AVR-ek a LEIPZIG laboratóriumi áramellátás működési elvén
A tápegység ellátásához legalább 36 V/3 A feszültségű kapcsolóüzemű tápegységre van szükség. A kapcsolt üzemmódú tápegység előnye a jobb hatékonyság és ennek eredményeként az alacsonyabb hulladékhő és az alacsonyabb tömeg.
Sajnos a kimeneten érezhető a kapcsolt üzemmódú tápegység kapcsolási frekvenciája. Ezért egy hagyományos transzformátort ajánlok.
transzformátorral
Ez azt jelenti, hogy a transzformátorom kimeneti feszültsége 30 volt és 2 amper. Ennek oka az 1,8-as teljesítményveszteség-tényező, amelyet egy transzformátorra kell kiszámítani.
Képlet:
A 100VA-os transzformátorommal ez csak hatékony 55,5VA-t eredményez. 180VA-os transzformátorral 2x 15V 30V/3A is lehetséges.
Graetz-híd Siebelkossal:
(kattints a kinagyításhoz)
A 8000µF csak akkor működik, ha a transzformátor még mindig kellően nagy teljesítménytartalékkal rendelkezik. Mivel a transzformátorom alulméretezett, 15000µF-ot kellett adnom.
Tápellátás vezérlő egység
Egy 9V-os transzformátor a [3] szerinti vezetékekkel felel a vezérlő és a digitális rész ellátásáért. Az OPV-k szabályozatlan ellátása nem jelent problémát, mivel a +/- 12V csak az OPV-k ellátására szolgál.
Függelék: Mivel a kis transzformátor nyitott áramkörű feszültsége túl magas, a szimmetrikus tápláláshoz 2 db 10 V-os Z-diódát telepítettem soros ellenállásokkal a kimenetre.
(kattints a kinagyításhoz)
Egy DC/DC átalakító használata meghiúsult a tesztelt átalakító 5 V kimenetének magas interferenciaszintje miatt. Rövid tüskék voltak az oszcilloszkópon 10mA alapterheléssel. Félő, hogy ezek a zavarok befolyásolják a szabályozást és a kimeneti feszültséget.
További tápegység
A vezérelhető feszültségforrás mellett más feszültségforrásoknak is kell lenniük. Általában 5 V-os feszültségre van szükség digitális áramkörökhöz, például egy AVR mikrovezérlőhöz, és OPV-k ellátásához általában +/- 12 V-os feszültségre. A rögzített feszültségforrások ezt követően felhasználhatók erre. Az 5 V-oshoz 7,5 V-os kapcsoló tápegységet használok, amelyet dugaszolható tápegységként terveztek. A +/- 12 V-os feszültséghez lapos transzformátort használok, 230V/2x15V. A szabályozáshoz a klasszikus sorozatú szabályozókat használják. Ezek szintén hozzájárulnak az interferencia hatékony elnyomásához.
(kattints a kinagyításhoz)
Túlfeszültség védelem
Tulajdonképpen biztosítékokkal szerettem volna megvédeni a kiegészítő tápegységeket. Fogalmam sincs, mi ült rajtam. Utólag kiderül, hogy rossz terv. Csak biztosítékot cseréltem volna. Ezenkívül a biztosítékok kissé lassan reagálnak, még a fürge is. Ezért kifejlesztettem és felhasználtam a túláramú elektronikus áramkimaradásokat a kiegészítő ellátásokhoz.
Az áramkör csak az OPV-k +/- 15 V tápfeszültségével működik. Ennek oka az alkalmazott OPV közös üzemmódtartománya. A TL084 vagy TL082 képes bemeneti jelet feldolgozni a pozitív tápfeszültségig, de nem olyan bemeneti jelet, amely a negatív tápfeszültségig terjed. Megoldásként az OPV-ket 3 V-mal nagyobb tápfeszültséggel működtetik.
A túlfeszültség-védelem elve a + 12 V-os tápfeszültségről
(kattints a kinagyításhoz)
A 12 voltos lineáris szabályozó után 0,5 ohmos sönt következik. Az ellenállás feszültségesése arányos az áramlással.
Képlet:
Ezt a feszültséget differenciálerősítővel erősítik fel, majd egy komparátorba táplálják. A kapcsolási küszöböt vagy a kikapcsolási áramot a komparátoron található potenciométer segítségével lehet beállítani. A lefelé irányuló flip-flop túláramimpulzus esetén is átveszi a leállást. A laboratóriumi áramellátás ki- és bekapcsolásával nullázható. Ez azt jelenti, hogy hiba esetén a tápegységet szándékosan ki kell kapcsolni és újra be kell kapcsolni. Magát a leállítást egy P-Channel MOSFET végzi.
A túlfeszültség-védelem elve a -12V tápellátásról
(kattints a kinagyításhoz)
Az áramkör megegyezik a + 12 V áramkörével, de a különbség az, hogy a negatív tápellátás ki van kapcsolva. A ragasztás itt az a tény, hogy valójában a GND rendelkezik a pozitív potenciállal a -12 V-hoz képest. A MOSFET biztonságos kikapcsolásához vezérlőfeszültségre van szükség ugyanolyan negatív potenciálra, mint -12V. A flip-flop kimenete csak GND-t vagy + 12Volt adhat ki, ami még nagyobb potenciállal rendelkezik, mint a GND. A trükk itt a Zener dióda. Minden Zener-dióda áttörést mutat a jellemzőjének 3. negyedében. Ezt kihasználtam. Az anód a mosfet kapujában van, és negatív potenciálban tartja az R20 ellenállást. Ez azt jelenti, hogy a Zener dióda akkor vezet, amikor a katódot 12 voltra helyezik, és 0 volt esetén nagy ellenállású. Ellenben, ha a flip-flop 0 voltot ad ki, az N-csatornás mosfet blokkol, és ha a flip-flop + 12 V-ot ad ki, a mosfet átkapcsol.
Ezután mindkét áramkör együttesen +/- 12 V végleges túláramvédelmet eredményez. A +/- 15Volt a szabályozatlan feszültségből állítják elő Zener diódák segítségével.
(kattints a kinagyításhoz)
A TL084 helyett egy másik négyutas OPV használható. Az OPV-nek csak 30 V tápfeszültséget kell kibírnia (TL074, LM324 ...).
Túláramvédelem + 5V
(kattints a kinagyításhoz)
Az 5Voltal ugyanazt az áramkört választottam, mint a + 12V esetén. Söntként egy 0,5 mm 2 keresztmetszetű és 15 cm hosszú drótdarabot használnak, amely akkor kb. 0,015 Ohm. Az áramot alacsony oldali mérésként mérik. Ez megkönnyíti az OPV kiválasztását. Egyébként az elv ugyanaz, mint a +/- 12 volt monitorozása. Fontos itt logikai szintű mosfet-et használni, különben a mosfet nem kapcsol át teljesen + 5V-on, és a belső ellenállás túl magas.
Ha másik OPV-t akar használni, akkor figyelnie kell az OPV közös módú területére. Ennek GND-ig terjedő bemeneti jellel kell működnie. Például egy TL082 nem tudja ezt megtenni. A legjobb választás itt a Rail to Rail Input OPV. Képviselő lenne a MAX407.
Teljesítmény szakasz
Az előadási részt [4] -től átveszem, és az igényeimhez igazítom.
A nyereség kiszámítása:
azaz 6 erősítésre van szükségünk ahhoz, hogy legalább 30 V kimeneti feszültséget érjünk el 5 V vezérlő feszültséggel.
Mivel kiderült, hogy egy teljesítménytranzisztor kedvezőtlen a hőelvezetés szempontjából, ezért 2 db BD245 tranzisztort telepítettem. Az ellenállás (4x 1Ω ellenállások párhuzamos csatlakoztatása = 0,25Ω) az emittervezetékben fontos, hogy kompenzálja a tranzisztorok különböző szórásait. Ellenkező esetben az egyik tranzisztor hamarabb vezethet, mint a másik. Ez megnöveli a chip hőmérsékletét, ami további áramnövekedést eredményez ennek a tranzisztornak a megsemmisüléséig. A kibocsátó ellenállás ezt ellensúlyozza. A tranzisztorokat párhuzamosan is csatlakoztathatja az energiaveszteség még jobb eloszlásához, de nem szabad megfeledkeznie az emitter ellenállásáról.
A kimeneti paraméterek vezérléséhez mérő áramkörre is szükség van. A [3] -val ellentétben a földáramot 0,5Ω (10x4,7Ω párhuzamos) vagy 0,1Ω (10x1Ω párhuzamos) sönt segítségével mérik, ami lényegesen könnyebb, mint a magas oldali áram mérése. Itt differenciálmérést használnak OPV-vel. [11] szerint ennek lineárisabb mérési görbéje van a [2] -ből származó mérési módszerhez képest. .
Feszültségesés a söntön:
Sajnos ez az árammérés befolyásolja a feszültség mérését. Ezt kompenzálja a tényleges feszültség egy OPV-részkarakterrel. Ez az áramkör az ATMEL 450. alkalmazási megjegyzéséből származik. Az áramláskor a söntellenállás feszültségingadozásának kompenzálása érdekében a nem invertáló OPV referenciapontja nem földelt, hanem a sönt csatlakozás. Az OPV tehát résztraktorként működik, és a sönt offszet feszültsége már nem befolyásolja a mérést és a szabályozást.
Az értékek kiszámítása:
A differenciálerősítő erősítése:
A feszültségérték LCD-kijelzőjének felbontása:
Vezérlő rész analóg
Maga a szabályozás 2 műveleti erősítővel történik, amelyek kimenetén 2 diódás OR áramkör található. Az elv jól látható az [1]/9. oldalon. Ezután egy LT1014-et használnak a kész áramkörben, mert csak 150µV bemeneti eltolással rendelkezik. A rezgéscsillapítás mellett mindkét OPV rendelkezik C3 és C4 külső frekvencia-válasz kompenzációval. Részletes magyarázat a [7] alatt található. A kimeneti elektrolit kondenzátorral (10µF/100V) ellentétes Shottky-diódát használjuk a kondenzátor feszültségének gyors csökkentésére, amikor a kimeneti feszültség csökken. Külön túláram-védelmi áramkört terveznek a helytelen polaritás ellen, például egy akkumulátort a kimeneten. A vezérlés alapértékeit az ATMEGA8 végzi 12 bites DA átalakítóval a feszültség és az áram számára.
Az itt bemutatott kapcsolási rajz nem teljes, és csak érthető. A teljes kapcsolási rajz megtalálható itt: Táblák: Vezérlőpanel
(kattints a kinagyításhoz)
A teszthez próba alapon állítottam be az áramkört egy kenyérlapon (differenciális mérés és kompenzáció nélkül), és a vad beállítás ellenére sikeresen beindítottam.
Bekapcsolási késleltetés
Véletlenül vettem észre, hogy az áramellátás bekapcsolásakor magas feszültségcsúcs fordul elő. Ennek oka az lesz, hogy a + 5V volt valószínűbb, mint az OPV-k +/- 10V tápellátása.
Bekapcsolási késleltetés került hozzá ennek megakadályozására. Ez az áramkör meglévő áramköri lapra is felszerelhető.
Ez a Q2 tranzisztort 0,5 mp-ig elforgatja. bekapcsolás után a földön tartják, és a feszültségcsúcs nem fordul elő.
Hőmérséklet-figyelés
Az energiaellátó egység hűtőbordájának hőmérsékletét a biztonság érdekében ellenőrzik. Ez egy bimetál kapcsolóval történik. A kézműves dobozomban volt egy kis bimetál kapcsoló, PEPI NR néven. Ez átkapcsol 60 ° C-on. Conrad hasonló bimetál kapcsolókkal rendelkezik. Ha ezek a határhőmérsékleten kinyílnak, a kapcsolót az 1KΩ ellenállás és a test közé helyezik. A 10kΩ ellenállást a + 5V tápvezetékbe helyezzük. A Q5 NPN tranzisztor riasztás esetén földre kapcsolja a Q2 tranzisztor vezérlő feszültségét. Egy másik sor megy a vezérlőhöz.
(Az áramkört lásd: "Analóg vezérlés")
Egy másik lehetőség, hogy diódát vagy tranzisztort használunk érzékelőként.
A potenciométerrel beállítható a hőmérséklet, amelyen a tápegység tápegységének ki kell kapcsolnia.
Túlterhelés és helytelen polaritás elleni védelem
A tápegység transzformátorral képes 30 V/3A-ig terjedő folyamatos terhelésre. A tápegységet az e tartományon kívüli kimeneti aljzatokon keresztül védeni kell a helytelen polaritástól vagy a külső táplálástól.
A többi alkatrész vezérlési célokat szolgál, és nem látható teljesen.
Az itt bemutatott kapcsolási rajz nem teljes, és csak érthető. A teljes kapcsolási rajz megtalálható itt: Táblák: Kimeneti kártya
(kattints a kinagyításhoz)
Egy másik változat nem biztosíték, hanem elektronikus biztosíték használata lenne, mint a [10] 2. részében. Ez megmenti a bosszantó biztosítékcserét, de el kell fogadnia a megnövekedett alkatrészköltségeket. Először bemutatom a második változatot, mint elektronikus biztosítékot. Megbeszélheti a szükségességet. Hogyan működik: Bekapcsolás után a relé automatikusan felveszi, ellentétben az eredetivel. Helytelen polaritás vagy 3,5 A feletti áramáramlás esetén (a potenciométerrel állítható) a relé kiesik, és kézzel kell újra bekapcsolni a gombbal. A többi hasonló a [10]/2. rész alatt leírtakhoz. Csak az OPV bemenetét cseréltem le, és a kondenzátort csak akkor töltjük fel, ha az áram túllépi.
Az áramkör az Nem tesztelték.
A megfelelő áramkör itt található:
(kattints a kinagyításhoz)
Jómagam az egyszerű változat mellett döntöttem, mert a biztonsági mentésnek soha nem kellene reagálnia a tényleges működés során. Az egyetlen eset egy rossz feszültségű külső feszültség lenne.