Dijital Kontrollü Lineer Güç Kaynağı: 6 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Gençlik yıllarımda, yaklaşık 40 yıl önce, çift doğrusal bir güç kaynağı yarattım. Hollanda'da bugünlerde 'Elektor' olarak adlandırılan 'Elektuur' adlı bir dergiden şematik diyagramı aldım. Bu güç kaynağı, voltaj ayarı için bir potansiyometre ve akım ayarı için bir tane kullandı. Uzun yıllar sonra bu potansiyometreler artık düzgün çalışmadı ve bu da kararlı bir çıkış voltajı elde etmeyi zorlaştırdı. Bu güç kaynağı resimde gösterilmiştir.

Bu arada, hobimin bir parçası olarak PIC mikrodenetleyici ve JAL programlama dilini kullanarak gömülü yazılım geliştirmeyi aldım. Hala güç kaynağımı kullanmak istediğim için – evet, bugünlerde daha ucuz anahtar modu varyantları satın alabilirsiniz – eski potansiyometreleri dijital bir versiyonla değiştirme fikri aklıma geldi ve böylece yeni bir PIC projesi doğdu.

Güç kaynağının voltajını ayarlamak için aşağıdaki gibi 6 basmalı düğme kullanan bir PIC 16F1823 mikro denetleyici kullanıyorum:

• Güç kaynağını tamamen açmaya veya kapatmaya gerek kalmadan çıkış voltajını açıp kapatmak için tek bir düğme
• Çıkış voltajını artırmak için bir basma düğmesi ve çıkış voltajını azaltmak için bir başka basma düğmesi
• Ön ayar olarak kullanılacak üç basma düğmesi. Belirli bir çıkış voltajı ayarlandıktan sonra, bu kesin voltaj bu önceden ayarlanmış butonlar kullanılarak saklanabilir ve alınabilir.

Güç kaynağı, maksimum 2 Amper akımla 2,4 Volt ile 18 Volt arasında bir voltaj verebilir.

Adım 1: İlk Tasarım (revizyon 0)

Dijital potansiyometre ile kontrol etmeye uygun hale getirmek için orijinal şematik diyagramda bazı değişiklikler yaptım. Geçmişte akım ayarı için orijinal potansiyometreyi hiç kullanmadığım için onu çıkardım ve maksimum akımı 2 Amper ile sınırlayarak sabit bir dirençle değiştirdim.

Şematik diyagram, eski ama güvenilir LM723 voltaj regülatörünün etrafına inşa edilmiş güç kaynağını göstermektedir. Bunun için bir baskılı devre kartı da oluşturdum. LM723, akım sınırlama özelliği ve geniş bir voltaj aralığı ile sıcaklık kompanzasyonlu referans voltajına sahiptir. LM723'ün referans voltajı, sileceğin LM723'ün evirmeyen girişine bağlı olduğu dijital potansiyometreye gider. Dijital potansiyometrenin değeri 10 kOhm'dur ve 3 kablolu seri arabirim kullanılarak 100 adımda 0 Ohm'dan 10 kOhm'a değiştirilebilir.

Bu Güç Kaynağı, gücünü 15 Volt voltaj regülatöründen (IC1) alan dijital bir volt ve amper ölçere sahiptir. Bu 15 Volt, PIC'ye ve dijital potansiyometreye güç sağlayan 5 Volt voltaj regülatörü (IC5) için giriş olarak da kullanılır.

Transistör T1, çıkış voltajını 0 Volt'a getiren LM723'ü kapatmak için kullanılır. Güç direnci R9, akımı ölçmek için kullanılır ve içinden akım geçtiğinde direnç üzerinde bir voltaj düşüşüne neden olur. Bu voltaj düşüşü, maksimum çıkış akımını 2 Amper ile sınırlamak için LM723 tarafından kullanılır.

Bu ilk tasarımda Elektrolitik Kapasitör ve Güç Transistörü (tip 2N3055) kart üzerinde değildir. Yıllar önceki orijinal tasarımımda Elektrolitik Kondansatör ayrı bir panodaydı, bu yüzden onu tuttum. Güç transistörü, daha iyi soğutma için kabinin dışındaki bir soğutma plakasına monte edilmiştir.

Basmalı düğmeler kabinin ön panelindedir. Her bir basma düğmesi, karttaki 4k7 dirençleri tarafından yukarı çekilir. Basmalı butonlar toprağa bağlanır, bu da onları alçakta aktif hale getirir.

Bu proje için aşağıdaki elektronik bileşenlere ihtiyacınız var (ayrıca revizyon 2'ye bakın):

• 1 adet PIC mikrodenetleyici 16F1823
• 10k'lık 1 dijital potansiyometre, X9C103 tipi
• Voltaj regülatörleri: 1*LM723, 1*78L15, 1*78L05
• Köprü doğrultucu: B80C3300/5000
• Transistörler: 1*2N3055, 1*BD137, 1*BC547
• Diyotlar: 2*1N4004
• Elektrolitik Kondansatörler: 1*4700 uF/40V, 1*4.7 uF/16V
• Seramik Kondansatörler: 1*1 nF, 6*100 nF
• Dirençler: 1*100 Ohm, 1*820 Ohm, 1*1k, 2*2k2, 8*4k7
• Güç direnci: 0.33 Ohm / 5 Watt

Ayrıca ekteki ekran görüntüsü ve resimde gösterilen bir baskılı devre kartı tasarladım.

Adım 2: Gözden Geçirilmiş Tasarım (revizyon 2)

Baskılı devre kartlarını sipariş ettikten sonra aklıma 'voltaj koruması' adını verdiğim bir özellik ekleme fikri geldi. PIC'de hala çok fazla program belleği bulunduğundan, çıkış voltajını ölçmek için PIC'nin yerleşik Analog-Dijital Dönüştürücüsünü (ADC) kullanmaya karar verdim. Bu çıkış voltajının herhangi bir nedenle yükselmesi veya düşmesi durumunda güç kaynağı kapatılır. Bu, bağlı devreyi aşırı gerilime karşı koruyacak veya herhangi bir kısa devreyi durduracaktır. Bu, ilk tasarım olan revizyon 0'ın bir uzantısı olan revizyon 1'di.

Tasarımı bir breadboard kullanarak test etmeme rağmen (resme bakın), yine de ondan memnun değildim. Bazen dijital potansiyometrenin her zaman tam olarak aynı konumda olmadığı görülüyordu, örn. önceden ayarlanmış bir değeri kurtarırken. Fark küçük ama rahatsız ediciydi. Potansiyometrenin değerini okumak mümkün değildir. Biraz düşündükten sonra, revizyon 1'in küçük bir yeniden tasarımı olan revizyon 2'yi yarattım. Bu tasarımda, şematik diyagram revizyon 2'ye bakın, dijital bir potansiyometre kullanmadım ama dahili Dijital-Analog Dönüştürücüyü (DAC) kullandım. LM723 üzerinden çıkış voltajını kontrol etmek için PIC. Tek sorun, PIC16F1823'ün yalnızca 5 bit DAC'ye sahip olmasıydı, bu da yukarı ve aşağı adımlar çok büyük olacağından yeterli değildi. Bu nedenle, gemide 10 bit DAC bulunan bir PIC16F1765'e geçtim. DAC'li bu sürüm güvenilirdi. Sadece bazı bileşenleri çıkarmam, 1 kondansatörü değiştirmem ve 2 kablo eklemem gerektiğinden ilk baskılı devre kartını kullanmaya devam edebilirim (revizyon 1'in voltaj algılama özelliğini eklemek için zaten 1 kablo gerekliydi). Ayrıca güç tüketimini sınırlamak için 15 Volt regülatörü 18 Volt versiyonuyla değiştirdim. Revizyon 2'nin şematik diyagramına bakın.

Dolayısıyla, bu tasarıma gitmek istiyorsanız, revizyon 0'a kıyasla aşağıdakileri yapmanız gerekir:

• PIC16F1823'ü bir PIC16F1765 ile değiştirin
• İsteğe bağlı: 78L15'i 78L18 ile değiştirin
• X9C103 tipi dijital potansiyometreyi çıkarın
• R1 ve R15 dirençlerini çıkarın
• Elektrolitik kondansatör C5'i 100 nF'lik bir seramik kapasitör ile değiştirin
• IC4 pin 13 (PIC) ile IC2 pin 5 (LM723) arasında bağlantı kurun
• IC4 pin 3 (PIC) ile IC2 pin 4 (LM723) arasında bağlantı kurun

Ayrıca baskılı devre kartını da güncelledim ancak bu sürümü sipariş etmedim, ekran görüntüsüne bakın.

Adım 3: (Dis) Montaj

Resimde yükseltmeden önce ve sonra güç kaynağını görüyorsunuz. Potansiyometrelerin açtığı delikleri kapatmak için dolabın ön panelinin üstüne bir ön panel ekledim. Gördüğünüz gibi, her iki güç kaynağının da birbirinden tamamen bağımsız olduğu bir çift güç kaynağı yaptım. Bu, 18 Volt'tan daha yüksek bir çıkış voltajına ihtiyacım olması durumunda bunları seri hale getirmeyi mümkün kılar.

Baskılı devre kartı sayesinde elektronik aksamın montajı kolaydı. Büyük elektrolitik kapasitör ve güç transistörünün baskılı devre kartında olmadığını unutmayın. Fotoğraf, revizyon 2 için artık bazı bileşenlere ihtiyaç olmadığını ve biri voltaj algılama özelliği eklemek için, diğeri ise dijital potansiyometrenin PIC mikrodenetleyicisinin Dijital-Analog Dönüştürücüsü ile değiştirilmesi nedeniyle 2 kabloya ihtiyaç duyulduğunu gösteriyor.

Elbette 18 Volt AC, 2 Amper sağlayabilecek bir transformatöre ihtiyacınız var. Orijinal tasarımımda daha verimli (ama aynı zamanda daha pahalı) oldukları için bir halka çekirdekli transformatör kullandım.

Adım 4: Revizyon 0 Yazılımı

Yazılım aşağıdaki ana görevleri gerçekleştirir:

• Dijital potansiyometre ile güç kaynağının çıkış voltajının kontrol edilmesi

• Basmalı düğmelerin özelliklerini kullanın, bunlar:

  • Güç açık / kapalı. Bu, çıkış voltajını 0 Volt'a veya en son seçilen voltaja ayarlayan bir geçiş işlevidir.
  • Gerilim yukarı/Gerilim aşağı. Düğmeye her basıldığında voltaj biraz yükselir veya biraz düşer. Bu basmalı düğmeler basılı kaldığında, tekrarlama işlevi etkinleştirilir
  • Ön ayar kaydetme/Ön ayar alma. Herhangi bir voltaj ayarı, önceden ayarlanmış basma düğmesine en az 2 saniye basılarak PIC'nin EEPROM'unda saklanabilir. Daha kısa basmak, o ön ayar için EEPROM değerini alacak ve çıkış voltajını buna göre ayarlayacaktır.

Güç açıldığında, PIC'nin tüm pinleri giriş olarak ayarlanır. Güç kaynağının çıkışında tanımsız bir voltaj olmasını önlemek için, PIC çalışır duruma gelene ve dijital potansiyometre başlatılıncaya kadar çıkış 0 Volt'ta kalır. Bu güç kesintisi, transistör T1'in PIC tarafından serbest bırakılıncaya kadar LM723'ü kapatmasını sağlayan çekme direnci R14 ile sağlanır.

Yazılımın geri kalanı ileriye dönük. Basmalı düğmeler taranır ve bir şeyin değişmesi gerekiyorsa, üç kablolu seri arabirim kullanılarak dijital potansiyometrenin değeri değiştirilir. Dijital potansiyometrenin de ayarı kaydetme seçeneği olduğunu unutmayın, ancak tüm ayarlar PIC'nin EEPROM'unda saklandığından bu kullanılmaz. Potansiyometreli arayüz, sileceğin değerini geri okuma özelliği sunmaz. Bu nedenle, sileceğin belirli bir değere önceden ayarlanması gerektiğinde, yapılan ilk şey sileceği tekrar sıfır konumuna getirmek ve bu noktadan sonra sileceği doğru konuma getirmek için adım sayısını göndermektir.

Bir düğmeye her basıldığında EEPROM'un yazılmasını ve böylece EEPROM'un ömrünün azalmasını önlemek için, EEPROM içeriği, basmalı düğmeler artık etkinleştirilmedikten 2 saniye sonra yazılır. Bu, basma düğmelerinin son değişikliğinden sonra, son ayarın kaydedildiğinden emin olmak için gücü açmadan önce en az 2 saniye beklediğinizden emin olun. Açıldığında, güç kaynağı her zaman EEPROM'da saklanan en son seçilen voltajla başlayacaktır.

Revizyon 0 için PIC programlamak için JAL kaynak dosyası ve Intel Hex dosyası eklenmiştir.

Adım 5: Revizyon 2 Yazılımı

Revizyon 2 için yazılımdaki ana değişiklikler şunlardır:

• Güç kaynağının çıkış voltajı ayarlandıktan sonra ölçülerek Voltaj Algılama özelliği eklendi. Bunun için PIC'nin ADC dönüştürücüsü kullanılır. ADC'yi kullanarak, yazılım çıkış voltajının örneklerini alır ve birkaç örneklemeden sonra çıkış voltajı ayarlanan Voltajdan yaklaşık 0,2 Volt daha yüksek veya daha düşükse, güç kaynağı kapatılır.
• Güç kaynağının çıkış voltajını kontrol etmek için dijital potansiyometre kullanmak yerine PIC'nin DAC'sini kullanmak. Bu değişiklik, dijital potansiyometre için 3 kablolu arayüz oluşturmaya gerek olmadığından yazılımı daha basit hale getirdi.
• EEPROM'daki depolamayı High Endurance Flash'taki depolama ile değiştirin. PIC16F1765, yerleşik EEPROM'a sahip değildir, ancak kalıcı bilgileri depolamak için Flash programının bir bölümünü kullanır.

Voltaj Algılamanın başlangıçta etkinleştirilmediğini unutmayın. Açılışta aşağıdaki düğmelere basılıp basılmadığı kontrol edilir:

• Güç açma/kapama düğmesi. Basıldığında, her iki voltaj algılama özelliği de kapatılır.
• Aşağı basma düğmesi. Basıldığında, düşük voltaj algılama etkinleştirilir.
• Yukarı basma düğmesi. Basıldığında, yüksek voltaj algılama etkinleştirilir.

Bu voltaj algılama ayarları Yüksek Dayanıklılık Flaşında saklanır ve güç kaynağı tekrar açıldığında geri çağrılır.

Revizyon 2 için PIC programlamak için JAL kaynak dosyası ve Intel Hex dosyası da eklenmiştir.

6. Adım: Nihai Sonuç

Güç kaynağı revizyonu 2'yi çalışırken gördüğünüz videoda, güç açma/kapama özelliği, voltaj artırma/gerilim düşürme ve ön ayarların kullanımını gösterir. Bu demo için, üzerinden gerçek akımın geçtiğini ve maksimum akımın 2 Amper ile sınırlı olduğunu göstermek için güç kaynağına bir direnç de bağladım.

Pascal benzeri bir programlama dili olan JAL ile PIC mikro denetleyiciyi kullanmakla ilgileniyorsanız, JAL web sitesini ziyaret edin.

Bunu Eğitilebilir hale getirirken ve tepkilerinizi ve sonuçlarınızı dört gözle beklerken iyi eğlenceler.