Регулятор постоянного тока 0...85vdc

[GND]

Привет Всем! Здесь и далее я хочу продемострировать, с позволения модераторов или администраторов форума, разумеется, один из способов создания регулируемого источника тока постоянного напряжения Vout = 0...85vdc / Iout = 0...6adc на наборе американских микросхем. Я пока выложу только фото готового устройства и подожду реакции модераторов или участников форума. Если не будет резко отрицательной реакции или явного запрета, то я, с вашего позволения, продолжу...

[GND]

Судя по всему, я тут один... совсем один... хотя есть 60 гостей! Рискну продолжить)) Итак, речь в этот топике пойдёт про регулятор постоянного тока максимальной мощностью, около Pout_max ~ 500W. Он питается от стандартной однофазной сетки ac230v. Минимальное входное питающее напряжение, при котором обеспечивается стабилизация выходных параметров Pout_max, не ниже Vac_min >= 150v. Верхнее значение питающего напряжения ограничено вольтажом Vbr выходных выпрямительных диодов Vac_max <= 290v. В регуляторе предусмотрена защита от этого: останов шим-модулятора и отключение входного стартового реле ss_relay.
Сам регулятор может использоваться как источник питания постоянного тока, может заряжать буферные батареи. На выходе установлено мощное высоковольтное реле. Оно без последствий коммутирует выходную мощность полкиловатта. Также регулятор оснащён быстродействующей защитой от переполюсовки заряжаемой буферной акб и защиту акб от обрыва ос по напряжению (супервизор канала +85в).
Регулятор оснащён активной системой охлаждения - вентилятор 120мм. Включение вентилятора осуществляется либо по температуре силового трансформатора (>90С), либо по амперажу выходного тока (>2а).
Управление регулятором осуществляется двумя инкрементальными энкодерами с тактовыми кнопками. Нижний энкодер служит для включения регулятора и регулировки выходного тока pwr/Iout , верхний энкодер задаёт выходное напряжение и включает/выключает выходное реле out_rly/Vout.
Минимальный шаг регулировки выходного тока - 0.01а, выходного напряжения - 0.1в. Информация о выходных предустановках vlt_prst/cur_prst выводится на трехразрядные led-дисплеи в режиме out_off. В режиме out_on на дисплеи выводятся фактические выходные параметры - Vout/Iout.
Рискну выложить несколько фот говового дивайса)) Прошу не судить строго, ведь это просто черновой вариант, изготовленный на коленке весьма ограниченными средствами))

Если всё нормально, то я продолжу...

[GND]

Вроде всё тихо... никто не кричит, не брыжжыт слюною, не хрюкает и не тявкает )) наверное у модераторов выходной и всё ещё впереди)) тогда я продолжу. Сначала надо почтить светлую память Петровича за его сайт! и как он его верно назвал - самопал! То есть, сделано своими руками! Я продолжу...
Неспеша перечислю набор или чипсэт американских микросхем, использованных мною в этом дивайсе. Я сразу скажу, что все эти микросхемы сделаны не прямо в Соединённых Штатах. Я их покупал в самых разных местах. Например в Китае. Но от этого американская микросхема, произведённая, например, на одном из китайских заводов, не перестала быть американской ни на цент. В этом посте много лирики, пора перейти к описанию регулятора...
Рулит дивайсом 8-битный микроконтроллер ATMega8a. атмега управляет американскими 12-битными 4-х канальным ацп mcp3204 и 2-х канальным 12-битным американским же цапом mcp4922, рулит видеодрайвером max7219, также мк управляет американским же шим-модулятором uc2846dw. Также, в качестве источников опорных напряжений для ацп и цапа используются американские же микросхемы mcp1541, формирующие на своём выходе Vref = 4.096v. Выходной ток взвешивает американский же линейный бесконтактный измеритель acs712. Приведу фоту субмодулей...

[GND]

та плата, где много синих подстрошников, это и есть плата ицифровки adc_sub. Один персонаж с одного извесного сайта забраковал идею. Типа мол зачем оно это надо, когда якобы можно всё регулировать програмно коэффициентами. Мнение профессионала. Писят лет с аргоном)) Однако, если товарисчь реально столкнётся с не с одним дивайсом, а, скажем с десятком, с разными выходными напряжениями или банально с разбросом чип-резисторов, то бескомпромистный персонаж сполна оценит триммер-потенциометр. Ибо для настойки такого дивайса понадобица трёхцентовая отвёртка и трицати долларовый тестер, вместо компьютера с виндою и микрочипстудией))) Да-да, двойничёк. Писят лет с аргоном впустую))

[GND]

ого! еще не заблокировали! тогда, пожалуй, продолжу. двойничёк с того злополучного форума всё конечно правильно сказал. это единственнный вменяемый комент кста и был. остальная профессиональная быдломассовка вообще начала претензии предъявлять типа " не того цвета макетная фанэрка" или не там запятую поставил. был персонаж. который мне начал объяснять смысл слова "чипсэт"))) другому показалось или он очки +8 забыл надеть, что какой-то там радиатор оказался "не в потоке". он правда в суе позабыл уточнить, какой именно радиатор ему примерещился "не в потоке", ибо их там штук десять разных)) вообщем, мрак там полный и безпросветный. вменяемые люди просто сгинули, форум наполнился гоп-стопперами. насчёт коэффициентов и синих подстроечников я открою тайну: я пользовался и теми и другими. это как настройка "грубо" и настройка "точно". на плате предусмотрены места, как для триммеров, так и для стандартных 1206 или 1/4w или 1/8w прецизионных резисторов, а в программе описаны или закомментированы эти самые поправочные коэффициенты...
плата управления cntrl_brd

На плате размещены MCU Atmega 8a с пзу DS1302, ключи управления промежуточными реле и субмодули: dsply_sub; pwm_sub; adc_sub

cntrl_brd.pdf

(41.46 КБ) 5 скачиваний

[GND]

Руслан Гафаров на своем ютуб-канале очень подробно описал назначение Y-конденсаторов, купирующих пагубное влияние межобмотоных ёмкостей в силовом трансформере. До построения конкретно этого экземпляра регулятора я пребывал в лехком оцепенении "непуганного идиота". Предыдущий экземпляр 75v_ 5a довольно стабильно работал и без них. Последний экз практически наотрез отказался работать. Ну то есть всё работало, только вот на всех дисплеерах были "просто восьмёрки", т.е. американский драйвер дисплея max7219 просто тупо вис и не реагировал на команды шины spi. приходилось пересбрасывать тумблёром питание 230в. Пришлось ставить. Поставил аж два: 2n2 10% 275vac mkp между возвратными шинами первичной и вторичной сторон регулятора и между началами первичной и вторичной обмоток силового транформа. Пилюля помогла фараону)) Видеодрайвер перестал подвисать, а выходное реле перестало самопроизвольно клацать))

[GND]

...вполне вероятно, что это было связано с небольшими различиями в конструкции регуляторов. в одном из них в качестве выходных диодов работают n-канальные запараллененные мосфетки, т.е. выходное импульсное напряжение силового трансформера выпрямляется коллекторными p-n-переходами паразитных биполярных транзисторов в структуре мосфэтки. и эти мосфэтки прикручены прямо на радиатор, без прокладок. т.е. обе фазы выходной обмотки трансформа излучают в окружающее космическое просрансво посредсвом массивных алюминивых шилез... на этот шаг я был вынужден пойти, т.к. тепловое сопротивление прокладок чересчур сильно влияло на температуру элементов выпрямителя. там, правда и выходной ток был 15а... и был металлический экран, меджу первым и вторым этажем трёхэтажой этажерке... и развод силовых выходных верёвок к терминалам был несколько иным... вообщем, пламенный привет симулянтам qrwo)) в ихних гладких симуляциях всё работает безукоризнено. до тех тор пока симулант не возьмет в руку напильник, паяльник и болгару))) и случаться кризис среднего возраста)))
это был поскриптум к предыдущему посту
субмодуль платы управления adc_sub
Краткое описание

На плате субмодуля размещены следующие узлы регулятора:
1. бесконтактный датчик выходного тока на американской микросхеме acs712t-30a фирмы Allegro.
2. усилители ошибки каналов обратной связи по выходным напряжению и току на 4-х канальном оу mc33074a (Motorolla).
3. входные усилители каналов оцифровки выходных параметров для 12-битного 4-x канального ацп mcp3204 фирмы Microchip.
4. интегральный линейный регулятор 78L05 для питания ацп.
5. источник опорного напряжения для ацп (Vref = 4.096v) mcp1541.
6. супервайзер выходного напряжения и переполюсовки буферной акб.

Назначение субмодуля:
1. субмодуль предназначен для предварительного усиления сигналов обоих каналов оос (ток, напряжение),
компенсацию напряжений смещения усилителей ошибки (Voffset), корректировка минимальных значений Vout_min, Iout_min.
2. корректировка максимальных уровней Vout_max, Iout_max.
3. корректировка фактических показаний встроенных вольметра и амперметра с уровнями предустановок Vout_prst/Iout/Iout.
4. оцифровка сигналов с выходных терминалов регулятора +Vchrg/-Vchrg и температурного датчика в силовом трансформаторе Vntc.

Оцифрованная информация из ацп передаётся в CPU Atmega 8a по последовательной шине SPI.

Описание работы компаратора супервизора и переполюсовки буферной акб
Компаратор постоянно отслеживает уровень напряжения на выходных терминалалах +Vchrg/-Vchrg вне зависимости от того
вкючено выходное реле или нет. Если на выходе Vout = 0, то на входе ovrld ацп присутствует уровень +1 050mv. В случае пере-
грузки по выходу Vout > 100vdc на входе ацп сформируется уровень >= +2 450mv. В случае переполюсовки на выходе буферной акб
компаратор IC1:D опрокинется в состояние "лог.0" и снизит входной сигнал ацп до нуля. Для выполнения этой функции, отличить
нулёвый уровень от отрицательного, на инвертирующий вход компаратора переполюсовки подаётся небольшое (-0.15v) смещение с
резистивного делителя.

Делитель оос по выходному напряжению имеет подстроечный резистор для точной регулировки Vout_max. При этом на неинвертирующем
входе оу усилителя ошибки будет уровень Vref_dac: в зависимости от комплектации платы pwm_sub, либо +5v0, либо +4.1v.
Входной усилитель ошибки канала оос по напряжению может компенсировать смещение нулевого уровня в пределах +/-2.55v для точной
регулировки Vout_min.
Сигнал с делителя также поступает на вход ацп 3-х разрядного вольтметра. Предусмотрена точная подстройка показаний
триммер-потенциометром Vout_meas adj.
Сигнал с датчика Холла acs712t-30a канала оос по току усиливается х2 дифференциальным усилителем первого каскада усилителя
ошибки и подаётся на интегрирующий усилитель субмодуля pwm_sub через резистивный делитель с триммер-потенциометром для точной
регулировки уровня Iout_max. Смещение на неинвертирующем входе дифференциального усилителя служит для точной регулировки уровня
Iout_min.
Сигнал с датчика Холла также поступает на инвертирующий усилитель (х5) 3-х разрядного амперметра с триммер-потенциометром для
точной регулировки Iout_meas adj.
На первый канал мультиплексора ацп поступает сигнал с датчика температуры силового трансформатора 50:35. Датчик представляет
собой миниатюрный дисковый ntc-термистор номиналом 2к2 10% 25С (175R 100C), встроенный во вторичную обмотку. При нагреве внешней
поверхности трансформатора до температуры +60...70С сопротивление датчика снижается до уровня Rntc ~ 220...250R, т.е. приб-
лизительно на порядок относительно комнатной температуры.

adc_sub.PDF

(29.17 КБ) 3 скачивания

Двойничёк упрекнул меня в том, что, якобы, диапазоны 12-битных цап и ацп испульзуются лишь наполовину. это ложь. в реальных регуляторах максимальные сигналы на входах ацп стремятся к уровням Vref = 4.1v, а выходные цигналы цапов приближаются к уровню напряжения питания цапа, т.е. Vdac_max ~ 5v. Двойничка могли подвести линзы монокля +8 или некоторые номиналы элементов в принципиальных схемах электрических... не следует их воспринимать совершенно буквально и всёрьёз)))

[GND]

Даллее сказ пойдёт о собственно субмодуле шим-модулятора pwm_sub платы управления cntrl_brd. точнее, об одном из многочисленных вариантов этой самой платы. практически все электроэлементы на принципиальной схеме имеют в начале "звёздочку". это не означает, что они должны быть прецизионно "подобраны" в процессе "наладки". звёзда говорит о том, что номинал может "гулять" в диапазоне от нескольких едициц, до нескольких порядков, в зависимости от номиналов окружающей среды или версий конкретного экземпляра платы... также, о широкой вариации говорит отсутствие некоторых элементов на конкретном экзе платы...

на плате видны комплементарные усилители тока шим-каналов микросхемы pwm_A & pwm_B. их нет на принципиальной схеме, ибо работает закон звёздочки. этот экз платы рулит не оптическим драйвером, а натуральным мостом "комплиментарный общий сток" из мосфеток в корпусе то-220, который прокачивает мощный тгр...

pwm_sub.pdf

(33.33 КБ) 2 скачивания

Краткое описание субмодуля pwm_sub
На плате расположен сам легендарный американский двухтакный pwm-контроллер uc2846, двухканальный 12-битный DAC mcp4922
американской опять же фирмы Microchip, маломощный линейный интегральный регулятор 78L05, который и питает цап mcp4922
стабильным напряжением +5v, полученным из питающего напряжения +12v. Также на плате расположен 4-х канальный оу mc33074a
фирмы Motorolla. На его оу построены интегрирующие усилители ошибки каналов стабилизации выходных напряжения и тока,
а также компаратор режимов работы источника: CV-mode или CC-mode.
Выходные параметры источника (Vout/Iout) задаются не путём регулировки глубины оос каналов, а путём формирования соот-
ветствующих уровней опорных напряжений Vref_vlt/Vref_cur на неинвертирующих входах оу усилителей ошибки обоих каналов
регулировки. За эту операцию как раз и отвечает 2-канальный цап.
Опорные уровни для каналов цап Vref_dac на плате pwm_sub могут формироваться по нескольким сценариям, в зависимости от
доступной комплектации:
Сценарий 1. Опорные уровни
Сценарий 1. Опорные уровни формируются из питающего напряжения шины +5v стабилизатора 78L05 путём деления на 2 точными
(1%)mo-резисторами одинакового номинала и подачей этого сигнала на вход Vref цап, а цап сконфигурирован на умножение Vout x 2.
Сценарий 2.
Таким образом, при поступлении на входы цап
кода 4095 (2^12) с CPU Atmega 8a на его выходах будут сформированы опорные уровни с максимальным значением Vout = Vcc = +5v.
При выключении источника тактовой кнопкой энкодера Iout_prst или возникновении аварийных ситуаций (овервольтаж на входе/
овервольтаж на выходе/оверкроссинг буферной акб на выходе/перегрев силового транформера) цап програмно подключает свои выходы
к шине rtrn и шим-контроллер мгновенно останавливает свою работу.
Цап управяется MCU по шине SPI.
Шим-контроллер uc2846 питается от стабилизированного напряжения +24v. Выходы А и В непосредственно управляют оптодрайверами
на плате силового инвертора.
ШИМ-контроллер uc2846 работает в режиме current mode на частоте, приблизительно, Fcnv ~ 60...80kHz. Сигнал поциклового
ограничения тока в первичной обмотке силового трансформера поступает на вход CS+ (pin_4) и вход STDWN (pin_16) с выпрямителя
токового трансформера СТ 1:200. К этому сигналу подмешивается, в определённой пропорции, переменная составляющая ramp-сигнала
с эмиттерного повторителя Q1. На вход повторителя поступает линейно-нарастающее напряжение с частото-задающего генератора Ct (pin_8).
Резистивный делитель на входе ILIM (pin_1) программирует контроллер на ограничение первичного тока на уровне, приблизительно,
Ipri_pk <= 20a p-p с остановом шим до перезагрузки при возникновении аварийной ситуации.
Встроенный усилитель ошибки шим-контроллера не участвует в работе. Выходные цепи оу каналов оос подключены по схеме
"монтажное или" через диодные развязки непосредственно на вход COMP (pin_7) контроллера.
Вход COMP заблокирован открытым pnp-ключём Q3 до прихода команды pwm_on на базу pnp-ключа Q2 с MCU (лог.0). Таким образом осуществ-
ляется надёжная блокировка ложных стартов шим-контроллера в выключенном состоянии pwr_off.
Компаратор режимов работы CC/CV формирует на своём выходе "лог.1" при работе в режите CC и "лог.0" при работе в режиме CV.

[GND]

Субмодуль индикации. Краткое описание

На плате размещены драйвер 7-сегментного индикатора, триггер pwr_god, 3-х разрядные индикаторы выходного напряжения
и выходного тока, а также, два инкрементальных энкодера с тактовыми кнопками для регулировки выходного напряжения и
выходного тока. Тактовая кнопка энкодера регулятора тока служит для включения/выключения инвертора, а кнопка регулятора
выходного напряжения включает/выключает выходное защитное реле. Триггер pwr_god желателен, но не прям необходим для
задержки подачи питания на led-драйвер для подавления влияния переходных процессов установки номинального напряжения
на шине +5v.
Также, вывод ref tl431 подключен к пину dsply_rst. MCU может циклически перезапускать драйвер дисплея в качестве профилактики.
Ибо понять, что видеодрайвер завис у цпу нету никакой возможности, ибо шина spi не замкнута в контур. Да и нету у меня уве-
ренности, что сама шина виснет. Можно мониторить ток, потребляемый драйвером. При зависании он незначительно возрастает,
ибо загораются все сегменты всех подключенных индикаторов.
Информация передаётся в драйвер дисплея max7219 из CPU Atmega 8a по последовательной шине SPI.

dsply_sub.pdf

(32.82 КБ) 2 скачивания

[GND]

видно, что субмодуль dsply_sub втыкается не непосредственно в плату управления, а двумя плоскими шлейфами. так вот длина этих самых шлейфов напрямую влияет на устойчивость драйвера индикатора к зависанию. зависимость скорее обратно-квадратическая или даже обратно-кубическая)) грубо говоря, на метр от платы индикатор вынести не представляется никакой возможности))
Практически, эта связка из трёх плат может рулить любым преобразователем: полным мостом, косым мостом, однотактным супер-фиксёром, пуш-пуллом, полумостом. даже мощным флай-баком при желании... универсальная рулька с управлением оптикой или тгр...