Прошивка лабораторного блока питания

Обновлено: 07.07.2024

Часто при модернизации компьютера вполне исправный блок питания остается не у дел. Его мощности недостаточно для запитки новых комплектующих. У тех, кто занимается апгрейдом железа, таких устройств может накопиться много. Встает дилемма: утилизировать БП или найти для них практическое применение. Одним из способов дать источнику питания компьютера вторую жизнь – сделать из него лабораторный блок питания с регулируемым выходным напряжением и настраиваемым ограничением по току. Выполнить такую переделку можно своими руками.

Маркировка проводов блока питания компьютера

С потребителями внутри корпуса компьютера БП соединяется с помощью жгутов с разъемами. Принят стандарт, по которому маркировка каждого питающего напряжения производится проводником с соответствующим цветом изоляции.

Цвет провода	Напряжение, В
Черный	0 В (земля, общий провод)
Красный	+5
Оранжевый	+3,3
Желтый	+12
Белый	-5
Синий	-12

Кроме силовых цепей, в жгутах присутствуют проводники с сигналами управления (их можно найти на разъеме, идущем к материнской плате).

Цвет провода	Название	Функция	Уровень напряжения
Зеленый	Power_ON	Сигнал от материнской платы – разрешение на включение	+5 вольт в отсутствие разрешения, 0 вольт при получении сигнала на подачу напряжения
Серый	Power_good, Power_OK	Сигнал на материнскую плату - все напряжения в норме	+5 вольт
Фиолетовый	Stand by	Дежурное напряжение, присутствует всегда, если на БП подано 220 вольт	+5 вольт, служит для питания цепей включения ПК и питания схемы ШИМ внутри БП
Коричневый	Sense	Регулировка напряжения 3,3 вольта	3,3 вольта

Большинство цепей для переделки в ЛБП не понадобятся, в процессе работы их надо будет обрезать.

Распиновка разъемов блока питания компьютера по цветам и напряжению

Что понадобится для изготовления

Более 90% комплектующих для лабораторника в компьютерном блоке питания уже есть. Оставшиеся придется подбирать под конкретную схему (элементы недорогие и их будет немного), но обязательно понадобятся:

два потенциометра для регулировки напряжения и тока;
несколько оксидных конденсаторов на напряжение не ниже 35 вольт (лучше 50+) емкостью, соответствующей штатной емкости элементов канала +12 вольт (или больше, если уместятся по габаритам);
клеммы для подключения нагрузки (удобно использовать красную для плюсового вывода и черную для минусового);
вольтметр и амперметр для измерения выходных параметров (можно использовать аналоговые приборы, можно цифровые, а удобнее применять сдвоенный блок вольтметр-амперметр).

Из приборов обязательно понадобится мультиметр. Не будет лишним и осциллограф – проверить наличие выходных импульсов на микросхеме ШИМ и ее реакцию на управляющее воздействие, если что-то пойдет не так. Также нужен будет паяльник с комплектом расходников и мелкий слесарный инструмент (набор отверток, кусачки и т.п.).

Схема для лабораторного БП

Для переделки ненужного блока питания компьютера в лабораторный источник с регулируемым выходным напряжением хорошо подходят БП стандарта ATX (но можно и AT), выполненные по схеме с ШИМ на микросхеме TL494 или ее аналогах.

Хотя они все построены по одной структурной схеме и работают по схожему принципу, физически реализованы источники питания могут быть по-разному. Потому первое, с чего надо начать – попытаться найти принципиальную схему от фактически имеющегося блока.

Процедуру переделки можно рассмотреть на примере модели LC-250ATX. Поняв принцип, можно будет работать и с другими подобными блоками.

В основу работы LC-250ATX положен принцип ШИМ, реализованный на стандартной для таких схем микросхеме TL494. Она формирует импульсы, которые усиливаются ключами на транзисторах Q6,Q7, далее через трансформатор T2 ключами на транзисторах Q1, Q2 создаются импульсы на первичной обмотке трансформатора T1. Эти импульсы трансформируются через вторичные обмотки и подаются на выпрямители различных напряжений, из которых для переделки интересен лишь канал +12 вольт.

Схема дежурного напряжения собрана на транзисторе Q3, трансформаторе T3 и интегральном стабилизаторе 7805. Этот участок также понадобится для будущей конструкции. На операционном усилителе LM339 собрана схема формирования сигнала PWR_OK и запуска БП сигналом от материнской платы.

Процесс переделки

Перед изготовлением лабораторного блока питания из компьютерного надо открыть его корпус и очистить плату и внутреннее пространство от пыли. Лучше делать это пылесосом, при этом счищая загрязнения мягкой кистью.

Далее следует отрезать (или выпаять) от блока питания все провода, кроме одного черного и одного желтого. Если они разной толщины, то надо оставить самые толстые. Или можно оставить по два провода, соединив их параллельно.

После выпайки проводника в зеленой изоляции, освободившуюся контактную площадку надо соединить перемычкой с полигоном общего провода. Сделать это удобнее на плате по кратчайшему пути. После этой операции БП будет запускаться после подачи сетевого напряжения.

Перемычка между контактной площадкой зеленого проводника и общим проводом.

Следующий этап – удаление лишних элементов на плате.

Надо удалить все элементы выпрямителей ненужных в дальнейшем напряжений. Схему формирования сигнала PWR_OK и запуска БП, обведенную синим, можно оставить, а можно удалить. В последнем случае соединять зеленый провод с нулем не надо.

В цепи вывода питания (12) TL494 может быть цепочка из диода и резистора D73R25 (есть не во всех БП). Ее надо выпаять и обойти перемычкой. В цепи вывода 1 надо удалить все лишние резисторы, оставить один – идущий к шине +12 вольт. От четвертого вывода TL494 надо отключить все, кроме резистора. Между 4 и 13-14 ногами надо установить конденсатор (если его по факту нет) емкостью 1..10 мкФ, он обеспечит мягкий пуск. Все остальные соединения от выводов 13-14 надо отключить. Также надо полностью освободить выводы 15 и 16. От 2 и 3 выводов микросхемы надо отключить все, кроме частотозадающей RC-цепочки. Сглаживающий конденсатор в цепи 12 вольт (выделен зеленым кругом) надо заменить на другой, емкостью не ниже 1000 мкФ и напряжением не менее 35 В (можно выше по емкости и по напряжению, насколько позволит место). Также желательно увеличить сопротивление нагрузочного резистора в выходных цепях +12 вольт примерно в два раза. В итоге схема должна прийти к такому виду.

Схема блока LC-250ATX после удаления лишних элементов.

Важно! Обязательно надо оставить схему дежурного напряжения – от нее питается микросхема ШИМ. От нее впоследствии надо будет запитать вентилятор охлаждения, так как штатная схема его питания будет переделана.

Следующим шагом надо создать схему ограничения тока. Для этого ток надо сначала измерить. Для этого потребуется шунт от амперметра – измеряя падение напряжения на нем, можно судить о токе. Шунтовые сопротивления бывают в виде пластины или в виде проволочной спирали. Вторые удобнее – их проще монтировать в условиях ограниченного места.

Включается шунт в разрыв соединения средней точки выходного трансформатора и земляной шины. Параллельно ему включается амперметр, заодно показана схема подключения вольтметра для измерения выходного напряжения.

Далее цепь измерения тока через резистор подключается к выводу 15 микросхемы, его величина подбирается для необходимого ограничения тока. Начинать подбор надо с минимума.

Для регулировки ограничения тока устанавливается потенциометр сопротивлением 1..15 кОм. Такой же потенциометр устанавливается для регулировки уровня выходного напряжения.

Необходимость установки элементов, выделенных сними цветом, определяется в процессе наладки. Перед ее проведением надо:

временно выпаять резистор сопротивлением 24 кОм между выводом 1 микросхемы и шиной +12 вольт;
включить в разрыв сетевого провода блока питания лампу накаливания на 220 вольт (подобно предохранителю).

При наличии проблем в силовых цепях БП, лампа будет гореть в полный накал и ограничит ток. Если все в порядке, лампа гореть не будет или будет слабо светиться. В процессе наладки также желательно использовать такое включение.

Если лампа не загорелась, можно продолжать процедуру настройки. В отсутствие резистора R24 контур регулирования разомкнут, поэтому блок питания выдаст максимально возможное напряжение. Если оно недостаточно для дальнейшей эксплуатации, надо собрать выпрямитель по мостовой схеме, используя сборки или отдельные диоды на соответствующий ток и напряжение. Если все ОК, то вместо резистора надо впаять потенциометр или подстроечник сопротивлением 30..50 кОм. Вращая движок, надо добиться на выходе уровня примерно 0,85..0,9 от максимально возможного. Запас необходим для реализации стабилизации по току и напряжению. Получившееся сопротивление надо замерить и впаять в плату постоянный резистор с наиболее близким номиналом.

Резистор от шунта (по схеме 270 Ом) надо подобрать для получения максимального тока. При увеличении его сопротивления, верхняя граница тока тоже увеличивается. Задать ток можно с помощью нагрузки из автомобильных ламп накаливания соответствующей мощности.

Если наблюдается нестабильная работа под нагрузкой или при регулировке (прослушиваются свист, потрескивание и т.п.), надо попытаться устранить эти неприятные явления установкой элементов, выделенных синим цветом. Иногда добиться успеха получается без резистора 33 кОм, а иногда он нужен обязательно. В некоторых случаях помогает такой же резистор, включенный последовательно с конденсатором между 3 и 15 ножками микросхемы.

Завершающий этап – расположение органов управления и измерительных приборов на корпусе блока питания. Их можно закрепить на передней панели, оформив ее в соответствии с фантазией и возможностями, но необязательно. Если удобно, можно, например, расположить настроечные органы на одной панели корпуса, а измерительные приборы – на другой.

Вариант размещения органов управления, индикации и выходных клемм лабораторного источника питания.

Чтобы получить двухполярный лабораторник, лучше изготовить два ЛБП по приведенной методике и соединить их последовательно. Общая точка соединения будет служить нулевым проводом. Ток и напряжение каналов можно будет регулировать раздельно.

Процесс переделки блоков питания стандарта AT осуществляется по тому же принципу, но для их запуска не нужен сигнал с материнской платы, поэтому соединения зеленого провода с землей не потребуется в любом случае. В остальном надо лишь разобраться в схеме БП.

В завершении для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

Продолжаю тему самодельных мощных и точных источников питания для ремонта и разработки электроники.

Брендовые модели с поверкой и сертификатом Госреестра избыточны для дома. Вы же не будете покупать Keysight только для того, чтобы залить скетч в Ардуино. А вот недорогие модели с Алиэкспресс и местных радиомагазинов могут быть вполне востребованы. Я постараюсь показать как сделать лабораторный источник питания (ЛБП) своими руками из доступных комплектующих.

Для начала определитесь с требованиями к готовому ЛБП и его функциям: мощности/напряжения/токи на выходе, параметры стабилизации (CV/CC), необходимые защиты выхода от перегрузки (OVP/OCP/OPP), необходимость удаленного управления, калибровки, точность удерживания параметров, а также дополнительные функции: калькуляторы энергии и возможность заряда батарей. Если с суммарной мощностью определились, тогда есть смысл подобрать подходящий источник питания. На фото представлены несколько типовых источников на 350W, 500W и 1000W. Не маловажно и выходное напряжение, так как для преобразователей серий DPH/DPS/DPX требуются источники на 48. 60 Вольт. Можно взять на 48В и «слегка» поднять напряжение на выходе подстройкой «ADJ».

Модулей для управления источниками питания множество, они отличаются по выходным параметрам и по функционалу, подробнее посмотреть можно в статье: «Как сделать лабораторный источник питания своими руками». В основном отличаются величиной стабилизируемого напряжения и тока, но все имеют ограничения по мощности. Так что заранее прикидывайте требуемую выходную мощность ЛБП. Преобразователи небольшой мощности (150-250 Вт) помещаются в компактном корпусе, а повышенной — имеют отдельную плату с пассивным или активным охлаждением.

Я не рекомендую экономить на мощный источниках питания, тем более, питающих точную технику. На дешевых китайцы уже сэкономили на защите, так что берите с хорошими отзывами или проверенные.

Из проверенных можно брать MeanWell, например, серию LRS-350. В источник уже встроен вентилятор, обороты вращения которого управляются автоматически по датчику температуры.

Схемотехника типовая, базовые защиты присутствуют. Хотя источник питания бюджетный, о чем свидетельствуют пустые (не распаянные) места на плате.

Для сборки и управления источником нам потребуется программируемый преобразователь питания RD6006 (в наличии, доставка IML) или аналогичный. Версия RD6006W имеет возможность удаленного управления через Wi-Fi.

Преобразователь предназначен для монтажа в приборный корпус и, фактически, представляет собой лицевую панель лабораторного источника питания. Помимо небольшого цветного дисплея имеется клавиатурно-цифровой блок с функциональными клавишами и энкодером. Подключение осуществляется стандартными клеммами типа Banana-plug.

Внутри установлен мощный преобразователь-стабилизатор питания с контроллером. Есть даже модуль часов точного времени.

У модуля RD6006 для подключения предназначена разъемная клемма, которая облегчает монтаж корпус и сборку в общем.

Подключаем и проверяем.

При подаче питания отображается заставка RIDEN RD6006.

Перфекционисты могут прикупить отдельно корпус или напечатать его на 3D принтере. Модели можно найти в свободном доступе.

Дисплей отображает множество параметров: текущий ток-напряжение и мощность, есть указание об системных установках: V-SET, I-SET, а также об ограничительных параметрах OVP/OCP. Присутствует калькулятор энергии и системное время.

Управление простое, энкодером, плюс функциональные клавиши. Версия RD6006W может управляться с компьютера или смартфона. Клавиша «SHIFT» активирует вторую функцию. Есть и ячейки памяти для хранения комбинаций установок.

Для примера — простая нагрузка на 50W. Устанавливаем ровно 12В.

Для контроля — мультиметр HP890CN (можно проверять и другим мультиметром для контроля). Параметры совпадают, на фото отклонение 10 мВ.

Увеличиваю нагрузку до 100 Вт: 18В и 6А.

Просадки напряжения не наблюдается, преобразователь тянет нагрузку спокойно.

Аналогично и с малыми напряжениями — на фото 5В.

Максимум на RD6006 можно установить 60 Вольт. У меня на входе 60.09В, можно слегка поднять входное напряжение, тогда получится ровно 60В с источника.

При выборе источника питания обращайте внимание, что входное напряжение должно превышать выходное примерно на 10%, для учета КПД преобразователя.

Таким образом, за относительно небольшие деньги и за один вечер можно собрать для собственных нужд источник питания с регулировкой и приличной мощностью, с высокой точностью стабилизации выходных параметров. Подобными источниками можно реанимировать и тренировать аккумуляторные батареи и сборки, в режиме стабилизации тока — проводить гальваническое осаждение металлических покрытий (анодирование, хромирование и т.п.). Да и большой диапазон регулировки крайне удобен для домашних экспериментов.

В любом случае, это вполне рабочий вариант. Тем более, если есть готовый приборный корпус (или корпус от старой аппаратуры) или мощный источник: трансформатор, драйвер светодиодных лент, ноутбучный адаптер, блок питания от компьютера и т.п. Тем более, что модули RIDEN DPSxxxx и 6006 далеко не новинка и про них существует множество полезной информации и примеров.

Оказалось, что после выработки ресурса аккумуляторной батареи компьютерщики в нашей конторе их частенько просто списывают и выбрасывают целиком. Забота о природе не позволила мне мириться с таким положением вещей. Притащив это богатство домой начал думать что же с ней делать. Попытка восстановить аккумулятор методом заливки дистиллированной воды и зарядки малым током не привела к успеху.

Что дальше? Покупать аккумулятор? Да и есть уже у меня УПСка, и не нужна мне вторая. Основные полезные детали очевидны: прочный, пластиковый, аккуратный корпус и мощный трансформатор внутри. Решил сделать из нее лабораторный блок питания для мастерской. Тем более, что старый Б5-47 уже надоел своим визгом, наверное, просится на пенсию машинка 1988 года рождения.

↑ Техническое задание

для нового блока определил максимально нескромное (иначе его проще купить готовый):
1) Линейная схема — это надежно и тепло!
2) Выходное напряжение: не менее 15В — хватит и для зарядки 12В аккумуляторов, и для питания цифровых цепей, кроме того, есть идея как в дальнейшем увеличить выходное напряжение в 2 раза.
3) Выходной ток: не менее 3А, но можно и побольше.
4) Регулируемое напряжение стабилизации и регулируемое ограничение по току, защита от КЗ.
5) Цифровая индикация.
6) Интерфейс к компьютеру — можно будет с компьютера контролировать процесс зарядки — разрядки аккумулятора, составлять сложные протоколы работы, можно даже реализовать контроль параметров через какой-нибудь Web-сервис типа Pachube.
7) Удобное управление — я люблю энкодеры.
8) Малый шум (это после работы с блоком питания Б5-47).
9) Минимальные затраты — используем преимущественно имеющиеся комплектующие.

В поисках готового решения набрел на сайт Гвидо Сошера , где опубликована уже третья версия цифрового блока питания, которая, в принципе, устроила по всем параметрам, кроме управления и используемого микроконтроллера. Не оказалось у меня в запасе восьмой Меги… Зато оказалась ATMega16, и макетка для нее.

И не люблю я кнопки. В плане управления устройствами я поклонник энкодера: всего одна ручка, нажал — вошел в режим управления, крутанул — установил значение, нажал — значение сохранилось в EEPROM. Красота! Но программу Гвидо пришлось переработать.

↑ Разработка схемы и программы ЛБП

Для последней на тот момент «3.0» версии блока питания, схема у Гвидо на сайте не приведена. Даны только общие идеи построения блока. Вот они:
1) Для управления выходным напряжением используется гибридный ЦАП: младшие разряды получаются из ШИМ модулятора, а старшие из R-2R преобразователя.
2) Используется наивысшая скорость работы АЦП в непрерывном цикле по прерываниям, затем точность преобразования еще повышается путем усреднения избыточного числа измерений (оверсэмплинг), но только для канала измерения напряжения, таким образом точность измерения повышается до

0,01В.
3) Выходная часть блока выполнена по схеме эмиттерного повторителя с предварительным усилителем.

После некоторых поисков была найдена схема 1-й версии блока. Так же на сайте выложены исходные тексты последней версии прошивки контроллера. По этим источникам удалось уточнить распределение ножек микроконтроллера и схема приобрела следующий вид:

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

Основные изменения в схеме относительно оригинала:
1) под R-2R ЦАП выделен порт С микроконтроллера целиком, так проще работать,
2) сами резисторы в ЦАПе других номиналов, такие, какие были, кстати, эти резисторы надо бы подбирать с высокой точностью, иначе при работе ЦАПа будут ступеньки.
3) схема Дарлингтона в выходном каскаде заменена на один КТ8106А;
4) токоизмерительный шунт сделан более мощным и с меньшим сопротивлением (0,55 Ом);
5) устранено совмещение сигнальных линий энкодера и LCD-экрана.
6) предусмотрена обвязка термодатчика и схема управления вентилятором с ШИМ управлением.

Исходники были модифицированы под данную схему. Переназначены ножки микроконтроллера. Файлы для работы с клавиатурой были заменены (kbd.c и kbd.h) на файлы для работы с энкодером. Алгоритм работы энкодера следующий: нажали на энкодер — вошли в режим установки напряжения, нажали еще раз — вошли в режим установки тока, нажали еще раз — сохранили установки. Если в режиме настройки не трогать энкодер более 20 секунд, блок автоматом выходит из режима настройки и не сохраняет изменения. Энкодер работает по внешним прерываниям и использует таймер Timer2 для реализации защитных пауз.

Изменена логика работы со светодиодом состояния. Теперь он показывает аварийные ситуации — перегрузку блока питания, перегрев и состояние перезаписи прошивки бутлоадером.

В логику работы дисплея введено мигание изменяемого параметра.

Добавлен опрос 3-го аналогового входа АЦП для термодатчика. Реализована ШИМ-регулировка оборотов вентилятора охлаждения в зависимости от показаний датчика.

Изменен протокол общения блока с компьютером. Теперь используются стандартизованные команды, позволяющие задать установки тока/напряжения и калибровочные настройки. Теперь калибровки также хранятся в EEPROM микроконтроллера.
Использование более емкого микроконтроллера позволило использовать бутлоадер.

↑ Сборка

Корпус УПС очень хорошо подходит для переделки. Прочный, пластик, внутренние усилительные ребра. Да и размер подходящий. Вместо задней панели с силовыми разъемами я вырезал аналогичный по цвету и форме кусок ровного пластика от лотка струйного принтера. К нему прикрутил радиатор от старого Атлона. К радиатору через изолирующую термоподложку прикрепил выходной транзистор, диодный мост и датчик температуры. Два слова о том как определять обмотки в трансформаторе: самые толстые три провода — это вторичная силовая обмотка. От нее у меня питается силовая часть. Бывает еще и вторая слаботочная вторичная обмотка для питания внутренней схемы УПС. Она определяется так — это два тонких провода одинакового (у меня были оранжевые) цвета. У меня от нее запитана схема управления, микроконтроллер, подсветка экрана и вентилятор. Остальные относительно тонкие провода — это первичная обмотка с большим количеством отводов. С их помощью можно подобрать подходящее выходное напряжение силовой обмотки при приемлемом токе холостого хода.

В результате удаления силовых разъемов, между задней стенкой и трансформатором освободилось место, в которое поместились конденсаторы фильтра. В лицевой панели разметил и вырезал отверстия для экрана и выходных разъемов. В крышке корпуса размещены плата управления, энкодер, выключатель питания и плата RS232-интерфейса. В передней части корпуса оставлено свободное место для дальнейшего усиления блока (можно будет поставить второй трансформатор).

В качестве интефейса МК-компьютер я пока использую готовую платку преобразователя USB-TTL RS232 на микросхеме CP2102. Через нее осуществляется перепрошивка МК и общение компьютера со схемой. В будущем я планирую сделать оптоизолированный RS232 интерфейс.

↑ Прошивка

Я все делал в среде AVR Studio 4.18 с WinAVR-20100110. Готовые файлы прошивки для бутлоадера и основной программы лежат в архиве.
Прошить микроконтроллер можно и просто основной программой или связкой «бутлоадер+основная программа». Первый случай подойдет тем, кто ничего в основной программе менять не собирается. Или не собирается делать интерфейс блок-компьютер. В случае использования бутлоадера можно перепрограммировать полностью собранное устройство и на первом этапе очень удобно было, например, подгонять калибровочные параметры. Однако, для бутлоадера блоку нужен RS232.

Вне зависимости от способа программирования вначале нужно подключить собранную плату к ISP-программатору. Затем прошить соответствующим hex-файлом и выставить фьюзы. В случае использования программы без бутлоадера HIGH=0xDB LOW=0xDE, во втором HIGH=0xDA LOW=0xDE. Остальное изменять не стоит.

Как только бутлоадер прошит, дальнейшие манипуляции по перепрограммированию осуществляются очень просто: подключаешь блок к компьютеру RS232 интерфейсом, контролируешь (в случае USB-эмуляции порта), что подключение произошло к COM1, 2, 3, или 4, включаешь питание блока и сразу запускаешь в студии Tools->Avr Prog. В ней выбираешь файл из архива с прошивками \AVRGCC1\Debug\PowerUnit.hex и шьешь.
Поскольку и бутлоадер и вся процедура у меня сделана по статье "Использование Bootloader’а" , тонкости процесса можно почерпнуть там.

↑ Калибровка

Замечательным свойством данной схемы является универсальность. В принципе, можно сделать блок питания на любое напряжение, любой ток, и любой конструкции. Понятно, что эти характеристики зависят, прежде всего от первичных преобразователей мощности: трансформатора, диодного моста, фильтра, транзистора выходного каскада, или характеристик импульсного преобразователя.

Но для микроконтроллерной части это все не важно. Главное, чтобы делитель выходного напряжения выдавал ему напряжение от 0 до 2,56В, токоизмерительный шунт в режиме короткого замыкания давал около 2В, а система установки выходного напряжения принимала напряжение от 0 до 5В.
Настроить калибровки можно с помощью интерфейса.

↑ Интерфейс и работа с компьютером

Работа интерфейса также изменилась по сравнению с программой Гвидо: скорость 38400 kbps, 8N1. В конце строки требуется символ перевода каретки.
Набор команд:

С помощью этих команд можно управлять блоком из любой терминальной программы. Я предпочитаю использовать Serial monitor в Arduino, но это дело вкуса.
Я написал небольшую программу для Windows которая умеет выводить данные в график и задавать значения, в том числе и по протоколу. См. раздел файлов.

Рис.6. Интерфейс программы управления. Вкладка с графиками.

Рис.7. Интерфейс программы управления. Вкладка с командным протоколом.

↑ Файлы

[05.24.2012 Updated] Статья с обновленной программой. Все новые версии будут публиковаться там.

↑ Заключение

У получившейся конструкции единственный недостаток — вес. Однако для настольного устройства это не столь существенно, в любом случае, он меньше веса Б5-47. Кроме того, если делать подобную конструкцию мобильной, то имеет смысл пойти по пути Гвидо и использовать блоки питания от ноутбуков, либо полностью делать импульсную схему. В этом случае можно будет поднять мощность и избавиться от огромного радиатора.

Хотя в качестве корпуса для такой конструкции я бы все равно взял УПСину. Очень уж они удобные.

В юном возрасте, около 40 лет назад, я создал двойной линейный блок питания. В этом источнике питания использовался один потенциометр для регулировки напряжения и один для регулировки тока. По прошествии многих лет эти потенциометры пришли в негодность, что затрудняло получение стабильного выходного напряжения. Конечно, можно их просто поменять на новые или купить новый блок питания, но хотелось вдохнуть новую жизнь в имеющийся.

Покопавшись в интернете, я нашёл микросхему, позволяющую заменить переменный резистор. Мне пришла идея заменить старые потенциометры их цифровой версией, и так родился новый проект.

В новом блоке питания для управления применён микроконтроллер PIC16F1823. Для управления предусмотрено 6 кнопок:

Одна кнопка для включения или выключения выходного напряжения без необходимости полного включения или выключения источника питания;
Одна кнопка для увеличения выходного напряжения и еще одна кнопка для уменьшения выходного напряжения;
Три кнопки используются в качестве предустановленных. После установки необходимого выходного напряжения это напряжение может быть сохранено и получено с помощью этих кнопок.

Блок питания может выдавать напряжение от 2,4 до 18 вольт с максимальным током 2 ампера.

Я внес некоторые изменения в исходную принципиальную схему, чтобы сделать ее пригодной для управления с помощью цифрового потенциометра. Поскольку в прошлом я никогда не использовал оригинальный потенциометр для регулировки тока, я удалил его и заменил фиксированным резистором, ограничив максимальный ток до 2 ампер.

На принципиальной схеме показан блок питания, построенный на старом, но надежном стабилизаторе напряжения LM723. Микросхема имеет температурную компенсацию опорного напряжения с функцией ограничения тока в широком диапазоне напряжений. Цифровой потенциометр имеет значение 10 кОм и может изменяться от 0 Ом до 10 кОм за 100 шагов с использованием 3-проводного последовательного интерфейса.

Этот источник питания имеет цифровой вольт-амперметр, который получает питание от стабилизатора напряжения на 15 вольт (IC1). Эти 15 вольт также используются как вход для стабилизатора напряжения 5 вольт (IC5), который питает PIC и цифровой потенциометр.

Транзистор T1 используется для отключения LM723. Силовой резистор R9 используется для измерения тока, вызывая падение напряжения на резисторе, когда через него протекает ток. Это падение напряжения поступает на LM723 для ограничения максимального выходного тока до 2 ампер.

В этой конструкции электролитический конденсатор и силовой транзистор (тип 2N3055) на плате отсутствуют. В моем первоначальном дизайне много лет назад электролитический конденсатор находился на отдельной плате, поэтому я оставил его. Силовой транзистор установлен на радиаторе.

Для этого проекта потребуются следующие электронные компоненты:

1 PIC микроконтроллер 16F1823
1 цифровой потенциометр 10k, тип X9C103
Регуляторы напряжения: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
Мостовой выпрямитель: B80C3300 / 5000
Транзисторы: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
Диоды: 2 * 1N4004
Электролитические конденсаторы: 1 * 4700 мкФ / 40 В, 1 * 4,7 мкФ / 16 В
Керамические конденсаторы: 1 * 1 нФ, 6 * 100 нФ
Резисторы: 1 * 100 Ом, 1 * 820 Ом, 1 * 1к, 2 * 2к2, 8 * 4к7
Резистор мощности: 0,33 Ом / 5 Вт

После заказа печатных плат мне пришла в голову идея добавить функцию, которую я называю «защитой от напряжения». Для этого я решил использовать встроенный в PIC аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для измерения выходного напряжения. Если это выходное напряжение - по какой-либо причине - повышается или понижается, питание отключается. Это защитит подключенную нагрузку от перенапряжения или предотвратит короткое замыкание. Это была ревизия 1 первоначального проекта.

Я собрал и тестировал новую схему на макетной плате. В принципе, работа нового блока питания мне понравилась, но периодически цифровой потенциометр не всегда находится в одном и том же положении, например при восстановлении предустановленного значения напряжения. Разница была небольшой, но это напрягало. Значение потенциометра невозможно прочитать.

Поразмыслив, я создал ревизию 2, которая представляет собой небольшую переработку ревизии 1. В этой версии я отказался от цифрового потенциометра, воспользовавшись встроенным цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) в PIC для управления выходным напряжением через LM723. Единственная проблема заключалась в том, что PIC16F1823 имеет только 5-битный ЦАП, которого было недостаточно, потому что шаги регулирования были бы слишком большими. Из-за этого я взял другой микроконтроллер PIC16F1765 с 10-битным ЦАП на борту. Эта версия с ЦАП оказалась надежной.

Новый проект можно собрать на первоначальной плате, так как достаточно удалить некоторые компоненты, заменить 1 конденсатор и добавить 2 перемычки (1 провод уже был нужен для контроля выходного напряжения в версии 1). Я также заменил стабилизатор напряжения 15 В на 18 В, чтобы ограничить рассеиваемую мощность.

Для новой версии блока питания потребуется:

Заменить PIC16F1823 на PIC16F1765;
Необязательно: заменить 78L15 на 78L18;
Удалить цифровой потенциометр X9C103;
Удалить резисторы R1 и R15;
Заменить электролитический конденсатор С5 керамическим конденсатором 100 нФ;
Установить перемычку между контактом 13 IC4 (PIC) и контактом 5 IC2 (LM723);
Установить перемычку между контактом 3 IC4 (PIC) и контактом 4 IC2 (LM723).

Печатную плату тоже обновил

Чтобы закрыть отверстия, сделанные под потенциометры, я добавил лицевую панель поверх передней панели корпуса. Как видите, я сделал двойной блок питания, в котором оба блока питания полностью независимы друг от друга. Это позволяет соединить их последовательно на случай, если мне понадобится выходное напряжение выше 18 В.

Благодаря печатной плате собрать электронику было несложно. Помните, что на печатной плате нет входного электролитического конденсатора и силового транзистора. На фото показано, что для версии 2 некоторые компоненты больше не нужны, и потребовалось 2 провода: один для добавления функции обнаружения напряжения, а другой - из-за замены цифрового потенциометра на цифро-аналоговый преобразователь микроконтроллера PIC.

В блоке питания нужен трансформатор, способный подать на плату 18 В переменного тока, 2 Ампера. В моем первоначальном дизайне я использовал трансформатор с кольцевым сердечником, потому что он более эффективен (но и дороже).

Программа выполняет следующие основные задачи:

Управление выходным напряжением источника питания с помощью цифрового потенциометра

Управляйте функциями кнопок, а именно:

Включение/выключение питания. Эта функция переключения, которая устанавливает выходное напряжение на 0 В или на последнее выбранное напряжение.
Повышает/понижает выходное напряжение. С каждым нажатием кнопки напряжение слегка повышается или немного понижается. Когда эти кнопки остаются нажатыми, активируется функция повтора.
Сохранение предустановок/получение предустановок. Любую настройку напряжения можно сохранить в EEPROM PIC, нажав кнопку предустановки и удерживая ее не менее 2 секунд. Нажатие на нее короче вернет значение из EEPROM для этого пресета и соответственно установит выходное напряжение.

При включении все контакты PIC устанавливаются как входные. Чтобы предотвратить появление неопределенного напряжения на выходе источника питания, выход остается на уровне 0 В, пока PIC не будет запущен и не будет запущен цифровой потенциометр. Это снижение мощности достигается за счет подтягивающего резистора R14, который обеспечивает отключение транзистора T1 LM723 до тех пор, пока он не будет разблокирован PIC.

Чтобы предотвратить запись в EEPROM при каждом нажатии кнопки и, таким образом, сократить срок службы EEPROM, содержимое EEPROM записывается через 2 секунды после того, как кнопки больше не активируются. Это означает, что после последней смены кнопок обязательно подождите не менее 2 секунд перед выключением питания, чтобы убедиться, что последняя настройка сохранена. При включении, источник питания будет всегда запускаться с последним выбранным напряжением, сохраненным в EEPROM.

Для ревизии 2 основные изменения в программном обеспечении следующие:

Функция определения напряжения была добавлена путем измерения выходного напряжения источника питания после его настройки. Для этого используется преобразователь ADC PIC. Используя АЦП, программное обеспечение берет образцы выходного напряжения, и если после нескольких выборок выходное напряжение примерно на 0,2 В выше или ниже установленного напряжения, источник питания отключается.
Использование ЦАП PIC для управления выходным напряжением источника питания вместо использования цифрового потенциометра. Это изменение упростило программное обеспечение, поскольку отпала необходимость в создании 3-проводного интерфейса для цифрового потенциометра.
Хранилище в EEPROM заменено хранилищем в High Endurance Flash. PIC16F1765 не имеет встроенной EEPROM, поэтому использует часть программы Flash для хранения настроек.

Обратите внимание, что определение напряжения изначально не активировано. При включении проверяется нажатие следующих кнопок:

Кнопка включения/выключения питания. При нажатии обе функции определения напряжения отключаются.
Кнопка вниз. При нажатии активируется обнаружение пониженного напряжения.
Кнопка вверх. При нажатии активируется обнаружение повышенного напряжения.

Эти настройки определения напряжения сохраняются во флэш-памяти High Endurance Flash и вызываются при повторном включении источника питания.

На видео представлена 2 версия блока питания в действии, в ней показаны функции включения/выключения, повышение/понижение напряжения и использование предустановок. Для этой демонстрации я также подключил резистор к источнику питания, чтобы показать, что через него протекает реальный ток и что максимальный ток ограничен 2 амперами.

Читайте также: