Принципи роботи AVR на лабораторному блоці живлення LEIPZIG
Для живлення блоку необхідний імпульсний блок живлення щонайменше 36 В/3А. Перевагою імпульсного джерела живлення є кращий ККД і, як наслідок, менші витрати тепла та менша вага.
На жаль, частота перемикання імпульсного джерела живлення може відчути себе на виході. Тому я рекомендую звичайний трансформатор.
з трансформатором
Це означає, що мій трансформатор має вихідну напругу 30 вольт і 2 ампер. Причиною є коефіцієнт втрати потужності приблизно 1,8, який повинен бути розрахований для трансформатора.
Формула:
З моїм трансформатором 100 ВА це лише 55,5 ВА. Можливий також трансформатор на 180 Вт із 2x 15 В на 30 В/3А.
Міст Граца з Сібелкосом:
(натисніть, щоб збільшити)
8000 мкФ працює лише в тому випадку, якщо трансформатор все ще має досить великий запас потужності. Оскільки мій трансформатор досить низький, мені довелося забезпечити 15000 мкФ.
Блок управління джерелом живлення
Трансформатор 9 В з електропроводкою згідно з [3] відповідає за живлення керуючої частини та цифрової частини. Нерегульоване постачання ОПВ не створює проблем, оскільки +/- 12 В служать лише для подачі ОПВ.
Додаток: Оскільки напруга розімкнутого ланцюга малого трансформатора занадто висока, на виході для симетричного живлення я встановив 2 діодні стабілітрони на 10 Вольт, включаючи послідовні резистори.
(натисніть, щоб збільшити)
Використання перетворювача постійного/постійного струму не вдалося через високий рівень перешкод на виході 5 В тестованого перетворювача. На осцилографі були короткі спайки з базовим навантаженням 10 мА. Слід побоюватися, що ці порушення вплинуть на регулювання та вихідну напругу.
Додаткове джерело живлення
Окрім керованого джерела напруги, мають бути й інші джерела напруги. Зазвичай вам потрібні 5 Вольт для цифрових схем, таких як мікроконтролер AVR, а для живлення OPV зазвичай +/- 12 Вольт. Тоді для цього можна використовувати джерела постійної напруги. Для 5 Вольт я використовую імпульсний блок живлення 7,5 В, який розроблений як вставний блок живлення. Для +/- 12Volt я використовую плоский трансформатор 230V/2x15V. Для регулювання використовуються регулятори класичної серії. Вони також сприяють ефективному придушенню перешкод.
(натисніть, щоб збільшити)
Захист від перевантаження по струму
Власне, я хотів захистити додаткові джерела живлення запобіжниками. Я не уявляю, що на мені їхало. Ретроспективно це виявляється поганим планом. Я б міняв лише запобіжник. Крім того, запобіжники, як правило, є дещо млявими у відповідь, навіть спритні. Тож я розробив і використовував електронні вимкнення з перенапругою для додаткових витрат.
Схема працює лише з напругою живлення +/- 15 В OPV. Причиною є загальний діапазон режимів використовуваного OPV. TL084 або TL082 можуть обробляти вхідний сигнал до позитивної напруги живлення, але не вхідний сигнал, який поширюється на негативну напругу живлення. Як рішення, OPV працюють із напругою живлення на 3 В вищою.
Принцип захисту від перевантаження струмом джерела живлення + 12В
(натисніть, щоб збільшити)
Після лінійного регулятора на 12 вольт виникає шунт 0,5 Ом. Падіння напруги на цьому резисторі пропорційне струму, що протікає.
Формула:
Ця напруга підсилюється за допомогою диференціального підсилювача, а потім подається на компаратор. Поріг перемикання або струм відключення встановлюється за допомогою потенціометра на компараторі. Нижче тригер триває відключення навіть у випадку імпульсу перенапруги. Він скидається, вимикаючи та знову вмикаючи лабораторне живлення. Це означає, що блок живлення повинен бути навмисно вимкнений і знову включений у разі несправності. Саме відключення здійснюється за допомогою M-транзистора P-Channel.
Принцип захисту від перенапруги джерела живлення -12 В
(натисніть, щоб збільшити)
Схема ідентична схемі для + 12 В, але різниця полягає в тому, що негативне живлення відключено. Тут основним моментом є той факт, що GND насправді має більш позитивний потенціал порівняно з -12V. Для безпечного вимкнення MOSFET необхідна керуюча напруга до того ж негативного потенціалу -12V. Вихід триггера може видавати лише GND або + 12V, що за потенціалом навіть вище, ніж GND. Хитрість тут полягає в стабілітроні. Кожен Z-діод має прорив у 3-му квадранті своєї характеристики. Я цим скористався. Анод знаходиться на затворі MOSFET і утримується з негативним потенціалом через резистор R20. Це означає, що стабілітрон проводить, коли на його катод подається 12 вольт, а коли подається 0 вольт, це високий опір. І навпаки, якщо тригер триває 0 вольт, N-канальний MOSFET блокує, а якщо тригер триває + 12 В, MOSFET перемикається через.
Поєднання обох ланцюгів призводить до остаточного захисту від перевантаження по току на +/- 12 вольт. +/- 15 Вольт генерується нерегульованою напругою за допомогою стабілітронів.
(натисніть, щоб збільшити)
Замість TL084 можна використовувати інший 4-смуговий OPV. OPV повинен витримувати лише напругу живлення 30 В (TL074, LM324 ...).
Захист від перевантаження по току + 5В
(натисніть, щоб збільшити)
З 5Volt я вибрав ту ж схему, що і з + 12V. В якості шунта використовується шматок дроту перетином 0,5 мм 2 і довжиною 15 см, який тоді становить приблизно 0,015 Ом. Струм вимірюється як вимірювання на низькій стороні. Це полегшує вибір OPV. В іншому випадку принцип такий же, як і контроль +/- 12 вольт. Тут важливо використовувати логічний рівень MOSFET, інакше MOSFET не переключиться повністю при + 5 В, а внутрішній опір занадто високий.
Якщо ви хочете використати інший OPV, вам слід звернути увагу на загальну зону режиму OPV. Це повинно працювати з вхідним сигналом до GND. Наприклад, TL082 не може цього зробити. Найкращим вибором тут є OPV від залізниці до залізниці. Представником буде MAX407.
Розділ живлення
Я візьму на себе виконавську частину від [4] і пристосую її до своїх потреб.
Розрахунок виграшу:
тобто нам потрібен коефіцієнт підсилення 6, щоб досягти принаймні 30В вихідної напруги при 5В керуючої напруги.
Оскільки виявилося, що силовий транзистор несприятливий для розсіювання тепла, я встановив 2 транзистори BD245. Резистор (паралельне підключення 4х 1 Ом резисторів = 0,25 Ом) в емітерній лінії є важливим для компенсації різного розмаху транзисторів. В іншому випадку це може призвести до того, що один транзистор проводить швидше, ніж інший. Це збільшує температуру мікросхеми, що призводить до подальшого збільшення струму аж до руйнування цього транзистора. Опір випромінювача протидіє цьому. Ви також можете підключити додаткові транзистори паралельно для ще кращого розподілу втрат потужності, але ви не повинні забувати про опір випромінювача.
Для контролю вихідних параметрів також потрібна вимірювальна схема. На відміну від [3], струм на землю вимірюється шунтом 0,5 Ом (паралельно 10х 4,7 Ом) або 0,1 Ом (паралельно 10х 1 Ом), що значно легше, ніж вимірювання струму високої сторони. Тут використовується диференціальне вимірювання за допомогою OPV. Відповідно до [11], вона має більш лінійну криву вимірювання порівняно з методом вимірювання з [2] .
Падіння напруги на шунті:
На жаль, це вимірювання струму впливає на вимірювання напруги. Це компенсується фактичною напругою з віднімачем OPV. Ця схема походить із примітки про застосування 450 від ATMEL. Для компенсації коливання напруги шунтуючого резистора при протіканні струму опорна точка неінвертуючого OPV не заземлена, а шунтове з'єднання. Таким чином, OPV працює як субтрактор, і зміщена напруга шунта більше не впливає на вимірювання та регулювання.
Розрахунок значень:
Підсилення диференціального підсилювача:
Роздільна здатність РК-дисплея значення напруги:
Керуюча частина аналогова
Саме регулювання відбувається за допомогою 2 операційних підсилювачів, які мають на виході схему АБО з 2 діодів. Принцип можна чітко простежити на [1]/стор. 9. Потім в готовій схемі використовується LT1014, оскільки він має зміщення на вході лише 150 мкВ. Окрім придушення вібрації, обидва OPV мають зовнішню систему компенсації частотної характеристики, що складається з C3 та C4. Детальні пояснення можна знайти в [7]. Діод Шотткі, паралельний вихідному електролітичному конденсатору (10 мкФ/100 В), використовується для швидкого зниження напруги конденсатора при зменшенні вихідної напруги. Також планується окремий ланцюг захисту від перевантаження по току від неправильної полярності, наприклад акумулятора на виході. Задані значення для управління встановлюються ATMEGA8 з 12-розрядним перетворювачем DA для напруги та струму.
Наведена тут принципова схема не є повною і призначена лише для розуміння. Повну електричну схему можна знайти в розділі: Плати: Плата контролера
(натисніть, щоб збільшити)
Для тесту я пробно налаштував схему на макетній панелі (без диференціальних вимірювань та компенсацій) і успішно ввів її в експлуатацію, незважаючи на дику конструкцію.
Затримка включення живлення
Випадково я помітив, що при увімкненні джерела живлення виникає пік високої напруги. Причиною буде те, що + 5В є більш імовірним, ніж +/- 10В живлення OPV.
Щоб запобігти цьому, було додано затримку включення. Цю схему також можна модернізувати на існуючій платі.
Це перетворює транзистор Q2 на 0,5 сек. утримується на землі після включення, і пік напруги не виникає.
Моніторинг температури
Температура радіатора силового агрегату контролюється в цілях безпеки. Це робиться за допомогою біметалевого перемикача. У моїй коробці для ремесел був невеликий біметалічний перемикач, який називався "PEPI NR". Це перемикається при 60 ° C. Conrad має подібні біметалеві перемикачі. Якщо вони відкриваються при граничній температурі, перемикач розміщується між резистором 1 кОм і землею. Резистор 10 кОм розміщений в лінії живлення + 5 В. Транзистор Q5 NPN перемикає керуючу напругу транзистора Q2 на землю у випадку тривоги. Ще один рядок йде до контролера.
(Для схеми див. "Розділ аналогового управління")
Інша можливість - використовувати діод або транзистор як датчик.
Потенціометр використовується для встановлення температури, при якій силовий блок блоку живлення повинен відключатися.
Захист від перевантаження та зворотної полярності
Блок живлення здатний перетворювати трансформатор на постійне навантаження до 30 В/3А. Блок живлення повинен бути захищений від неправильної полярності або зовнішньої подачі через вихідні розетки поза цим діапазоном.
Інші компоненти призначені для контрольних цілей і не показані повністю.
Наведена тут принципова схема не є повною і призначена лише для розуміння. Повну електричну схему можна знайти в розділі: Плати: Плата виводу
(натисніть, щоб збільшити)
Іншим варіантом буде використання не запобіжника, а електронного запобіжника, як у 2-й частині [10]. Це економить настирливу зміну запобіжника, але ви повинні прийняти збільшені витрати на компоненти. Спочатку я представлю другий варіант як електронний запобіжник. Ви можете обговорити необхідність. Як це працює: після ввімкнення реле піднімається автоматично, на відміну від оригіналу. У разі неправильної полярності або потоку струму вище 3,5 А (регулюється потенціометром), реле випадає, і його слід активувати вручну за допомогою кнопки. Решта подібна до тієї, що описана в [10]/Частина 2. Я поміняв місцями лише входи OPV, і конденсатор заряджається лише при перевищенні струму.
Схема є Ні перевірено.
Відповідну схему можна знайти тут:
(натисніть, щоб збільшити)
Я сам обрав простий варіант, тому що резервна копія ніколи не повинна реагувати на фактичну роботу. Єдиним випадком буде зовнішня напруга з неправильною полярністю.