Construyendo una fuente de alimentación de banco controlada digitalmente usando un AVR

Hay dos formas posibles de ir aquí: regulador lineal frente a conmutador , también conocido como SMPS (fuente de alimentación en modo de interruptor).

Lineal
Esta es la solución de la vieja escuela, y para una fuente de alimentación variable tiene un gran inconveniente: disipación de potencia . Si tiene un voltaje de entrada lo suficientemente alto como para suministrar una salida de 25 V (por ejemplo, 27 V), tendrá que disipar una gran cantidad de energía si su salida está configurada a 1 V y dibuja 1A. Disipación: 26V x 1A = 26W. No hay nada en contra de los reguladores integrados como el LM317 . Esto puede proporcionar 1.5A de 1.2V a más de 30V. El LM317 funciona al configurar su voltaje de salida a 1.2 V más alto que su entrada adj . Así que todo lo que tiene que hacer es tomar un DAC y colocar su salida en la entrada adj del LM317. La mayoría de los DAC no generan altos voltajes como 30 V, pero esto se puede lograr colocando un amplificador simple entre DAC y LM317:

Sobreladisipacióninterna.ElLM317existeenelantiguopaqueteTO-3,que,cuandosemontaenundisipadordecalordecente,permitiráunadisipacióndeunaspocasdecenasdevatios.Peropuedeshacerlomenosdesperdiciado.Sitieneuntransformadorconvariastomasparadiferentesvoltajes,puedecambiarlosrelésentrevoltajesdeentradadependiendodelvoltajedesalidarequerido.Esoesalgoquesepuedehacerautomágicamente,yaque,despuésdetodo,estásusandounmicrocontrolador.

Paracontrolarlalimitacióndecorriente,puedeutilizarmedicióndecorrientedelladoalto:

Puede utilizar un ADC para convertir el valor analógico medido a digital, y compararlo en el microcontrolador con un valor establecido; Si supera este valor, puede desactivar la salida. Tendría que reiniciar la fuente de alimentación para activarlo de nuevo, ya que esto no funcionará automáticamente porque oscilaría entre el apagado y la sobrecarga.
Alternativamente, puede hacer la limitación actual fuera del microcontrolador, utilizando un comparador para comparar el valor medido con un valor establecido (salida de un segundo DAC). Luego, el comparador puede reducir la entrada adj del LM317 cuando hay una sobrecarga.

SMPS
Una solución SMPS en general tiene una eficiencia mucho mayor que un regulador lineal, pero siempre está optimizada para cierta tensión de entrada y salida y una corriente de salida determinada. Si usa un SMPS con una salida variable, la eficiencia puede ser de hasta el 90% para el voltaje de salida óptimo, pero desciende al 60% o menos a voltajes de salida muy bajos. El diseño de PCB también es crítico, tanto para la eficiencia como para la interferencia electromagnética (interferencia electromagnética).

Especialmente si puedes encontrar un transformador con varias salidas, optaría por el enfoque lineal.

editar
Como no tiene mucha práctica con la electrónica analógica, creo que es mejor comenzar con una placa de microcontrolador y desarrollarla paso a paso. Arduino es la palabra del día, pero no sé cómo están los análogos dentro y fuera.
Dice con razón que la interfaz de usuario del tux-dingus deja mucho que desear. Yo usaría un codificador rotatorio para establecer el voltaje. Podría hacerlo dinámico, es decir, pasos finos al girar lentamente, y pasos más grandes al girar rápido. Puede usar un segundo codificador para configurar el limitador de corriente, o usar el mismo, y cambiar entre los modos presionando (la mayoría de los codificadores giratorios se combinan con un botón). De esta manera y con un DAC ya puedes crear una tensión analógica; esto facilitará el siguiente paso de traer las partes de poder real.

Aquí es una forma más sofisticada de hacerlo, y Más información de diseño está disponible. No necesitarás la corrección del factor de potencia con tu nivel de potencia inferior. Puede obtener más información en los foros de Microchip.

Si tiene un regulador con un voltaje de referencia fijo, puede ajustar el voltaje de salida simplemente usando un potenciómetro programable. Por ejemplo, un MAX5387LAUD + le permitirá variar la resistencia entre 0 y 10k en 256 pasos utilizando el control I2C. El control I2C es fácil de emitir desde la parte AVR, especialmente si se usa el IDE de Arduino con la biblioteca Wire. Con una resistencia de 250 ohmios entre la salida y la referencia, y el potenciómetro entre la referencia y el suelo, terminará con un rango de 1.25 a 26.5 voltios, suponiendo que el regulador puede llegar tan lejos y que pueda enfriarlo. Además: es una pieza de montaje en superficie, por lo que tendrás que soldarlo con el estilo de "bichos muertos" o hacer una PCB.

enlace

Para la medición de corriente, usted desea medir la caída de voltaje en una resistencia muy pequeña y muy precisa. Algo como 0.1 Ohm, o incluso 0.03 Ohm (aunque las pérdidas en las uniones de soldadura comienzan a ser un problema allí ...) La caída, en Ohms, es I-veces-R, por lo que 0.1 voltios por 1 amperio en 0.1 Ohms, que se disipará 0,1 vatios. Use una resistencia de 5 vatios y sea capaz de ir a 7 amperios :-) (La potencia en vatios es I-cuadrada-R). Debido a que la caída es pequeña, es posible que desee una opamp a través de la resistencia con algunos múltiplos para que sea más fácil de medir usando una analógico en el AVR. Si encuentra que el amperaje extraído es más alto de lo que desea, reduce el voltaje hasta que está dentro del límite. Puede hacer esto con la electrónica analógica, para una respuesta ultrarrápida, o utilizando un bucle de control en el AVR, si lo ejecuta lo suficientemente rápido.

Hace un tiempo, estaba pensando exactamente en el mismo camino que usted, hasta que especifiqué todo lo que se necesitaría para construir un suministro sólido, confiable y seguro con los tres rieles y la cantidad de voltaje / corriente que quisiera en un Caja robusta - y luego dije "atorníllalo" y compré un suministro barato de tres raíles desde China :-)

Hasta ahora está funcionando bien, y puedo continuar con los proyectos en los que realmente quiero trabajar.