डिजिटल नियंत्रित रैखिक बिजली की आपूर्ति: 6 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

लगभग ४० साल पहले, मेरी किशोरावस्था में, मैंने एक दोहरी रैखिक बिजली आपूर्ति बनाई। मुझे 'एलेक्टूर' नामक एक पत्रिका से योजनाबद्ध आरेख मिला, जिसे आजकल नीदरलैंड में 'एलेक्टोर' कहा जाता है। इस बिजली आपूर्ति में वोल्टेज समायोजन के लिए एक पोटेंशियोमीटर और वर्तमान समायोजन के लिए एक का उपयोग किया गया था। कई वर्षों के बाद ये पोटेंशियोमीटर सही ढंग से काम नहीं कर रहे थे जिससे एक स्थिर आउटपुट वोल्टेज प्राप्त करना मुश्किल हो गया। यह बिजली आपूर्ति चित्र में दिखाई गई है।

इस बीच मैंने पीआईसी माइक्रोकंट्रोलर और जेएएल प्रोग्रामिंग भाषा का उपयोग करते हुए अपने शौक के हिस्से के रूप में एम्बेडेड सॉफ्टवेयर विकास को उठाया। चूंकि मैं अभी भी अपनी बिजली आपूर्ति का उपयोग करना चाहता हूं - हां आप आजकल सस्ता स्विच मोड वेरिएंट खरीद सकते हैं - मुझे पुराने पोटेंशियोमीटर को डिजिटल संस्करण से बदलने का विचार आया और इसलिए एक नई पीआईसी परियोजना का जन्म हुआ।

बिजली की आपूर्ति के वोल्टेज को समायोजित करने के लिए मैं एक PIC 16F1823 माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग कर रहा हूं जो निम्नानुसार 6 पुश बटन का उपयोग करता है:

• बिजली की आपूर्ति को पूरी तरह से चालू या बंद करने की आवश्यकता के बिना आउटपुट वोल्टेज को चालू या बंद करने के लिए एक पुश बटन
• आउटपुट वोल्टेज बढ़ाने के लिए एक पुश बटन और आउटपुट वोल्टेज को कम करने के लिए दूसरा पुश बटन
• प्रीसेट के रूप में उपयोग किए जाने वाले तीन पुश बटन। एक निश्चित आउटपुट वोल्टेज सेट करने के बाद, इन प्रीसेट पुश बटन का उपयोग करके सटीक वोल्टेज को संग्रहीत और पुनर्प्राप्त किया जा सकता है

बिजली की आपूर्ति 2.4 वोल्ट और 18 वोल्ट के बीच अधिकतम 2 एम्पीयर की धारा के साथ वोल्टेज को आउटपुट करने में सक्षम है।

चरण 1: प्रारंभिक डिजाइन (संशोधन 0)

मैंने मूल योजनाबद्ध आरेख में कुछ संशोधन किए ताकि इसे डिजिटल पोटेंशियोमीटर से नियंत्रित करने के लिए उपयुक्त बनाया जा सके। चूंकि मैंने अतीत में वर्तमान समायोजन के लिए मूल पोटेंशियोमीटर का उपयोग कभी नहीं किया था, इसलिए मैंने इसे हटा दिया और इसे एक निश्चित अवरोधक से बदल दिया, अधिकतम धारा को 2 एम्पीयर तक सीमित कर दिया।

योजनाबद्ध आरेख पुराने लेकिन विश्वसनीय LM723 वोल्टेज नियामक के आसपास निर्मित बिजली की आपूर्ति को दर्शाता है। मैंने इसके लिए एक प्रिंटेड सर्किट बोर्ड भी बनाया। LM723 में एक वर्तमान सीमित सुविधा और एक विस्तृत वोल्टेज रेंज के साथ एक तापमान मुआवजा संदर्भ वोल्टेज है। LM723 का संदर्भ वोल्टेज डिजिटल पोटेंशियोमीटर में जाता है, जिसमें से वाइपर LM723 के गैर-इनवर्टिंग इनपुट से जुड़ा होता है। डिजिटल पोटेंशियोमीटर का मान 10 kOhm है और इसे 3 वायर सीरियल इंटरफ़ेस का उपयोग करके 100 चरणों में 0 ओम से 10 kOhm तक बदला जा सकता है।

इस बिजली आपूर्ति में एक डिजिटल वोल्ट और एम्पीयर मीटर है जो 15 वोल्ट वोल्टेज नियामक (आईसी 1) से अपनी शक्ति प्राप्त करता है। इस 15 वोल्ट का उपयोग 5 वोल्ट वोल्टेज नियामक (आईसी5) के इनपुट के रूप में भी किया जाता है जो पीआईसी और डिजिटल पोटेंशियोमीटर को शक्ति प्रदान करता है।

ट्रांजिस्टर T1 का उपयोग LM723 को बंद करने के लिए किया जाता है जो आउटपुट वोल्टेज को 0 वोल्ट तक लाता है। पावर रेसिस्टर R9 का उपयोग करंट को मापने के लिए किया जाता है, जिससे करंट प्रवाहित होने पर रेसिस्टर पर वोल्टेज गिर जाता है। इस वोल्टेज ड्रॉप का उपयोग LM723 द्वारा अधिकतम आउटपुट करंट को 2 एम्पीयर तक सीमित करने के लिए किया जाता है।

इस प्रारंभिक डिजाइन में इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर और पावर ट्रांजिस्टर (टाइप 2N3055) बोर्ड पर नहीं हैं। मेरे मूल डिजाइन में कई साल पहले इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर एक अलग बोर्ड पर था इसलिए मैंने उसे रखा। पावर ट्रांजिस्टर को बेहतर कूलिंग के लिए कैबिनेट के बाहर कूलिंग प्लेट पर लगाया जाता है।

पुश बटन कैबिनेट के फ्रंट पैनल पर हैं। प्रत्येक पुश बटन को बोर्ड पर 4k7 प्रतिरोधों द्वारा उच्च खींचा जाता है। पुश बटन जमीन से जुड़े होते हैं जो उन्हें कम सक्रिय बनाता है।

इस परियोजना के लिए आपको निम्नलिखित इलेक्ट्रॉनिक घटकों की आवश्यकता है (संशोधन 2 भी देखें):

• 1 पीआईसी माइक्रोकंट्रोलर 16F1823
• 10k का 1 डिजिटल पोटेंशियोमीटर, टाइप करें X9C103
• वोल्टेज नियामक: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• ब्रिज रेक्टिफायर: B80C3300/5000
• ट्रांजिस्टर: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• डायोड: 2 * 1N4004
• इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर: 1 * 4700 यूएफ / 40 वी, 1 * 4.7 यूएफ / 16 वी
• सिरेमिक कैपेसिटर: 1 * 1 एनएफ, 6 * 100 एनएफ
• प्रतिरोधक: 1* 100 ओम, 1* 820 ओम, 1 * 1k, 2 * 2k2, 8 * 4k7
• पावर रेसिस्टर: 0.33 ओम / 5 वाट

मैंने एक मुद्रित सर्किट बोर्ड भी डिज़ाइन किया है जो संलग्न स्क्रीनशॉट और चित्र में दिखाया गया है।

चरण 2: संशोधित डिजाइन (संशोधन 2)

मुद्रित सर्किट बोर्डों का आदेश देने के बाद मुझे एक विशेषता जोड़ने का विचार आया जिसे मैं 'वोल्टेज संरक्षण' कहता हूं। चूँकि मेरे पास अभी भी PIC में बहुत सारी प्रोग्राम मेमोरी उपलब्ध थी, इसलिए मैंने आउटपुट वोल्टेज को मापने के लिए PIC के बिल्ट-इन एनालॉग टू डिजिटल कन्वर्टर (ADC) का उपयोग करने का निर्णय लिया। यदि यह आउटपुट वोल्टेज - किसी भी कारण से - ऊपर या नीचे जाता है, तो बिजली की आपूर्ति बंद हो जाती है। यह कनेक्टेड सर्किट को ओवर वोल्टेज से बचाएगा या किसी शॉर्ट सर्किट को रोक देगा। यह संशोधन 1 था जो प्रारंभिक डिजाइन संशोधन 0 का विस्तार है।

हालाँकि मैंने ब्रेडबोर्ड का उपयोग करके डिज़ाइन का परीक्षण किया (चित्र देखें), फिर भी मैं इससे खुश नहीं था। कभी-कभी ऐसा लगता था कि डिजिटल पोटेंशियोमीटर हमेशा एक ही स्थिति में नहीं होता, उदा। एक पूर्व निर्धारित मूल्य की वसूली करते समय। अंतर छोटा था लेकिन परेशान करने वाला था। पोटेंशियोमीटर का मान पढ़ना संभव नहीं है। कुछ विचार के बाद मैंने एक संशोधन 2 बनाया जो संशोधन 1 का एक छोटा सा नया स्वरूप है। इस डिज़ाइन में, योजनाबद्ध आरेख संशोधन 2 देखें, मैंने डिजिटल पोटेंशियोमीटर का उपयोग नहीं किया था, लेकिन मैंने अंतर्निहित डिजिटल से एनालॉग कनवर्टर (DAC) का उपयोग किया था। LM723 के माध्यम से आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए PIC। एकमात्र समस्या यह थी कि PIC16F1823 में केवल 5-बिट DAC है जो पर्याप्त नहीं था क्योंकि ऊपर और नीचे के चरण बहुत बड़े होंगे। उसके कारण मैंने एक PIC16F1765 पर स्विच किया जिसमें बोर्ड पर 10-बिट DAC है। DAC वाला यह संस्करण विश्वसनीय था। मैं अभी भी प्रारंभिक मुद्रित सर्किट बोर्ड का उपयोग कर सकता था क्योंकि मुझे केवल कुछ घटकों को हटाने, 1 संधारित्र को बदलने और 2 तारों को जोड़ने की आवश्यकता है (संशोधन 1 की वोल्टेज पहचान सुविधा को जोड़ने के लिए 1 तार पहले से ही आवश्यक था)। मैंने बिजली अपव्यय को सीमित करने के लिए 15 वोल्ट नियामक को 18 वोल्ट संस्करण में भी बदल दिया। संशोधन 2 का योजनाबद्ध आरेख देखें।

इसलिए यदि आप इस डिज़ाइन के लिए जाना चाहते हैं तो आपको संशोधन 0 की तुलना में निम्नलिखित कार्य करने होंगे:

• PIC16F1823 को PIC16F1765. से बदलें
• वैकल्पिक: 78L15 को 78L18. से बदलें
• डिजिटल पोटेंशियोमीटर टाइप X9C103. निकालें
• प्रतिरोधों R1 और R15. को हटा दें
• इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर C5 को 100 nF. के सिरेमिक कैपेसिटर से बदलें
• IC4 पिन 13 (PIC) से IC2 पिन 5 (LM723) के बीच संबंध बनाएं
• IC4 पिन 3 (PIC) से IC2 पिन 4 (LM723) के बीच संबंध बनाएं

मैंने प्रिंटेड सर्किट बोर्ड को भी अपडेट किया लेकिन इस संस्करण को ऑर्डर नहीं किया, स्क्रीनशॉट देखें।

चरण 3: (डिस) विधानसभा

तस्वीर में आप अपग्रेड से पहले और बाद में बिजली की आपूर्ति देखते हैं। पोटेंशियोमीटर द्वारा बनाए गए छिद्रों को कवर करने के लिए मैंने कैबिनेट के फ्रंट पैनल के ऊपर एक फ्रंट पैनल जोड़ा। जैसा कि आप देख सकते हैं कि मैंने दोहरी बिजली आपूर्ति की थी जहां दोनों बिजली आपूर्ति एक दूसरे से पूरी तरह से स्वतंत्र हैं। इससे मुझे 18 वोल्ट से अधिक आउटपुट वोल्टेज की आवश्यकता होने पर उन्हें श्रृंखला में रखना संभव हो जाता है।

मुद्रित सर्किट बोर्ड के कारण इलेक्ट्रॉनिक्स को इकट्ठा करना आसान था। याद रखें कि बड़े इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर और पावर ट्रांजिस्टर प्रिंटेड सर्किट बोर्ड पर नहीं होते हैं। फोटो से पता चलता है कि संशोधन 2 के लिए कुछ घटकों की अब आवश्यकता नहीं है और 2 तारों की आवश्यकता थी, एक वोल्टेज डिटेक्शन फीचर को जोड़ने के लिए और दूसरा पीआईसी माइक्रोकंट्रोलर के डिजिटल से एनालॉग कन्वर्टर द्वारा डिजिटल पोटेंशियोमीटर के प्रतिस्थापन के कारण।

बेशक आपको एक ऐसा ट्रांसफॉर्मर चाहिए जो 18 वोल्ट एसी, 2 एम्पीयर की आपूर्ति करने में सक्षम हो। अपने मूल डिजाइन में मैंने एक रिंग कोर ट्रांसफॉर्मर का उपयोग किया क्योंकि वे अधिक कुशल (लेकिन अधिक महंगे भी) हैं।

चरण 4: संशोधन के लिए सॉफ्टवेयर 0

सॉफ्टवेयर निम्नलिखित मुख्य कार्य करता है:

• डिजिटल पोटेंशियोमीटर के माध्यम से बिजली आपूर्ति के आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित करना

• पुश बटन की विशेषताओं को संभालें, जो हैं:

  • बिजली चालू / बंद। यह एक टॉगल फ़ंक्शन है जो आउटपुट वोल्टेज को 0 वोल्ट या अंतिम चयनित वोल्टेज पर सेट करता है
  • वोल्टेज ऊपर/वोल्टेज नीचे। बटन पर प्रत्येक धक्का के साथ वोल्टेज थोड़ा ऊपर या थोड़ा नीचे चला जाता है। जब ये पुश बटन दबाए जाते हैं तो रिपीट फंक्शन सक्रिय हो जाता है
  • प्रीसेट स्टोर/प्रीसेट पुनर्प्राप्त करें। किसी भी वोल्टेज सेटिंग को कम से कम 2 सेकंड के लिए प्रीसेट पुश बटन दबाकर PIC के EEPROM में स्टोर किया जा सकता है। इसे छोटा दबाने से उस प्रीसेट के लिए EEPROM मान प्राप्त होगा और तदनुसार आउटपुट वोल्टेज सेट करेगा

चालू होने पर, PIC के सभी पिन इनपुट के रूप में सेट होते हैं। यह रोकने के लिए कि बिजली की आपूर्ति के आउटपुट में एक अपरिभाषित वोल्टेज मौजूद है, आउटपुट 0 वोल्ट पर तब तक रहता है जब तक कि पीआईसी ऊपर और चल नहीं रहा है और डिजिटल पोटेंशियोमीटर शुरू हो गया है। यह पावर डाउन पुल-अप रेसिस्टर R14 द्वारा प्राप्त किया जाता है जो सुनिश्चित करता है कि ट्रांजिस्टर T1 LM723 को PIC द्वारा जारी किए जाने तक बंद कर देता है।

बाकी सॉफ्टवेयर स्ट्रेट फॉरवर्ड है। पुश बटन स्कैन किए जाते हैं और अगर कुछ बदलने की जरूरत है, तो डिजिटल पोटेंशियोमीटर का मान तीन तारों वाले सीरियल इंटरफ़ेस का उपयोग करके बदल दिया जाता है। ध्यान दें कि डिजिटल पोटेंशियोमीटर में सेटिंग को स्टोर करने का विकल्प भी होता है, लेकिन इसका उपयोग नहीं किया जाता है क्योंकि सभी सेटिंग्स PIC के EEPROM में संग्रहीत होती हैं। पोटेंशियोमीटर वाला इंटरफ़ेस वाइपर बैक के मूल्य को पढ़ने की सुविधा प्रदान नहीं करता है। इसलिए जब भी वाइपर को एक निश्चित मान पर प्रीसेट करने की आवश्यकता होती है, तो सबसे पहले जो किया जाता है वह वाइपर को वापस शून्य स्थिति में रखता है और उस बिंदु से वाइपर को सही स्थिति में रखने के लिए चरणों की संख्या भेजें।

यह रोकने के लिए कि EEPROM को एक बटन के प्रत्येक पुश के साथ लिखा जाता है, और इस प्रकार EEPROM के जीवनकाल को कम करते हुए, EEPROM सामग्री को पुश बटन सक्रिय नहीं होने के 2 सेकंड बाद लिखा जाता है। इसका मतलब यह है कि पुश बटन के अंतिम परिवर्तन के बाद, सुनिश्चित करें कि पावर स्विच करने से पहले कम से कम 2 सेकंड तक प्रतीक्षा करें ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि अंतिम सेटिंग संग्रहीत है। जब स्विच ऑन किया जाता है, तो बिजली की आपूर्ति हमेशा EEPROM में संग्रहीत अंतिम चयनित वोल्टेज से शुरू होगी।

संशोधन 0 के लिए पीआईसी प्रोग्रामिंग के लिए जेएएल स्रोत फ़ाइल और इंटेल हेक्स फ़ाइल संलग्न हैं।

चरण 5: संशोधन के लिए सॉफ्टवेयर 2

संशोधन 2 के लिए सॉफ्टवेयर में मुख्य परिवर्तन निम्नलिखित हैं:

• वोल्टेज डिटेक्शन फीचर को सेट होने के बाद बिजली आपूर्ति के आउटपुट वोल्टेज को मापकर जोड़ा गया था। इसके लिए PIC के ADC कन्वर्टर का उपयोग किया जाता है। एडीसी का उपयोग करते हुए, सॉफ्टवेयर आउटपुट वोल्टेज के नमूने लेता है और यदि कुछ नमूनों के बाद आउटपुट वोल्टेज सेट वोल्टेज से लगभग 0.2 वोल्ट अधिक या कम है, तो बिजली की आपूर्ति बंद कर दी जाती है।
• डिजिटल पोटेंशियोमीटर का उपयोग करने के बजाय बिजली आपूर्ति के आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए PIC के DAC का उपयोग करना। इस परिवर्तन ने सॉफ़्टवेयर को सरल बना दिया क्योंकि डिजिटल पोटेंशियोमीटर के लिए 3-वायर इंटरफ़ेस बनाने की कोई आवश्यकता नहीं थी।
• EEPROM में स्टोरेज को हाई एंड्योरेंस फ्लैश में स्टोरेज से बदलें। PIC16F1765 में बोर्ड पर EEPROM नहीं है, लेकिन गैर-वाष्पशील जानकारी संग्रहीत करने के लिए प्रोग्राम फ्लैश के एक भाग का उपयोग करता है।

ध्यान दें कि वोल्टेज डिटेक्शन प्रारंभ में सक्रिय नहीं है। पावर अप पर पुश किए जाने के लिए निम्नलिखित बटनों की जाँच की जाती है:

• पावर ऑन / ऑफ पुश बटन। अगर दबाया जाता है तो दोनों वोल्टेज डिटेक्शन फीचर बंद हो जाते हैं।
• नीचे पुश बटन। यदि दबाया जाता है तो कम वोल्टेज का पता लगाना सक्रिय होता है।
• ऊपर पुश बटन। यदि दबाया जाता है तो उच्च वोल्टेज का पता लगाना सक्रिय हो जाता है।

यह वोल्टेज डिटेक्शन सेटिंग्स हाई एंड्योरेंस फ्लैश में संग्रहीत होती हैं और जब बिजली की आपूर्ति फिर से चालू होती है तो उन्हें वापस बुला लिया जाता है।

संशोधन 2 के लिए पीआईसी प्रोग्रामिंग के लिए जेएएल स्रोत फ़ाइल और इंटेल हेक्स फ़ाइल भी संलग्न हैं।

चरण 6: अंतिम परिणाम

वीडियो में आप पावर सप्लाई रिवीजन 2 को काम करते हुए देखते हैं, यह पावर ऑन/पावर ऑफ फीचर, वोल्टेज अप/वोल्टेज डाउन और प्रीसेट के उपयोग को दिखाता है। इस डेमो के लिए मैंने बिजली की आपूर्ति के लिए एक रोकनेवाला भी जोड़ा ताकि यह दिखाया जा सके कि वास्तविक धारा प्रवाहित हो रही है और अधिकतम धारा 2 एम्पीयर तक सीमित है।

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इस निर्देश को बनाने में मज़ा लें और आपकी प्रतिक्रियाओं और परिणामों की प्रतीक्षा करें।