ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ 0.8-24В 50 ВАТТ

Внешний вид

Устройство собрано модульно (в корпусе от картриджа HP размером 100х75х55):

1. Основная плата со своим импульсным стабилизатором напряжения 5 вольт на MC34063 и схема измерения напряжения и тока на Atmega8 с индикацией на трехразрядных светодиодным индикаторах (ОК и ОА, в архиве обе прошивки VA_Atm8+_CC.hex и VA_Atm8+_CA.hex соответственно).
2. Выпрямитель с импульсным регулируемым понижающим преобразователем на  MP1584 (входное 28В и выходное 0.8..25В, с небольшой переделкой), возможно применение преобразователя на LM2576 готового модуля или самодельного, печатка в архиве (при этом диапазон напряжений для этого вольтметра будет 1.20..37.0В). Схема и плата такого варианта есть в архиве. При этом нужно учитывать, что у LM2576, LM2596 входное и выходное напряжение 40В и 37В, у LM2576HV 57В и 60В, а минимальное напряжение у всех перечисленных DC-DC 1,2В. В архиве есть все варианты прошивок для токов и напряжений, в зависимости от примененного DC-DC преобразователя и для всех вариантов индикаторов. Необходимо также подобрать входной делитель (R2), чтобы максимальные показания были почти в верхнем положении ползунка подстроечного резистора RV4.
3. Импульсный блок питания для галогенных ламп 60 Ватт ZORN. Его придется немного модифицировать, как это сделать я расскажу позже. Возможно применение более мощного блока электронного трансформатора или обычного трансформатора, в последнем случае необходимо заменить высокочастотные диоды D1-D4 на обычный диодный мост.

В корпусе (крышке) прорезается окно под светодиодные индикаторы и колодка для подключения нагрузки, сбоку высверливается отверстие под регулятор напряжения. Вставляется плата индикации и измерения, закрепляется несколькими каплями термоклея. Плата изнутри прикрывается защитной пластинкой из электрокартона или пластика, вырезанного по размерам платы. На нее устанавливается плата выпрямителя с регулируемым преобразователем. Светодиодные индикаторы прикрываются прозрачным светофильтром. Сзади второй половинки картриджа (донышке) сверлится отверстие под сетевой шнур и дремелем вырезается прямоугольное окно под выключатель. Затем крепится плата электронного трансформатора несколькими каплями термоклея. Обе половинку картриджа скрепляются металлическими пластинами размером 6х25 с резьбовыми отверстиями под винтики с утопающей головкой М3х12.

Схема

            Шунт для амперметра от китайского вольтметра BT830 или BT890. Напряжение, пропорциональное току усиливается операционным усилителем на LM358 и далее поступает на АЦП7 контроллера Atmega8. Измеряемое напряжение через делитель поступает на другой вход АЦП6.  В обоих каналах предусмотрена подстройка с помощью многооборных резисторов выводимой информации (подстройка тока и напряжения). Для повышения точности измерения  тока до единиц миллиампер и напряжения до милливольт,  применен оверсемплинг с фильтрацией напряжения от случайных помех (всего 64 замера приблизительно через 1 миллисекунду, сортируются пузырьковым методом и суммируются 16 средних значений, а делятся только на четыре). Затем уже отфильтрованная с дополнительными двумя разрядами величина поступает на фильтр Кальмана. Такая двойная фильтрация позволяет измерять даже импульсное напряжение, при этом показания стабильны и не «прыгают». Вольтметр имеет два автоматических режима измерения 0,00...9,99В и 10,0...30,0В, амперметр имеет один режим измерения 0,00...3,00А.  Индикаторы работают в прерывании микроконтроллера TIMER0 и мерцания вообще не заметно. В момент каждого прерывания подсвечивается только один разряд и продолжает подсвечивать это знакоместо до следующего прерывания. Можно сделать, что будут подсвечиваться парно первый разряд первого и второго индикатора, затем второй LCD1 и LCD2 и т.д., но тогда нужно отказаться от двух пределов измерения вольтметра, так как запятые будут синхронны для обоих индикаторов. Программа с оптимизацией по скорости занимает в памяти микроконтроллера всего чуть более 28%. Возможно добавить звуковую или светодиодную сигнализацию при превышении мощности и тока. У контроллера остались свободные ноги,  возможно измерять температуру внутри корпуса и при превышении определенного порога отключать DC-DC преобразователь.

Типовая схема электронного трансформатора

            Переделка схемы занимает немного времени. Увеличиваем количество витков на вторичной обмотке трансформатора Т2. Можно простым продеванием провода ПЭД 0.8-1.2 около 40 витков. Включаем трансформатор с нагруженной лампой на 24В и замеряем напряжение, оно должно быть порядка 20 вольт или сматываем вторичку, считая витки, и наматываем новый провод (количество витков должно быть в два раза больше деленное на 1.2). На плате выпаиваются концы обмотки обратной связи и вместо нее устанавливается перемычка, прямо на плате. Затем на трансформаторе Т1 многожильным проводом делается 1 виток простым продеванием, затем не разрезая провод делаем 1-2 витка на Т2 и в разрыв концов впаиваем резистор 5-10 Ом 1 Вт. Затем подпаиваем электролитический конденсатор 47-100 мкФ на 400В к выходу диодного моста, где обозначены + и -. Желательно также транзисторы 13003 поменять на 13007, 13009. Можно на транзисторы закрепить небольшие пластинчатые изоляторы из алюминия на каждый транзистор или общий        через изолирующие прокладки. Достоинством этого импульсного блока питания является то, что он не боится кратковременных коротких замыканий на выходе и малые размеры. На этом переделка электронного трансформатора закончена и можно переходить к следующему этапу.

Внешний вид, переделанного электронного трансформатора

Готовый импульсный понижающий преобразователь напряжения на  MP1584

Схема регулятора напряжения на плате с готовым модулем на MP1584

Готовая плата с модулем на MP1584

            Модуль подвергается небольшой переделке. Выпаивается подстроечный резистор и вместо его впаивается переменный резистор на 200 кОм. Если не предполагается изготавливать плату под этот модуль, можно поступить проще. Прямо на готовую плату с МР1584 к средним выводам Vin-, Vin+ и Vout-, Vout+ подпаять конденсаторы на 33-330 мкФ 50-68В.

Готовый импульсный преобразователь на LM2596

            Здесь тоже нужна небольшая переделка. Выпаивается подстроечный резистор, на плате его уже нет (слева, внизу три контактные площадки) и вместо его впаивается переменный резистор того же номинала. Обычно 10 кОм.

Схема самодельного регулятора напряжения на LM2576

Печатная плата самодельного регулятора напряжения на LM2576

3D вид печатной платы регулятора на LM2576

(плата в этот раз не изготавливалась, в связи с отсутствием LM2576, в наличии только LM2575, но они слабее)

            Контроллер прошивался самодельным программатором AVRISP.

            Перед этим необходимо сделать самодельный переходник. Берем разъем ВН-10 вилку и подпаиваем проводки к VCC, GND, MISO, MOSI, SCK.

Устройство во время отладки и прошивки.

Припаяны провода от самодельного переходника ISP разъема.

Контроллер прошивается в среде CodeVisionAVR.

Фьюзы выставляются согласно рисунку. Возможно использовать WinAVR, выставив внутренний генератор 8 мГц. Остальное как есть.

Или в любой программе для прошивки (AVRDude), выставив фьюзы,

согласно этому рисунку.

            Для наладки подключаем к выходу блока питания резистор, например 10 Ом 10 Ватт 1%  и мультиметр в режиме измерения напряжения, предел 20В. Выставляем напряжение 1В и подстроечным резистором RV4 добиваемся показаний 1.00 В. Затем резистором RV3 устанавливаем показания 0.10А. Проверяем для других напряжений 5В - 0,5А, 10В - 1А. Такой калибровки для указателя напряжения и тока для блока питания достаточно. Далее проверять не следует, задымится резистор нагрузки. У меня подключен 5.6 Ом 5% 7Вт.

В ходе экспериментов, я заменил преобразователь на LM2576 преобразователем на МР1584, не посмотрев, что на нем не распаяны электролиты. Показания слегка стали подергиваться и я сразу схватился за усовершенствование программы. Сделал побольше временные задержки перед замерами и уменьшил коэффициент в фильтре Кальмана. При этом на изменения напряжения блока, показания реагировали лениво, несколько секунд, но замирали и стояли, как вкопанные и соответствовали показаниям мультиметра. Только после этого я догадался взглянуть осциллографом на выходе блока (параллельно нагрузке) и ужаснулся. На выходе была сплошная переменка. Электронный трансформатор лупил на 50 кГц и я видел удвоенную частоту в 100 кГц. После подпаивания сглаживающих конденсаторов, все встало на свои места и я вернул в программе прежние величины, откомпилировал и прошил заново. Все перечисленные выше модули я покупал на EBay да и остальные радиодетали тоже. Обычно заказываю десятками, для меня такого количества достаточно и выходит дешевле. Например, готовый модуль MP1585 обошелся мне около 4$ за десяток. LM2576 вообще копеечные, но лучше заказывать LM2596, т.к. у последних выше частота преобразования и потребуется дроссель меньшей индуктивности. SMD резисторы и конденсаторы нужно брать упаковками по 500-1000 штук разных номиналов.

Литература:

1. Atmega 8 datasheet в формате PDF
2. LM358 datasheet в формате PDF
3. LM2576-LM2596 datasheets в формате PDF
4. MP1584EN datasheet в формате PDF
5. AVR121: Enhancing ADC resolution by oversampling в формате PDF 

Полная документация в zip архиве https://depositfiles.com/files/kfll4zuw4