Zasilacz laboratoryjny ze sterowaniem mikroprocesorowym

 

Główne założenia pracy to:

- Praca w trybie ciągłym (nie impulsowym),

- Regulowane napięcie wyjściowe 0 - 15 V,

- Regulowana obciążalność prądowa 0 - 1 A,

- Sterowanie cyfrowe,

- Wyświetlanie aktualnego napięcia i prądu pobieranego przez obciążenie.

 

Napięcie sieciowe zostaje  za pomocą transformatora obniżone do napięcia 12 V AC, a następnie za pomocą prostownika dwupołówkowego dwudiodowego zostaje wyprostowane i podane na filtr napięcia. Filtr ten zbudowany jest z dwóch kondensatorów elektrolitycznych o łącznej pojemności 9400 uF. Odfiltrowane napięcie posłuży do zasilenia układu stabilizatora a także będzie wykorzystane jako napięcie wyjściowe. Za właściwą wartość napięcia wyjściowego odpowiadają układy regulacji, stabilizacji oraz element wykonawczy, którym jest tranzystor pracujący jako zawór elektroniczny.  Jest to para tranzystorów pracujących w układzie Darlingtona, których stopień otwarcia kontrolowany jest przez układ stabilizatora napięcia. Rolę stabilizatora spełnia wzmacniacz operacyjny TL074. Porównuje on napięcie wyjściowe zmniejszone za pomocą dzielnika napięciowego z napięciem referencyjnym, a następnie reguluje stopnień otwarcia zaworu tak, aby napięcie odniesienia i napięcie z dzielnika były sobie równe.  Sygnał odniesienia podawany jest z wyjścia przetwornika cyfrowo - analogowego pracującego w układzie tzw. rezystorowej drabinki R-2R. Przetwornik ten sterowany jest mikrokontrolerem ATmega32, który pełni w urządzeniu funkcję głównego układu sterującego. Regulacja nastawy napięcia oraz ograniczenia prądowego odbywa się z użyciem enkoderów obrotowych. Z wyglądu są one podobne do standardowych potencjometrów, jednak na wyjściu zamiast zmiennej rezystancji wytwarzane są impulsy w kodzie Gray-a odczytywane i dekodowane za pomocą procesora, przy wykorzystaniu mechanizmu przerwania zewnętrznego.

Układ do pomiaru napięcia zbudowany jest w oparciu o dzielnik napięciowy i przetwornik analogowo - cyfrowy, natomiast w przypadku pomiaru prądu, odbywa się on przy udziale rezystora bocznikującego, przetwornika prąd - napięcie, a następnie podane ono zostaje do przetwornika A/C tak, jak w przypadku pomiaru napięcia. Przetwornik, o rozdzielczości 10 bitów jest wbudowany w mikrokontroler, dlatego nie ma konieczności dodatkowego komplikowania układu przez stosowanie zewnętrznych kości przetworników.

Ograniczenie prądowe w układzie zostało zaimplementowane programowo. Po każdorazowym odczycie wartości prądu do przetwornika ADC następuje porównanie pomiaru z wartością ustawioną enkoderem. Jeśli wszystko się zgadza, to świeci się zielona dioda sygnalizująca poprawną pracę. W przeciwnym wypadku wartość napięcia wyjściowego zostaje podzielona przez 4 i zapala się dioda czerwona sygnalizująca przeciążenie. Cykl zmniejszania będzie powtarzany dotąd, aż prąd mierzony nie będzie większy od prądu granicznego.

Wyniki pomiarów oraz nastawy wyświetlane są na siedmiosegmentowym wyświetlaczu multipleksowanym. Kolejność załączenia poszczególnych cyfr sterowana jest za pomocą dekodera 74HCT138, natomiast wartość cyfry ustawiana jest w mikrokontrolerze i podawana na załączony segment.

 

Rysunek 1 widok wnętrza zasilacza

Rysunek 2 widok zasilacza z przodu

 

Rysunek 3 rezystorowy przetwornik DAC