкодер. Такой вариант особо пригодится тем, кто имеет механический энкодер со встроенной кнопкой.
Итого, в схеме к первоначальному варианту уз-ла (А1) из в принципиальную схему добавлен узел опроса энкодера: два резистора (R46, R47) и сам энкодер, подключенный к ранее свободным выводам РА5, РА6. Добавлена также система управления звуковым излучателем R49, Т11, ЕР. В данной конструкции нужно использовать бипер с внутренней генерацией. Сделано это, чтобы не «отвлекать» микроконтроллер на генерацию сигнала. Тем, кто не сможет достать такой излучатель, рекомендую заменить его обычным генератором на транзисторах или логических элементах с пьезоизлучателем, питание на который надо снимать с коллектора Т11. Этот узел построен так, что по желанию его можно одновременно использовать для режима полного отключения выхода блока питания с помощью реле или полевого транзистора при нештатной ситуации.
В нынешнем варианте много чего вынесено в узел индикации и управления (А4), который может быть выполнен в двух вариантах: для индикаторов с общим анодом (рис.2)

и для индикаторов с общим катодом (рис.3).

Он подходит для всех микроконтроллеров, указанных в статье.
Таким образом, А4 содержит 6 транзисторных ключей индикации Т1-Т6 (n-p-n или p-n-р проводимости в зависимости от типа индикатора), которые уменьшают до приемлемого значения ток через порты микроконтроллера. В состав А4 входят схема управления самогенерирующим бипером на транзисторе Т11 и энкодер. Резисторы R46, R47, входящие в узел опроса энкодера, расположены на А1.
По просьбе радиолюбителей, которые столкнулись с проблемой приобретения МК AVR
ATMEGA16, разработана и испытана программа для МК AVR ATMEGA8535, который совпадает по выводам с ATMEGA16. Возможно также применение МК AVR ATMEGA32, у автора имеется соответствующая версия программы.
Кроме того, был разработан вариант схемы блока А1 на МК типа PIC16F877A, принципиальная схема которого показана на рис.4.

В целом в нем иная архитектура портов. Тем не менее, удалось подобрать оптимальный вариант его подключения с минимальными отличиями. Основные из которого -наличие кварцевого резонатора Сr1, отсутствие обвязки цепи «RESET», питания аналоговой части АЦП и, конечно, иного разъема внутрисхемного программирования. В дан ном случае он 10-штырь-ковый. Программная часть PIC16F877A работает аналогично. К плате физически подходит любой вариант платы управления и индикации (А4).
Принципиальная схема аналоговой части (А2) не изменилась. Ее можно посмотреть на рис.2 в .
Питание самого блока выполнено по схеме рис.3 из и объясненной там же.
Детали и конструкция
U1 - AVR ATMEGA16-16PU, ATMEGA16L или ATMEGA16А, а также вышеуказанные ATMEGA8535, ATMEGA32, аналогично - PIC16F877 и PIC16F877A.
Напоминаю, что в случае использования указанных микроконтроллеров AVR не требуется переделки схемы и платы.
МК PIC между собой также взаимозаменяемы. При этом автор использует кварцевый резонатор на 10 МГц. Индикаторы, как указано выше, с общим катодом или анодом любого типа и размера. От выбора индикатора и их размеров зависит значение тока в их цепи. Поэтому, возможно, необходим подбор резисторов в цепи между индикатором и портом РВ МК в диапазоне 100...300 Ом, но эти резисторы обязательно должны иметь одинаковые номиналы.
В качестве буферных транзисторов Т1-Т6 на плате индикаторов (А4) можно использовать любые из имеющихся в наличии транзисторов малой мощности с учетом проводимости и током коллектора около 100 мА.
Энкодер типа РЕС 12, РЕС 16 или аналогичный.
Мощность сетевого трансформатора должна быть 70... 100 Вт, выходное напряжение от 25 до 35 В, ток ЗА.
Радиатор выходного транзистора должен иметь полезную площадь охлаждения не менее 500 см2.
Иначе надо поставить вентилятор для принудительного обдува.
Сборка и наладка
Правильно собранный БП начинает работать сразу. Сборку производить в порядке, указанном в предыдущей статье.
К кварцевому резонатору в схеме на PIC16F877A, возможно, не потребуется присоединение по стандартной схеме двух одинаковых конденсаторов на 10...30 пФ (С2 и СЗ).
Программировать микроконтроллер можно как в отдельно собранном программаторе, так и внутри-схемно через соответствующий разъем на плате.
Акцентирую внимание на проверку при программировании правильности установленных фьюзов, так как программаторы не имеют единого стандарта в этом вопросе. Сначала нужно прочесть, каким способом обозначается установленный фьюз, и только потом активировать.
Вариант установки фьюзов для программы РоnyProg2000 показан на рис.5.


Для AVR ATMEGA8535 указанные фьюзы выставляются аналогично, а для МК PIC16F877 нужно использовать слово конфигурации: Ox3f3a.

Файлы для прошивки микроконтроллеров выложены в архиве на сайте издательства «Радиоаматор».
В этом архиве находится 8 файлов:
файл anod-2_05A_PIC877.hex прошивки МК PIC16F877 для индикаторов с ОА;
файл anod-2_05A_PIC877A.hex прошивки МК PIC16F877A для индикаторов с ОА;
файл catod-2_05A_PIC877.hex прошивки МК PIC16F877 для индикаторов с ОК;
файл catod-2_05A_PIC877A.hex прошивки МК PIC16F877A для индикаторов с ОК;
файл anod_2A_16.hex прошивки МК ATMEGA16 для индикаторов с ОА;
файл catod_2A_16.hex прошивки МК ATMEGA16 для индикаторов с ОК;
файл anod_2A_8535.hex прошивки МК ATMEGA8535 для индикаторов с ОА;
файл catod_2A_8535.hex прошивки МК ATMEGA8535 для индикаторов с ОК.
В данное время автором осуществляется ряд экспериментов для изучения поведения блока, особенно стабильности его характеристик при выходном токе от 3 до 5 А.
Литература:
1. Котик В.Д. Лабораторный блок питания с микроконтроллерным управлением 0.. .25,5 В с двойной защитой // Радиоаматор. - 2011 - №3. - С.26-30.
2. http://www.ra7.com.ua/ - сайт издательства «Радиоаматор».
Источник РА 6"2011

АРХИВ:
Котик В.Д

Рассказать в:

Выходное напряжение блока питания можно изменять в пределах 1,25....26 В, максимальный выходной ток - 2 А. Порог срабатывания защиты по току можно изменять в пределах 0,01...2 А с шагом 0,01 А, а задержку срабатывания - в пределах 1...10 мс с шагом 1 мс и 10...100 мс с шагом 10мс. Стабилизатор напряжения (рис. 1) собран на микросхеме LT1084-ADJ (DA2). Она обеспечивает выходной ток до 5 А и имеет встроенные узлы защиты как от перегрева (температура срабатывания около 150 °С), так и от превышения выходного тока. Причем порог срабатывания защиты по току зависит от падения напряжения на микросхеме (разности входного и выходного напряжений). Если падение напряжения не превышает 10 В, максимальный выходной ток может достигать 5 А, при увеличении этого напряжения до 15 В он уменьшится до 3...4 А, а при напряжении 17... 18 В и более не превысит 1 А. Регулировку выходного напряжения в интервале 1,25...26 В осуществляют переменным резистором R8.

Для обеспечения в блоке питания выходного тока до 2 А во всем интервале выходных напряжений применено ступенчатое изменение напряжения на входе стабилизатора DA2. Четыре двухполупериодных выпрямителя собраны на понижающем трансформаторе Т1 и диодах VD1-VD8. Выпрямитель на диодах VD1, VD2 и стабилизатор напряжения DA1 предназначены для питания микроконтроллера DD1, ОУ DA3 и цифрового индикатора HG1. Выходное напряжение выпрямителя на диодах VD5, VD6 составляет 9... 10 В, на диодах VD4, VD7 - 18...20 В, а на VD3, VD8 - 27...30 В. Выходы этих трех выпрямителей, в зависимости от значения выходного напряжения блока питания, через полевые транзисторы оптореле U1-U3 могут быть подключены к сглаживающему конденсатору С4 и входу стабилизатора DA2. Управление оптореле осуществляет микроконтроллер DD1.

Переключательный транзистор VT1 выполняет функцию электронного ключа, он по команде микроконтроллера DD1 подключает или отключает напряжение стабилизатора от выхода (гнездо XS1) блока питания. На резисторе R14 собран датчик тока, напряжение на нем зависит от выходного тока. Это напряжение усиливается масштабирующим усилителем постоянного тока на ОУ DA3.1 и с выхода буферного усилителя на ОУ DA3.2 поступает на линию РСО (вывод 23) микроконтроллера DD1, которая сконфигурирована как вход встроенного АЦП. Отображение режимов работы блока питания, а также текущих значений тока и напряжения осуществляет ЖК индикатор HG1.

При включении блока питания на выходе РСЗ микроконтроллера DD1, независимо от выходного напряжения, установится высокий логический уровень, полевые транзисторы оптопары U1 откроются и ко входу стабилизатора DA2 будет подключен выпрямитель на диодах VD3, VD8 (27...30 В). Далее осуществляется измерение выходного напряжения блока с помощью встроенного в микроконтроллер DD1 АЦП. Это напряжение поступает на резистивный делитель R9R11R12, и с движка подстроенного резистора R11 уже уменьшенное напряжение поступает на линию РС1 микроконтроллера, которая сконфигурирована как вход АЦП.

В процессе работы выходное напряжение постоянно измеряется, и ко входу стабилизатора будет подключен соответствующий выпрямитель. За счет этого разность входного и выходного напряжений стабилизатора DA2 не превышает 10... 12 В, что дает возможность обеспечить максимальный выходной ток при любом выходном напряжении. Кроме того, это существенно снижает нагрев стабилизатора DA2.

Если выходное напряжение блока не превышает 5,7 В, высокий уровень будет на выходе РС5 микроконтроллера DD1, а на выходах РСЗ и РС4 - низкий, поэтому на вход стабилизатора DA2 поступит напряжение 9...10В с выпрямителя на диодах VD5, VD6. В интервале выходных напряжений 5,7... 13,7 В на стабилизатор будет подано напряжение 18...20 В с выпрямителя на диодах VD4, VD7. При выходном напряжении более 13,7 В на стабилизатор DA2 будет подано напряжение 27...30 В с выпрямителя на диодах VD3, VD8. Пороговые напряжения переключения можно изменить в меню начальных настроек от 1 до 50 В.

Одновременно осуществляется измерение выходного тока; если он превысит заранее установленное значение, на выходе РС2 установится низкий логический уровень, транзистор VT1 закроется и напряжение не поступит на выход блока питания. При пульсирующем характере потребляемого тока индицируется его амплитудное значение.
Сразу после включения блока питания транзистор VT1 закрыт, и на выход напряжение не поступает. Программа находится в режиме установки тока срабатывания защиты и времени задержки (если требуется), на ЖК индикаторе HG1 будет сообщение:

ЗАЩИТА
I=0,00А

а после нажатия на кнопку SB3 при мигающем старшем разряде:

ЗАДЕРЖКА 1мс

В первом случае один из трех разрядов мигает, значение тока в этом разряде изменяют нажатием на кнопку SB1 "+" или SB2 "-". Выбор этого разряда осуществляют нажатием на кнопку SB3 "Выбор". Чтобы отключить защиту, необходимо нажимать на кнопку SB2 "-" до тех пор, пока на экране не появится сообщение:
U= 10,0V
z откл z

После установки требуемого тока срабатывания защиты нажимают на кнопку SB3 "Выбор" и удерживают ее около секунды - устройство перейдет в рабочий режим, транзистор VT1 откроется и ЖК индикатор HG1 отобразит текущие значения напряжения и тока:
U= 10,0V
I=0,00A

При включенной задержке на индикаторе, помимо значений напряжения и тока, как напоминание, будет отображаться мигающий восклицательный знак:
U=10,0V
I 0.00A !

Если защита выключена, взамен восклицательного знака появится мигающий знак "молния".
Если выходной ток будет равен или превысит установленное значение тока срабатывания защиты, транзистор VT1 закроется и на экране появится сообщение:
ЗАЩИТА
I=1,00А

Причем слово "ЗАЩИТА" будет мигающим. После кратковременного нажатия на любую из кнопок устройство снова перейдет в режим установки тока срабатывания защиты.
Если в рабочем режиме нажать на кнопку SB1 "+" или SB2 "-", включится раздел установки временной задержки срабатывания защиты по току и на индикаторе появится сообщение:
ЗАДЕРЖКА 1мс

Нажимая на кнопку SB1 "+" или SB2 "-", изменяют задержку в пределах от 1 мс до 10 мс с шагом 1 мс и от 10 до 100 мс с шагом 10 мс. Задержка срабатывания защиты по току работает следующим образом. Если выходной ток станет равным или превысит установленное значение, будет сделана пауза установленной длительности (от 1 до 100 мс), после чего снова проведено измерение. Если ток по-прежнему равен или превышает установленное значение, транзистор VT1 закроется и нагрузка будет обесточена. Если же за этот временной интервал выходной ток станет меньше тока срабатывания, устройство останется в рабочем режиме. Чтобы отключить задержку, необходимо уменьшать ее значение нажатием на кнопку SB2 "-", пока на экране не появится сообщение:
ЗАДЕРЖКА ОТКЛ

В рабочем режиме можно вручную отключить выходное напряжение и перейти в режим установки тока защиты, для этого нужно нажать на кнопку SB3 "Выбор".
В программе есть меню начальных настроек, для того чтобы в него войти, необходимо включить блок питания, удерживая нажатой кнопку SB3 "Выбор". Первым отобразится меню установки тактовой частоты встроенного АЦП микроконтроллера DD1:
ТАКТ АЦП 500кГц

Нажатием на кнопку SB1 "+" или SB2 "-" можно выбрать три значения тактовой частоты встроенного АЦП: 500 кГц, 1 МГц и 2 МГц. При частоте 500 кГц время срабатывания защиты составляет 64 мкс, при частотах 1 и 2 МГц - 36 и 22 мкс соответственно. Калибровку устройства лучше проводить при частоте 500 кГц (установлено по умолчанию).

Чтобы перейти к следующей настройке, нажимают на кнопку SB3 "Выбор", и появится сообщение:
СТУПЕНБ2
ОТ 5,7V

В этом разделе меню можно изменить (нажимая на кнопку SB1 "+" или SB2 "-") значение выходного напряжения, при котором осуществляется подключение ко входу стабилизатора DA2 того или иного выпрямителя. При следующем нажатии на кнопку SB3 "Выбор" появится меню установки такого порога переключения:
СТУПЕНЬЗ
ОТ 13,7V

При переходе в следующий раздел меню откроется транзистор VT1, а защита по току будет отключена. Появится сообщение: U= 10,0V* I=0,OOA*
В этом разделе изменяют значение коэффициента k, который использован в программе для коррекции показаний выходного напряжения в зависимости от выходного тока. Дело в том, что на резисторе R14 и транзисторе VT1 при максимальном выходном токе падение напряжения составляет до 0,5 В. Поскольку для измерения выходного напряжения использован резистивный делитель R9R11R12, включенный до резистора R14 и транзистора VT1, в программе, в зависимости от протекающего тока, рассчитывается это падение напряжения и вычитается из измеренного значения напряжения. При нажатии на кнопку SB1 "+" или SB2 "-" на индикаторе взамен значения тока отобразится значение коэффициента k:
U= 10,0V* k=80

По умолчанию он равен 80, его изменяют нажатием на кнопку SB1 "+" или SB2 "-".
При последующем нажатии на кнопку SB3 "Выбор" микроконтроллер DD1 запустится повторно, при этом все установленные настройки сохранятся в его энергонезависимой памяти и будут использованы при последующих запусках.




Большинство деталей, в том числе и трансформатор Т1, размещены на макетной печатной плате (рис. 2). Был использован проводной монтаж. Конденсаторы С5 и С7 устанавливают как можно ближе к выводам стабилизатора DA2. На передней панели (рис. 3) установлены индикатор, выключатель питания, переменный резистор, кнопки и выходные гнезда.


Применены постоянные резисторы МЛТ, С2-23, кроме резистора R14 - он типа SQP-15, подстроечные резисторы многооборотные - СП5-2, переменный резистор - СПЗ-1, СПЗ-400, движок которого приводится во вращение через зубчатую передачу с передаточным числом, равным трем (рис. 4). В результате получился трехоборотный переменный резистор, который позволяет быстро и в то же время точно изменять напряжение на выходе стабилизатора.

Конденсаторы С5, С7 желательно использовать танталовые, оксидные конденсаторы - импортные, остальные - К10-17. Взамен указанного на схеме можно применить ЖК индикатор (две строки по восемь символов) с англорусским набором символов на контроллерах KS0066, HD47780, например WH0802A-YGH-CT фирмы Winstar. Диоды 1N4005 заменимы на диоды 1N4002- 1N4007, 1N5819, диоды Р600В - на P600DP600M, 1 N5401-1 N5408.

Стабилизатор LT1084 через тепло-проводящую изолирующую прокладку крепят к металлическому корпусу устройства, который выполняет функции теплоотвода, этот стабилизатор можно заменить на LM1084, но он должен быть обязательно с регулируемым выходным напряжением (с индексом ADJ). Отечественный аналог - микросхема КР142ЕН22А, но ее работоспособность в этом устройстве не проверялась. Стабилизатор 7805 можно заменить на отечественный КР142ЕН5А.

Дроссель L1 - отечественный ДМ-0,1 или импортный ЕС-24, его можно заменить на резистор сопротивлением 100 Ом. Кварцевый резонатор ZQ1 - РГ-05, HC-49U. Кнопки - любые с нормально-разомкнутым контактом, например SDTM-630-N, выключатель питания - B100G. Был применен трансформатор, тип которого неизвестен (указаны только параметры вторичной обмотки - 24 В, 2,5 А), но по габаритам он аналогичен трансформатору ТТП-60. Вторичная обмотка удалена и намотаны две новые. Для определения требуемого числа витков перед удалением обмотки было измерено выходное напряжение и найдено число витков, приходящееся на 1 В напряжения. Затем проводом ПЭВ-2 0,7...0,8 одновременно наматывают две обмотки с двумя отводами каждая. Число витков должно быть таким, чтобы на первых отводах обеих обмоток было напряжение 9 В, а на вторых - 18В. В авторском варианте каждая из обмоток содержала по 162 витка с отводами от 54 и 108-го витка.

Налаживание начинают без установленных микроконтроллера, ОУ и индикатора с проверки постоянных напряжений на выходах выпрямителей и стабилизатора DA1. При программировании микроконтроллера необходимо установить конфигурационные биты (fuse bits):
CKSELO - 1;
CKSEL1 - 1;
CKSEL2- 1;
CKSEL3- 1;
SUT1 - 1;
BOOTRST - 1;
EESAVE - 1;
WDTON - 1;
RSTDISBL - 1;
SUTO - 0;
BODEN - 0;
BODLEVEL - 0;
BOOTSZO - 0;
BOOTSZ1 - 0;
CKOPT - 0;
SPIEN - 0.

Микроконтроллер может быть запрограммирован внутрисхемно, при этом программатор подключают к вилке ХР2. При этом микроконтроллер питают от блока питания.
После установки микроконтроллера и ОУ подключают индикатор и включают устройство (без нагрузки), удерживая нажатой кнопку SB3 "Выбор", при этом программа микроконтроллера перейдет в режим начальных настроек. Резистором R16 устанавливают желаемую контрастность изображения индикатора, а подборкой резистора R18 - яркость подсветки табло индикатора.

Далее, нажимая на кнопку SB3 "Выбор", необходимо выбрать в меню раздел установки коэффициента k. К выходу устройства подключают образцовый вольтметр и устанавливают выходное напряжение, близкое к максимальному. Резистором R11 уравнивают показания индикатора и вольтметра. При этом выходной ток должен быть равен нулю.

Затем устанавливают минимальное выходное напряжение (1,25В) и подключают к выходу последовательно соединенные образцовый амперметр и нагрузочный резистор сопротивлением около 10 Ом и мощностью 40...50 Вт. Изменяя выходное напряжение, устанавливают выходной ток около 2 А и резистором R17 приводят показания индикатора в соответствие с показаниями амперметра. После этого последовательно с амперметром подключают резистор сопротивлением 1 кОм и изменением выходного напряжения устанавливают выходной ток 10 мА. На индикаторе должно быть такое же значение тока; если это не так и показания меньше, необходимо между выходом стабилизатора DA1 и истоком транзистора VT1 установить резистор сопротивлением 300...1000 Ом и его подборкой уравнять показания индикатора и амперметра. Временно можно применить переменный резистор, заменив его затем на постоянный с соответствующим сопротивлением.

В заключение уточняют значение коэффициента k. Для этого к выходу снова подключают образцовый вольтметр и мощный нагрузочный резистор. Изменяя выходное напряжение, устанавливают выходной ток, близкий к максимальному. Нажимая на кнопку SB1 "+" или SB2 "-", изменяют коэффициент k так, чтобы показания индикатора и вольтметра совпали. После нажатия на кнопку SB3 "Выбор" произойдет перезагрузка микроконтроллера и блок питания будет готов к работе.
Следует отметить, что максимальный выходной ток (2 А) ограничен типом примененных оптореле и может быть увеличен до 2,5 А, если их заменить на более мощные.

АРХИВ: Скачать с сервера


Д. МАЛЬЦЕВ, г. Москва
"Радио" №12 2008г. Раздел: