SVETELEKTRO
Verzia pre tlač
Laboratorní zdroj – 7. část
ok2jnjSeriál článků o stavbě laboratorního zdroje se blíží ke konci. Jsou nakoupeny všechny součástky, zdroj funguje a my dokončujeme montáž. V tomto článku se budu zabývat cenou jednotlivých komponent.
O stavbě laboratorního zdroje řízeného procesorem, jsme s Michalem OK2HAZ začali uvažovat někdy v roce 2013. Rozhodli jsme se, že budeme postupně zkoušet a oživovat napřed analogovou část, řízenou procesorem ATmega16. Po jejím dokočení budeme stavět a programovat řídící desku s displejem, rotačním kodérem a tlačítky. Nakonec to dáme celé do skříňky. Tehdy jsme neměli stanovený žádný termín dokončení, ani cenový limit.
Náš laboratorní zdroj je amatérskou konstrukcí, chtěli jsme získat zkušenosti s používáním 16-ti bitových AD a DA převodníků, sestavením a programováním celého zařízení. Stavbu zdroje je nutné zařadit mezi rodinné a pracovní povinnosti, takže od prvních pokusů na univerzální desce jsme se k hotovému zdroji dostali za tři roky. Do tří let jsou také rozloženy nákupy jednotlivých věcí, celková suma je kolem 15 tisíc korun. Nakonec se ukázalo, že najít kousek volného času je mnohem složitější, než uspořit pětistovku měsíčně, aby bylo na průběžný nákup součástek.
Analogová část zdroje
| Popis součástky | Označení | Cena |
|---|---|---|
| 3x operační zesilovač | OPA228 | 312Kč |
| 1x referenční zdroj | REF5025 | 100Kč |
| 1x čtyřkanálový AD převodník | ADS8343 | 309Kč |
| 1x dvoukanálový DA převodník | DAC8563 | 250Kč |
| 2x operační zesilovač | OPA365 | 130Kč |
| 1x mikroprocesor | ATmega16 | 40Kč |
| 2x filtrační kondenzátor | 10mF | 200Kč |
| 2x relé | RELEF4052 | 132Kč |
| 4x výkonový tranzistor | TIP35 | 140Kč |
| pasivní součástky a drobné polovodiče | 300Kč | |
| Plošný spoj | 1000Kč |
Celková cena osazené desky je přibližně 2900Kč. Desky potřebujeme dvě, takže jsme skoro na 6000Kč.
A co by se dalo změnit, nebo ušetřit?
S námi navrženým zapojením, s 16-ti bitovými převodníky a oboustrannou, profesionálně vyrobenou deskou je možno dosáhnout rozlišení 1mV a 0,1mA. To je pro dílenskou praxi zbytečné. My chtěli získat zkušenosti při návrhu a programování zařízení s AD a DA převodníky, proto jsme to s rozlišením a tím i cenou polovodičů přehnali. Ani jsme nečekali, že budou parametry tak dobré. Hlavně při měření proudu jsme očekávali, že obvod s bočníkem 0,02Ω bude zatížen šumem a rozlišení bude mnohem menší.
Dá se předpokádat, že při použití 10-ti bitových převodníků v DIP pouzdru, nebo převodníků integrovaných v procesoru, bude rozlišení 0,1V. Přitom bude stačit v domácích podmínkách vyrobený plošný spoj a operační zesilovače např. OP07. Kritickou částí desky zůstane obvod pro měření proudu na bočníku, ten musí být v provedení SMD. Celková cena osazené desky by potom mohla být poloviční.
Řídící deska zdroje
| 1x spínaný regulátor | LT3508 | 180Kč |
|---|---|---|
| 1x procesor | ATXmega128A1AU | 140Kč |
| 1x displej | 4,3" TFT | 450Kč |
| 1x hodinový obvod | DS3231 | 110Kč |
| Drobné polovodiče a pasivní součástky | 260Kč | |
| Deska plošného spoje | 800Kč | |
| Optický rotační kodér | 350Kč | |
Cena osazené desky je 2300Kč. Přitom desky plošných spojů byly objednány čtyři. Po dokončení návrhu Michal vygeneroval data Gerber, které předal do firmy Printed s.r.o. Za přípravu dat jsme zaplatili 1000Kč, za každou desku včetně jednostranného potisku a zlacení 550Kč.
Tady jsme utratili hodně peněz s tím, že druhou desku použijeme v budoucnosti, při řízení vytápění rodinného domu. Proto jsou osazeny pro laboratorní zdroj zbytečné obvody. Step-down měnič se zbytečně velkým rozsahem vstupního napětí, hodinový obvod, sériová linka RS485.
Možné úspory u řídící desky
Analogové desky komunikují po galvanicky oddělené sériové lince. Takže k řízení zdroje lze použít všechno, co má procesor s integrovaným kanálem UART a displej. První pokusy jsem dělal s použitím šuplíkových zásob. Procesor ATmega162 na univerzální desce a alfanumerický displej vymontovaný už ani nevím z čeho.
Až později jsme přišli na to, že bychom chtěli barevný displej. No a tady se ukázalo, že TFT displeje potřebují spoustu dat a jestli má být obnovování údajů na displeji dosti rychlé, nebude ATmega stačit. Tak jsme zvolili ATxmega128 a tím vznikla potřeba mít profesionálně vyrobenou desku, abychom mohli osadit procesor v pouzdru TQFP100.
Ostatní komponenty
Michal má toroidní transformátor vyrobený na zakázku s příkonem 600VA za 2600Kč. Já jsem použil dva transformátory po 300VA, koupené někde na burze za pár set korun s tím, že vinutí pro napájení operačních zesilovačů jsem namotal ručně.
Hliníková skříň 19″ stála 2400Kč.
Zdířky, konektory, kabely, ventilátor, chladič a malý transformátor pro napájení řídící desky… 2000Kč, když by se všechno kupovalo nové.
Závěr
V článku jsem chtěl ukázat, že celková cena součástek rozpočítaná na stovky hodin návrhu plošných spojů, oživování, hlednání chyb a programování, není zas tak velká. Bude to možná 20Kč na hodinu zábavy ve volném čase? Přitom to, co jsem popsal, je maximální částka za zbytečně velké rozlišení měřidel.
Je tu spousta levnějších variant, jak postavit zdroj, který je analogový, regulační smyčky jsou sestaveny z operačních zesilovačů a přitom je řízený procesorem.
Autori článku: František OK2JNJ a Michal OK2HAZ
- Výpočet a výroba transformátoru pro blokující spínaný zdroj - 21. augusta 2023
- TFT display s řadičem SSD1963 a ATmega162 - 15. septembra 2016
- Laboratorní zdroj – 7. část - 29. júna 2016
Komentáre (4)
Pridaj komentár
Prepáčte, ale pred zanechaním komentára sa musíte prihlásiť.
Pánové pěkná práce, smekám že jste si dali práci s tím něco takového vyvinout. Sám bych na to čas neměl.
Ale pár ale, měříte na mV, ovšem u zdroje takovéto cenové kategorie mi schází jedna dost podstatná věc. A to potenciálové svorky. K čemu mi jsou na displayi číslíčka s rozlišením mV když na konci drátů u vlastního zařízení mohu mít uplný blud. Toto považuji asi za největší nedostatek této kontrukce. Dálke pak trandy na drátech, asi bych je pokud možno dal přímo na desku. Dále pak použití spínaného zdroje v zařízení, bylo by zajímavé zjisit dopad na čistotu výstupního napětí na spektárku.
Co se týče mého osobního pohledu tak by mi tak asi chybla klávesnice, nemusí být numerická, ale klasický kříž. popřípadě způsob jak to má řešený hameg, tlačítko kanál a tlačítka proud/napětí. Člověk jen namáčkne žádaný kanál a žídanou hodnotu a už nastavujem křížem si pak přeskakuje mezi řády. Pro mě velice efektivní, komfortní a rychlé. Ale co by mi nejvíce chybělo a bez čeho už ted nedokážu fungovat je odepnutí výstupu relátkem, opořípadě opět z hamegu možnost vypnout jeden kanál nebo všechny najednou. Fantastická věc, nemusím pak zařízení připojovat pod napětím, popřípadě tam někde šornit s krokoušema co maj na sobě šťávu. Ale každému vyhovuje něco jiného, takže to berte pouze jako moji rejpavou poznámku.
PS: snad se nenaštvete 😀
Díky za reakci. Nemáme důvod se naštvat, naopak, očekávali jsme větší množství připomínek a názorů k námi zvoleným řešením a chybám. K jednotlivým připomínkám:
Až s rozestavěným rodinným domem, manželkou a dvěma dětmi, jsem se naučil vážit si každé volné chvilky a využít ji tak, aby mě to bavilo. Hodně taky dělá to, že jsme na práci dva a navzájem se hecujeme k nějakému pokroku.
Potenciálové svorky – program může kalibrovat rovnici AD převodníku napětí na konkrétní kabely. Při zkratovaných kabelech, v režimu zdroje proudu změřit napětí, vypočítat odpor a pak to odečítat podle Ohmova zákona. Druhou variantou je, doplnit do zdroje modul multimetru, ideálně s větším rozlišením než šestnáct bitů. Místo na displeji se najde, sériová sběrnice je na to připravena, konektory na předním panelu taky. A měřidlo by mělo svou vlastní referenci, nezávislou na laboratorním zdroji.
Tranzistory jsou na drátech, protože původně navržené, v pouzdru TO220 byly dodatečně nahrazeny TIP35. Drátky nemají vliv na vlastnosti zdroje.
Spínaný zdroj dává pár mA pro napájení řídící desky. Nemá vliv na zvlnění výstupního napětí – měřeno na spektrálním analyzátoru.
Při návrhu ovládání zdroje jsme napřed uvažovali o kombinaci klávesnice a rotačního kodéru, jak je obvyklé u továrních výrobků. Na desce je konektor pro připojení analogové klávesnice. Při programování jsme nakonec zvolili kombinaci dotykového panelu na displeji a rotačního kodéru. Programovat to budeme ještě dlouho, neumíme navrhnout tlačítka tak, aby to i v budoucnosti bylo dobré. Dotykem lze zvolit, co se má kodérem měnit – pole se zabarví modře. V normálním režimu může být krok rotačního kodéru například jedna desetina na dva impulsy z kodéru. Po delším stisku touchpad, bude rozlišení rotačního kodéru 1mV, to se zas tak často nepotřebuje. Rotační kodér je optický a je spousta možností, jak ho použít. Kolik impulsů z kodéru má odpovídat jednotce, jaká má být velikost ovládacího knoflíku… Pak ještě bude možné zvolit několik připravených hodnot napětí a proudu z EEPROM.
Relé, které odpojí výstup, jsme na začátku zrušili, myslel jsem, že bude stačit vynulovat hodnoty DA převodníků. Ale nakonec jej k výstupním svorkám doplníme.
Díky za info, ono kalibrovat kabely je sice možnost, ale řekl bych dost nepraktická, jejich odpor s oteplením cestuje, vliv přechodových odporů které nejsou konstantní atd. Multimetr je také nepraktická věc, jelikož neustále s měnící se zátěží dokorigovávat výstup je otročina. Potenciálové jsou dle mě nenahraditelná vlastnost zařízení. Regulaci hodnot jste vyřešili přes dotykáč to je v poho, i když tlačítko je tlačítko. Možná ještě časem zakomponujte jednu funkci, a to tzv. vlečení zdrojů. Používám to když zdroj využívam jako symetrický, popřípadě spojuji dva kanály do kupy pro posílení. Je to v podstatě funkce kdy se jeden zdroj „zavěsí“ na druhý a jejich hodnoty se nastavují zaráz a nemusí se překlikávat.
PS: mám to podobně, stavba a kupu jiných věcí a času ni peněz nezbývá.
dokorigovávat výstup je otročina – proto chceme, aby multimetr byl součástí zdroje a byl ovládán mikropočítačem zdroje – údaj z multimetru bude možné použít k automatickému korigování.
tlačítko je tlačítko – to je právě otázka, u továrního zařízení je význam tlačítek určený. U nás je průběžně vyvíjený, takže jsme zvolili touchpad.
Vlečení zdrojů je dobrý nápad – děkuji, naprogramovat to půjde.