Yuqori kuchlanishli o'tish rejimining quvvat manbai (SMPS)/Nixie naychalari uchun kuchaytirgich: 6 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:28

Bu SMPS past kuchlanishli (5-20 voltsli) niksi naychalarini (170-200 volt) haydash uchun zarur bo'lgan yuqori kuchlanishni oshiradi. Ogohlantirish bering: bu kichik tutashuv batareyalarda/past kuchlanishli devorlarda ishlashiga qaramay, chiqish sizni o'ldirish uchun etarli!

Loyihaga quyidagilar kiradi: elektron jadval EagleCAD CCT va PCB fayllari MikroBasic dasturiy ta'minoti manbai

1 -qadam: Bu qanday ishlaydi?

Ushbu dizayn TB053 Microchip Application Note-ga asoslangan bo'lib, Neonixie-L a'zolari tajribasiga asoslangan bir nechta modifikatsiyaga ega (https://groups.yahoo.com/group/NEONIXIE-L/). Ilova eslatmasini oling - bu faqat bir nechta sahifalarni o'qishdir: (https://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/91053b.pdf) Quyidagi rasm TB053dan olingan. U SMPS -ning asosiy printsipini belgilaydi. Mikrokontroller F1 (Q1) ga asoslanib, L1 induktorida zaryad hosil bo'lishiga imkon beradi. FET o'chirilganda, zaryad D1 diodi orqali C1 kondansatörüne oqadi. Vvfb - bu mikrokontrollerga yuqori kuchlanishni kuzatib borish va kerakli kuchlanishni ushlab turish uchun kerak bo'lganda FETni faollashtirish imkonini beruvchi kuchlanish bo'luvchi teskari aloqa.

2 -qadam: Induktor xususiyatlari

Microchip ilovasi juda yoqimli bo'lsa -da, menga biroz orqada ko'rinadi. U kerakli quvvatni aniqlashdan boshlanadi, so'ngra induktorga e'tibor bermasdan induktor zaryadlanish vaqtini tanlaydi. Men induktorni tanlash va uning atrofidagi dasturni loyihalashni yanada foydali deb topdim. Men ishlatgan induktorlar "C&D Technologies RADIAL LEAD 100uH" (Mouser qismi 580-18R104C, 1,2 amper, 1,40 dollar), (Mouser qismi 580-22R104C, 0,67 amp, 0,59 dollar). Men bu induktorlarni tanladim, chunki ular juda kichik, juda arzon, lekin juda yaxshi quvvat ko'rsatkichlariga ega. Biz allaqachon rulonimizning maksimal uzluksiz reytingini bilamiz (22R104C uchun 0,67 amper), lekin biz zaryadlash uchun qancha vaqt ketishini bilishimiz kerak (ko'tarilish vaqti). Kerakli lasan amperlarini aniqlash uchun sobit zaryad vaqtidan (TB053 6 -tenglamaga qarang) ko'ra, biz 6 -tenglamani so'roq qilishimiz va ko'tarilish vaqtini hal qilishimiz mumkin: (eslatma: TB053 -dagi 6 -tenglama noto'g'ri, u 2L emas, L bo'lishi kerak) (Volt/indüktör uH)*ko'tarilish_ vaqti = Peak Amps-bo'ladi- (Induktor uH/Volt) 5 voltli induktorli lasanni to'liq zaryad qilish uchun 13,5 uS kerak bo'ladi. Shubhasiz, bu qiymat har xil besleme zo'riqishida o'zgaradi. TB053da qayd etilganidek: "Induktordagi oqim bir zumda o'zgarmaydi. Q1 o'chirilganda, L1dagi oqim D1 orqali saqlash kondansatörü C1 va yukga, RL ga o'tishda davom etadi. Shunday qilib, induktordagi oqim tepalik oqimidan o'z vaqtida chiziqli ravishda kamayadi. "TB05 7 tenglamasi yordamida tokning induktordan chiqishi uchun qancha vaqt ketishini aniqlashimiz mumkin. Amalda bu vaqt juda qisqa. Bu tenglama elektron jadvalda amalga oshiriladi, lekin bu erda muhokama qilinmaydi, biz 0,67 amperli induktordan qancha quvvat olishimiz mumkin? Umumiy quvvat quyidagi tenglama bilan aniqlanadi (tb053 tenglama 5): Quvvat = (((ko'tarilish vaqti)*(Volts in)^{2)/(2*induktor uH))}-oldingi qiymatlarimizdan foydalanib, biz topamiz-1.68 Vatt = (13.5uS*5 volt)^2)/(2*100uH)-vattni mA-mA ga aylantiring = ((Quvvat Vatt)/(chiqish voltsi))*1000-180 chiqish kuchlanishi yordamida biz topamiz-9.31mA = (1.68 Vatt/180 volt)*1000 Biz maksimal 9.31 mA ni olishimiz mumkin. 5 voltli bu bobin, barcha samarasizlik va kommutatsiya yo'qotishlariga e'tibor bermaydi. Chiqish kuchini etkazib berish kuchlanishini oshirish orqali olish mumkin. Bu hisob -kitoblarning barchasi ushbu ko'rsatmaga kiritilgan elektron jadvalning "1 -jadval: yuqori voltli elektr ta'minoti uchun lasan hisoblari" bo'limida amalga oshiriladi. Bir nechta misol bobinlar kiritilgan.

3 -qadam: SMPSni mikrokontroler yordamida boshqarish

Endi biz rulonning ko'tarilish vaqtini hisoblab chiqdik, biz mikrokontrollerni nominal zaryadlanish kuchiga erishish uchun yetarli darajada uzoq vaqt zaryad qilish uchun dasturlashimiz mumkin. Buning eng oson usullaridan biri - PIC apparati puls kengligi modulyatoridan foydalanish. Puls kengligi modulyatsiyasi (PWM) quyidagi rasmda ko'rsatilgan ikkita o'zgaruvchiga ega. Ish tsikli davomida PIC FETni ishga tushiradi, uni topraklaydi va induktor lasaniga oqim beradi (ko'tarilish vaqti). Qolgan davrda FET o'chiriladi va oqim indikatordan diod orqali kondansatkichlarga va yukga tushadi (tushish vaqti). Biz oldingi hisob -kitoblardan kerakli ko'tarilish vaqtini bilamiz: 13.5uS. TB053, o'sish davri 75% ni tashkil qiladi. Men davrning qiymatini ko'tarilish vaqtini 1,33: 17,9uS ga ko'paytirish orqali aniqladim. Bu TB053 taklifiga mos keladi va induktor uzilish rejimida qolishini ta'minlaydi - har bir zaryaddan keyin to'liq zaryadsizlanadi. Hisoblangan tushish vaqtiga hisoblangan ko'tarilish vaqtini qo'shib, aniqroq davrni hisoblash mumkin, lekin men buni sinab ko'rmadim, endi kerakli vaqt oralig'ini olish uchun haqiqiy ish tsikli va mikrokontrollerga kiradigan davr qiymatlarini aniqlashimiz mumkin.. Microchip PIC o'rta toifadagi qo'llanmasida biz quyidagi tenglamalarni topamiz (https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/33023a.pdf): PWM Duty Cycle uS = (10 bit Duty Cycle Value) * (1 Agar biz oldindan hisoblagichni 1 ga o'rnatsak va bu tenglamani algebra tayog'i bilan urgan bo'lsak, biz olamiz: 10 bit Duty Cycle qiymati = PWM Duty Cycle uS chastota: 107 = 13.5uS * 8Mhz107 13.5uS ish tsiklini olish uchun PICga kiritiladi, keyin PWM davr qiymatini aniqlaymiz. O'rta masofali qo'llanmadan biz quyidagi tenglamani olamiz: PWM davri uS = ((PWM davrining qiymati) + 1) * 4 * (1/osilator chastotasi) * (oldindan baho qiymati) Yana biz oldindan hisoblagichni 1 ga qo'yamiz va tenglamani bezovta qilamiz. PWM davri qiymati uchun bizga quyidagini beradi: PWM davr qiymati = ((PWM davri uS/(4/osilator chastotasi))-1) US davrini (1.33*ko'tarilish vaqti) bilan almashtiring va 8 MGts chastotali osilator chastotasini qabul qiling: 35 = ((17.9/(4/8))-1) 35 PICga 17.9uS davrini olish uchun kiritiladi. Lekin kuting! Vaqt xizmat davridan qisqa emasmi? Yo'q - PIClarda 10 bitlik ish tsikli va 8 bitlik davr registri mavjud. Ish tsikli qiymatining aniqligi ko'proq, shuning uchun uning qiymati ba'zan davr qiymatidan kattaroq bo'ladi - ayniqsa yuqori chastotalarda. Bu hisob -kitoblarning barchasi ushbu jadvalga kiritilgan elektron jadvalning "PWM hisob -kitoblari" 2 -jadvalida amalga oshiriladi. Bir nechta misol bobinlar kiritilgan.

4 -qadam: PCB dizayni

PCB va CCT EagleCad formatida. Ikkalasi ham ZIP arxiviga kiritilgan.

Men bu tenglikni ishlab chiqarishda bir nechta mavjud dizaynlarni ko'rib chiqdim. Mana mening eslatmalarim: muhim dizayn xususiyatlari: 1. Microchip APP eslatmasiga amal qildim va FETni haydash uchun TC4427A dan foydalandim. Bu A) mikrokontrollerni FETdan tushadigan qaytish kuchlanishidan himoya qiladi va B) tezroq/qattiqroq o'tish uchun FETni PICga qaraganda yuqori voltajda boshqarishi mumkin. 2. PIC PWM dan FETgacha bo'lgan masofa minimallashtiriladi. 3. FET, indüktör, kondansatörler, albatta, qattiq. 4. Yog 'ta'minoti izi. 5. FET va devor-wort ulanish nuqtasi o'rtasida yaxshi zamin. Men ushbu loyiha uchun PIC 12F683 mikrokontrolerini tanladim. Bu apparat PWM, 4 analogli raqamli konvertorlar, 8 MGts ichki osilator va 256 baytli EEPROM bilan jihozlangan 8 pinli PIC. Eng muhimi, menda oldingi loyihada bo'lgani bor edi. Men IRF740 FET-ni Neonixie-L ro'yxatida yuqori baholanganligi uchun ishlatardim. HV ta'minotini yumshatish uchun 2 ta kondansatör mavjud. Biri elektrolitik (yuqori harorat, 250 volt, 1uF), ikkinchisi - metall plyonka (250 volt, 0,47uf). Ikkinchisi ancha kattaroq va qimmatroq (0,50 dollar va 0,05 dollar), lekin toza chiqish uchun kerak. Ushbu dizaynda ikkita kuchlanishli teskari aloqa davri mavjud. Birinchisi, PICga chiqish voltajini sezish va kerakli darajani ushlab turish uchun kerak bo'lganda FETga pulslarni qo'llash imkonini beradi. "3 -jadval. Yuqori kuchlanishli qayta aloqa tarmog'ining hisob -kitoblari" 3 rezistorli kuchlanish bo'luvchi va kerakli chiqish voltajini hisobga olgan holda to'g'ri teskari aloqa qiymatini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Nozik sozlash 1k trimmerli rezistor yordamida amalga oshiriladi. Ikkinchi teskari aloqa besleme zo'riqishini o'lchaydi, shuning uchun PIC optimal ko'tarilish vaqtini (va davr/ish tsikli qiymatlarini) aniqlay oladi. 1 -qadamdagi tenglamalardan biz induktorning ko'tarilish vaqti besleme kuchlanishiga bog'liqligini aniqladik. PIC -ga elektron jadvaldan aniq qiymatlarni kiritish mumkin, lekin agar quvvat manbai o'zgartirilsa, bu qiymatlar endi optimal bo'lmaydi. Agar batareyalardan ishlayotgan bo'lsa, kuchlanish pasayadi, chunki batareyalar zaryadsizlanishi uzoqroq vaqtni talab qiladi. Mening qarorim PICga bularning barchasini hisoblab chiqish va o'z qadriyatlarini belgilash edi (dasturiy ta'minotga qarang). Uch pinli o'tish moslamasi TC4427A va indüktör bobini uchun ta'minot manbasini tanlaydi. 7805 5 voltli regulyatordan ikkalasini ham ishga tushirish mumkin, lekin katta quvvat manbai bilan yaxshi samaradorlik va yuqori chiqishga erishiladi. Ham TC4427a, ham IRF740 FET ~ 20 voltgacha bardosh beradi. PIC har qanday besleme zo'riqishini kalibrlashi sababli, ularni to'g'ridan -to'g'ri quvvat manbaidan oziqlantirish mantiqan to'g'ri keladi. Bu, ayniqsa, batareyaning ishlashida muhim ahamiyatga ega - 7805 da quvvat sarflashning hojati yo'q, faqat induktorni to'g'ridan -to'g'ri hujayralardan oziqlantirish. LEDlar ixtiyoriy, lekin muammolarni hal qilish uchun qulay. "Chap" svetodiod (mening taxtamda sariq rang) HV bilan aloqa kerakli nuqtada ekanligini bildiradi, o'ngdagi LED (mening dizaynimda qizil) uning tugaganligini ko'rsatadi. Amalda, siz yaxshi PWM effektiga ega bo'lasiz, bunda LEDlar joriy yuklamaga nisbatan qizg'in yonadi. Agar qizil svetodiod o'chib tursa, bu shuni ko'rsatadiki, PIC qancha harakat qilsa ham chiqish voltajini kerakli darajada ushlab tura olmaydi. Boshqacha aytganda, yuk SMPS maksimal chiqishidan oshadi. Qizil rangda ko'rsatilgan jumper simlarini unutmang! Partiya qismlari qiymati C1 1uF 250V C3 47uF 50V C4 47uF (50V) C5 0.1uF C6.1uf C7 4u7 (50V) C8 0.1uF C9 0.1uF C11 0.47uF/250V D1 600V 250ns IC2 TC4427a IC5 7805 5 voltli regulyator IC7 PIC 12F68 (22R104C) LED1 LED2 Q1 IRF740 R1 120K R2 0.47K R3 1K chiziqli trimmer R4 330 Ohm R5 100K R6 330 Ohm R7 10K SV1 3 pinli X2 3 vintli terminali

5 -qadam: dasturiy ta'minot

Dasturiy ta'minot MikroBasic -da yozilgan, kompilyator 2K gacha bo'lgan dasturlar uchun bepul (https://www.mikroe.com/). Agar sizga PIC -dasturchi kerak bo'lsa, men ko'rsatmali (https://www.instructables.com/ex/i/6D80A0F6DA311028931A001143E7E506/?ALLSTEPS) da joylashtirilgan mening JDM2 dasturiy kengashimni ko'rib chiqing. Asosiy ish: 1. Quvvat ishlatilganda PIC ishga tushadi. 2. PIC kuchlanish barqarorlashishi uchun 1 soniya kechiktiriladi. 3. PIC besleme zo'riqishining teskari aloqasini o'qiydi va optimal ish davri va davr qiymatlarini hisoblab chiqadi. 4. PIC ADC o'qilishini, ish aylanishini va davr qiymatlarini EEPROMga qayd qiladi. Bu ba'zi muammolarni bartaraf etishga imkon beradi va halokatli nosozliklarni aniqlashga yordam beradi. EEPROM 0 manzili - yozish ko'rsatgichi. Har safar SMPS ishga tushirilganda 4 baytlik jurnal saqlanadi. Birinchi 2 bayt ADC yuqori/past, uchinchi bayt 8 tsikldan past, to'rtinchi bayt - davr qiymati. Yozish ko'rsatgichi ag'darilmasdan oldin 50 kalibrlash (200 bayt) qayd qilinadi va EEPROM 1-manzilda qayta boshlanadi. Oxirgi jurnal ko'rsatgich-4 da joylashgan bo'ladi. Bularni PIC dasturchisi yordamida chipdan o'qish mumkin. Yuqori 55 bayt kelgusida takomillashtirish uchun bo'sh qoldiriladi (yaxshilanishlarni ko'ring). 5. PIC cheksiz pastadir ichiga kiradi - yuqori kuchlanishli qayta aloqa qiymati o'lchanadi. Agar u kerakli qiymatdan past bo'lsa, PWM ish tsikli registrlari hisoblangan qiymat bilan yuklanadi - QAYD: pastki ikkita bit muhim va CPP1CON 5: 4 ga yuklanishi kerak, yuqori 8 bit CRP1L ga o'tadi. Agar teskari aloqa kerakli qiymatdan yuqori bo'lsa, PIC ish tsikli registrlarini 0 bilan yuklaydi. Bu "zarba o'tkazib yuborish" tizimi. Men ikkita sababga ko'ra pulsni o'tkazib yuborishga qaror qildim: 1) bunday yuqori chastotalarda o'ynash uchun juda ko'p vazifa kengligi yo'q (bizning misolimizda 0-107, yuqori kuchlanish kuchlanishida ancha past) va 2) chastotali modulyatsiya mumkin., va sozlash uchun ko'proq joy beradi (bizning misolimizda 35-255), lekin FAQAT DUTY DAVLATDA QO'ShIMChA BUFFIRILADI. PWM ishlayotganda chastotani o'zgartirish "g'alati" ta'sir ko'rsatishi mumkin. Dasturiy ta'minotdan foydalanish: Mikrodasturni ishlatish uchun bir necha kalibrlash bosqichlari talab qilinadi. Bu qiymatlar proshivka dasturiga kiritilishi kerak. Ba'zi qadamlar ixtiyoriy, lekin elektr ta'minotidan maksimal darajada foydalanishga yordam beradi. const v_ref float = 5.1 'float sifatida const supply_ratio float = 11.35' float const osc_freq float = 8 'float const L_Ipeak float = 67' float const fb_value sifatida so'z = 290 'so'z Bu qiymatlarni yuqori qismida topish mumkin. dasturiy ta'minot kodi. Qiymatlarni toping va quyidagicha o'rnating. v_ref Bu ADC ning kuchlanish mos yozuvlari. Bu 1 -bosqichda tasvirlangan tenglamalarga kiritish uchun haqiqiy besleme zo'riqishini aniqlash uchun kerak. Agar PIC 7805 5 voltli regulyatordan ishlayotgan bo'lsa, biz taxminan 5 voltni kutishimiz mumkin. Multimetr yordamida PIC quvvat pimi (PIN1) va vint terminalidagi er orasidagi kuchlanishni o'lchang. Mening aniq qiymatim 5,1 volt edi. Bu qiymatni bu erga kiriting. supply_ratio Besleme zo'riqishining bo'linishi 100K va 10K qarshilikdan iborat. Nazariy jihatdan, teskari aloqa besleme zo'riqishining 11 ga bo'linishiga teng bo'lishi kerak (5 -jadvalga qarang. Ta'minot kuchlanishining teskari aloqa tarmog'i hisob -kitoblari). Amalda, rezistorlar har xil toleranslarga ega va aniq qiymatlar emas. Aniq teskari aloqa nisbatini topish uchun: 1. Vintli terminallar orasidagi besleme zo'riqishini o'lchang. 2. PIC pin 7 va vintli terminalda er orasidagi teskari aloqa kuchlanishini o'lchang. 3. Aniq nisbatni olish uchun Supply V ni FB V ga bo'ling. Bundan tashqari, "Jadval 6. Ta'minot kuchlanishining teskari aloqa sozlamalari" dan foydalanishingiz mumkin. osc_freq Shunchaki osilator chastotasi. Men 12F683 ichki 8 MGtsli osilatorni ishlataman, shuning uchun 8 qiymatini kiritaman. L_Ipeak Bu qiymatni olish uchun uH indüktator bobini maksimal uzluksiz amperga ko'paytiring. Misolda 22r104C - 100uH lasan.67amp doimiy. 100*.67 = 67. Bu erda qiymatni ko'paytirish bitta 32 bitli suzuvchi nuqtali o'zgaruvchini va hisobni yo'q qiladi, aks holda bu PICda bajarilishi kerak edi. Bu qiymat "1 -jadval: Yuqori kuchlanishli elektr ta'minoti uchun lasan hisoblari" da hisoblab chiqilgan. fb_value - bu yuqori kuchlanish chiqishi kerakli darajadan yuqori yoki pastligini aniqlash uchun PIC ishlatadigan haqiqiy tamsayı. 3 -jadvaldan foydalanib, chiziqli trimmer markaziy holatda bo'lganida, HV chiqishi va teskari aloqa voltaji o'rtasidagi nisbatni aniqlang. Markaziy qiymatdan foydalanish har ikki tomonni sozlash xonasini beradi. Keyin, fb_value ni aniqlash uchun, "Jadval 4. Yuqori kuchlanishli teskari aloqa ADC sozlamalari qiymati" ga bu nisbatni va aniq kuchlanish ma'lumotingizni kiriting. Ushbu qiymatlarni topgandan so'ng, ularni kodga kiriting va kompilyatsiya qiling. HEX -ni PIC -ga yozing va siz borishga tayyormiz! Yodda tuting: EEPROM bayt 0 - bu jurnal yozish ko'rsatgichi. Yangi rasmda 1 baytga kirishni boshlash uchun uni 1 ga o'rnating. Kalibrlash tufayli FET va induktor hech qachon qizib ketmasligi kerak. Shuningdek, induktor bobinidan jiringlash ovozini eshitmaslik kerak. Bu ikkala shart ham kalibrlash xatoligini ko'rsatadi. Muammo qaerda bo'lishi mumkinligini aniqlash uchun EEPROM -dagi ma'lumotlar jurnalini tekshiring.

6 -qadam: yaxshilanishlar

Bir nechta narsalarni yaxshilash mumkin:

1. Topraklama yo'li yaxshiroq bo'lishi uchun vintli terminalni FETga yaqinroq joylashtiring. 2. Ta'minot izini kondansatkichlarga va induktorga yog'lang. 3. Batareyalarning ishlashini yaxshilash uchun 7 voltdan kam kuchlanish manbasini (7805 chiqishi 5 voltdan pastda) barqaror kuchlanish moslamasini qo'shing. 4. EEPROM -ning yuqori 55 baytidan foydalanib, foydasiz ma'lumotlarning bir qismini yozib oling - umumiy ish vaqti, haddan tashqari yuklanish hodisalari, min/max/o'rtacha yuk. -ian-ko'rsatmalari-at-viseis-nuqta-com