Незвичайний блок живлення на мікроконтролері
Насправді це не повноцінний блок живлення, а знижуючий перетворювач напруги. Як DC-DC використовується перетворювач на мікросхемі LM2576, керований мікроконтролером. У блоках живлення з мікроконтролерним управлінням, конструкції яких зазвичай описуються в інтернеті, зниження напруги зазвичай проводиться лінійним методом - вся зайва потужність у таких блоках живлення розсіюється радіатором потужного транзистора. Використання перетворювача DC-DC дозволяє відмовитись від використання великого радіатора. Якщо навантаження не вимагає високої напруги, то для забезпечення великого струму можна використовувати слаботочний первинний блок живлення, але здатний видавати більш високу напругу (зазвичай я використовую первинний блок живлення 24 В, 0.8 А). Бо великий радіатор у цьому блоці живлення не потрібен, то корпус вдалося зробити максимально компактним. Для того щоб блок живлення займав менше місця в шафі, передня панель зроблена відкидною. Нестача ж DC-DC - відносно високий рівень шумів живлення (це важливо при роботі зі слабкими сигналами).
Навіщо потрібне мікроконтролерне керування напругою? Напругу на виході такого блоку живлення можна точно встановлювати енкодером, при цьому регулювання напруги можна тимчасово заблокувати (щоб випадково не збити напругу, і не спалити пристрій, зачепивши ручку енкодера). Дискретність встановлення напруги можна міняти. Можна керувати напругою,залежно від струму (для заряду акумуляторів).
Характеристики блоку живлення: Напруга живлення: 7-35 В. Вихідна напруга: 1.3 - 30 В Максимальний струм: 3 А Дискретність установки напруги: 0.1 В Дискретність відображення струму: 0.01А (у блоці живлення немає стабілізації струму) Захист від КЗ.
Блок живлення розбитий на дві частини (силову та цифрову), які виготовлені на окремих платах. Схема блоку живлення (силова частина):
Схема цифрової частини:
Фото готового блоку живлення (на форумі є інші фотогорафії):
Прошивка для контролера: прошивка. Приклад установки ф'юзів для AVR Studo:
Розведення друкованих плат (для Sprint-Layout): тут.
Опис роботи із блоком живлення. При включенні блока живлення на індикаторі кілька секунд відображається величина вхідної напруги та номер прошивки. Після цього блок переходить в режим відображення головного меню - тут за допомогою енкодера потрібно вибрати один з 6 режимів. Вибір режиму здійснюється кнопкою «Вибір» S3, повернення до головного меню з будь-якого обраного режиму – кнопкою «Меню» S4. При переході в головний режим живлення навантаження вимикається. Найчастіше використовуваний режим - "Точний", пропонується першим. У цьому режимі дискретність установки напруги — 0.1 В. На верхньому рядку відображається бажана напруга, яка і встановлюється енкодером. У центрі екрана - струм, що споживається навантаженням. Внизу — напруга на виході блоку живлення, виміряна АЦП (необхідна і бажана напруга може трохи відрізнятися при великому струмі або високих напругах). Червона кнопка зліва S1 керує подачею напруги на навантаження. Короткий натиск на неї або включає навантаження, або перезавантажує її (DC-DC залишається відключеним доти, поки конденсатор на виході блоку живлення не розрядиться). Тривале натискання кнопки відключає навантаження. Натисканням кнопки «Вибір» можна увімкнути або вимкнути блокування енкодера, при блокуванні біля значення бажаної напруги з'являються дужки. Натисканнямкнопки "Грубо" S2 можна керувати дискретністю установки напруги (крок установки напруги стає рівним 0.5 В). Режим роботи "Грубий" повністю аналогічний попередньому, але в ньому крок установки напруги завжди дорівнює 1 В. Режим роботи, позначений у меню "Акумулятор", призначений для заряджання свинцевих акумуляторів. Натискаючи кнопку «Вибір», за допомогою енкодера послідовно вводять значення початкової напруги, кінцевої напруги та максимального струму. Після цього починається заряд акумулятора. Блок живлення поступово збільшує напругу на виході від початкового до кінцевого. Якщо струм перевищує встановлений, то підйом напруги припиняється. У режимі заряду на верхньому рядку відображається напруга на виході блоку живлення (виміряна АЦП), в центрі - струм, внизу - напруга, яка очікується на виході блоку живлення. Режим роботи «Конст.» аналогічний режимам грубої та точної установок, але в ньому за допомогою енкодера вибираються стандартні значення напруги - 3.3; 5; 7; 9; 12 В Режим роботи, вказаний у меню «Стат.» — відображаються константи, записані в EEPROM. Можна переглядати сумарний час роботи блоку живлення та коефіцієнти корекції, які використовуються для розрахунку значення струму. Режим роботи, позначений у меню «Каліб.» - Визначення коефіцієнтів корекції при вимірюванні струму. Оскільки ОУ є напруга зміщення, то більшої точності вимірювання струму доводиться вимірювати ці коефіцієнти. Для вимірювання коефіцієнтів до блоку живлення через амперметр потрібно підключити навантаження, здатне витримати струм до 1 А. Я використав досить потужну автомобільну лампочку. Після натискання кнопки «Вибір» енкодером потрібно встановити на виході блоку таку напругу, при якій струм через навантаження буде найближчим до 0.1 А, потім ще разнатиснувши «Вибір», встановлюють струм рівним 1 А. Після третього натискання кнопку контролер розраховує значення коефіцієнтів і зберігає в EEPROM, після чого відбувається перехід у головне меню. Захист від КЗ — спрацьовує у всіх режимах переривання від вбудованого в контролер компаратора, при цьому подача живлення на навантаження відключається, на екран виводиться повідомлення. Через 0.5 сек проводиться перевірка - на навантаження подається напруга 1.3В, якщо струм при цьому перевищить 3А, захист відключається, інакше процес повторюється.
Налаштування блоку живлення під час складання. Оскільки конструкція у мене складається з двох частин, то і збиралася вона послідовно. Спочатку збирається силова частина. Після збирання резистори R2, R10 встановлюються в нижнє за схемою положення. Це забезпечить захист контролера від перенапруги під час наступного підключення. Після установки перемички J1 і подачі напруги на вхід силової частини, перевіряють її працездатність — на виході DC-DC має бути напруга не менше 1.3, яка повинна зміняться при подачі зовнішньої напруги на лінію VOLT_CTRL. DC-DC повинен забезпечувати потрібний струм. Потім збирається цифрова частина. Налагодження вона не вимагає (можливо, потрібно змінити висновки енкодера місцями). Спершу налаштовується індикація вхідної напруги (резистором R2). Для контролю правильності налаштування доведеться вмикати та вимикати первинний блок живлення. Наступне налаштування відбувається в точному режимі. Далі налаштовується коефіцієнт посилення ОУ, що відповідає за встановлення напруги. Енкодер потрібно встановити потрібну напругу, наприклад 10 В, підключити до виходу блоку живлення мультиметр, і повертаючи резистор R1, домогтися збігу напруг на екрані (бажаного) і мультиметрі. Після цього поворотом резистора R10 домагаються збіги.напруг на екрані (дійсного) та мультиметрі. Після цього до виходу блоку живлення підключають навантаження і амперметр, енкодер встановлюють таку напругу, при якому струм у навантаженні близький, наприклад, до 1 А, і поворотом резистора R12 встановлюють таке ж значення струму на екрані. Після цього необхідно провести визначення коефіцієнтів струму, як описано вище.
Резистор R9 на цифровому блоці використовується встановлення струму спрацьовування захисту від КЗ. Після підключення до блоку живлення навантаження, здатного витримати струм 3 А, та установки потрібної напруги, підлаштовують резистор, домагаючись спрацьовування захисту.
У разі одиночної плати при налаштуванні приладу важливо контролювати положення резисторів R2, R10, щоб напруги на їх виходах не перевищували 5 Ст.