| Ваш IP: 3.226.251.205 | Online(21) - гости: 8, боты: 13 | Загрузка сервера: 0.94 ::::::::::::


Регулируемый стабилизатор напряжения с управлением от Arduino

На рисунке показана схеме регулируемого стабилизатора напряжения с управлением от Arduino. Регулируемый стабилизатор питается от нестабилизированного источника постоянного напряжения 28…35 В. Выходное напряжение стабилизатора регулируется от 0 до 25 В, выходной ток до 3 А. В стабилизаторе предусмотрена плавная регулировка выходного напряжения, защита от короткого замыкания выхода и стабилизация тока при превышении заданного значения. Дополнительно применена температурная защита от перегрева выходного транзистора.

Схема стабилизатора напряжения условно поделена на две части, цифровую (Arduino, ЦАП, АЦП, индикатор и кнопки управления) и силовую. В силовой части используется параметрический стабилизатор на 27 В для питания ОУ LM358 который имеет максимальное напряжение питания 32В, что позволяет запитывать схему стабилизатора напряжением выше 32 В. Функцию регулирующего элемента осуществляется транзисторами КТ315Г и КТ825Г которыми управляет ОУ, на инвертирующий вход ОУ подается напряжение пропорциональное выходному, а на неинвертирующий опорное напряжение. Транзистор КТ825Г необходимо установить на теплоотвод площадью не менее 400 кв. см.

Цифровая часть схемы содержит АЦП и ЦАП, выходное напряжение задается 12-битным ЦАП MCP4725, напряжение с которого подается на неинвертирующий вход ОУ LM358, регулировка имеет 4096 ступеней (12 бит). АЦП 16 бит ADS1115 контролирует напряжение шунта, которое при токе 3 А не превышает 300 мВ. АЦП и ЦАП выполнены в виде готовых модулей, которые управляются при помощи шины I2C. Для устранения влияния шунта на выходное напряжение при изменении тока нагрузки, применена программная поправка выходного напряжения.

Температурная защита реализована на цифровом датчике (модуль) DS18B20, датчик необходимо закрепить на транзисторе КТ825Г. При превышении температуры корпуса транзистора больше 85 °С, выходное напряжение стабилизатора будет отключено на 10 секунд. Так же при КЗ выхода стабилизатора выходное напряжение также будет отключено на 10 секунд. При срабатывании защиты на экран выводится соответствующая надпись.

Питание всей цифровой части стабилизатора напряжения подается от интегрального стабилизатора 7805, так как входное напряжение стабилизатора 7805 выше 30 В, то питание на него подается через токоограничивающий резистор 160 Ом. Так же на стабилизатор 7805 необходимо установить небольшой теплоотвод.

Управление стабилизатором достаточно простое, кнопки «плюс» и  «минус» регулируют выходное напряжение, а при нажатии и удержании кнопки «ток» кнопками «плюс» и  «минус» устанавливается выходной ток. При превышении заданного тока, выходной ток перестанет расти и остановится на отметке максимального установленного тока, напряжение при этом уменьшится. Шаг регулировки напряжения 0,1 В, шаг регулировки тока 0,1 А, минимальное значение напряжения 0 В, минимальное значение регулировки тока 0,1 А, измирение тока с разрешением 0,01 А.

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_MCP4725.h>
#include <DallasTemperature.h>
#include <EEPROMex.h>
#include <OneWire.h>
#include <Adafruit_ADS1015.h>
#include <LiquidCrystal.h>
   Adafruit_ADS1115 ads;
   Adafruit_MCP4725 MCP4725;
   OneWire oneWire(A2);// вход датчика 18b20
   DallasTemperature t(&oneWire);
   LiquidCrystal lcd(7, 6, 2, 3, 4, 5);// RS,E,D4,D5,D6,D7
 
  int u_dig,i,u_reg,w,w1,I_r;
  unsigned int i_iz;
  float u_max=26.3,I,temp,i_reg,I_old;
  unsigned long time,time1,time2;
  const float kalib2=1.000;// калибровка амперметра
 
void setup(){
 Serial.begin(9600);Wire.begin(); lcd.begin(16, 2);
  pinMode(12,INPUT);// +
  pinMode(11,INPUT);// -
  pinMode(10,INPUT);// ok
   MCP4725.begin(0x60);
   t.begin();t.setResolution(9);//9 бит 
   ads.begin();ads.setGain(GAIN_EIGHT);
   u_dig=EEPROM.read(0)*256+EEPROM.read(1);i_reg=(float)EEPROM.read(2)/10.0;
}
 
void loop(){  
  if(digitalRead(12)==HIGH&&digitalRead(10)==LOW){u_dig+=2;w=1;time1=millis();delay(10);}
  if(digitalRead(11)==HIGH&&digitalRead(10)==LOW){u_dig-=2;w=1;time1=millis();delay(10);}
  if(u_dig>4095){u_dig=4095;}if(u_dig<0){u_dig=0;}
 
  if(digitalRead(12)==HIGH&&digitalRead(10)==HIGH){i_reg=i_reg+0.1;w=1;time1=millis();delay(300);}
  if(digitalRead(11)==HIGH&&digitalRead(10)==HIGH){i_reg=i_reg-0.1;w=1;time1=millis();delay(300);}
  if(i_reg>3){i_reg=3;}if(i_reg<0.1){i_reg=0.1;}I_r=i_reg*10.0;
 
   MCP4725.setVoltage(u_dig-u_reg+16*I, false);
 
  ///////////////////////////////// амперметр /////////////////////////////////////////////
   i_iz = ads.readADC_SingleEnded(0);
   if(i_iz>65000){i_iz=0;}I = i_iz*0.015625*kalib2/100;
 
   ///////////////////////////////////////// защита от КЗ ////////////////////////////////// 
   if(I>3){MCP4725.setVoltage(0, false);lcd.setCursor(0,0);lcd.print(" SHORT CIRCUIT! ");delay(10000);} 
 
   //////////////////////////////////// стабилизация по току + ТЕРМОАЩИТА///////////////////////////////  
   if(w1==1){    if(I>i_reg&&u_dig>0){u_reg=u_reg+10;} if(I==i_reg){}
                 if(I<i_reg&&u_reg>0&&I>0.1){u_reg=u_reg-10;} if(I<0.08){w1=0;u_reg=0;}}
   if(I>i_reg&&u_dig>0&&w1==0){u_reg=u_dig-(u_dig*(i_reg/I));w1=1;MCP4725.setVoltage(u_dig-u_reg, false);}
   if(temp>85){MCP4725.setVoltage(0, false);lcd.setCursor(0,0);lcd.print("HIGH TEMPERATURE");delay(10000);} 
 
  ////////////////////////////////////// eeprom ///////////////////////////////////////////
   if(w==1&&millis()-time>1000){EEPROM.update(0,highByte(u_dig));EEPROM.update(1,lowByte(u_dig));
   EEPROM.update(2,I_r);time=millis();w=0;}
 
  if(millis()-time2>300){
    lcd.setCursor(0,0);lcd.print("U = ");lcd.print((u_dig-u_reg)*u_max/4096,1);lcd.print(" V  ");
    lcd.setCursor(0,1);lcd.print("I = ");lcd.print(abs(I),2);lcd.print(" A  ");
    time2=millis();} lcd.setCursor(11,1);lcd.print(i_reg,1);lcd.print(" A");
 
  ////////////////////// измерение температуры корпуса транзстора ///////
  if(millis()-time1>1000&&I_old==I){ t.requestTemperatures();
   temp=t.getTempCByIndex(0); lcd.setCursor(12,0);lcd.print(temp,0);
   lcd.print(char(223));lcd.print("C     ");time1=millis();}I_old=I;
}

Настройка стабилизатора напряжения:

  • Нажмите кнопку «плюс», подождите когда выходное напряжение достигнет максимального значения, исделайте замер выходного напряжение и укажите его в переменной: u_max=26.3 (в моем случае максимальное напряжение 26,3 В)
  • При использовании шунта с номиналом 0,1 Ом, калибровка тока не потребуется, но если шунт имеет большую погрешность то необходимо изменить коэффициент: kalib2=1.000

При проведении тестирования стабилизатора выло выявлено, что при подсоединении к низкоомной нагрузке при поданном напряжении возникает искрообразование в контактной цепи, что иногда приводит к зависанию Arduino или глюкам экрана. Стало ясно, что возникающая помеха влияет на цифровую часть стабилизатора, для устранения этого недостатка необходимо включить на выходе стабилизатора индуктивный фильтр.

Фильтр выполнен на ферритовом кольце диаметром 3..4 см с магнитной проницаемостью 2000НН, две обмотки намотаны вместе, диаметр провода не менее 0,8 мм, кол-во витков 10-15.

Комментарии

  • om-andrej:

    Подскажите как увеличить выходной ток?

    • liman28:

      Не совсем понятен вопрос, если программно надо изменить предел, то необходимые правки кода я сделаю, но перед этим нужно что бы сам источник питания мог выдавать нужный ток.
      Увеличить выходной ток не трудно, более мощный трансформатор (или имп. ист питания), более мощный диодный мост, и несколько силовых транзисторов подключенных параллельно (коллекторы соединены через резисторы 0,1 Ом)

  • Shah:

    Почему при включении стабилизатора на выходе кратковременно появляется напряжение примерно 13 вольт и через секунду устанавливается ранее установленное напряжение?

    • liman28:

      После:
      MCP4725.begin(0x60);
      вставьте строку:
      MCP4725.setVoltage(0, false);

      • Shah:

        Спасибо, но все по прежнему.

        • liman28:

          В секцию void setup() добавьте:
          time1=millis();

        • liman28:

          Если не получится, то:
          создайте новую переменную int www=1;
          далее замените:
          MCP4725.setVoltage(u_dig-u_reg+16*I, false);
          на:
          if(www==1){MCP4725.setVoltage(0, false);www=0;}
          if(www==0){MCP4725.setVoltage(u_dig-u_reg+16*I, false);}

          • Shah:

            На выводе OUT MCP4725 при включении появляется напряжение 2,5 вольта и через пару секунд 1 вольт.

            • liman28:

              это понятно, мне не понятно на каком участке программы это происходит, если до инициации цап, то можно можно подать лог ноль на вход оу, а после убрать. или же это происходит в основном цикле программы.

              • Shah:

                Да, это происходит до инициализации ЦАП

                • liman28:

                  можно подать лог ноль на вход оу, пока происходит инициация

                  void setup(){
                  Serial.begin(9600);Wire.begin(); lcd.begin(16, 2);
                  pinMode(12,INPUT);// +
                  pinMode(11,INPUT);// —
                  pinMode(10,INPUT);// ok
                  pinMode(9,OUTPUT);
                  digitalWrite(9,LOW);
                  MCP4725.begin(0x60);
                  MCP4725.setVoltage(0, false);
                  delay(1000);
                  pinMode(9,INPUT);
                  t.begin();t.setResolution(9);//9 бит
                  ads.begin();ads.setGain(GAIN_EIGHT);
                  u_dig=EEPROM.read(0)*256+EEPROM.read(1);i_reg=(float)EEPROM.read(2)/10.0;
                  }

                  С 9 ЦИФРОВОГО ВЫХОДА ЧЕРЕЗ РЕЗИСТОР 1К КИНУТЬ ПРОВОД НА 3 НОЖКУ L358, ПРИ СТАРТЕ ЛОГ НОЛЬ С 9 ВЫХОДА БУДЕТ ДЕРЖАТЬ ВЫХОД ОУ НА НУЛЕ ПОКА НЕ ИНИЦИЛИРУЕТСЯ ЦАП. ДАЛЕЕ ВЫВОД 9 ПЕРЕХОДИТ В РЕЖИМ ИЗМЕРЕНИЯ И ИМЕЕТ ОЧЕНЬ ВЫСОКОЕ ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И НЕ ВЛИЯЕТ НА ЦАП.
                  ДРУГОГО РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ Я НЕ ВИЖУ, МОЖНО КОНЕЧНО ВЫХОД ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ОТКЛЮЧАТЬ ЧЕРЕЗ РЕЛЕ НА 3 СЕК, НО НЕ ХОЧЕТСЯ В СХЕМУ ДОБАВЛЯТЬ НОВЫХ КОМПОНЕНТОВ.

                  • Shah:

                    Теперь на секунду напряжение поднимается до 13 вольт, затем на секунду падает до нуля и потом устанавливается предустановленное напряжение. Может стоит на 3 ножку поставить транзистор с эл.конденсатором, чтобы получилась задержка?

                    • liman28:

                      А что если просто вывод 3 оу притянуть к земле через резистор 100К или меньше, если не поучится тогда можно поставить транзистор, главное что бы он не влиял на цап.

                  • Shah:

                    Собрал схему для задержки подачи питания на LM358. Всё работает нормально.

          • liman28:

            наверное напряжение 13В появляется до инициации ЦАП, чтобы это проверить замените код:
            void setup(){
            Serial.begin(9600);Wire.begin(); lcd.begin(16, 2);
            pinMode(12,INPUT);// +
            pinMode(11,INPUT);// —
            pinMode(10,INPUT);// ok
            MCP4725.begin(0x60);
            t.begin();t.setResolution(9);//9 бит
            ads.begin();ads.setGain(GAIN_EIGHT);
            u_dig=EEPROM.read(0)*256+EEPROM.read(1);i_reg=(float)EEPROM.read(2)/10.0;
            на
            void setup(){
            Serial.begin(9600);Wire.begin(); lcd.begin(16, 2);
            pinMode(12,INPUT);// +
            pinMode(11,INPUT);// —
            pinMode(10,INPUT);// ok
            MCP4725.begin(0x60);
            MCP4725.setVoltage(0, false);
            delay(10000);
            t.begin();t.setResolution(9);//9 бит
            ads.begin();ads.setGain(GAIN_EIGHT);
            u_dig=EEPROM.read(0)*256+EEPROM.read(1);i_reg=(float)EEPROM.read(2)/10.0;

            если это так, то при включении должно быть напряжение 13В, далее 0 в течении 10 секунд и потом предустановленное напряжение.

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Случайные статьи

  • УНЧ на TDA1515

    УНЧ на TDA1515

    Напряжение питания 6…18В Максимальный потребляемый ток 4 А Выходная мощность при Uп=14,4В КНИ=0,5%: Rн=2Oм 9Вт Rн=4Ом 5,5Вт При Uп=14,4В КНИ=10%: Rн=2Oм 12Вт Rн=4Ом 7Вт Ток покоя 75мАПодробнее...
  • Автоматический переключатель елочных гирлянд

    Переключатель работает по определенному алгоритму — периодическое переключение : бегущий огонь, бегущая тень, хаотически скачущий огонь, хаотически скачущая тень. Алгоритм таков — сначала 4-е раза чередуются полные циклы скачущий огонь, скачущая тень и один раз хаотически скачущая тень и один раз хаотически скачущий огонь, а затем все по кругу. В …Подробнее...
  • Индикатор уровня сигнала на транзисторах

    Индикатор уровня сигнала на транзисторах

    Это простой индикатор уровня сигнала для звуковоспроизводящей аппаратуры, схема адаптирована к различным потребностям пользователей. Может быть адаптирована к различным уровням входного сигнала- TR1 (регулировка уровня входного напряжения), TR2 (регулировка усиления). Принцип работы: после усиления ОУ на TL017 сигнал выпрямляется диодами D1-D2 (в дальнейшем используется только положительная полуволна сигнала), далее сигнал …Подробнее...
  • Простой микрофонный усилитель на LM358

    Простой микрофонный усилитель на LM358

    На основе ОУ LM358 можно собрать простой микрофонный усилитель. Микросхема LM358 в одном корпусе содержит два независимых маломощных операционных усилителя с высоким коэффициентом усиления и частотной компенсацией. Отличается низким потреблением тока. Особенность данного усилителя – возможность работать в схемах с одно полярным питанием от 3 до 32 вольт. Выход имеет защиту …Подробнее...
  • Запись String в энергонезависимую память EEPROM

    Запись String в энергонезависимую память EEPROM

    EEPROM.put()  функция записывает данные любого стандартного типа или произвольную структуру в энергонезависимую память EEPROM, иначе говоря если размер данных превышает 1 байт, нужно использовать функцию EEPROM.put(). При записи данных в EEPROM размер которых превышает 1 байт, необходимо корректный расчет адресов по которым будет производится запись, для расчета адресов используется функция sizeof(). Для чтения …Подробнее...