Alimentatore stabilizzato variabile+fisso

Buongiorno a tutti!

Sono quì a esporvi il mio prossimo progettino che credo possa tornare utile a molti siccome è uno strumento che non può mancare sul banco di lavoro di ognuno di noi.

La mia idea è quella di costruire un alimentatore stabilizzato che sia in grado di erogare tensioni sia variabili a piacimento che le classiche tensioni che si utilizzano solitamente, ecco un elenco delle specifiche.

Vout: 1,5V-32V regolabili, 1.5V 3.3V 5V 9V 12V 24V fissi, 1,5A max

Hardware:

uC = PIC18F4550
Regolatore di tensione variabile = LM317
Trimmer digitale I2C = MCP40D18T
Display = LCD HD44780 16x2



Per quanto riguarda la selezione della modalità verrà creato un menù navigabile sul LCD, quest'ultimo verrà anche utilizzato per visualizzare la tensione di uscita attuale, la tensione di target e la corrente assorbita.

Il principio è molto semplice:

1) Modalità fissa:

Dopo aver selezionato nel menù la modalità selezioneremo sempre dallo stesso la tensione di target desiderata (tra i valori predefiniti), il nostro PIC provvederà a variare la resistenza sul nostro potenziometro digitale tramite il bus I2C in modo da regolare la tensione in uscita dal gruppo con il LM317.
L'uscita del LM317 sarà monitorata da ADC del PIC che nel caso dovesse notare qualche variazione sull'uscita provvederà automaticamente a correggere il valore del potenziometro digitale per mantenere la tensione di uscita più vicina possibile al livello target prescelto.

2) Modalità regolabile:

pressochè identica alla precedente ma con la differenza che possiamo variare a nostro piacimento tramite due tasti (UP e DOWN) la tensione.


PROTEZIONI:

Sicuramente il circuito verrà dotato di un sistema contro i cortocircuiti ed un limitatore di corrente (sto valutando se farlo personalizzabile oppure fisso), logicamente controllato dal nostro PIC.

Se avete qualche idea da aggiungere la accolgo molto volentieri!

La prossima puntata sarà dedicata allo schema elettrico del progetto (prime bozze) ed a qualche spiegazione più approfondita del funzionamento del hardware, spero di riuscire a pubblicarlo già stasera o al più tardi domani sera.

Ciao,

il progetto e' interessante ed utile.
...non avere fretta nello buttare giu' uno schema.
Pensa alle problematiche e poi affronta il tutto pezzo per pezzo...
...dividi e conquista!

...mentre pensi, condividi!

Saluti,

Mauro

Ciao Mauro,

direi che sono già abbastanza a buon punto con gli schemi, non li ho ancora pubblicati perchè volevo tirare giù anche i primi valori dei componenti.

Mi manca solamente la sezione di condizionamento del segnale per le analogiche ma c'è l'ho già in mente.

Poi un modo per leggere la corrente assorbita (pensavo al classico shunt ma non mi alletta troppo l'idea, volevo qualcosa di più "moderno" ma non so dove sbattere la testa).

In serata i primi schemi!

Ecco i primi schemi

Naturalmente sono ben voluti commenti, critiche e idee.




Prima sezione, quella dedicata al nostro PIC (scelto definitivamente il 18F4550 che ben conosciamo)
A parte la solita circuiteria di reset di base (sto valutando se inserire un reset controller tipo ADM706) potete notare i 5 pulsanti collegati ad RB3, RB4, RB5, RB6, RB7, tali pulsanti serviranno per scorrere nei menù (Menù, OK, Exit, Up, Down).
Un led Giallo per il check, un led Rosso per l'overload ed un led bicolore per lo status (sullo schema è disegnato con due led separati).




Sezione dedicata al RS232, non credo abbia bisogno di spiegazioni; l'ho prevista per un eventuale implementazione di una comunicazione con PC.




Sezione per il nostro Display (alla fine anzichè il classico 2x16 adotterò un 4x20), backlight controllato tramite il nostro PIC con un PWM e regolazione del contrasto con trimmer.




Un buzzer che torna sempre utile, sarà utilizzato sia per segnalare la pressione dei tasti, che per lo status del sistema e per il segnale di overload.




Sezione per il condizionamento del segnale di tensione che verrà letto dal ADC del PIC, a questa sezione vale la pena dedicare qualche riga in più, anche se è di una semplicità disarmante.
Abbiamo bisogno di misurare una tensione che può andare da 1,25V fino ad oltre 24V ma come ben sapete il nostro amico PIC accetta segnali massimo a 5V (a meno che non volete vederlo friggere) quindi dobbiamo "condizionare" il segnale.
Come avrete potuto notare ho utilizzato un banalissimo partitore di tensione, scegliendo come resistenze R29 470R e R30 100R.

In questo potremmo avere con la tensione minima erogata dall'alimentatore

Vout=Vin*[R30/(R29+R30)] -> 1,25* [100/(100+470)] = 0,22V

E con la tensione massima

Vout=Vin*[R30/(R29+R30)] ->24* [100/(100+470)] = 4,38V

Quindi possiamo coprire comodamente tutta la gamma con una precisione abbastanza fine, infatti se dividiamo i nostri 24V di delta per 1024 (che sono i nostri livelli disponibili) possiamo avere una precisione di circa 0,023V

I diodi D12 e D13 sono stati aggiungi per proteggere l'ingresso del PIC.




Questo è il semplicissimo schema con la circuiteria attorno al potenziometro digitale MCP4018, la rete I2C con le due resistenze di terminazione ed il condensatore di filtro.




Ecco la parte più complessa e forse anche la più divertente, l'alimentazione.
Come potete vedere ho separato le due sezioni.

La prima sezione (in alto) comprende il trasformatore 220VCA/24VCA, il diodo raddrizzatore, C3 di filtro (notare la capacità molto elevata), un led che indica la presenza dei circa 24V sulla linea ed un diodo (D2) che poi porta alla seconda parte della prima sezione (notare sopra Vbar che ci tornerà utile dopo).
Ora passando attraverso i soliti due condensatori di filtro (C4 e C6) arriviamo al regolatore lineare (LM78L05) che provvederà a darci i nostri 5V per la logica del sistema (sto valutando se filtrare meglio questa sezione disaccoppiando le masse con una bobina choke tipo BNX002-01 o BNP002-02 (murata)); inoltre avrete notato il led verde che ci dirà se è presente il 5V sul sistema ed un diodo (D5) che proteggerà il regolatore da eventuali strani ritorni di tensione.
Nello schema qua presente ho dimenticato di inserire un interruttore 2 posizioni 2 vie a valle di D2 che servirà per togliere alimentazione sia al regolatore dei 5V sia al regolatore regolabile che spiegherò nelle righe seguenti.

Arriviamo alla seconda sezione che è quella più interessante.
partendo da Vbar (come detto prima è il circa 24V che arriva dal ponte diodi e regolarmente filtrato dal condensatore) passando dall'ennesimo filtraggio arriviamo al LM317 (sotto spiegherò il perchè della scelta), e continueremo con il resto del circuito che regolerà la tensione di uscita tramite R17 ed il potenziometro digitale.

Il LM317 può erogare un massimo di 1,5A ed una tensione tra 1,25V e 37V (3V di dropout e tensione massima in ingresso di 40V.

La formula per ottenere la resistenza RT (il nostro potenziometro digitale) sarà la seguente:

RT = [(Vout :1,25)-1]*R17

di conseguenza:

Vout = [(RT:R17)+1]*1,25


A voi critiche, idee e insulti se ho scritto qualche castroneria!

Ciao Ricky,

effettivamente stai a buon punto e vista la marcia che hai messo credo che fra non molto avrai qualcosa sul tavolo!

Qualche consiglio ed osservazione.

1) L'interfaccia RS232 e' ok, ma visto che usi il PIC18F4550 perche; non mettere la USB. Eventualmente usando la classe CDC potrai comunque pilotarlo dal lato PC come una RS232.

2) Attento al partitore di tensione per leggere la tensione. La corrente che vi circola e' di 42mA il che significa avere uan potenza dissipata sul resistore da 470ohm di 0.8W. Utilizzare resistori di potenza per queste funzioni e' un peccato.
Visto che il partitore divide perche' non aumentare di un fattore 10 i resistori, ovvero 1000ohm e 4700ohm.
In questo modo avrai 4.2mA e un resistore da 1/4W potrebbe andare gia' bene (potresti anche usare 10K e 47K).

3) I resistori sul LCD non sono strettamente necessari. Personalmente li uso su Freedom II visto che la PORTD puo' essere ad uso generica e l'LCD essendo impostabile anche in lettura potrebbe avere il data bus in corto con PORTD se impostata a sua volta come uscita. Nel caso in cui tu faccia uso del solo LCD puoi evitare di utilizzare i resistori di protezione.

4) Non ti scordare del fusibile!

5) Un resistore per misurare la corrente e' un'ottima soluzione facile da usare ed economica! Perché non usarla in favore di tecniche più costose!

Saluti,

Mauro