Главная » Питание
Призовой фонд
на март 2017 г.
1. UNI-T UT-39C
Паяльник
2. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник
3. 100 руб.
От пользователей

Блок питания с функцией защиты и мягким стартом

Тема блоков питания и регуляторов напряжения довольно избыточна своими конструкциями, но все, же разрешите поделиться своим прибором.

Итак, я давно хотел собрать себе Блок питания с возможностью плавного регулирования, а также с функцией защиты по току и напряжению. Немного полистав интернет, наткнулся вот на этот пример БП, к сожалению, в нем отсутствовала защита с возможностью регулировании ее приделов. Но сама идея управления выходным напряжением с помощью ШИМ очень понравилась. В итоге получилась вот такое устройство, схема которого изображена на рисунке ниже.

Сердцем прибора является микроконтроллер PIC16F873A, который выполняет измерение тока и напряжения, а также функции защиты.

Данный блок питания имеет следующие характеристики:

  • Выходное напряжение от 0 до 25.5 вольт с плавной регулировкой и шагом в 0.1 вольта.
  • Максимальный выходной ток может достигать 9 ампер, к сожалению, силовой трансформатор с таким током не был найден и решено было остановиться на ТС-160-3, который спокойно работал на токах до 5 ампер.
  • В БП реализован мягкий старт с шагом перестройки напряжения от 0.5 до 25 мс, данная функция может быть легко выключена в меню прибора.

Напряжение на конденсаторе фильтра С2 28 – 32 вольта, но не должно превышать 32 вольт.

Блок питания выполнен на двух платах, первая плата  управления,

   

Плата управления вид сверху

  

Плата  вид снизу

и вторая плата, на которой расположен диодный мост VD1, и конденсаторы фильтра C2 - C3. Данную плату не представляет сложности, и приводить ее не буду.

Блок питания работает следующим образом:

При включении на дисплее показывается название и версия прибора, 

после чего в микроконтроллере происходит загрузка всех необходимых. В начале выход блока питания отключен от нагрузке, о чем свидетельствует надпись stop на дисплее прибора.

После нажатия на кнопу пуск, надпись stop пропадает и появляется текущее значение тока и напряжения, а также символ молнии соответствующий выбору типа защиты. Регулировка напряжения осуществляется путем изменения скважности ШИМ, что дает боле стабильное выходное напряжение. ШИМ генератор работает на частоте 1 кГц, что при частоте микроконтроллера 4 мГц дает изменение скважности от 0 до 100% с шагом 0.4%, сигнал сгенерированный ШИМ поступает спорта RC2 микроконтроллера на RC фильтр, выполненный на R8,R17 C15-C16.  На этом фильтре происходит преобразование меандра в постоянное напряжение. Но так как микроконтроллер может сгенерировать сигнал только в пределах от 0 до 5 вольт, то напряжение необходимо усилить. Эту функцию выполняет операционный усилитель U1.1, его коэффициент усиления составляет 1:5, что в свою очередь увеличивает придел изменения напряжения до 25 вольт, с шагом 0.1 затем напряжение поступает на составной транзистор, выполненный на VT1, VT2.

Для повышения точности измеренных значений силы тока и напряжения бал введен источник опорного напряжения VR2 (его напряжение равно 4.096 вольта), в сочетании с процедурой усреднения измеренных значений Блок питания показал очень хороший результат. Итак напряжение снятое с эмиттера VT1 поступает через делитель напряжения R4,R3,R5 на вывод 5 операционного усилителя U2.2 который выполняет функцию повторителя напряжения. Так как на вход АЦП микроконтроллера можно подавать напряжение через сопротивления величиной не более 10 ком то применение повторителя решило эту проблему, и наконец, через RC фильтр R8 C7 и защитный стабилитрон VD2 подается на первый вход АЦП микроконтроллера (порт RA0).  Для измерения силы тока, напряжение снимается с датчика тока (роль которого выполняет резистор R15) подается на вывод 3 операционного усилителя где усиливается до необходимого уровня. В свою очередь на этот же вывод подается напряжение смещения (примерно 1.886 мВ) с делителя R6,R12 для измерения силы тока ниже 0.3 ампера, в случаи применения другого ОУ в цепи измерения например AD822 или в крайнем случаи LM358 (но не забудьте что при питании LM358  от 5 вольт измеренный ток не превысит 8.77 ампер, а при использовании в качестве опорного напряжения линию питания микроконтроллера и того меньше 7.12 ампер) напряжение смещения придется подбирать свое.  Идея подачи смещения для измерения силы тока была позаимствована отсюда, и в свою очередь показала очень хороший результат. И затем также через RC фильтр R11 C12 и защитный стабилитрон VD3 подается на второй вход АЦП микроконтроллера (порт RA1). Измерения осуществляются каждые 256 мкС, что хорошо сказывается в случаи возникновения перегрузки. После измерения следует проверка на превышение допустимых приделов тока и напряжения, а также усреднение результата для индикации на дисплее.  Если произошло превышение одного из параметров, то произойдет  срабатывание защиты и отключение выхода блока питания от нагрузки.

Работа защиты

При возникновении перегрузки на выходе произойдет обнуление напряжения, а также закрытие транзистора VT3 ( для более быстрого закрытия VT3 используется цепочка из VT5, VD4, R21, R9). Затем светодиод HL1 погаснет а загорится HL2 и подастся звуковой сигнал, на дисплее появиться надпись в зависимости от того что превышено «перегрузка по току или перегрузка по напряжению».

 

Для перехода в рабочий режим необходимо нажать на кнопку энкодера (меню).

В случаи если нам надо поменять тип защиты или же приделы защиты, а также шаг нарастания напряжения при пуске, используется меню. Для входа в меню нажимаем кратко на кнопку энкодера (меню), на дисплее появиться меню

в котором вращением ручки энкодера выбираем нужное значение.

Меню состоит из семи пунктов:

  1. Включение защиты по току.
  2. Выключение защиты по току.
  3. Включение защиты по напряжению.
  4. Выключение защиты по напряжению.
  5. Уровень защиты по току.
  6. Уровень защиты по напряжении.
  7. Скорость нарастания напряжения.

Причем первые четыре пункта работают следующим образом.

Если включена защита по току то пункт 1 будет пропущен и выведен пункт 2, и также, если выключена защита по напряжению пункт 4 будет пропущен. Итак после выбора, что будем менять нажимаем на кнопку энкодера (меню) и попадаем в этот пункт. Для выхода из меню необходимо нажать на кнопку старт - стоп.

Предположим выбран один из первых четырех пунктов, после нажатия кнопки энкодера (меню) появиться следующие сообщение с предложением сохранить изменение в энергонезависимой памяти или же просто выйти в меню.

В случае сохранения в энергонезависимой памяти появится сообщение СОХРАНЕНО и затем произойдет выход в меню.

При выборе уровней на дисплее появится следующие.

  

Вращением ручки энкодера, уменьшаем или увеличиваем приделы и дальше все также для сохранения нажимаем кнопку энкодера (меню), а для выхода в меню кнопку старт - стоп.

Для сохранения в энергонезависимой памяти величины выходного напряжения, нажимаем на кнопку энкодера и удерживаем ее более 1 секунды (причем если блок питания находился в режиме отключенного выхода, то изменения величины выходного напряжения не произойдет), после этого появиться сообщение.

По умолчанию выходное напряжение установлено 12 вольт, включена защита по току и шаг нарастания напряжения равный 10 мС – то есть выход на 12 вольт произойдет за 1.2 секунды.

Настройка осуществляется следующим способом. Вначале настраиваем контрастность дисплея, для этого вращаем ручку подстроечного сопротивления R1 добиваемся подходящей контрастности. Затем настраиваем выходное напряжение, для этого подключаем на выход блока питания вольтметр и нажимаем кнопу старт - стоп для подачи напряжения, после чего вращаем ручку подстроечного сопротивления R28 и, контролируя показания вольтметра,  добиваемся результата равного 12 вольтам. Затем вращением ручки подстроечного резистора R5 добиваемся показаний на дисплее блока питания также равного  12 вольт. Далее проверяем показания силы тока, для этого через амперметр подключаем нагрузку блоку питания и вращением ручки резистора R16 совпадения показаний.

Силовой транзистор VT1,VT2 транзистор ключа VT3 необходимо установить на радиатор достаточно большого сечения, в моем случае это был радиатор от блока питания Компьютера  “Электроника 60”, более лучший результат был получен с радиатором от процессора Пентиум 4, но к сожалению он понадобился в другом устройстве, стабилизатор напряжения VR2 также необходимо установить на небольшой радиатор.

В этом варианте блок питания был применен трансформатор ТС-160-3 (напряжение снимается с выводов 4-6’) через диодный мост MB1505, но можно применить и другой трансформатор с выходным напряжением от 21,5 до 24,5 вольт переменного напряжения. В приборе можно использовать любые постоянные сопротивления мощностью 0,125 ватт например МЛТ,  построечные резисторы желательно много оборотные типа 3266 но также можно обойтись и СП3-19а, оксидные конденсаторы С2, C14 импортные фирмы ECAP (К50-35) на напряжение 63 вольта, C5 на напряжение 10 вольт. С6,С9, С15, С16 были выбраны танталовые типа TECAP тип C на напряжение 25 вольт. Остальные К10-17б не мание 25 вольт, в качестве светодиодов HL1-HL2  был применен сдвоенный типа BL-L519EGW, но его можно заменить на отечественные аналоги красный HL2 АЛ307БМ, и зеленый HL1 АЛ307ГМ , в качестве датчика тока использован шунт от сгоревшего мультиметра на ток 10 ампер с сопротивлением 0.01 Ома но его также можно изготовить из нихрома диаметром 1.5 мм и длинной примерно 1.8 см,  в случае если блок питания будет использоваться с трансформатором на ток 1 – 2 ампера то сопротивление R15 увеличиваем до 0.1 Ома, в этом случаи можно использовать проволочный резистор марки SQP  мощностью 10 ватт. Также необходимо будет заменить сопротивление R13 c 39к на 3.9к, а транзисторы VT1 и VT3 заменить на КТ819Г и IRFZ44N соответственно. Напряжение смещение подаваемое на вход 3 U2 определяется довольно легко для этого  подбираем минимальное сопротивление R6, при котором на индикаторе еще светятся нули при отсутствии измеряемого тока. Транзистор VT5 можно заменить на BD680 илиBD876, в качестве  VT4 можно применить практически любой npn транзистор с током не менее 50 мА например кт503. Звуковой излучатель BZ применен с встроенным генератором типа 1205FXP но подойдет и другой с встроенным генератором. Энкодеры можно применить типа REC11, REC12, REC16. В качестве S1  была применена кнопка марки PBS10C-2 но можно применить любую другую без фиксации. Стабилитроны VD2 и VT3 в принципе можно не устанавливать, но сними показометр показал более лучший результат, стабилитроны можно применить типа BZX55. В качестве дисплея применен жидкокристаллический индикатор MT-16S2H  но должен подойдет любой двухстрочный 16 символьный поддерживающий HD44780.  В качестве источника опорного напряжения применен MCP1541 его можно заменить на AD1584BRTZ или же использовать TL431  по стандартной схеме включения. В крайнем случаи можно замкнуть порт RA3 микроконтроллера на +5 вольт, но в этом случае точность и стабильность показаний снизится. Предохранитель H520PT, 1 А был подпаян непосредственно к переключателю SMRS-102 , предохранитель необходимо выбирать от мощности силового трансформатора. В моем случае при максимальной нагрузке трансформатор потреблял 0.73 ампера и выбор пал на 1 амперный предохранитель. Переключатель можно применить практически любой также выходя из максимального тока трансформатора. 

Обсуждение конструкции на форуме

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
IC1 МК PIC 8-бит
PIC16F873
1 PIC16F873AПоиск в FivelВ блокнот
U1 Операционный усилитель
LM358N
1 Поиск в FivelВ блокнот
U2 Операционный усилитель
MCP602
1 Поиск в FivelВ блокнот
VR1 Линейный регулятор
LM7805
1 Поиск в FivelВ блокнот
VR2 ИС источника опорного напряжения
MCP1541
1 Поиск в FivelВ блокнот
VT1 Биполярный транзистор2SC55701 Поиск в FivelВ блокнот
VT2 Биполярный транзистор
2SC5171
1 Поиск в FivelВ блокнот
VT3 MOSFET-транзистор
IRFP064N
1 Поиск в FivelВ блокнот
VT4 Биполярный транзистор
BC547
1 Поиск в FivelВ блокнот
VT5 Биполярный транзистор
КТ973А
1 Поиск в FivelВ блокнот
VD1 Диодный мост
MB1505
1 Поиск в FivelВ блокнот
VD2, VD3 Стабилитрон
1N4733A
2 Поиск в FivelВ блокнот
VD4 Выпрямительный диод
1N4148
1 Поиск в FivelВ блокнот
HL1, HL2 СветодиодBL-L519EGW2 Поиск в FivelВ блокнот
C1 Электролитический конденсатор4700мкФ 63В1 Поиск в FivelВ блокнот
C2 Электролитический конденсатор4700мкФ 63В2 Параллельно 2 конденсатора по 4700 мкФПоиск в FivelВ блокнот
C3 Конденсатор330нФ 100В1 Поиск в FivelВ блокнот
C4, C7, C12, C9, C13 Конденсатор100нФ 50В5 Поиск в FivelВ блокнот
С5 Конденсатор1000нФ 10В1 Поиск в FivelВ блокнот
С6 Конденсатор1.5мкФ 25В1 Поиск в FivelВ блокнот
C8, C16 Электролитический конденсатор10мкФ 25В2 Поиск в FivelВ блокнот
C14 Электролитический конденсатор47мкФ 63 В1 Поиск в FivelВ блокнот
C15 Электролитический конденсатор4.7мкФ 25В1 Поиск в FivelВ блокнот
R1 Резистор подстроечный
22 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R2, R8, R11, R19, R27 Резистор
1 кОм
5 Поиск в FivelВ блокнот
R3, R7, R10 Резистор
330 Ом
3 Поиск в FivelВ блокнот
R4 Резистор
18 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R5, R16, R28 Резистор подстроечный
1 кОм
3 Поиск в FivelВ блокнот
R6 Резистор
530 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R9 Резистор
20 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
R12 Резистор
200 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
R13 Резистор
39 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R14 Резистор
510 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
R15 Резистор
0.01 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
R16 Резистор
68 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
R17, R29 Резистор
22 кОм
2 Поиск в FivelВ блокнот
R18, R22, R23, R25 Резистор
10 кОм
4 Поиск в FivelВ блокнот
R20 Резистор
4.7 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R21 Резистор
180 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
R26 Резистор
680 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
S1 КнопкаPBS10C-21 Поиск в FivelВ блокнот
SA1 ПереключательSMRS-1021 Поиск в FivelВ блокнот
T1 ТрансформаторТС-160-31 Поиск в FivelВ блокнот
FU1 ПредохранительH520PT. 1 А1 Поиск в FivelВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: Изменена: 17.06.2015 0 3
Я собрал 0 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (112) | Я собрал (0) | Подписаться

0
zdrasi #
Собрал схему ( файл прилагается), чуть изменил вашу. Напряжение на выходе более менее стабильно, а вот ток скачет хаотично и беспорядочно, даже без нагрузки. На 7 ножке LM мерил осциллографом какие есть пульсации 100Гц. Не пойму в чем дело, игрался с емкостями по питанию не помогает. Можете посмотреть схему.
Прикрепленный файл: Схема БП.spl7
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Первое что бросилось в глаза, отсутствие источника опорного напряжения, что за светодиод на 11 ноге МК, КТ819 перед 2SC5200 не пойдет, цепочка из R36-37 судя по всему не совсем просчитана но на скачки тока повлиять не должно было, как заработало без источника опорного напряжения непонятно. Возможен возбуд U2.1, решается установкой кондера от 1 до 50 nF между 7 и 6 ножками. Особо обратить внимание на отсутствие опорного 4.096 вольта на 5 ножке МК.
Ответить
0
muver84 #
Здравствуйте! По вашему совету пересобрал схему (файл печатной платы прикладываю), она настроилась и заработала после первого включения без проблем. Но под дисплей требуется прошивка на английском языке, в связи с отсутствием дисплея на русском языке (мк PIC16F873A). Заранее спасибо!
Прикрепленный файл: BP stabUI.lay6
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Держите
Прикрепленный файл: pr_4mGc_V7_ENG.HEX
Ответить
0
muver84 #
Большое спасибо! Прошивка работает.
Ответить
0
muver84 #
Здравствуйте! Собрал вашу схему, все работает. Хотел бы уточнить несколько нюансов:
1. возможно ли изменить прошивку что бы дисплей отображал ток срабатывания и превышение напряжения напротив значений тока и напряжения, а стоп убрать?
2. амперметр показывает 0.06А без нагрузки, как откорректировать значение?
3. во время работы дисплей выдает не понятное значение ("каракули"). Как это иcправить, в чем может быть причина такой работы?
Ответить
0

[Автор]
111284 #
1. В общем можно, пока со временем небольшой напряг.
2. Скорее всего завышено напряжение смещение ОУ датчика тока, решается грубо так, в место R6 резистор на 1М, вместо R12 подстроечник на 1К, вращением подстроечника добиваемся нулевых показаний тока.
3. Скиньте фото или ссылку на видео с. каракулями
Ответить
0
muver84 #
Добрый вечер! Прошу прощения за столь долгий ответ. В чем может быть причина, видео прилагаю.
Прикрепленный файл: VID_2016102.rar
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Собственно все просто, помеха по выходу БП вызывает глюк ацп и lcd, должна помочь установка обратных диодов на выходе БП и фильтрующие конденcаторы по питанию LCD
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Да и еще один момент, так как в этой схеме используется один источник питания то достаточная просадка на нем может привести к сбросу МК и LCD, так что еще желательно посмотреть осциллографом что творится с питанием в этот момент.
Ответить
0
Sergey #
Вопрос к автору. Это важно, что LM358 запитана от силового провода, или можно запитать от 5ти вольт как 602-й?
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Да она является управляющем элементом, если хотите получить 12 вольт, то на ее выходе должно быть напряжение примерно равное 12 вольтам + напряжение необходимое для уравновешивания нагрузки.
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Так что питать приходится в этой версии от силовой линии.
Ответить
0
muver84 #
Здравствуйте! Собрал вашу схему, по вашим рекомендациям увеличил емкости в схеме. "Каракули" не прошли, что можно еще сделать чтобы это исправить?
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Попробуйте запитать управление от отдельного источника питания, да еще показометр тока у вас правильно настроен?
Ответить
0
muver84 #
Здравствуйте! Ток показывает 0.3 максимальное чего я добился по вашей схеме. Возможно ли это из-за не качественного дисплея? Попробую запитать от отдельного источника и сразу вам отпишусь.
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Дисплей тут не причем, судя потому что защита не срабатывает, смотрите также ОУ по датчику тока, ну какое сопротивление датчика тока и резистора R13
Ответить
0
UR5UGS #
Могли бы поправить прошивку, чтобы блок питания стартовал с 0 вольт? Спасибо!
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Вот подправил для данной схемы и для схемы с стабилизацией тока
Прикрепленный файл: BP_873A_Rus_V4.1_STUI_V_st_s_0.HEX
Прикрепленный файл: pr_4mGc_V7_RUS_vozmogen _st_s_0.HEX
Ответить
0
UR5UGS #
Прошу прощения, забыл сказать. Если можно на англ. языке. Схема у меня та что в статье. lcd англ.
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Тогда вот
Прикрепленный файл: pr_4mGc_V7_ENG.HEX
Ответить
0
muver84 #
1.Защита срабатывает нормально как и положено (не правильно выразился). Не правильные показания без нагрузки, не могу добиться нулевого значения. Использую R13 на 39 кОм. Датчик тока - шунт от китайского мультиметра.
2.Разрабатываю печатную схему с отдельным источником питание на дисплей.
3. Возможно ли в вашей схеме в выше указанной статье регулировать ток отдельными кнопками не заходя в меню или энкодером?
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Попробуйте заменить mcp602 на lm358 , у lm358 напряжение смещения выше. показания тока должны легко настроится, но есть небольшое но lm358 замедление mcp602. Так что в режиме стабилизации тока шум вырастет. В последнем варианте, в режиме стабилизации тока, ограничение регулируется энкодером.
Ответить
0
muver84 #
Попробую поменять как вы говорите и отпишусь. Укажите схему с функцией стабилизации, попробую ее собрать.
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Смотрите 18 страницу форума
Ответить
0
tock #
Подскажите как прошить PIC16F873? Пробую это сделать через EXTRA-PIC, но как только начинает прошивать пишет что "Ошибка программирования Данных по адресу 0000h". Не могу понять в чем дело...
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Смотрите все ли контакты программатора имеют контакт с микроконтроллером, ну и проверить настройки EXTRA-PIC (проверка записи).
Ответить
0
tock #
Проверил, все контакты которые должны идти к микроконтроллеру прозваниваются прям на ножках. На всякий случай приложил схему EXTRA-PIC-a (1.zip), может в нем проблема? В настройках поставил проверку записи (см. ПровПрог.jpg) и когда начал загружать файл *.hex выскочило сообщение что файл не содержит ID информации для устройства. В итоге появился HEX код который нужно загрузить и после запуска программирования выдает "Ошибка программирования Кода по адресу 000h !" Может у меня стоят неправильные настройки?
Прикрепленный файл: НеСодIDПрог.JPG
Прикрепленный файл: ОбщЭкр.JPG
Прикрепленный файл: ОшПрог000h.JPG
Прикрепленный файл: ПровПрог.JPG
Ответить
0
tock #
Схема EXTRA-PIC-a не приложилась.
Прикрепленный файл: 1.zip
Ответить
0
tock #
Пороверил все контакты на на МК, с этим проблем нет. Я кстати использую программатор как в приложенном файле. Может в нём проблема?
Прикрепленный файл: EXTRA-PC cxema.zip
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Собирал по этой схеме данный программатор уже давно, все работало. Судя по сообщению об отсутствии ID проблема может быть в МК, не пробовали шить другой мк. Да 873 не совсем подходит, лучше использовать 873а, работать конечно будет но стабильность не гарантирую.
Ответить
0
ur5ugs #
Спасибо автору за конструкцию! Вот моя версия этого блока питания в железе
Прикрепленный файл: image(1).jpg
Прикрепленный файл: image(2).jpg
Прикрепленный файл: image(3).jpg
Прикрепленный файл: image(4).jpg
Прикрепленный файл: image(5).jpg
Прикрепленный файл: image.jpg
Ответить
0

[Автор]
111284 #
Спасибо и удачи в творчестве.
Ответить
«12
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Конструктор регулируемого преобразователя напряжения LM317
Конструктор регулируемого преобразователя напряжения LM317
Конструктор для сборки: предусилитель на лампе 6N3 Набор 4WD Kit Bluetooth
вверх