Digitální regulovatelný zdroj

[ok2jnj]

Zdroj podobných parametrů jsme s kolegou stavěli před pěti lety a popsán je zde: https://svetelektro.com/clanky/laborato ... t-791.html

[DanielK]

Tak jsem laboroval s hodnotami těch rezistorů a dle simulátoru jsem dospěl k tomuto.

Koukal jsem na jiné možnosti snímání proudu a našel jsem obvody, které snímají proud pomocí halova čidla, ale tak nějak se mi nepovedlo najít dostatečně velké zesílení proud/výstupní napětí, takže by asi stejně bylo potřeba přidat OZ, abych se dostal na hodnotu cca 1A/2V.

[balki]

Už to začína vyzerať dobre
Halove senzory pre meranie prúdu ani nepouži, nie sú na danú úlohu vhodné.

Ty potrebuješ presne toto: "Current Sense Amplifiers". Na internete je ich more. Aj s nastaviteľným ziskom podľa potreby.
Ja osobne používam tento: LMP8640 (Gain Options: 20 V/V; 50 V/V; 100 V/V)
Aj vo firme s ním robím a veľmi sa mi osvedčil. Robil som už s ním všeličo: lineárne aj spínané napäťové aj prúdové zdroje a všetko fungovalo krásne.

Ešte k tej schéme. Vôbec nemusíš použiť +12V pokojne všetko zapoj na +5V, aj tie operáky aj tento senzor (ak sa preň rozhodneš). Napatie -5V ostane tak ako je.
Diódu D8 vyhoď kazí funkciu zápornej spätnej väzby. Ak už, tak musí byť v sérií, ale teraz tam nie je nutná.

[DanielK]

Velké díky Balki a všem co přispěli.
Schema je nakreslená. Teď se budu věnovat vytvářění footprintů součástek.
Ještě nějaké vylepšení? Nebo jiný výběr komponentů?

[Atlan]

Ten reset si osetri kondikom 100n na gnd. Tlacitka si poisti pullup odpormi 1k,a zaisti kondikom 100n na gnd. Zisti povoleny prud encodera a zvol prislusne pullup odpory a kondenzatory.
Avcc a Aref nieje dobry napaf napajat priamo z 5V.
Tie zenerky napchate vsafe su koli comu? Aby bolo co pajkovat?

Ten zdroj zaporneho napatie to je rusicka pre tie ad da prevodniky, ved uvidis.

[StefanST]

To relé 1B nebude zanášať velkú chybu prechodovým odporom kontaktov?
Možno by sa dalo zapojiť ešte pred deličom spätnej väzby R6, R9.

[DanielK]

K tlačítků mi vždy stačili interní pullup rezistory. a 100n na gnd pomůže k čemu?
interní ADC bude sloužit jen k přibližnému zěření vstupního napětí, a teploty +- pár stupňů. oddělit to cívkou 10mH můžu
zenerky slouží jako ochrana, ale asi nebudou úplnou nutností
Jakým jiným způsobem tedy zajistit záporné napětí?

S relem by mohl být problém v datasheetu píšou, že max odpor kontaktů může být až 100mOhm. Chtěl jsem aby bylo možné zátěž odpojit kompletně od zdroje, ale to co navrhuješ bude asi lepší.

[Atlan]

Internepullup nemusia stacit su mekke, preto pouzi externi pullup a kondiky k tomu. Aby sa nestalo ze cvaknes pajkou pri zdroji a zdroj sa resetne (chyba kondik na zem z vyvodu reset) alebo zareaguje nejake tlacidlo, chyba poriadny odpor a kondik na gnd. A usetris si staroati z zakmitom na tlacidlach.

Menic oddelit od napajania aspon diodu a filtrovat dobre napatie za diodou, na vystup to bude chciet LC clen. Osobne by som to radsej riesil malym trafkom s pomocnimi napatiemi, nezabudni na minimalnu zataz zaporneho stabilizatora, bez toho ma tendenciu kmitat. Vid. Info o zapornych stabilizatoroch

[DanielK]

Přidal jsem pullup, osadím je v případě, že to bude zlobit. RC člen na debouncing se mi nikdy nepodařilo odladit tak, aby to fungovalo bezchybně, takže tak jako tak to budu řešit v SW bez kondenzátorů.

Napájení chci řešit pouze jedním zdrojem s DC výstupem.
Nevím jak je to se stabilizátory záporných napětí, ale tady switched capacitor inverter se jen nabije kondenzátor C32 odpojí se od vstupu a připojí se k výstupu s opačnou polaritou, kde nabije výstupní kondenzátor C33, tak si myslím, že žádná minimální zátěž tu být nemusí. Celé to pak pracuje na kmitočtu 2MHz. Otazné je, jaké bude reálné zvlnění a jaké bude mít dopad na napajení OZ.

Přemýšlel jsem co se stane, když dám relé před R6 a R9. Při odpojeném výstupu se zdroj bude snažit dohnat napěťovou ztrátu tím, že na výstup pošle plné napětí, to zůstane na kondenzátorech a při zapnutí výstupu se napětí z kondenzátorů dostane na výstup. Nebo si to myslel jinak, než jsem to pohopil?

[balki]

Som rád že si si nechal poradiť. Vyzerá to na začiatok dobre.

Pozrel som si schémy a navrhujem tieto zmeny:
Schéma 1.
A) dôležitá zmena a to znížiť kondenzátory C5 a C12. Majú obrovskú kapacitu a spolu s malým predradným rezistorom 150R brzdia zmeny snímaných veličín. Najmä meranie U nakoľko jeho impedancia je približne 100kOhm. Tiež pre prúd to nie je dobré, i keď je na výstupe IC3 OPAMP s malou impedanciou. To spôsobí ťažkosti pri ladení stability. Odporúčam zvoliť ich hodnoty 1n-10n a 10k teda len čiste proti zákmitom. Alebo pred mer U použi Buffer s lacným OPAMP.
B) Zenerove diody D1,3,5,8 sú zbytočné. Ak chrániť tak prvkami na to určenými. Do budúcnosti v iných projektoch: Trnasil, varistor.
C) Zníž omnoho delič na meranie výst. napätia. Aspoň 10x. Dôvodov je veľa, a preto to ber ako dobrú radu aj do budúcnosti.
D) Na môj vkus tam je veľmi veľa prevodníkov. Ak ich tam chceš OK. Dajú sa určite použiť aj už hotové v MCU alebo dvojité a pod.
E) Funkcia diody D2 mi zatiaľ uniká.
F) k relé na výstupe sa vyjadrím neskor.
Schéma 2.
A) Opäť zenerove D sa ako ochranné prvky nepoužívajú. A u teba nemajú význam, je ich tam more. Ochranné prvky sa dávajú na vstupy citlivých obvodov, čo tvoj MCU rozhodne je, ale iba za predpokladu, ak sa na ich vstupoch môže vyskytnúť napäťový impulz ESD, alebo porucha nejakého obvodu, ktorá by spôsobila privedenie nebezpečného napätia na vstupy. Ty nemáš ani jedno ani druhé.
B) PIN Reset - chýba kondenzátor.
C) Meranie ERR_I by si zaslúžilo spoľahlivejšie prevedenie. Treba si uvedomiť, že CC mode, znamená na výstupe OP1A napätie blízke 0V. To iste otvorí T4 ale nik nevie či ho otvorí aj 1 alebo 2V čo tam môže tiež byť. Treba pozrieť v simulátore alebo v reále odmerať.
Schéma 3.
A) Neodporúčam radiť stabilizátory za seba. Ale ak je to nevyhnuté OK. 12V LDO tam máš len na ventilátor? Ak áno, je to mrhanie LDO. Použi 5V ventilátor.
B) 7805 je pre bežné napájania OK. Ale ja osobne by som použil spínaný troj pinový regulátor 1-2W.
D) Riešenie -5V napájania invertorom cez spínanú kapacitu je OK. Bežne sa to robí nie je tomu čo vytknúť, len tá stabilita napätia je samozrejme mizerná. Pri kolísavých odberoch napätie bude chodiť hore dole. Ale v tvojom prípade, kde sú napájané len OZ je to v poriadku. Spínacia frekvencia meniča je ďaleko nad možným rušením alebo nebodaj zvlnením. Ja osobne som to používal pre napájanie precíznych OZ ktoré merali U na 200ppm a bolo to OK. Vždy si treba uvedomiť čo staviame aké to má mať parametre a potom sa dajú mnohé veci zjednodušiť. Nejedná sa o kalibrátor ani multimeter.

To relé na výstupe tak ako je samozrejme logiku má ale opäť sa to dá urobiť trochu inak. Relé mám rád, lebo má dobré vlastnosti v meracej technike alebo pri spínaní veľkých AC prúdov. Ty tu nemáš ani jedno ani druhé. Preto odporúčam použiť iný spínací prvok a to MOSFET. Rds_on má miliohmy, napätia má omnoho väčšie ako potrebuješ. Dá sa ľahko riadiť a netreba ho extra chladiť, nakoľko pracuje v spínacom režime. Púzdro DPAK pre tvoje prúdy je OK.
Ak chceš relé, ok môžeš ho tam nechať ale spätnú väzbu to trochu pokazí. Otázka či ti to vadí. Ak ano rezistor R6 treba zapojiť priamo na výstup. Ale ako si už zistil robilo by to problém. Možné riešenie je krátko pred vypnutím relé, MCU vypne napájanie a to tak, že z DAC nastavíš 0V. Potom je spätná väzba úplne OK, pretože je neaktívna. Pri opätovnom zapnutí, zas prvé zapneš relé, počkáš tých pár ms a zas nastavíš napätie tam kde bolo.

[Drakoush]

Pozrel som si iba schému č. 1, D2 sa mi javí ako jednoduchá ochrana proti prepólovaniu, v prípade opačnej polarity potečie skratový prúd cez ňu a cez poistku. No priznám sa, že som si nepozrel zvyšok, teda ani to, čo tomu predchádza a odkiaľ sa berie 30VDC IN a teda ani to, či tam má zmysel.

[DanielK]

Dopolnil jsem součástky dle vašich rad.

Zenerovy diody jsem vyměnil za transily. Nezdají se mi tam zbytečné, pokud se dotknu rukou, na které může být fujfuj, vstupní svorky, tak se to dostane na vstupy IO. Četl jsem, už nevím kde, že takový náboj, může IO poškodit (CMOS), a nutně to nemusí být destrukční jen to může posunout jeho prametry.

Funkce D2 je ochrana před přepólováním vstupu, vím že se to nechá udělat mnohem lépe, třeba s mosfetem, ale jako nejjednoduší ochrana by to mohlo v případě nepozornosti posloužit.

Měření Ierr jsem simuloval v Tina-Ti, a tam to funguje i při napětích blízkých 0. Spolehlivějsí provedení je myslěno přidat například komparátor?

12V je tam pouze pro ventilátor. Upravil jsem schéma tak, aby se nechalo zvolit napájení pro ventilátor jak 12V tak 5V, takže pokud budu mít ventilátor na 5V (zatím žádný takový nemám), tak nebude protřeba 12V LDO osazovat.

Se spínaným regulátorem mám zkušenosti pouze s LM2594 8 vývodů, má nějaké zvlnění na výstupu, pro logiku to není problém, u anlogové části si nejsem úplně jistý, zda to bude fungovat bezproblémově.

Relé nechám na desce přidal jsem i P-MOSFET paralelně, potom můžu vyzkoušet obě varianty a rozhodnout se.

30VDC IN bude jakýkoliv zdroj, kterým se bude vše napájet. Chtěl bych aby bylo jedno, zda se tam připojí trodid s usměrnovačem a filtrem nebo třeba nějaký spínaný zdroj.

[StefanST]

(1) Ten P-MOSFET ovládaš signálom OUT z uC s úrovňou 0V/5V. To nie je vhodná úroveň napätia pre ovládanie...

(2) Dorob aj ochranu T1 a T2 pre prípad, ak je na výstupe zdroja zapojený akumulátor, alebo nabitý elektrolyt a napájanie zdroja je vypnuté, t.j.Vcc je nulové. Zvyčajne dióda, premosťujúca C a E tranzistora T1, alebo ešte lepšie - zahrnúť do premostenia aj rezistor R2.

(3) Nepochopil som, prečo je ako T2 zvolený darlington (MJD127).

[balki]

- Transily sú zbytočné z toho dôvodu, že do vnútra prístroja nebude nik pchať prsty, teda nemá ako dôjsť k ESD impulzu do vstupov MCU z merania U a I.

- Funkcia D2 proti prepolovaniu OK, ale v hotovom zariadení bude zbytočne hriať a výstupné napätie bude tým o 0.7-1V zbytočne menšie.

- Ierr: ak si to odsimulova OK

- K meniču s LM2594: Načo tam pcháš zbytočnú kopu súčiastok? Ved som ti už písal, že tam použi DC/DC menič: napríklad TRACO POWEWR TSR 2-2450. Bude to sním spoľahlivejšie a aj menšie. Vieš ho kedykoľvek vypájkovať a vymeniť za iný typ.

- P-MOSFET treba správne ovládať. Nie priamo z MCU kde je len 0-5V.

- Pre napájanie referencie použi tlmivku (pi članok), roivnako ako aj pre celú digitálnu časť.

- Na doske rozdeľ nutne zeme, osobitne pre analógovú (power) a osobitne pre digitálnu zem. Inak to môže robiť problémy. Ak je doska správne nakreslená, nie je nutné zeme oddeľovať tlmivkou.

[Drakoush]

Dióda D2 nemá prečo hriať, pretože je v závernom smere. Ak je polarita správna, prúd D2 tiecť nebude. Pri obrátenej polarite bude D2 tiecť skratový prúd do prerušenia poistky. Je to OK.

EDIT: v novom výkrese sa jedná už o D3. Toto by si meniť nemal nikdy, čísloradie diód. Ak tam raz bola označená ako D2, malo by to tak zostať.

[balki]

Och ano, moja nepozornost je paralelne, zle som si pozrel schemu. Popravde som ju ocakaval v seri. Beriem samozrejme spat info o diode d3.

[DanielK]

Díky za rady.

Nejsem si jistý tím PI článkem, je to takto použitelné?

D2 -> D3, číslovaní součástek provádím automaticky anotací, asi jsem jí smazal a pak jí tam dal znovu D? se přepsal na v pořadí D3. Je dost možné, že se to stalo i s jinými součástkami.

[StefanST]

Elektronické relé s T7 P-MOSFET ti nebude fungovať. A už vôbec nie s R62.
Treba pre zopnutie T7 použiť -5V, aby bol FET zopnutý aj pri nízkych výst. napätiach.
Zapínať/vypínať by sa mohlo cez optocoupler, ktorý zabezpečí potrebné napäťové úrovne na gate T7 pri budení z uC. Ošetriť treba aj gate kvôli VgsMAX = 20V.

Anódu D2 by som zapojil až za rezistor R2 (100mOhm), vývod 2, aby bol chránený aj vstup IC3.

[DanielK]

Nedaří se mi ten T7 odsimulovat. Jediná možnost na kterou jsem přišel je ve schématu, ale stačí zvětšit vstupní napětí nebo změnit R61 a už to nefunguje, nebo je Vgs >20V, takže předpokládám, že takhle to není správně.

[DanielK]

Tak spínání výstupu pomocí mosfetu vzdávám, strávil jsem dost času v simulátorech bez úspěchu. Cracknutá verze multisimu se chová spíš jako náhodný generátor čísel. A v TINA-TI se nenachází optočlen. Fukční stav se mi podařilo navodit, problémem je pokud napětí klesne cca pod 5V, spínání tranzistoru přestává úplně fungovat.