У будь-який радіоаматорського практиці не обійтися без блоку живлення, за допомогою якого можна було б виставити необхідну напругу живлення і струм споживання. Пам'ятаю свій перший лабораторнік на радянському транзисторі зі значним радіатором, але сьогодні про інше ...
Сидячи одного разу в своїй майстерні і граючись на макетної платі з миготливими світлодіодами, реалізованими за допомогою мікроконтролера, я задумався про його більш практичному застосуванні, яке можна було б зробити в реальному залозі з істотною практичною користю.
Бажані характеристики БП
- Напруга харчування регульоване від 1-го до 15-ти вольт
- Крок регулювання напруги 0,1 або 0,5 вольта
- Струм навантаження регульований від 0.1 до 8-ми ампер
- Крок регулювання струму 0,1 або 0,5 ампера
- Індикація виставлених значень напруги і струму
- Індикація реальних значень напруги і струму
- Запам'ятовування параметрів при відключенні харчування
Таким чином з'явилася така думка. Чому б не зробити DC-DC перетворювач на TL494, благо я з нею більш-менш знайомий, який би регулювався за допомогою енкодера і видавав показання на LCD-дисплей. У мене буде можливість погратися з тл-кою на всіх режимах і повністю зрозуміти її роботу при мінімальних ризиках вигоряння силової частини (як це зазвичай буває з комп'ютерними імпульсних БП).
Перевірка Лабораторного БП під навантаженням
Перша версія Лабораторніка
В общем-то це і спонукало мене на першу версію блоку живлення, серцем якого став трансформатор від бесперебойніка з вихідним напругою близько 15-ти вольт. Далі діодний міст з конденсатором і силовий блок, керований за допомогою TL-494. Як ключі - IRFZ 44N, на виході дросель від АТС БП і діод Шотткі звідти ж. Діодний міст, одне зі слабких місць, так як на звичайному мосту падіння напруги близько 2-х вольт в поєднанні з макимальний струмом навантаження близько 10 Ампер давало надзвичайно сильне нагрівання останнього, що призвело до заміни звичайних діодів діод Шотткі, втрати знизилися значно. Управління вирішив реалізувати за допомогою резистора MCP42010, який управлявся безпосередньо від МК по SCI шині, це було зручно як для новачка. Для відображення установок і виміряних значень вирішив використовувати двухстрочний дисплей LCD 1602 (інтерфейс HD44780). Управління, як я вже говорив від енкодера. Блок живлення працював, але мав недоліки:
- Струм вимірювався за допомогою резисторного шунта і для більш-менш точних вимірювань доводилося заганяти максимальне падіння напруги на ньому аж до 2,5 вольт. А це знову ж таки непотрібні втрати.
- TL-494, як і затвори полевиков (через транзисторні драйвера) харчувалися безпосередньо від основної шини харчування, тобто на холостому ходу харчування становило близько 18,5 вольт, що дуже близько до граничного напруження пробою затворів транзисторів.
Друга версія Лабораторніка
Загалом, так би він напевно і працював, якби одного разу не стрибок напруги в мережі 220 вольт і не вихід з ладу тих самих полевиков. Власне, так і з'явилася друга версія з невеликими доробками:
- Струм вимірюється шунтом з подальшим посиленням ОУ, що дозволило зменшити втрати.
- Харчування ШІМ-контролера і затворів транзисторів обмежується стабілізатором LM78012
- Розведення плати краще дозволяє тестувати блок, за рахунок можливості окремого харчування силовий і керуючої частини.
Недоробки звичайно є і тут, на друкованій платі я чомусь не врахував достатньо місця для діодного моста з радіатором, тому довелося виносити його окремим блоком, в іншому все добре стало на свої місця і працює. Врахуйте це, якщо будете використовувати мою друкарську плату. Що хотілося б відзначити по роботі самого блоку. Після різних експериментів було вирішено управління блоком віддати повністю ШІМ-контролера, а мікро контролером лише задавати необхідні струми і напруга для самого ШІМ, це показало найстабільніші результати.
Компонування вузлів всередині корпусу
Під час налаштування блоку виявлені наступні тенденції. RC-ланцюжка між 2-й і 3-ої ногою, а також між 15-й і 3-ої ногою обов'язкові, вони сильно впливають на писки і тріски імпульсного трансформатора в різних режимах. На схемі друга ланцюжок не вказана, але на платі довелося її поставити, так як тільки тоді блок повністю затих і на будь-яких режимах працював без зайвих звуків.
Конденсатор по входу підсилювача помилки ШІМ ніби як потрібен, але досить буквально 0.01 мкф, так як при трохи більшій ємності він значно впливає на зворотний зв'язок в процесі регулювання і на осцилограмах твориться реальна каша. Особисто я від нього відмовився зовсім без видимих наслідків.
Принципова схема БП
По налаштуванню блоку особливо сказати нічого, тому що в принципі вона зводиться до корекції показань вольтметра і амперметра, тут навіть опору сильно підбирати не потрібно, достатньо просто погратися значеннями коефіцієнтів в самій програмі прошивки.
При повторенні слід включати свій мозок, так як слідуючи вишенапісанного є невідповідності у наведеній схемі і друкованій платі оптимальним параметрам і розташуванню елементів. Тобто при банальному повторенні блок у вас запрацює, але для ідеальної роботи краще врахувати вищевказані зауваження. Наостанок можу сказати лише, що блок працює відмінно, на максимальній потужності, що віддається (120 Вт) тепловиділення в межах розумного, загальний ККД з урахуванням трансформатора близько 87%. Відео з демонстрацією роботи додаю нижче.
