Регулируемый БП на Atmega328p

MihaNix

Идея такая:
Имеется импульсный блок питания для светодиодов 12 Вольт.
Регулировка напряжения, без срыва генерации осуществляется в диапазоне от 10.7 до 15,2 Вольт.
Использую его как зарядное устройство для свинцово-кислотных АКБ и как блок питания для 12 В электроники.
Сейчас регулировка осуществляется только по напряжению, переменным резистором.
Появилась идея это дело автоматизировать, прикрутить плавную регулировку тока и напряжения кнопками.
Решил собрать все на базе контроллера Atmega328p и компаратора LM358AD.
Набросал такую схему:
https://disk.yandex.ru/i/a9yzLJVSsrWUoQ
Пояснения к схеме:
Вх(-), Вх(+) - входы питания с диодного моста импульсного блока питания.
OP1, OP2 - выход на светодиод оптопары.
Вых(-) - выход питания.
Регулировка должна осуществляться напряжением, уровень которого формируется посредством подачи шим сигнала на входы компаратора через RC-фильтр.
Ard(I) - Вход регулировки по току.
Ard(V) - Ard(I) - Вход регулировки по напряжению.
R6-R10 - токовый шунт 0,22 Ом.
R5, R14, R16, R18, R20, C3, C5, C7, C9 - Эл-ты RC-фильтра входа по току.
R3, R15, R17, R19, R21, C4, C6, C8, C10 - Эл-ты RC-фильтра входа по напряжению.
Оптопара PC817.
Прошу совета по правильности схемы, какие косяки исправить, пересчитать номиналы?
Буду рад за конструктивную критику и помощь!

Реклама

Martin76

Вы сначала узнайте, захочет блок питания работать при выходном напряжении около нуля. При стабилизации тока может быть такая ситуация. Например ни один флайбэк не захочет. И схема управления тоже не захочет при нуле работать. Огромные многозвенные RC цепочки фильтрации ШИМ совсем ни к чему, достаточно одиночной в каждой цепи.

Реклама

MihaNix

Около ноля работу не предполагал. Мне вполне достаточен ранее описанный диапазон - 10.7 до 15,2 Вольт.
По поводу RC-цепочки. Предполагаю работу ШИМ на частоте 3-4 кГц, несколько звеньев думал поставить, чтобы избавиться от серьезных пульсаций. Как бы организовали RC-фильтр вы?

Динозавр

MihaNix, Общий провод фильтров (он же контроллера?) вместе нижним выводом R5 подключить к Вых(-).
Просадка напряжения под нагрузкой будет меньше.
При токоограничении напряжение может стать менее 10,7В (минимального) с последующим срабатыванием защиты ШИМа по питанию (переход в режим импульсной генерации).

Входы и выходы RC цепочек поменял бы местами, это уменьшит влияние последующей цепочки на предыдущую (параметры фильтра будут ближе к расчётным).
Это так же устранит подключение конденсаторов к инвертирующим входам ОУ и позволит работать цепям коррекции ОУ.

Реклама

Martin76

MihaNix писал(а):Около ноля работу не предполагал.

Ограничение тока предполагает такой режим. Напряжение и ток неразрывно связаны. Единственный способ уменьшать ток нагрузки - это уменьшать напряжение на ней. При малом сопротивлении нагрузки для сохранения заданного тока напряжение может быть очень небольшим.

Реклама

MihaNix

Динозавр, Общий провод контроллера перенес. Общий и R5, по вашему совету перенес в сеть "Вых(-)".
Конденсаторы в RC-фильтрах поменял. От большего номинала к меньшему.
Изменились параметры фильтра. Пересчитаю, скину скрин схемы.
У контроллера запланировал отдельное питание от дежурки, стабилизированные 5 Вольт.
Martin76, Сейчас блок питания у меня работает в режимах по току от 0,2 до 8 А. Вроде ведет себя стабильно, только выпрямительный диод жутко греется на больших токах.
Планирую в дальнейшем ограничить диапазон регулировки от 0,2 до 4 Ампер.

Реклама

MihaNix

https://disk.yandex.ru/i/9MR7hMjbqp1o4w
Изменил схему.
Нашел несколько ошибок.
Возможно где-то заблуждаюсь, но примерные цифры у меня получились таковы.
По току эл-т U1.1
Токовый шунт сопротивлением 0,22 Ом.
При токе 8А - падение напряжения 1,76 В.
4А - 880 мВ.
0,25А - 55мВ.
На выходе RC-фильтра.
При ШИМ 95% заполнения - 850 мВ.
При 5% заполнения - 54 мВ.
В начальный момент времени ток нагрузки на выходе микроконтроллера примерно 7,5 мА.

По напряжению эл-т U1.2
Делитель расчетные значения.
При верхнем плече 20кОм, нижнем 6,8кОм.
Входное напряжение 15,75 В - выход 4 В.
Вход 11,1 В - выход 2,82 В.
ШИМ, регулировка напряжения:
85% заполнение - 4,0 В.
75% заполнение - 3,5 В.
В начальный момент времени ток нагрузки на выходе микроконтроллера примерно 15 мА.
Может где чего пропустил, неправильно понял?

Динозавр

MihaNix, Токовый шунт вернуть на старое место.
Между выходами RC фильтров и инвертирующими входами ОУ включить резисторы 1кОм .
Тем самым ОТДЕЛИТЬ конденсаторы фильтров, чтобы могли работать цепочки коррекции ОУ
(в них уменьшить резисторы до 1 кОм).
Посмотреть осциллографом переходные процессы наброса - сброса нагрузки, подобрать их точнее.
(Настроить ПИ регуляторы напряжения и тока, при желании).
R8,10 заново подобрать.

MihaNix

Токовый шунт вернуть на старое место.

Динозавр, Вот так?
https://disk.yandex.ru/i/YAmxzdjB6hBfIw
Отредактировал RC- фильтр, сглаживающий ШИМ.
По напряжению при шунтирующем резисторе на выходе в 15к - оказалось достаточно конденсаторов.
Цепь регулировки по току, если уменьшить емкости, то пульсации наблюдаются, шунтирующий резистор выбрал 470 Ом, чтобы вписаться в необходимый диапазон по напряжению, равным падению напряжения на токовом шунте. Чтобы перекрыть по возможности необходимый мне диапазон регулирования.
Резисторы в 1к добавил после последней емкостью фильтра и перед шунтирующим резистором цепи.
Входное сопротивление ОУ, как понимаю велико и им можно пренебречь при отладке фильтров?

На инвертирующем входе U1.1
При 95% заполнения - 850 мВ.
При 5% заполнения - 54 мВ.
Максимальный ток нагрузки на выходе микроконтроллера примерно 7,5 мА.

На инвертирующем входе U1.2
заполнение 90% - 4,0 В.
заполнение 63% - 2,84 В.
Максимальный ток нагрузки на выходе микроконтроллера примерно 15 мА.

Обратную связь ОУ не считал, собезьянничал - за основу изначально брал вот это https://www.radiokot.ru/circuit/power/supply/36/.
Имею в виду цепь между инвертирующим входом и выходом ОУ.
К ним относилось: "уменьшить резисторы до 1 кОм"?

Полноценно собрать и отладить пока нет возможности.Надеюсь пока отловить заметные глазом ошибки на схеме.
Могу выходы перепутать и т.п., сомневаюсь в правильности своих размышлений по схеме...
Попалась Arduino nano в руки, пока с ней экспериментирую.

Динозавр

MihaNix, Ard(GND) на Вых(-) см. выше.
---К ним относилось: "уменьшить резисторы до 1 кОм"?---
При большой их величине увеличивается Пропорциональная составляющая ПИ регулятора (стоит поинтересоваться),
это большое усиление и следовательно склонность к автоколебаниям.

MihaNix

[uquote="Динозавр",url="/forum/viewtopic.php?p=4526267#p4526267"]MihaNix, Ard(GND) на Вых(-) см. выше.[/uquote]

Спасибо!
До меня долго доходит, что и где поправить.
Особенно про перенос токового шунта.

По поводу ПИ, не понял с первого раза, что вы имели в виду обратную связь в ОУ.
Почему-то мысли пошли про программный ПИД, контроллером

Схему поправил.

Динозавр

MihaNix, Общий провод RC фильтров тоже на Вых(-).
Вых(-) это общая точка схемы, относительно неё отсчёт:
1 напряжений Задания (с выхода фильтров),
2 напряжений ООС по напряжению и току (с нижнего плеча делителя и шунта),
3 выходного напряжения.
Для настройки ПИ регулятора используют переменный резистор и конденсатор заведомо бОльшей ёмкости,
например 10мкФ.(10мкФ * 1кОм = 10мс)
Наброс нагрузки при использовании простейшего цифрового осциллографа вручную или выключателем с минимальным "дребезгом".
Резистором установить минимальное перерегулирование, затем уменьшать ёмкость до некоторого (допустимого)
увеличения выброса переходной характеристики.

MihaNix

Итоговая схема получилась такая.

Динозавр

MihaNix, НЕТ ООС по ТОКУ ??
Правый вывод R3 подключить к Левому выводу Шунта, а не к ОБЩЕЙ точке (было в предыдущем варианте).

В реальном монтаже Общая точка должна быть похожа на Точку , к которой Звездообразно подключены
Низкопотенциальные провода Заданий , ООС и выходная клемма . Это если по феншую.

MihaNix

[uquote="Динозавр",url="/forum/viewtopic.php?p=4527165#p4527165"]MihaNix, НЕТ ООС по ТОКУ ??[/uquote]
Не понимаю вопроса.

Динозавр

MihaNix, ---Не понимаю вопроса---
От удивления

поставил ?? вместо точки , т.к. в предыдущем варианте R3 был подключен правильно.
Поправок больше нет.

MihaNix

Динозавр, Спасибо огромное за помощь!!!
С теорией похоже закончил. Буду к практике приступать. Это у меня как всегда - долгострой.
Думаю начать осваивать SMD монтаж, поэтому компоненты в основном планирую использовать типоразмера 1206, электролиты К50-35, подстроечный в корпусе 3266P,