AVR-urile la laboratorul de alimentare LEIPZIG principiul de funcționare
Pentru alimentarea unității de alimentare este necesară o sursă de alimentare cu comutare cu cel puțin 36V/3A. Avantajul sursei de alimentare cu comutare este eficiența mai bună și, ca rezultat, căldura uzată mai mică și greutatea mai mică.
Din păcate, frecvența de comutare a sursei de alimentare în modul comutat se poate simți la ieșire. Prin urmare, recomand un transformator convențional.
cu transformator
Aceasta înseamnă că transformatorul meu are o tensiune de ieșire de 30 volți și 2 amperi. Motivul este factorul de pierdere de putere de aproximativ 1,8, care trebuie calculat pentru un transformator.
Formulă:
Cu transformatorul meu de 100VA, acest lucru face doar 55,5VA eficient. Cu un transformator de 180VA cu 2x 15V 30V/3A ar fi, de asemenea, posibil.
Podul Graetz cu Siebelkos:
(faceți clic pentru a mări)
8000µF funcționează numai dacă transformatorul are încă o rezervă de putere suficient de mare. Deoarece transformatorul meu este destul de subdimensionat, a trebuit să furnizez 15000µF.
Unitate de control a sursei de alimentare
Un transformator de 9V cu cablarea conform [3] este responsabil pentru alimentarea părții de comandă și a părții digitale. Alimentarea nereglementată a OPV-urilor nu prezintă probleme, deoarece +/- 12V servesc doar la furnizarea OPV-urilor.
Addendum: Deoarece tensiunea în circuit deschis a transformatorului mic este prea mare, am instalat 2 diode Z de 10 volți, inclusiv rezistențe de serie la ieșire pentru alimentarea simetrică.
(faceți clic pentru a mări)
Utilizarea unui convertor DC/DC a eșuat din cauza nivelului ridicat de interferență al ieșirii de 5V a convertorului testat. Au existat vârfuri scurte pe osciloscop cu o sarcină de bază de 10mA. Este de temut că aceste perturbări vor afecta reglarea și tensiunea de ieșire.
Alimentare suplimentară
Pe lângă sursa de tensiune controlabilă, ar trebui să existe și alte surse de tensiune. În cea mai mare parte 5Volt este necesar pentru circuite digitale, cum ar fi un microcontroler AVR și pentru o sursă de OPV-uri, în mare parte +/- 12Volt. Sursele de tensiune fixă pot fi folosite pentru aceasta. Pentru 5Volt folosesc o sursă de alimentare de comutare de 7,5V, care este concepută ca o sursă de alimentare plug-in. Pentru +/- 12Volt folosesc un transformator plat 230V/2x15V. Regulatoarele din seria clasică sunt utilizate pentru reglare. Acestea contribuie, de asemenea, la suprimarea eficientă a interferențelor.
(faceți clic pentru a mări)
Protecție la supracurent
De fapt, am vrut să protejez sursele de alimentare suplimentare cu siguranțe. Habar n-am ce călărea pe mine. Retrospectiv, se dovedește a fi un plan prost. Aș fi schimbat doar siguranța. În plus, siguranțele tind să răspundă puțin încet, chiar și cele agile. Așa că am dezvoltat și folosit opriri electronice de supracurent pentru consumabilele suplimentare.
Circuitul funcționează numai cu o tensiune de alimentare de +/- 15V a OPV-urilor. Motivul este gama de moduri comune a OPV-ului utilizat. TL084 sau TL082 pot procesa un semnal de intrare până la tensiunea de alimentare pozitivă, dar nu un semnal de intrare care se extinde la tensiunea de alimentare negativă. Ca soluție, OPV-urile sunt operate cu o tensiune de alimentare cu 3V mai mare.
Principiul protecției la supracurent a sursei de + 12V
(faceți clic pentru a mări)
După regulatorul liniar pentru 12 volți urmează un șunt de 0,5 Ohm. Căderea de tensiune pe acest rezistor este proporțională cu curentul care curge.
Formulă:
Această tensiune este amplificată cu un amplificator diferențial și apoi alimentată la un comparator. Pragul de comutare sau curentul de întrerupere este setat folosind potențiometrul de pe comparator. Flip-flop-ul din aval preia oprirea chiar și în cazul unui impuls de supracurent. Se resetează prin oprirea și repornirea sursei de alimentare a laboratorului. Aceasta înseamnă că unitatea de alimentare trebuie să fie oprită și pornită în mod conștient în caz de defecțiune. Oprirea în sine este realizată de un MOSFET P-Channel.
Principiul protecției la supracurent a sursei de -12V
(faceți clic pentru a mări)
Circuitul este identic cu circuitul pentru + 12V, dar diferența este că alimentarea negativă este oprită. Punctul de lipire aici este faptul că GND are potențialul mai pozitiv în comparație cu -12V. Pentru a putea opri MOSFET în siguranță, este necesară o tensiune de control la același potențial negativ de -12V. Ieșirea flip-flop-ului poate emite doar GND sau + 12Volt, care are un potențial chiar mai mare decât GND. Trucul aici este dioda Zener. Fiecare diodă Zener are o descoperire în al treilea cadran al caracteristicii sale. Am profitat de asta. Anodul se află la poarta mosfetului și este ținut la potențial negativ prin intermediul rezistorului R20. Aceasta înseamnă că dioda Zener conduce atunci când se aplică 12 volți pe catodul său și când se aplică 0 volți, este de înaltă rezistență. Dimpotrivă, dacă flip-flop-ul produce 0 volți, mosfetul cu canal N se blochează și dacă flip-flop-ul iese + 12V, mosfetul trece prin.
Combinarea ambelor circuite are ca rezultat protecția finală la supracurent pentru +/- 12 volți. +/- 15Volt sunt generați din tensiunea nereglementată folosind diode Zener.
(faceți clic pentru a mări)
În loc de TL084, poate fi utilizat un alt OPV cu 4 căi. OPV trebuie să reziste doar la o tensiune de alimentare de 30V (TL074, LM324 ...).
Protecție la supracurent + 5V
(faceți clic pentru a mări)
Cu 5Volt am ales același circuit ca și cu + 12V. O bucată de sârmă cu o secțiune transversală de 0,5 mm 2 și o lungime de 15 cm este utilizată ca șunt, care este apoi de aproximativ 0,015 Ohm. Curentul este măsurat ca o măsurătoare pe partea joasă. Acest lucru facilitează selectarea OPV. În caz contrar, principiul este același cu monitorizarea +/- 12 volți. Este important să folosiți un mosfet de nivel logic aici, deoarece altfel mosfetul nu va trece complet la + 5V și rezistența internă este prea mare.
Dacă doriți să utilizați un alt OPV, trebuie să fiți atenți la zona de mod comun a OPV. Acest lucru trebuie să funcționeze cu un semnal de intrare până la GND. Un TL082 de ex. nu poate face acest lucru. Cea mai bună alegere aici este un OPV de intrare Rail to Rail. Un reprezentant ar fi MAX407.
Secțiunea de putere
Voi prelua partea de performanță din [4] și o voi adapta la nevoile mele.
Calculul câștigului:
adică avem nevoie de un câștig de 6 pentru a obține o tensiune de ieșire de cel puțin 30 volți cu o tensiune de control de 5 volți.
Deoarece sa dovedit că un tranzistor de putere este nefavorabil pentru disiparea căldurii, am instalat 2 tranzistoare BD245. Un rezistor (conexiune paralelă a rezistențelor 4x 1Ω = 0,25Ω) în linia emițătorului este important pentru a compensa diferitele răspândiri ale tranzistoarelor. În caz contrar, poate duce la un tranzistor care să conducă mai repede decât celălalt. Acest lucru crește temperatura cipului, ceea ce duce la o creștere suplimentară a curentului până la distrugerea acestui tranzistor. Rezistența emițătorului contracarează acest lucru. De asemenea, puteți conecta alte tranzistoare în paralel pentru o distribuție și mai bună a pierderii de putere, dar nu trebuie să uitați rezistența emițătorului.
De asemenea, este necesar un circuit de măsurare pentru a controla parametrii de ieșire. Spre deosebire de [3], curentul la masă este măsurat cu un șunt de 0,5Ω (10x 4,7Ω paralel) sau 0,1Ω (10x 1Ω paralel), ceea ce este semnificativ mai ușor decât o măsurare a curentului pe partea înaltă. Aici se folosește o măsurare diferențială cu un OPV. Conform [11], aceasta are o curbă de măsurare mai liniară comparativ cu metoda de măsurare din [2] .
Scăderea tensiunii peste șunt:
Din păcate, această măsurare a curentului are o influență asupra măsurării tensiunii. Acest lucru este compensat de tensiunea reală cu un subtracter OPV. Acest circuit provine din Nota de aplicare 450 de la ATMEL. Pentru a compensa oscilația de tensiune a rezistorului de șunt atunci când curge curent, punctul de referință al OPV care nu inversează nu este împământat, ci conexiunea de șunt. OPV funcționează astfel ca un subtracter și tensiunea de offset a șuntului nu mai are nicio influență asupra măsurării și reglării.
Calculul valorilor:
Amplificarea amplificatorului diferențial:
Rezoluția afișajului LCD a valorii tensiunii:
Piesa de control analogică
Reglarea în sine are loc cu 2 amplificatoare operaționale, care au la ieșire un circuit SAU de 2 diode. Principiul poate fi văzut clar în [1]/pagina 9. Un LT1014 este apoi utilizat în circuitul final, deoarece are un offset de intrare de numai 150µV. În plus față de suprimarea vibrațiilor, ambele OPV-uri au un sistem extern de compensare a răspunsului în frecvență format din C3 și C4. Explicații detaliate pot fi găsite la [7]. Dioda Shottky în antiparalel cu condensatorul electrolitic de ieșire (10µF/100V) este utilizată pentru a reduce rapid tensiunea condensatorului atunci când tensiunea de ieșire este redusă. Un circuit separat de protecție la supracurent împotriva polarității incorecte, de ex. o baterie la ieșire. Punctele de referință ale regulamentului sunt realizate de ATMEGA8 cu un convertor DA de 12 biți pentru tensiune și curent.
Schema de circuit prezentată aici nu este completă și este doar pentru înțelegere. Schema completă a circuitului poate fi găsită la: Plăci: Placă de control
(faceți clic pentru a mări)
Pentru test, am configurat circuitul pe bază de probă pe o placă de calcul (fără măsurare diferențială și compensare) și l-am pus în funcțiune cu succes, în ciuda construcției sălbatice.
Întârziere la pornire
Din întâmplare am observat că apare un vârf de înaltă tensiune la pornirea sursei de alimentare. Motivul va fi că + 5Volt este mai probabil decât alimentarea +/- 10V a OPV-urilor.
A fost adăugată o întârziere la pornire pentru a preveni acest lucru. Acest circuit poate fi, de asemenea, adaptat pe o placă de circuit existentă.
Aceasta transformă tranzistorul Q2 timp de 0,5 sec. ținut la sol după pornire și vârful de tensiune nu apare.
Monitorizarea temperaturii
Temperatura radiatorului unității de alimentare este monitorizată pentru siguranță. Acest lucru se face cu un comutator bimetal. În cutia mea de ambarcațiuni era un mic comutator bimetal etichetat „PEPI NR”. Aceasta trece la 60 ° C. Conrad are comutatoare bimetale similare. Dacă acestea se deschid la temperatura limită, comutatorul este plasat între rezistența de 1KΩ și masă. Rezistorul de 10kΩ este plasat în conductorul + 5V. Tranzistorul NPN Q5 comută tensiunea de control a tranzistorului Q2 la masă în cazul unei alarme. O altă linie merge la controler.
(Pentru circuit vezi "Secțiunea de control analogic")
O altă posibilitate este utilizarea unei diode sau a unui tranzistor ca senzor.
Potențiometrul este utilizat pentru a seta temperatura la care unitatea de alimentare a unității de alimentare ar trebui să se oprească.
Protecție împotriva suprasolicitării și inversării polarității
Unitatea de alimentare este capabilă de încărcări continue până la 30V/3A cu un transformator. Unitatea de alimentare trebuie protejată împotriva polarității incorecte sau a alimentării externe prin prizele de ieșire din afara acestui interval.
Celelalte componente sunt destinate controlului și nu sunt prezentate în întregime.
Schema de circuit prezentată aici nu este completă și este doar pentru înțelegere. Schema completă a circuitului poate fi găsită la: Plăci: Placă de ieșire
(faceți clic pentru a mări)
O altă variantă nu ar fi utilizarea unei siguranțe, ci o siguranță electronică ca în partea a 2-a a [10]. Acest lucru economisește schimbarea enervantă a siguranței, dar trebuie să acceptați costurile crescute ale componentelor. Mai întâi voi introduce a doua variantă ca siguranță electronică. Puteți discuta despre necesitate. Cum funcționează: După pornire, releul preia automat, spre deosebire de original. În cazul unei polarități incorecte sau a unui curent de peste 3,5 A (reglabil cu potențiometrul), releul cade și trebuie reactivat manual cu ajutorul butonului. Restul este similar cu cel descris la [10]/Part2. Am schimbat doar intrările OPV-ului și condensatorul se încarcă numai atunci când curentul este depășit.
Circuitul este Nu testat.
Circuitul corespunzător poate fi găsit aici:
(faceți clic pentru a mări)
Eu însumi am optat pentru varianta simplă, deoarece backupul nu ar trebui să răspundă niciodată în timpul funcționării efective. Singurul caz ar fi o tensiune externă cu polaritatea greșită.