Catu Daya Linier Terkendali Digital: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Di tahun-tahun remaja saya, sekitar 40 tahun yang lalu, saya membuat catu daya linier ganda. Diagram skematik saya dapatkan dari majalah bernama 'Elektuur', yang sekarang disebut 'Elektor' di Belanda. Catu daya ini menggunakan satu potensiometer untuk pengaturan tegangan dan satu untuk pengaturan arus. Setelah bertahun-tahun potensiometer ini tidak berfungsi dengan baik lagi sehingga sulit untuk mendapatkan tegangan keluaran yang stabil. Catu daya ini ditunjukkan pada gambar.

Sementara itu saya mengambil pengembangan perangkat lunak tertanam sebagai bagian dari hobi saya, menggunakan mikrokontroler PIC dan bahasa pemrograman JAL. Karena saya masih ingin menggunakan catu daya saya - ya Anda dapat membeli varian mode sakelar yang lebih murah saat ini - saya mendapat ide untuk mengganti potensiometer lama dengan versi digital dan proyek PIC baru lahir.

Untuk pengaturan tegangan power supply saya menggunakan mikrokontroler PIC 16F1823 yang menggunakan 6 tombol push sebagai berikut:

• Satu tombol tekan untuk menghidupkan atau mematikan tegangan output tanpa perlu menyalakan atau mematikan catu daya sepenuhnya
• Satu tombol tekan untuk meningkatkan tegangan keluaran dan satu tombol tekan lainnya untuk menurunkan tegangan keluaran
• Tiga tombol tekan untuk digunakan sebagai preset. Setelah mengatur tegangan keluaran tertentu, tegangan yang tepat itu dapat disimpan dan diambil menggunakan tombol tekan yang telah ditetapkan ini

Catu daya ini mampu mengeluarkan tegangan antara 2,4 Volt hingga 18 Volt dengan arus maksimum 2 Ampere.

Langkah 1: Desain Awal (revisi 0)

Saya membuat beberapa modifikasi pada diagram skematik asli agar cocok untuk mengendalikannya dengan potensiometer digital. Karena saya tidak pernah menggunakan potensiometer asli untuk penyesuaian arus di masa lalu, saya menghapusnya dan menggantinya dengan resistor tetap, membatasi arus maksimum menjadi 2 Ampere.

Diagram skematik menunjukkan catu daya, dibangun di sekitar regulator tegangan LM723 yang lama namun andal. Saya juga membuat papan sirkuit tercetak untuk itu. LM723 memiliki tegangan referensi kompensasi suhu dengan fitur pembatas arus dan rentang tegangan yang lebar. Tegangan referensi LM723 menuju ke potensiometer digital di mana penghapus terhubung ke input non-pembalik LM723. Potensiometer digital memiliki nilai 10 kOhm dan dapat diubah dari 0 Ohm menjadi 10 kOhm dalam 100 langkah menggunakan antarmuka serial 3 kawat.

Power Supply ini memiliki digital volt &ampere meter yang menerima daya dari regulator tegangan 15 Volt (IC1). 15 Volt ini juga digunakan sebagai input untuk regulator tegangan 5 Volt (IC5) yang memberi daya pada PIC dan potensiometer digital.

Transistor T1 digunakan untuk mematikan LM723 yang membawa tegangan keluaran menjadi 0 Volt. Resistor daya R9 digunakan untuk mengukur arus, menyebabkan penurunan tegangan pada resistor ketika arus mengalir melaluinya. Penurunan tegangan ini digunakan oleh LM723 untuk membatasi arus keluaran maksimum hingga 2 Ampere.

Dalam desain awal ini Kapasitor Elektrolit dan Transistor Daya (tipe 2N3055) tidak ada di papan. Dalam desain asli saya dari bertahun-tahun yang lalu, Kapasitor Elektrolit berada di papan yang terpisah jadi saya menyimpannya. Transistor daya dipasang pada pelat pendingin di luar kabinet untuk pendinginan yang lebih baik.

Tombol tekan ada di panel depan kabinet. Setiap tombol tekan ditarik tinggi oleh resistor 4k7 di papan. Tombol push terhubung ke ground yang membuatnya aktif rendah.

Anda memerlukan komponen elektronik berikut untuk proyek ini (lihat juga revisi 2):

• 1 PIC mikrokontroler 16F1823
• 1 potensiometer digital 10k, ketik X9C103
• Regulator tegangan: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• Penyearah jembatan: B80C3300/5000
• Transistor: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• Dioda: 2 * 1N4004
• Kapasitor Elektrolit: 1*4700 uF/40V, 1*4.7 uF/16V
• Kapasitor Keramik: 1 * 1 nF, 6 * 100 nF
• Resistor: 1*100 Ohm, 1*820 Ohm, 1*1k, 2*2k2, 8*4k7
• Resistor daya: 0,33 Ohm / 5 Watt

Saya juga merancang papan sirkuit tercetak yang ditunjukkan pada tangkapan layar dan gambar terlampir.

Langkah 2: Desain Revisi (revisi 2)

Setelah memesan papan sirkuit tercetak, saya mendapat ide untuk menambahkan fitur yang saya sebut 'perlindungan tegangan'. Karena saya masih memiliki banyak memori program yang tersedia di PIC, saya memutuskan untuk menggunakan Analog to Digital Converter (ADC) bawaan PIC untuk mengukur tegangan output. Jika tegangan keluaran ini – untuk alasan apa pun – naik atau turun, catu daya dimatikan. Ini akan melindungi sirkuit yang terhubung dari tegangan berlebih atau akan menghentikan korsleting apa pun. Ini adalah revisi 1 yang merupakan perpanjangan dari revisi 0, desain awal.

Meskipun saya menguji desain menggunakan papan tempat memotong roti (lihat gambar), saya tetap tidak senang dengannya. Kadang-kadang tampaknya potensiometer digital tidak selalu tepat pada posisi yang sama, mis. saat memulihkan nilai preset. Perbedaannya kecil tapi mengganggu. Tidak mungkin membaca nilai potensiometer. Setelah beberapa pemikiran saya membuat revisi 2 yang merupakan desain ulang kecil dari revisi 1. Dalam desain ini, lihat diagram skema revisi 2, saya tidak menggunakan potensiometer digital tetapi saya menggunakan Digital to Analog Converter (DAC) bawaan dari PIC untuk mengontrol tegangan output melalui LM723. Satu-satunya masalah adalah bahwa PIC16F1823 hanya memiliki DAC 5-bit yang tidak cukup karena langkah naik dan turun akan terlalu besar. Karena itu saya beralih ke PIC16F1765 yang memiliki DAC 10-bit. Versi dengan DAC ini dapat diandalkan. Saya masih bisa menggunakan papan sirkuit cetak awal karena saya hanya perlu melepas beberapa komponen, mengganti 1 kapasitor dan menambahkan 2 kabel (1 kabel sudah diperlukan untuk menambahkan fitur deteksi tegangan revisi 1). Saya juga mengubah regulator 15 Volt ke versi 18 Volt untuk membatasi disipasi daya. Lihat diagram skema revisi 2.

Jadi jika Anda ingin menggunakan desain ini, Anda perlu melakukan hal berikut dibandingkan dengan revisi 0:

• Ganti PIC16F1823 dengan PIC16F1765
• Opsional: Ganti 78L15 dengan 78L18
• Hapus potensiometer digital tipe X9C103
• Lepaskan resistor R1 dan R15
• Ganti kapasitor elektrolit C5 dengan kapasitor keramik 100 nF
• Membuat koneksi antara IC4 pin 13 (PIC) ke IC2 pin 5 (LM723)
• Membuat koneksi antara IC4 pin 3 (PIC) ke IC2 pin 4 (LM723)

Saya juga memperbarui papan sirkuit cetak tetapi tidak memesan versi ini, lihat tangkapan layar.

Langkah 3: (Dis) Perakitan

Pada gambar Anda melihat catu daya sebelum dan sesudah peningkatan. Untuk menutupi lubang yang dibuat oleh potensiometer saya menambahkan panel depan di atas panel depan kabinet. Seperti yang Anda lihat, saya telah membuat catu daya ganda di mana kedua catu daya benar-benar independen satu sama lain. Ini memungkinkan untuk menempatkannya secara seri jika saya membutuhkan tegangan output yang lebih tinggi dari 18 Volt.

Karena papan sirkuit tercetak itu mudah untuk merakit elektronik. Ingatlah bahwa kapasitor elektrolit besar dan transistor daya tidak ada di papan sirkuit tercetak. Foto menunjukkan bahwa untuk revisi 2 beberapa komponen tidak diperlukan lagi dan diperlukan 2 kabel satu untuk menambahkan fitur pendeteksi tegangan dan yang lainnya karena penggantian potensiometer digital oleh Digital to Analog Converter dari mikrokontroler PIC.

Tentunya anda membutuhkan trafo yang mampu mensuplai AC 18 Volt 2 Ampere. Dalam desain asli saya, saya menggunakan transformator inti cincin karena lebih efisien (tetapi juga lebih mahal).

Langkah 4: Perangkat Lunak untuk Revisi 0

Perangkat lunak melakukan tugas utama berikut:

• Mengontrol tegangan output catu daya melalui potensiometer digital

• Menangani fitur tombol push, yaitu:

  • Daya Hidup/Mati. Ini adalah fungsi sakelar yang mengatur tegangan keluaran ke 0 Volt atau ke tegangan yang terakhir dipilih
  • Tegangan naik / Tegangan turun. Dengan setiap penekanan tombol, tegangan naik sedikit atau sedikit turun. Ketika tombol tekan ini tetap ditekan, fungsi pengulangan diaktifkan
  • Penyimpanan preset/Pengambilan preset. Pengaturan tegangan apa pun dapat disimpan di EEPROM PIC dengan menekan tombol tekan preset selama minimal 2 detik. Menekannya lebih pendek akan mengambil nilai EEPROM untuk preset itu dan mengatur tegangan output yang sesuai

Saat dihidupkan, semua pin PIC diatur sebagai input. Untuk mencegah adanya tegangan yang tidak ditentukan pada output catu daya, output tetap pada 0 Volt hingga PIC menyala dan berjalan dan potensiometer digital diinisialisasi. Daya turun ini dicapai oleh resistor pull-up R14 yang memastikan bahwa transistor T1 mematikan LM723 sampai dilepaskan oleh PIC.

Sisa dari perangkat lunak lurus ke depan. Tombol tekan dipindai dan jika ada sesuatu yang perlu diubah, nilai potensiometer digital diubah menggunakan antarmuka serial tiga kabel. Perhatikan bahwa potensiometer digital juga memiliki opsi untuk menyimpan pengaturan tetapi ini tidak digunakan karena semua pengaturan disimpan dalam EEPROM PIC. Antarmuka dengan potensiometer tidak menawarkan fitur untuk membaca nilai wiper kembali. Jadi setiap kali wiper perlu disetel ke nilai tertentu, hal pertama yang dilakukan adalah mengembalikan wiper ke posisi nol dan sejak saat itu mengirimkan sejumlah langkah untuk menempatkan wiper pada posisi yang benar.

Untuk mencegah agar EEPROM ditulis dengan setiap penekanan tombol, dan dengan demikian menurunkan masa pakai EEPROM, konten EEPROM ditulis 2 detik setelah tombol tekan tidak lagi diaktifkan. Ini berarti bahwa setelah perubahan terakhir dari tombol tekan, pastikan untuk menunggu setidaknya 2 detik sebelum beralih daya untuk memastikan bahwa pengaturan terakhir disimpan. Saat dinyalakan, catu daya akan selalu mulai dengan voltase yang terakhir dipilih yang disimpan di EEPROM.

File sumber JAL dan file Intel Hex untuk memprogram PIC untuk revisi 0 dilampirkan.

Langkah 5: Perangkat Lunak untuk Revisi 2

Untuk revisi 2 perubahan utama dalam perangkat lunak adalah sebagai berikut:

• Fitur Voltage Detection ditambahkan dengan mengukur tegangan output power supply setelah diatur. Untuk ini konverter ADC dari PIC digunakan. Dengan menggunakan ADC, perangkat lunak mengambil sampel tegangan keluaran dan jika setelah beberapa sampel tegangan keluaran sekitar 0,2 Volt lebih tinggi atau lebih rendah dari Tegangan yang ditetapkan, catu daya dimatikan.
• Menggunakan DAC dari PIC untuk mengontrol tegangan output catu daya alih-alih menggunakan potensiometer digital. Perubahan ini membuat perangkat lunak lebih sederhana karena tidak perlu membuat antarmuka 3-kawat untuk potensiometer digital.
• Ganti penyimpanan di EEPROM dengan penyimpanan di High Endurance Flash. PIC16F1765 tidak memiliki EEPROM di papan tetapi menggunakan bagian dari program Flash untuk menyimpan informasi yang tidak mudah menguap.

Perhatikan bahwa Deteksi Tegangan tidak diaktifkan pada awalnya. Saat dihidupkan, tombol-tombol berikut diperiksa untuk ditekan:

• Tombol tekan hidup/mati. Jika ditekan, kedua fitur pendeteksi tegangan dimatikan.
• Tombol tekan ke bawah. Jika ditekan, deteksi tegangan rendah diaktifkan.
• Tombol tekan atas. Jika ditekan, deteksi tegangan tinggi diaktifkan.

Pengaturan deteksi tegangan ini disimpan dalam High Endurance Flash dan dipanggil kembali ketika catu daya dihidupkan kembali.

File sumber JAL dan file Intel Hex untuk memprogram PIC untuk revisi 2 juga dilampirkan.

Langkah 6: Hasil Akhir

Dalam video Anda melihat revisi catu daya 2 beraksi, ini menunjukkan fitur power on / power off, voltase naik / voltase turun dan penggunaan preset. Untuk demo ini saya juga menghubungkan resistor ke catu daya untuk menunjukkan bahwa arus nyata mengalir melaluinya dan arus maksimum dibatasi hingga 2 Ampere.

Jika Anda tertarik untuk menggunakan mikrokontroler PIC dengan JAL – bahasa pemrograman seperti Pascal – kunjungi situs web JAL.

Bersenang-senang membuat Instruksi ini dan menantikan reaksi dan hasil Anda.