Alimentatore regolabile con protezione 220/1,2-24 volt 2 ampere. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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L'alimentatore da laboratorio proposto fornisce l'impostazione software delle soglie per la tensione e la corrente di uscita, il cui superamento è impossibile non solo a causa dei più probabili malfunzionamenti dell'unità, ma anche a causa di un'influenza negligente sui suoi elementi di controllo operativo. Ciò protegge efficacemente le apparecchiature alimentate dall'unità.

Una volta utilizzando un alimentatore da laboratorio, ho accidentalmente impostato il regolatore di tensione sul livello sbagliato. Di conseguenza, la tensione consentita per il costoso dispositivo alimentato è stata superata e si è guastata. Successivamente, ho pensato di creare un alimentatore regolabile con la funzione di proteggere il carico dalle sovratensioni e, di conseguenza, ho sviluppato e assemblato il dispositivo descritto nell'articolo.

La tensione di uscita del blocco da 1,2 a 24 V è impostata con quattro resistori variabili (due - approssimativamente e due - precisamente). Gli indicatori del dispositivo mostrano i valori attuali di tensione con una risoluzione di 0,1 V e corrente di carico fino a 1 A con una risoluzione di 1 mA e da 1 a 2 A con una risoluzione di 10 mA. L'unità è protetta dal superamento dei valori massimi di tensione e corrente definiti dall'utente, nonché dai cortocircuiti in uscita. La temperatura del dissipatore di calore dello stabilizzatore di tensione regolabile viene misurata continuamente; se supera il valore consentito di 2 °C, la ventola si accenderà automaticamente.

Il dispositivo è costituito da quattro unità funzionali principali: un alimentatore switching di rete RS 50-24 [1], configurato per una tensione CC in uscita di 26 V e in grado di erogare corrente fino a 2,2 A, uno stabilizzatore di tensione in uscita regolabile (schema in Fig. 1), tensioni stabilizzatrici +12 V e +5 V per alimentare le unità del blocco (Fig. 2) e il modulo di controllo e visualizzazione (Fig. 3).

Riso. 1 (clicca per ingrandire)

Fig. 2

Riso. 3 (clicca per ingrandire)

Tutte le operazioni per leggere i parametri controllati dai loro sensori, impostare le modalità operative e inviare informazioni agli indicatori HG1-HG3 vengono eseguite dal microcontrollore DD4 PIC16F1827-I/SO, la cui frequenza di clock è di 4 MHz impostata dal generatore RC integrato in esso. Il connettore XP1 viene utilizzato per programmare il microcontrollore.

Dopo aver collegato l'alimentatore RS-220-50 (U24) a una rete da 1 V, la sua tensione viene fornita allo stabilizzatore di tensione di commutazione regolabile sul chip DA1 LM2576T-ADJ e allo stabilizzatore non regolato DA4 KR142EN8B. Utilizzando quest'ultimo si ottiene una tensione di 12 V per alimentare l'avvolgimento del relè K1 e la ventola M1. Successivamente, lo stabilizzatore integrato DA5 KR142EN5A riduce la tensione da +12 V a +5 V, necessaria per alimentare i restanti componenti del blocco.

Lo stabilizzatore di impulsi comprende anche un diodo Schottky VD3, un'induttanza di accumulo L1 e condensatori C7-C11. La sua tensione di uscita è regolata da resistori variabili R7-R10. Il loro numero è stato aumentato per ottenere la fluidità di regolazione desiderata.

La tensione stabilizzata viene fornita al carico dell'unità attraverso i contatti del relè K1.1. Questo viene fatto in modo da poter spegnere il carico quando interviene la protezione o, se necessario, spegnerlo senza scollegare i cavi di alimentazione dall'unità. Indipendentemente dallo stato dei contatti K1.1, parte della tensione dall'uscita dello stabilizzatore regolabile attraverso un partitore di tensione sui resistori R12 e R13 viene fornita all'ingresso del microcontrollore ADC DD4, misurata da esso, e il valore di tensione a l'uscita dello stabilizzatore viene visualizzata sull'indicatore HG3. Questo permette di impostare la tensione desiderata quando l'uscita è spenta e solo successivamente, premendo il pulsante SB3, dare il comando di chiudere i contatti K1.1. Quando sono chiusi, premendo lo stesso pulsante li si apre. Dopo aver collegato l'unità alla rete e prima di premere il pulsante SB3, i contatti sono aperti.

Il sensore di corrente di carico è uno shunt collegato al suo filo negativo. È composto dai resistori R14 e R15 collegati in parallelo. Resistenza shunt: 0,05 Ohm. Con una corrente di carico di 2 A, la tensione ai suoi capi scende a 0,1 V. Ciò non è sufficiente per misurare con precisione la corrente, quindi la tensione proveniente dal sensore viene amplificata dall'amplificatore per strumentazione DA2 AD623ARZ [2], il cui guadagno è impostato su 11 dal resistore R6.

Dall'uscita di questo amplificatore, una tensione proporzionale alla corrente di carico viene fornita all'ingresso dell'ADC DA14 ADS3A1100IDBVT a 0 bit [3], che ha un amplificatore interno di 2. Ogni secondo, il convertitore esegue conversioni, i risultati di dieci dei quali vengono letti dal microcontrollore tramite l'interfaccia I²C. L'uso di un ADC esterno è dovuto al fatto che l'ADC a dieci bit integrato nel microcontrollore non fornisce la misurazione della corrente fino a 2 A con la precisione richiesta.

La temperatura del dissipatore di calore dello stabilizzatore DA1 viene misurata dal sensore BK1 DS18B20 o DS18S20 montato su di esso. Il programma del microcontrollore determina automaticamente il tipo di sensore. Se la temperatura misurata supera il valore specificato di 2 °C o più, su comando del microcontrollore, la ventola M1 viene accesa utilizzando i transistor VT2 e VT1, soffiando il dissipatore di calore. Il funzionamento della ventola è indicato dall'inclusione di un punto decimale dopo la cifra meno significativa dell'indicatore HG2. Quando la temperatura scende di 2 °C al di sotto della temperatura impostata, la ventola e la virgola sull'indicatore si spengono. Quando il sensore della temperatura è mancante o difettoso, la ventola funziona continuamente e l'indicatore HG2 presenta due segni meno accesi.

Il valore misurato della tensione di uscita dell'unità viene visualizzato sull'indicatore HG3 a tre cifre in volt con un punto decimale prima della cifra meno significativa (decimi di volt). Il valore misurato della corrente di carico viene visualizzato sull'indicatore a tre cifre HG1. Se è inferiore a 1 A, viene visualizzato in milliampere, come evidenziato dai punti decimali soppressi in tutte le cifre. I valori di corrente uguali o superiori a 1 A vengono visualizzati in ampere con una risoluzione di 0,01 A e un punto decimale dopo la cifra più significativa (unità di ampere).

Il microcontrollore controlla staticamente tutti gli indicatori tramite convertitori di codice seriale-parallelo DD1-DD3, DD5-DD9. Ciò consente di non utilizzare interruzioni nel programma del microcontrollore, che rendono difficile la lettura delle informazioni dal sensore di temperatura BK1 e ADC DA3. Gli anodi di tutti gli indicatori sono collegati insieme. La tensione viene fornita loro attraverso un interruttore sul transistor VT5, che viene aperto da impulsi di duty cycle variabile generati dal microcontrollore. Ciò consente di regolare la luminosità degli indicatori.

Quando la protezione viene attivata, i contatti del relè K1.1 si aprono e la testa dinamica BA1, controllata da un tasto sul transistor VT6, emette segnali sonori con una frequenza di 1000 Hz e una durata di 0,5 s. L'alimentatore U1 e gli stabilizzatori integrati DA1, DA4, DA5 hanno la propria protezione integrata contro il cortocircuito in uscita.

Lo stabilizzatore di tensione regolabile è assemblato su un circuito stampato, mostrato in Fig. 4. Contiene tutti gli elementi mostrati nello schema di Fig. 1, escluso alimentatore U1 e interruttore SA1. È disponibile un ponticello dimensione 1206 per il montaggio su superficie. Il chip DA1 è dotato di un dissipatore di calore.

Fig. 4

Gli stabilizzatori integrati DA4 e DA5 si trovano su una scheda realizzata secondo la Fig. 5. Sono fissati su lati diversi sullo stesso dissipatore di calore.

Fig. 5

Un disegno dei conduttori del circuito stampato della scheda di controllo e indicazione è mostrato in Fig. 6, e la disposizione degli elementi su di esso è in Fig. 7. Su questa scheda è necessario installare sette ponticelli simili a quello sopra menzionato. I pin 9 e 26 dell'indicatore HG1 e i pin 14 e 26 dell'indicatore HG3 vengono rimossi prima dell'installazione sulla scheda. La testina dinamica BA1 insieme al resistore R16 viene rimossa dalla scheda. Selezionando questo resistore, viene impostato il volume desiderato dei segnali sonori.

Fig. 6

Fig. 7

All'esterno della scheda sono presenti anche i resistori variabili R7-R10. Si consiglia di sceglierli il più grandi possibile, ciò garantirà la fluidità desiderata della regolazione della tensione. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata all'affidabilità del contatto tra i motori a resistenza variabile e i loro strati resistivi. Violazioni di questo contatto provocano sovratensioni nella tensione di uscita dell'unità, che possono far intervenire la protezione, ma sono comunque pericolose per il dispositivo alimentato.

I resistori R1-R4, R11, R19, R20 sono di dimensione standard 1206 per montaggio su superficie, il resto è di dimensione standard 0805. R7-R10 vengono scelti nelle dimensioni richieste, ma con i valori indicati nello schema. Resistori R14 e R15 - KNP-500-5W-0R1-FP Condensatori all'ossido C1, C11 - alluminio con conduttori in una direzione, C19, C22 - tantalio dimensioni CTSMD-A. I restanti condensatori sono ceramici di dimensione 0805 per il montaggio superficiale.

I microcircuiti della serie ADS1100 sono prodotti in diverse versioni, che differiscono per l'indirizzo slave sul bus I²C, attraverso il quale vengono scambiate informazioni con il microcontrollore. L'indirizzo è indicato da due caratteri dopo la parte principale del nome del chip e non può essere modificato. Solo i microcircuiti con indirizzo A0 (ADS1100A0) sono adatti per l'uso nel blocco in esame. Per utilizzare microcircuiti con altri indirizzi, è necessaria una modifica nel programma del microcontrollore.

Il progetto utilizza il relè OJ-SS-112LM12 [4]. Può essere sostituito con un altro con avvolgimento da 12 V e contatti in grado di commutare corrente fino a 3 A a tensione costante di 30 V.

L'aspetto del pannello frontale dell'alimentatore è mostrato in Fig. 8. Ecco gli indicatori HG1 (corrente di carico), HG2 (temperatura del dissipatore di calore), HG3 (tensione di uscita), LED HL2, che segnala che l'uscita è accesa, i pulsanti SB1 (aumento del parametro), SB2 (diminuzione del parametro) e due duplicati pulsanti SB3 (attivazione e disattivazione dell'uscita).

Fig. 8

Per passare dalla modalità principale di visualizzazione di tensione, corrente e temperatura all'impostazione della soglia di aumento della tensione, premere il pulsante SB1. Gli indicatori HG1 e HG2 si spegneranno e l'indicatore HG3 visualizzerà il valore di soglia. Ogni pressione del pulsante SB1 aumenterà e il pulsante SB2 lo diminuirà di 0,5 V. La soglia può essere modificata da 2 a 25,5 V. L'uscita da questa modalità e da quelle successive alla modalità principale avviene automaticamente se non si preme SB1 e SB2 per 10 s.

Per passare dalla modalità principale all'impostazione della soglia di incremento della corrente di carico premere brevemente il pulsante SB2. Gli indicatori si spegneranno, ad eccezione di HG1, dove verrà visualizzato il valore di soglia. Premendo i pulsanti SB1 e SB2 si cambia da 0,05 a 2 A con passi di 0,05 A.

Se, nella modalità principale, si tiene premuto il pulsante SB2, quindi 1,5 s dopo l'attivazione della modalità di impostazione della soglia corrente, inizierà una selezione ciclica delle modalità per la modifica di altri cinque parametri con lo stesso periodo. Puoi fare lo stesso tenendo premuto il pulsante SB1, ma in questo caso si attiverà prima la modalità di impostazione della soglia di tensione, quindi la soglia di corrente e quindi inizierà la selezione di altri parametri. Quando gli indicatori assumono la forma corrispondente al parametro desiderato, il pulsante premuto deve essere rilasciato.

Nella modalità di impostazione della temperatura consentita del dissipatore di calore, tutti gli indicatori si spengono tranne HG2, che visualizzerà questo valore. Premendo i pulsanti SB1 e SB2 è possibile modificare da 30 a 70 °C con incrementi di 1 °C.

Nella modalità di calibrazione del voltmetro a blocco, l'indicatore HG1 si spegne, l'indicatore HG2 visualizza la costante di calibrazione e l'indicatore HG3 visualizza il valore della tensione di uscita misurata dal blocco. In questa modalità, è necessario collegare un voltmetro di riferimento all'uscita del blocco, impostare la tensione di uscita vicino al massimo e, premendo i pulsanti SB1 e SB2, selezionare la costante di calibrazione per garantire che le letture dell'indicatore HG3 e del corrispondenza del voltmetro di riferimento.

Nella modalità di compensazione dello zero offset dell'amplificatore da strumentazione DA3, l'indicatore HG3 si spegne, i contatti del relè K1. 1, il carico è scollegato dall'unità, l'indicatore HG1 visualizza il valore del valore compensato e l'indicatore HG2 visualizza la correzione apportata. Premendo i pulsanti SB1 e SB2, le letture degli indicatori HG1 e HG2 devono essere equalizzate.

Anche l'indicatore HG3 è spento nella modalità di calibrazione del misuratore di corrente del carico, ma nel momento in cui questa modalità è attivata, l'indicatore HG1 visualizza un valore zero, poiché nella modalità precedente il carico era spento dai contatti del relè K1.1 . Un carico è collegato all'uscita del blocco tramite un amperometro standard e premendo il pulsante SB3 gli viene applicata una tensione, impostata in modo tale che la corrente di carico sia vicina al massimo. Premendo i pulsanti SB1 e SB2, cambiano la costante di calibrazione visualizzata sull'indicatore HG2, assicurando che le letture dell'indicatore HG1 e dell'amperometro di riferimento corrispondano.

L'ultima cosa nel ciclo è la modalità per impostare la luminosità degli indicatori. In questa modalità sono tutti abilitati. L'azione dei pulsanti SB1 e SB2 in questo caso è l'opposto di altre modalità. Premendo il pulsante SB1 la luminosità viene ridotta, mentre premendo il pulsante SB2 la luminosità viene aumentata.

Tutti i valori dei parametri impostati vengono salvati automaticamente nella memoria non volatile del microcontrollore; non è necessario reinserirli alla successiva accensione dell'unità.

I file dei circuiti stampati in formato Sprint Layout 5.0 e il programma del microcontrollore possono essere scaricati da ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/10/blok.zip.

Letteratura

1. Alimentatore switching a uscita singola da 50 W serie RS-50. - URL: insat. ru/products/meanwell/rs-50_spec. PDF.
2. Amplificatore per strumentazione ad alimentazione singola, rail-to-rail, a basso costo AD623. - URL: analog.com/static/imported-files/Data_Sheets/AD623.pdf
3. Convertitore analogico-digitale a 1100 bit autocalibrante ADS16. -URL: ti. com /lit/ds/symlink/adsl100.pdf.
4. Relè PCB in miniaturaOJ/OJE - URL: te.com/commerce/DocumentDelivery/DDEController?Action=showdoc&DocId=Data+Sheet%7FOJ_OJ E_series_relay_data_sh eet_E%7F0214%7Fpdf%7FEnglish%7FENG _DS_OJ_OJE_series_relay_data_sheet_E_02 14_OJ.pdf%7F2-1419129-1.

Autore: P. Kozhukhin

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