Лабораторный блок питания (lm723, ATmega8, INA226)

Автор: Reloader
Опубликовано 18.11.2021
Создано при помощи КотоРед.

Всем привет. Задумал я значит себе стабильный и малошумящий лабораторный блок питания. Мощности мне гигантские не требовались.  Но хотелось относительной компактности. В итоге получилась крутая (относительно) и безумно простая конструкция. 

Можно было бы разбить на 2 статьи так как тут у меня 2 устройства но пусть будет одна. Устройства из первой и второй части можно использовать независимо друг от друга.

Что в итоге у меня получилось : 

• Напряжение : 2.5 - 19.6 вольт
• Ток до 4.5 ампера (ограничил. Так то выдаёт и 5 ампер но ему тяжело уже)
• Пульсации напряжения 9 милливольт (хоть под нагрузкой хоть без)
• Просадка при большом токе не более 30 милливольт
• Включение/отключение нагрузки по кнопке
• Отключение нагрузки при превышении порога тока
• Отображение напряжения, тока и мощность (с точностью до 3-х знаков)
• Работа в режиме вольтметра при отключенной нагрузке

Часть 1 - Лабораторный блок питания.

Полистал я наш родимый форум - ну очень много тут различных блоков питания. И простых и сложных... Но выбор пал на lm723. Эта микросхема была специально спроектирована для создания лабораторных блоков питания (на ней мажду прочим промышленные лабораторники собирают). Для линейных блоков питания (всё же со стабилизацией и малыми шумами у импульсных не очень).

Схем на lm723 очень много. Я взял с какого-то турецкого сайта : 

Мало компонентов и самое главное - грубая и точная регулировка тока и напряжения. В качестве силового транзистора был выбран транзистор TIP35C в корпусе TO-247 (он по заверениям даташита справляется с долговременной нагрузкой в 25 ампер). 

В качестве источника питания был выбран блок питания от разбитого монитора. На нём особо останавливаться не буду - обычный импульсный блок питания. (правда я поднял на нём напряжение до 22-х вольт). В данном случае как мне кажется не имеет смысл заострять внимание на моём конкретном источнике. В вашем случае наврядли будет тот же самый. Здесь вообще что угодно можно использовать. Хоть любой импульсный хоть трансформатор.

Ну а теперь немного о конструкции и что в итоге получилась : 
Корпус был взят от какой-то медиаприставки 

Корпус понравился. Достаточно прочный, компактный и туда идеально всё помещалось. 
Выходной транзистор я прикрутил к кулеру от процесора компьютера. Естественно через термопрокладку и термопасту (забегая вперёд скажу что справляется просто идеально).

Так как я поднимал напряжение на одном из выводов исходного источника питания (линия инвертора подсветки) то на втором выводе (линия 5 вольт) напряжение поднялось до 8 вольт (и растёт в случае нагрузки) то идеально чтобы запитать кулер охлаждения!

Источник питания и кулер с транзистором просто идеально вписались в корпус

Печатную плату стабилизатора я не стал делать. Из-за простоты схемы мне показалось что быстрее и проще собрать её на дырявой макетке

Всё завелось с первого раза и заработало! (даже показалось подозрительным).

Осталось сделать морду лица устройству. Родную (хоть и красивую) я нещадно спилил и сделал из обрезков корпуса того самого разбитого монитора откуда брал источник питания.
В качестве устройств отображения напряжения и тока были взяты обычный китайский цифровой вольтметр и такой же китайский стрелочный амперметр (о чём я сразу же пожалел но во второй части статьи я это исправлю)

А вот так выглядит уже всё в собранном варианте и на своём месте

Видео процесса создания всего вышеизложенного (там кстати наглядно показано измерение просадок и пульсаций)

Часть 2 - Показометр.

Поигрался я с девайсом и понял - показометры нужно менять. Ибо при таком точном лабораторнике иметь врущие показометры совсем не круто. Победил свою лень и решил сваять крутой цифровой показометр да ещё с несколько расширенным функционалом.

Хочу :

• Показания тока и напряжения до 3-х знаков после запятой
• Показания мощности
• включение / отключение нагрузки по кнопке
• отключение нагрузки по превышению тока
• В режиме отключенной нагрузки работать как вольтметр (ну вот захотелось)

В качестве управляющего микроконтроллера взял ATmega8, для получения данных о напряжении и токе - китайский модуль на INA226

Для включения/отключения нагрузки - китайский модуль реле (на 5 вольт)
Для отображения был взят LCD экранчик 08Х02 (видавший много чего в этой жизни)

 В общем всё готово. Нужно заняться прошивкой. Писать буду на богомерзкой широко популярной ArduinoIDE. А отлажиавть буду на самодельной ардуиноподобной плате на базе Atmega8 и самодельном отладочном комплексе
(подробнее об отладочном комплексе здесь и здесь)

Для питания логики был установлен стабилизатор 1117 на 5 вольт. И отдельный на 7805 для модуля реле. В итоге схема такая (приложу ещё в PDF формате)
  Но не всё так просто! На модуле с INA226 добрые китайцы поставили шунт 0.1 Ом. а максимальное падение напряжение позволительно 81 миливольт что совсем не радует - 0.8 ампера измерять и не больше. Прикинул я хвост к носу и свертел шунт из канцелярской скрепки (намотал на отвёртку). пропустил через неё ток в 1 ампер и замерил падение напряжение. У меня вышло около 32 миливольт. То есть 0.032 Ома. Отлично! Тут я вам поведаю  : точность шунта не важна. INA226имеет возможность встроенной калибровки шунта а значит имея амперметр мы сможем сделать это программно. Оптопара нужна для управлением реле. У меня модуль реле включается логическим 0. Это не очень хорошо так как если зависнет МК то модуль отстанется включеным. Да и сразу при включении будет пытаться включиться реле пока не получит сигнал от МК. А так пока МК не скажет - нагрузка не включится (перестраховался я).

Так как схема ещё проще чем в перой части сего повествования то и её я собирал на той же дырявой макетке.

Чуть не забыл! Без разисторного делителя микросхема INA226 не может измерять больше 40 вольт!!

Ну и да. Морду лица пришлось переделать 

Прошивка.

Я хотел максимально упростить схему потому отказался от кварца. При прошивке использовал ядро MiniCore без бутлоадера (так места под программу больше да и кому он нужен вообще).

Прошивка состоит из 2-х этапов.
Первый - калибровка
в тексте прошивки необходимо указать ваши параметры : 

Калибровка шунта - ставим 1000 (это всё пальцем в небо, сейчас будем калибровать). все остальные параметры ставите свои. И обязательно раскоментируем параметр _CALIBRATION_MODE. Прошиваем и запускаем.

Устройство запустится в режиме калибровки. У нас по схеме 2 кнопки. Одна управляет включением и выключением нагрузки а другая - режимом отображения показометра. Но в режиме калибровки они работают как "+" и "-" калибровочного значения (работают как долгие так и которкие нажатия но по-разному. Долгое нажание - +/- 1. Короткое - +/- 10)
В этом режиме в первой строке отображается ток а во второй - калибровочное значение. 
Показания тока нужно сверять с тем амперметром которому доверяете. Калибровать можно на любом токе - у микросхемы INA226 очень хорошая линейность. 


 После того как вы решили что вы всё правильно откалибровали (калибруем только ток. Напряжение по умолчанию считается точным) то вписываем полученное калибровочное значение в прошивку, закоментируем параметр _CALIBRATION_MODE и можно прошивать! 

Ну и готовый результат

Теперь немного опишу органы управления. Чуь не забыл же про них..
Слева от экрана кнопка - переключение режимов. Справа сверху кнопка - включение/отключение нагрузки.
Светодиодов на схеме нет - просто перепаял на провода светодиоды с модуля реле. 

О функции вольтметра. Реле размыкает питания между платой стабилизации и модулем на INA226. Таким образом вывод вольтметра модуля оказывается подключенным к клеммам на корпусе. Теперь можно просто подключить к клеммам щупы и использовать девайс как вольтметр. Оказалось мегаудобно. Девайс всегда на столе и если нужно измерить напряжение то проще воспользоваться им чем тянуться за мультиметром. 

Прошивка

Ну и конечно же видео второй части
На том и откланиваюсь! Желаю всем вам чтобы создание своих самоделок приносило вам истинное наслаждение!

Автор благодарит администрацию сайта за возможность публикации статьи а так же алфавит за любезно предоставленные буквы.

Файлы:
Прошивка
Схема показометра (PDF)

Все вопросы в Форум.