مزود طاقة خطي يتم التحكم فيه رقميًا: 6 خطوات (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

في سنواتي من العمر ، أي منذ حوالي 40 عامًا ، قمت بإنشاء مصدر طاقة خطي مزدوج. حصلت على الرسم التخطيطي من مجلة تسمى "Elektuur" ، تسمى حاليًا "Elektor" في هولندا. يستخدم مصدر الطاقة هذا مقياس جهد واحد لضبط الجهد وآخر لضبط التيار. بعد سنوات عديدة ، لم تعد أجهزة قياس الجهد هذه تعمل بشكل صحيح ، مما جعل من الصعب الحصول على جهد خرج ثابت. يظهر مصدر الطاقة هذا في الصورة.

في هذه الأثناء ، التقطت تطوير البرامج المضمنة كجزء من هوايتي ، باستخدام متحكم PIC ولغة البرمجة JAL. نظرًا لأنني ما زلت أرغب في استخدام مصدر الطاقة الخاص بي - نعم يمكنك شراء متغيرات وضع التبديل الأرخص في الوقت الحاضر - خطرت لي فكرة استبدال مقاييس الجهد القديمة بنسخة رقمية وهكذا وُلد مشروع الموافقة المسبقة عن علم جديد.

لضبط جهد مصدر الطاقة ، أستخدم متحكم PIC 16F1823 الذي يستخدم 6 أزرار ضغط على النحو التالي:

• زر ضغط واحد لتشغيل أو إيقاف تشغيل جهد الخرج دون الحاجة إلى تشغيل أو إيقاف تشغيل مصدر الطاقة تمامًا
• زر ضغط واحد لزيادة جهد الخرج وزر ضغط آخر لتقليل جهد الخرج
• ثلاثة أزرار انضغاطية لاستخدامها كإعداد مسبق. بعد ضبط جهد خرج معين ، يمكن تخزين هذا الجهد واسترجاعه باستخدام أزرار الضغط المحددة مسبقًا

مزود الطاقة قادر على إخراج جهد بين 2.4 فولت و 18 فولت بحد أقصى 2 أمبير.

الخطوة 1: التصميم الأولي (المراجعة 0)

لقد أجريت بعض التعديلات على الرسم التخطيطي الأصلي لجعله مناسبًا للتحكم فيه باستخدام مقياس الجهد الرقمي. نظرًا لأنني لم أستخدم مطلقًا مقياس الجهد الأصلي للتعديل الحالي في الماضي ، فقد قمت بإزالته واستبدله بمقاوم ثابت ، مما حد من الحد الأقصى للتيار إلى 2 أمبير.

يُظهر الرسم التخطيطي مصدر الطاقة ، المبني حول منظم الجهد القديم والموثوق LM723. لقد قمت أيضًا بإنشاء لوحة دوائر مطبوعة لها. يحتوي LM723 على جهد مرجعي معادل لدرجة الحرارة مع ميزة تحديد التيار ونطاق جهد واسع. يذهب الجهد المرجعي لـ LM723 إلى مقياس الجهد الرقمي الذي تتصل به الممسحة بالمدخل غير المقلوب لـ LM723. تبلغ قيمة مقياس الجهد الرقمي 10 كيلو أوم ويمكن تغييره من 0 أوم إلى 10 كيلو أوم في 100 خطوة باستخدام واجهة تسلسلية 3 أسلاك.

يحتوي مصدر الطاقة هذا على فولت رقمي ومقياس أمبير يستقبل قوته من منظم جهد 15 فولت (IC1). يتم استخدام 15 فولت أيضًا كمدخل لمنظم الجهد 5 فولت (IC5) الذي يقوم بتشغيل PIC ومقياس الجهد الرقمي.

يستخدم الترانزستور T1 لاغلاق LM723 مما يجعل جهد الخرج يصل إلى 0 فولت. يتم استخدام مقاوم القدرة R9 لقياس التيار ، مما يتسبب في انخفاض الجهد على المقاوم عندما يتدفق التيار خلاله. يتم استخدام هذا الانخفاض في الجهد بواسطة LM723 للحد من الحد الأقصى لتيار الإخراج إلى 2 أمبير.

في هذا التصميم الأولي ، لا يكون المكثف الإلكتروليتي وترانزستور الطاقة (النوع 2N3055) على السبورة. في تصميمي الأصلي منذ سنوات عديدة ، كان المكثف الكهربائي على لوحة منفصلة لذلك احتفظت بذلك. يتم تثبيت ترانزستور الطاقة على لوحة تبريد خارج الخزانة لتبريد أفضل.

الأزرار الانضغاطية موجودة على اللوحة الأمامية للخزانة. يتم سحب كل زر ضغط عاليًا بواسطة مقاومات 4k7 الموجودة على اللوحة. الأزرار الانضغاطية متصلة بالأرض مما يجعلها نشطة منخفضة.

أنت بحاجة إلى المكونات الإلكترونية التالية لهذا المشروع (راجع أيضًا المراجعة 2):

• 1 متحكم PIC 16F1823
• 1 مقياس جهد رقمي 10 كيلو ، اكتب X9C103
• منظمات الجهد: 1 * LM723، 1 * 78L15، 1 * 78L05
• مقوم الجسر: B80C3300 / 5000
• الترانزستورات: 1 * 2N3055 ، 1 * 137 دينار بحريني ، 1 * BC547
• الثنائيات: 2 * 1N4004
• المكثفات الالكتروليتية: 1 * 4700 فائق التوهج / 40 فولت ، 1 * 4.7 فائق التوهج / 16 فولت
• المكثفات الخزفية: 1 * 1 nF، 6 * 100 nF
• المقاومات: 1 * 100 أوم ، 1 * 820 أوم ، 1 * 1 ك ، 2 * 2 ك 2 ، 8 * 4 ك 7
• مقاومة القدرة: 0.33 أوم / 5 وات

لقد صممت أيضًا لوحة دوائر مطبوعة تظهر في لقطة الشاشة والصورة المرفقة.

الخطوة 2: التصميم المنقح (المراجعة 2)

بعد أن طلبت لوحات الدوائر المطبوعة خطرت لي فكرة إضافة ميزة أسميها "حماية الجهد". نظرًا لأنه لا يزال لدي الكثير من ذاكرة البرنامج المتوفرة في الموافقة المسبقة عن علم ، قررت استخدام المحول التناظري الرقمي المدمج (ADC) الخاص بالموافقة المسبقة عن علم لقياس جهد الخرج. في حالة ارتفاع أو انخفاض جهد الخرج - لأي سبب كان - يتم إيقاف تشغيل مصدر الطاقة. سيحمي هذا الدائرة المتصلة من الجهد الزائد أو سيوقف أي دائرة كهربائية قصيرة. كانت هذه المراجعة 1 وهي امتداد للمراجعة 0 ، التصميم الأولي.

على الرغم من أنني اختبرت التصميم باستخدام لوح التجارب (انظر الصورة) ، إلا أنني ما زلت غير سعيد به. يبدو أحيانًا أن مقياس الجهد الرقمي لم يكن دائمًا في نفس الموضع تمامًا ، على سبيل المثال عند استعادة قيمة محددة مسبقًا. كان الفارق صغيرًا ولكنه مزعج. لا يمكن قراءة قيمة مقياس الجهد. بعد بعض التفكير ، قمت بإنشاء مراجعة 2 وهي إعادة تصميم صغيرة للمراجعة 1. في هذا التصميم ، انظر مراجعة الرسم التخطيطي 2 ، لم أستخدم مقياس جهد رقمي ولكني استخدمت المحول الرقمي إلى التناظري المدمج (DAC) من PIC للتحكم في جهد الخرج عبر LM723. كانت المشكلة الوحيدة هي أن PIC16F1823 يحتوي فقط على DAC 5 بت وهو ما لم يكن كافياً لأن الخطوات لأعلى ولأسفل ستكون كبيرة جدًا. بسبب ذلك ، قمت بالتبديل إلى PIC16F1765 الذي يحتوي على DAC 10 بت. كان هذا الإصدار مع DAC موثوقًا به. لا يزال بإمكاني استخدام لوحة الدوائر المطبوعة الأولية لأنني بحاجة فقط إلى إزالة بعض المكونات ، واستبدال مكثف واحد وإضافة سلكين (هناك حاجة بالفعل إلى سلك واحد لإضافة ميزة الكشف عن الجهد للمراجعة 1). لقد غيرت أيضًا منظم 15 Volt إلى إصدار 18 Volt للحد من تبديد الطاقة. انظر الرسم التخطيطي للمراجعة 2.

لذا ، إذا كنت تريد هذا التصميم ، فأنت بحاجة إلى القيام بما يلي مقارنة بالمراجعة 0:

• استبدل PIC16F1823 بـ PIC16F1765
• اختياري: استبدل الموديل 78L15 بـ 78L18
• قم بإزالة مقياس الجهد الرقمي من النوع X9C103
• قم بإزالة المقاومات R1 و R15
• استبدل المكثف الإلكتروليتي C5 بمكثف سيراميك 100 nF
• قم بإجراء اتصال بين IC4 pin 13 (PIC) إلى IC2 pin 5 (LM723)
• قم بإجراء اتصال بين IC4 pin 3 (PIC) إلى IC2 pin 4 (LM723)

لقد قمت أيضًا بتحديث لوحة الدوائر المطبوعة ولكني لم أطلب هذا الإصدار ، انظر لقطة الشاشة.

الخطوة 3: (Dis) Assembly

في الصورة ترى مصدر الطاقة قبل الترقية وبعدها. لتغطية الفتحات التي تم إجراؤها بواسطة مقاييس الجهد ، أضفت لوحة أمامية أعلى اللوحة الأمامية للخزانة. كما ترون ، لقد قمت بإنشاء مصدر طاقة مزدوج حيث يكون كل من موردي الطاقة مستقلين تمامًا عن بعضهما البعض. هذا يجعل من الممكن وضعها في سلسلة في حال احتجت إلى جهد خرج أعلى من 18 فولت.

بسبب لوحة الدوائر المطبوعة ، كان من السهل تجميع الإلكترونيات. تذكر أن المكثف الكهربائي الكبير وترانزستور الطاقة ليسا على لوحة الدوائر المطبوعة. توضح الصورة أنه بالنسبة للمراجعة 2 ، لم تعد هناك حاجة إلى بعض المكونات ، وكان هناك حاجة إلى سلكين لإضافة ميزة الكشف عن الجهد والآخر بسبب استبدال مقياس الجهد الرقمي بالمحول الرقمي إلى التناظري الخاص بالمتحكم الدقيق PIC.

بالطبع أنت بحاجة إلى محول قادر على إمداد 18 فولت تيار متردد ، 2 أمبير. في تصميمي الأصلي ، استخدمت محولًا حلقيًا أساسيًا لأنه أكثر كفاءة (ولكنه أيضًا أغلى ثمناً).

الخطوة 4: برنامج المراجعة 0

يقوم البرنامج بالمهام الرئيسية التالية:

• التحكم في جهد الخرج لمصدر الطاقة عبر مقياس الجهد الرقمي

• تعامل مع ميزات الأزرار الانضغاطية ، وهي:

  • تشغيل / إيقاف. هذه وظيفة تبديل تحدد جهد الخرج إلى 0 فولت أو إلى آخر جهد تم اختياره
  • الجهد أعلى / الجهد لأسفل. مع كل ضغطة على الزر ، يرتفع الجهد أو ينخفض قليلاً. عندما تظل أزرار الضغط هذه مضغوطة ، يتم تنشيط وظيفة التكرار
  • مخزن مُعد مسبقًا / استرداد مُعد مسبقًا. يمكن تخزين أي إعداد للجهد في ذاكرة EEPROM الخاصة بالموافقة المسبقة عن علم عن طريق الضغط على زر الضغط المضبوط مسبقًا لمدة ثانيتين على الأقل. سيؤدي الضغط عليه لفترة أقصر إلى استرداد قيمة EEPROM لهذا الإعداد المسبق وضبط جهد الخرج وفقًا لذلك

عند التشغيل ، يتم تعيين جميع دبابيس الموافقة المسبقة عن علم كمدخلات. من أجل منع وجود جهد غير محدد عند خرج مصدر الطاقة ، يظل الخرج عند 0 فولت حتى يتم تشغيل PIC ويتم تهيئة مقياس الجهد الرقمي. يتم تحقيق هذه الطاقة من خلال المقاوم القابل للسحب R14 والذي يتأكد من أن الترانزستور T1 يغلق LM723 حتى يتم تحريره بواسطة PIC.

ما تبقى من البرنامج مضيق للأمام. يتم فحص أزرار الضغط وإذا كان هناك شيء يحتاج إلى التغيير ، يتم تغيير قيمة مقياس الجهد الرقمي باستخدام واجهة تسلسلية بثلاثة أسلاك. لاحظ أن مقياس الجهد الرقمي يحتوي أيضًا على خيار لتخزين الإعداد ولكن هذا لا يتم استخدامه لأن جميع الإعدادات مخزنة في EEPROM للموافقة المسبقة عن علم. لا تقدم الواجهة مع مقياس الجهد ميزة لقراءة قيمة ظهر الماسحة. لذلك كلما احتاجت الممسحة إلى الضبط المسبق على قيمة معينة ، فإن أول شيء يتم القيام به هو إعادة الماسحة إلى موضع الصفر ومن تلك النقطة فصاعدًا إرسال عدد الخطوات لوضعها في الموضع الصحيح.

لمنع كتابة EEPROM مع كل ضغطة زر ، وبالتالي تقليل العمر الافتراضي لـ EEPROM ، تتم كتابة محتويات EEPROM بعد ثانيتين من عدم تنشيط الأزرار الانضغاطية. هذا يعني أنه بعد التغيير الأخير لأزرار الدفع ، تأكد من الانتظار لمدة ثانيتين على الأقل قبل تبديل الطاقة للتأكد من تخزين الإعداد الأخير. عند التشغيل ، سيبدأ مصدر الطاقة دائمًا بآخر جهد كهربائي محدد مخزن في EEPROM.

يتم إرفاق ملف مصدر JAL وملف Intel Hex لبرمجة الموافقة المسبقة عن علم للمراجعة 0.

الخطوة 5: برنامج المراجعة 2

بالنسبة للمراجعة 2 ، التغييرات الرئيسية في البرنامج هي كما يلي:

• تمت إضافة ميزة الكشف عن الجهد عن طريق قياس جهد الخرج لمصدر الطاقة بعد ضبطه. لهذا الغرض ، يتم استخدام محول ADC الخاص بالموافقة المسبقة عن علم. باستخدام ADC ، يأخذ البرنامج عينات من جهد الخرج وإذا كان جهد الخرج بعد بضع عينات أعلى أو أقل من الجهد المحدد بحوالي 0.2 فولت ، يتم إيقاف تشغيل مصدر الطاقة.
• استخدام DAC للموافقة المسبقة عن علم للتحكم في جهد خرج مصدر الطاقة بدلاً من استخدام مقياس الجهد الرقمي. جعل هذا التغيير البرنامج أكثر بساطة حيث لم تكن هناك حاجة لإنشاء واجهة ثلاثية الأسلاك لمقياس الجهد الرقمي.
• استبدل وحدة التخزين في EEPROM بالتخزين في High Endurance Flash. لا تحتوي PIC16F1765 على EEPROM على اللوحة ولكنها تستخدم جزءًا من برنامج Flash لتخزين المعلومات غير المتطايرة.

لاحظ أن كشف الجهد لا يتم تنشيطه في البداية. عند التشغيل ، يتم فحص الأزرار التالية للضغط عليها:

• زر ضغط التشغيل / الإيقاف. في حالة الضغط على كلتا ميزتي اكتشاف الجهد ، يتم إيقاف تشغيلهما.
• زر ضغط لأسفل. إذا تم الضغط عليه ، يتم تنشيط الكشف عن الجهد المنخفض.
• زر ضغط. إذا تم الضغط عليه ، يتم تنشيط الكشف عن الجهد العالي.

يتم تخزين إعدادات الكشف عن الجهد في الفلاش عالي التحمل ويتم استدعاؤها عند تشغيل مصدر الطاقة مرة أخرى.

يتم أيضًا إرفاق ملف مصدر JAL وملف Intel Hex لبرمجة الموافقة المسبقة عن علم للمراجعة 2.

الخطوة 6: النتيجة النهائية

في الفيديو ، تشاهد مراجعة مصدر الطاقة 2 قيد التشغيل ، وهي تُظهر ميزة تشغيل / إيقاف تشغيل الطاقة ، ورفع الجهد / خفض الجهد واستخدام الإعدادات المسبقة. بالنسبة لهذا العرض التوضيحي ، قمت أيضًا بتوصيل المقاوم بمصدر الطاقة لإظهار أن التيار الحقيقي يتدفق من خلاله وأن الحد الأقصى للتيار يقتصر على 2 أمبير.

إذا كنت مهتمًا باستخدام متحكم الموافقة المسبقة عن علم مع JAL - لغة برمجة تشبه باسكال - قم بزيارة موقع JAL.

استمتع بجعل هذا Instructable ونتطلع إلى ردود أفعالك والنتائج.