Alimentation linéaire à commande numérique : 6 étapes (avec images)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

À mon adolescence, il y a environ 40 ans, j'ai créé une double alimentation linéaire. J'ai obtenu le schéma de principe d'un magazine appelé « Elektuur », aujourd'hui appelé « Elektor » aux Pays-Bas. Cette alimentation utilisait un potentiomètre pour le réglage de la tension et un pour le réglage du courant. Après de nombreuses années, ces potentiomètres ne fonctionnaient plus correctement, ce qui rendait difficile l'obtention d'une tension de sortie stable. Cette alimentation est montrée dans l'image.

Entre-temps, j'ai choisi le développement de logiciels embarqués dans le cadre de mon passe-temps, en utilisant le microcontrôleur PIC et le langage de programmation JAL. Comme je veux toujours utiliser mon alimentation – oui, vous pouvez acheter des variantes à découpage moins chères de nos jours – j'ai eu l'idée de remplacer les anciens potentiomètres par une version numérique et ainsi un nouveau projet PIC est né.

Pour régler la tension de l'alimentation, j'utilise un microcontrôleur PIC 16F1823 qui utilise 6 boutons poussoirs comme suit:

• Un bouton-poussoir pour allumer ou éteindre la tension de sortie sans avoir besoin d'allumer ou d'éteindre complètement l'alimentation
• Un bouton poussoir pour augmenter la tension de sortie et un autre bouton poussoir pour diminuer la tension de sortie
• Trois boutons poussoirs à utiliser comme préréglage. Après avoir réglé une certaine tension de sortie, cette tension exacte peut être stockée et récupérée à l'aide de ces boutons poussoirs prédéfinis

L'alimentation est capable de fournir une tension comprise entre 2,4 volts et 18 volts avec un courant maximum de 2 ampères.

Étape 1: La conception initiale (révision 0)

J'ai apporté quelques modifications au schéma de principe d'origine pour le rendre apte à le contrôler avec le potentiomètre numérique. N'ayant jamais utilisé le potentiomètre d'origine pour le réglage du courant dans le passé, je l'ai retiré et remplacé par une résistance fixe, limitant le courant maximum à 2 Ampères.

Le schéma de principe montre l'alimentation, construite autour de l'ancien mais fiable régulateur de tension LM723. J'ai également créé un circuit imprimé pour cela. Le LM723 a une tension de référence compensée en température avec une fonction de limitation de courant et une large plage de tension. La tension de référence du LM723 va au potentiomètre numérique dont l'essuie-glace est connecté à l'entrée non inverseuse du LM723. Le potentiomètre numérique a une valeur de 10 kOhm et peut être modifié de 0 Ohm à 10 kOhm en 100 étapes à l'aide d'une interface série à 3 fils.

Cette alimentation a un voltmètre et ampèremètre numérique qui reçoit son alimentation d'un régulateur de tension de 15 volts (IC1). Ce 15 Volt est également utilisé comme entrée pour le régulateur de tension 5 Volt (IC5) qui alimente le PIC et le potentiomètre numérique.

Le transistor T1 est utilisé pour arrêter le LM723 qui porte la tension de sortie à 0 Volt. La résistance de puissance R9 est utilisée pour mesurer le courant, provoquant une chute de tension sur la résistance lorsque le courant la traverse. Cette chute de tension est utilisée par le LM723 pour limiter le courant de sortie maximum à 2 Ampères.

Dans cette conception initiale, le condensateur électrolytique et le transistor de puissance (type 2N3055) ne sont pas sur la carte. Dans ma conception originale d'il y a de nombreuses années, le condensateur électrolytique était sur une carte séparée, donc je l'ai gardé. Le transistor de puissance est monté sur une plaque de refroidissement à l'extérieur de l'armoire pour un meilleur refroidissement.

Les boutons poussoirs se trouvent sur le panneau avant de l'armoire. Chaque bouton-poussoir est tiré vers le haut par les résistances 4k7 de la carte. Les boutons poussoirs sont reliés à la terre, ce qui les rend actifs bas.

Vous avez besoin des composants électroniques suivants pour ce projet (voir également la révision 2):

• 1 microcontrôleur PIC 16F1823
• 1 potentiomètre numérique de 10k, type X9C103
• Régulateurs de tension: 1 * LM723, 1 * 78L15, 1 * 78L05
• Pont redresseur: B80C3300/5000
• Transistors: 1 * 2N3055, 1 * BD137, 1 * BC547
• Diodes: 2 * 1N4004
• Condensateurs électrolytiques: 1 * 4700 uF/40V, 1 * 4,7 uF/16V
• Condensateurs en céramique: 1 * 1 nF, 6 * 100 nF
• Résistances: 1* 100 Ohm, 1* 820 Ohm, 1*1k, 2*2k2, 8*4k7
• Résistance de puissance: 0.33 Ohm / 5 Watt

J'ai également conçu une carte de circuit imprimé qui est montrée dans la capture d'écran et l'image ci-jointes.

Étape 2: La conception révisée (révision 2)

Après avoir commandé les circuits imprimés, j'ai eu l'idée d'ajouter une fonctionnalité que j'appelle « protection contre la tension ». Comme j'avais encore beaucoup de mémoire de programme disponible dans le PIC, j'ai décidé d'utiliser le convertisseur analogique-numérique (ADC) intégré du PIC pour mesurer la tension de sortie. Dans le cas où cette tension de sortie - pour une raison quelconque - monte ou descend, l'alimentation est coupée. Cela protégera le circuit connecté contre les surtensions ou arrêtera tout court-circuit. Il s'agissait de la révision 1 qui est une extension de la révision 0, la conception initiale.

Bien que j'aie testé le design à l'aide d'une maquette (voir photo), je n'en étais toujours pas satisfait. Parfois, il semblait que le potentiomètre numérique n'était pas toujours exactement à la même position, par ex. lors de la récupération d'une valeur prédéfinie. La différence était faible mais inquiétante. Il n'est pas possible de lire la valeur du potentiomètre. Après réflexion, j'ai créé une révision 2 qui est une petite refonte de la révision 1. Dans cette conception, voir le schéma de principe révision 2, je n'ai pas utilisé de potentiomètre numérique mais j'ai utilisé le convertisseur numérique-analogique (DAC) intégré du PIC pour contrôler la tension de sortie via le LM723. Le seul problème était que le PIC16F1823 n'a qu'un DAC 5 bits ce qui n'était pas suffisant car les marches montantes et descendantes seraient trop grandes. Pour cette raison, je suis passé à un PIC16F1765 qui a un DAC 10 bits à bord. Cette version avec le DAC était fiable. Je pourrais toujours utiliser la carte de circuit imprimé initiale car je n'ai besoin que de retirer certains composants, de remplacer 1 condensateur et d'ajouter 2 fils (1 fil était déjà nécessaire pour ajouter la fonction de détection de tension de la révision 1). J'ai également changé le régulateur 15 Volts en une version 18 Volts pour limiter la dissipation de puissance. Voir le schéma de principe de la révision 2.

Donc, si vous voulez opter pour cette conception, vous devez procéder comme suit par rapport à la révision 0:

• Remplacer le PIC16F1823 par un PIC16F1765
• Facultatif: Remplacer le 78L15 par un 78L18
• Retirer le potentiomètre numérique type X9C103
• Retirer les résistances R1 et R15
• Remplacer le condensateur électrolytique C5 par un condensateur céramique de 100 nF
• Faire une connexion entre IC4 broche 13 (PIC) à IC2 broche 5 (LM723)
• Faire une connexion entre IC4 broche 3 (PIC) à IC2 broche 4 (LM723)

J'ai également mis à jour le circuit imprimé mais je n'ai pas commandé cette version, voir capture d'écran.

Étape 3: (Dé) Assemblage

Sur la photo, vous voyez l'alimentation avant et après la mise à niveau. Pour couvrir les trous qui ont été faits par les potentiomètres, j'ai ajouté un panneau avant au-dessus du panneau avant de l'armoire. Comme vous pouvez le voir, j'avais fait une double alimentation où les deux alimentations sont complètement indépendantes l'une de l'autre. Cela permet de les mettre en série au cas où j'aurais besoin d'une tension de sortie supérieure à 18 Volt.

Grâce à la carte de circuit imprimé, il était facile d'assembler l'électronique. N'oubliez pas que le gros condensateur électrolytique et le transistor de puissance ne sont pas sur le circuit imprimé. La photo montre que pour la révision 2 certains composants ne sont plus nécessaires et 2 fils étaient nécessaires l'un pour ajouter la fonction de détection de tension et l'autre en raison du remplacement du potentiomètre numérique par le convertisseur numérique-analogique du microcontrôleur PIC.

Bien sûr, vous avez besoin d'un transformateur capable de fournir 18 volts CA, 2 ampères. Dans ma conception originale, j'ai utilisé un transformateur à noyau annulaire car ils sont plus efficaces (mais aussi plus chers).

Étape 4: Le logiciel pour la révision 0

Le logiciel effectue les tâches principales suivantes:

• Contrôle de la tension de sortie de l'alimentation via le potentiomètre numérique

• Manipulez les caractéristiques des boutons poussoirs, qui sont:

  • Marche / arrêt. Il s'agit d'une fonction à bascule qui règle la tension de sortie à 0 volt ou à la dernière tension sélectionnée
  • Tension vers le haut/Tension vers le bas. A chaque pression sur le bouton, la tension monte ou descend légèrement. Lorsque ces boutons poussoirs restent enfoncés, une fonction de répétition est activée
  • Mémorisation des préréglages/Récupération des préréglages. Tout réglage de tension peut être stocké dans l'EEPROM du PIC en appuyant sur le bouton poussoir de préréglage pendant au moins 2 secondes. En le pressant plus court, vous récupérerez la valeur EEPROM de ce préréglage et définirez la tension de sortie en conséquence.

A la mise sous tension, toutes les broches du PIC sont définies comme entrée. Afin d'éviter qu'une tension indéfinie soit présente à la sortie de l'alimentation, la sortie reste à 0 Volt jusqu'à ce que le PIC soit opérationnel et que le potentiomètre numérique soit initialisé. Cette mise hors tension est réalisée par la résistance pull-up R14 qui assure que le transistor T1 arrête le LM723 jusqu'à ce qu'il soit libéré par le PIC.

Le reste du logiciel est droit en avant. Les boutons-poussoirs sont scannés et si quelque chose doit changer, la valeur du potentiomètre numérique est modifiée à l'aide d'une interface série à trois fils. Notez que le potentiomètre numérique a également une option pour stocker le réglage mais cela n'est pas utilisé puisque tous les réglages sont stockés dans l'EEPROM du PIC. L'interface avec le potentiomètre ne propose pas de fonction pour lire la valeur de l'essuie-glace arrière. Ainsi, chaque fois que l'essuie-glace doit être préréglé à une certaine valeur, la première chose à faire est de remettre l'essuie-glace à la position zéro et à partir de ce moment, d'envoyer le nombre d'étapes pour mettre l'essuie-glace dans la bonne position.

Pour éviter que l'EEPROM ne soit écrit à chaque pression sur un bouton, et ainsi réduire la durée de vie de l'EEPROM, le contenu de l'EEPROM est écrit 2 secondes après que les boutons poussoirs ne sont plus activés. Cela signifie qu'après le dernier changement des boutons poussoirs, assurez-vous d'attendre au moins 2 secondes avant de couper l'alimentation afin de s'assurer que le dernier réglage est mémorisé. Lors de la mise sous tension, l'alimentation démarre toujours avec la dernière tension sélectionnée stockée dans l'EEPROM.

Le fichier source JAL et le fichier Intel Hex pour la programmation du PIC pour la révision 0 sont joints.

Étape 5: Le logiciel pour la révision 2

Pour la révision 2, les principaux changements dans le logiciel sont les suivants:

• La fonction de détection de tension a été ajoutée en mesurant la tension de sortie de l'alimentation après avoir été définie. Pour cela, le convertisseur ADC du PIC est utilisé. En utilisant l'ADC, le logiciel prélève des échantillons de la tension de sortie et si après quelques échantillons la tension de sortie est d'environ 0,2 volt supérieure ou inférieure à la tension définie, l'alimentation est coupée.
• Utilisation du DAC du PIC pour contrôler la tension de sortie de l'alimentation au lieu d'utiliser un potentiomètre numérique. Ce changement a simplifié le logiciel puisqu'il n'était pas nécessaire de créer l'interface 3 fils pour le potentiomètre numérique.
• Remplacez le stockage en EEPROM par un stockage en Flash High Endurance. Le PIC16F1765 n'a pas d'EEPROM à bord mais utilise une partie du programme Flash pour stocker des informations non volatiles.

Notez que la détection de tension n'est pas activée initialement. À la mise sous tension, les boutons suivants sont vérifiés pour être enfoncés:

• Bouton poussoir marche/arrêt. Si vous appuyez dessus, les deux fonctions de détection de tension sont désactivées.
• Bouton poussoir bas. Si vous appuyez dessus, la détection de basse tension est activée.
• Bouton poussoir haut. Si vous appuyez dessus, la détection de haute tension est activée.

Ces paramètres de détection de tension sont stockés dans le flash haute endurance et sont rappelés lorsque l'alimentation est rétablie.

Le fichier source JAL et le fichier Intel Hex pour la programmation du PIC pour la révision 2 sont également joints.

Étape 6: Le résultat final

Dans la vidéo, vous voyez la révision 2 de l'alimentation en action, elle montre la fonction de mise sous/hors tension, l'augmentation/la diminution de la tension et l'utilisation des préréglages. Pour cette démo, j'ai également connecté une résistance à l'alimentation pour montrer que le courant réel la traverse et que le courant maximum est limité à 2 ampères.

Si vous souhaitez utiliser le microcontrôleur PIC avec JAL - un langage de programmation de type Pascal - visitez le site Web de JAL.

Amusez-vous à faire ce Instructable et attendons avec impatience vos réactions et résultats.