Viackanálový laboratórny zdroj 0-30V/3A s digitálnym riadením a predregulátorom

Laboratórny napájací zdroj sa skladá z troch hlavných blokov: riadiaceho modulu s užívateľským interface (oranžový blok) a analógových modulov zdroja (modrý blok). Každý analógový regulátor získava referenčné napätie zo svojho riadiaceho plug-in modulu (zelený blok). Tento zabezpečuje aj meranie aktuálneho výstupného napätia a prúdu a funkciu elektronickej poistky. Koncepcia zdroja je navrhnutá tak, aby k riadiacej jednotke bolo možné pripojiť jeden až štyri galvanicky oddelené kanály zdroja. Jednotlivé výstupy je možné zapájať do série. Predregulátor udržuje na lineárnom stabilizátore konštantný úbytok napätia, čo výrazne znižuje tepelné straty. Jeden kompletný kanál zdroja v najnepriaznivejšom pracovnom bode uvoľňuje maximálne 15 W stratového výkonu, takže na chladenie stačia len malé pasívne chladiče.

Plug-in modul

Plug-in modul zabezpečuje generovanie referenčných napätí UREF, IREF (rozsah 0 - 2.048 V), meranie skutočného výstupného napätia UMEAS, prúdu IMEAS a ovládanie relé. Plug-in modul prijíma každých ca. 400 ms telegram s nastaveniami pre analógovú dosku a zároveň meria a posiela namerané údaje do riadiaceho modulu.

Podrobná schéma zapojenia a osadzovací plán plug-in modulu.

Software zdrojový kód (Arduino) a skompilovaný hex

Mikrokontrolér typu ATmega328 je zapojený ako samostatný čip s externým 16MHz kryštálom. Software sa do plug-in modulu nahráva ISP programátorom, je nutné správne nastaviť poistky. Príklad príkazového riadoku pre flashnutie firmware cez Arduino ako ISP programátor:

avrdude -v -patmega328 -cstk500v1 -P/dev/cu.SLAB_USBtoUART -b19200 -F -U lfuse:w:0xFF:m -U hfuse:w:0xDE:m -U efuse:w:0x05:m -Uflash:w:/var/folders/zdroj_plugin_v2.cpp.hex:i

Verzia V2 programu obsluhuje plug-in modul a poskytuje bežnú funkcionalitu.

Otvorené položky, ktoré by bolo vhodné doprogramovať:

• doplniť obsluhu prúdovej poistky cez pin-change prerušenie. V súčasnej verzii sa stav poistky číta len v hlavnej slučke programu
• doplniť dithering výstupu riadenia napätia DA prevodníka. Osadený čip má rozlíšenie 12 bitov, t.j. regulácia napätia má rozlíšenie ca. 8mV/LSB. Dithering zo štyroch vzoriek ho zníži na 2mV/LSB

Riadiaci modul

K riadiacej jednotke je možné pripojiť jeden až štyri galvanicky oddelené moduly napájacieho zdroja. Riadiaca jednotka obsahuje LCD displej 20x4 znakov, ovládacie prvky a USB interface pre pripojenie k externému PC.

Podrobná schéma zapojenia a osadzovací plán riadiaceho modulu.

Podrobný popis funkcionality a komunikačného protokolu.

Základná verzia software d.v. zdrojový kód (Arduino). Otvorené položky, ktoré by bolo vhodné doprogramovať:

• implementácia encodera je veľmi jednoduchá, správa sa ako viacotáčkový potenciometer. Napätie aj prúd sa reguluje s fixným krokom 0.1V resp. 0.1A.
• kurzor na displeji
• doplniť zápis poslednej zadanej hodnoty nastavenia do EEPROM, aby sa zdroj po zapnutí vždy naštartoval s poslednou použitou konfiguráciou

Doplnená verzia software od Martina Eršeka, ktorá implementuje všetku vyššie spomenutú funkcionalitu zdrojový kód (Arduino)

Modul zdroja

Modul zdroja realizuje samotnú funkciu napájacieho zdroja.

Návrh plošného spoja od viacerých autorov:

Referencia DV	plošný spoj	osadzovací predpis top	osadzovací predpis bottom
Matej Pončák, víťaz kategórie A	plošný spoj	osadzovací predpis top	osadzovací predpis bottom
Miroslav Chalko, 2. miesto kategória A	plošný spoj	osadzovací predpis top	osadzovací predpis bottom
Michal Sejč, víťaz kategórie B	plošný spoj	osadzovací predpis top	osadzovací predpis bottom
Juraj Tvarožek, 2. miesto kategória B	plošný spoj	osadzovací predpis top	osadzovací predpis bottom

Kontakt: daniel.valuch@cern.ch