VGPS: digitale regelbare labvoeding

Een goede voeding is een must-have voor elke elektronica-hobbyist. De perfecte voeding zul je niet snel vinden dus zul je zelf aan de slag moeten. Dat is ook wat Remon, op Mancave ook wel bekend als PA1RUM, heeft gedaan. Zijn digitale labvoeding is regelbaar én efficiënter dan kant-en-klare varianten. Aan de slag dus!

“Een goede voeding is een onmisbaar instrument voor de elektronica-hobbyist en mag niet ontbreken in de mancave. Er zijn nogal wat eisen die je aan een voeding kunt stellen, maar de perfecte voeding bestaat helaas niet. Er zal dus altijd sprake zijn van een compromis. In dit ontwerp is het uitgangspunt een zo hoog mogelijk rendement te behalen. Bij de meeste regelbare voedingen wordt overtollig vermogen vaak ‘opgestookt’ in een groot koelblok en dat is niet bepaald efficiënt. Het rendement van mijn voeding is zo hoog dat er zelfs geen koelprofiel noodzakelijk is. Er wordt gebruik gemaakt van een schakelende meelopende regelaar gevolgd door een conventionele lineaire regelaar. De regellussen voor spanning en stroom zijn analoog opgebouwd wat de specificaties ten goede komt. Hierdoor kan het apparaat ook met twee eenvoudige draaiknoppen worden uitgerust als er geen behoefte is aan digitale zaken. In dit ontwerp zorgt een Atmel processor voor de bediening, bewaking en communicatie met een computer via een USB interface. De voeding is hierdoor ook op afstand te bedienen.

blokschema

Specificaties

Uitgangsspanning: Regelbaar van 0 tot 15V in stappen van 100mV.
Uitgangsstroom: Regelbaar van 0 tot 2,5A in stappen van 10 mA.
Uitgangsrimpel: 4mV bij 500 mA, 7mV bij 2A bij constante spanning
Responstijd stroombegrenzing: 20ms
Inwendige weerstand: 0,11 Ohm
Dissipatie maximaal: 5,5 Watt (bij 2A 15V)
Thermische opwarming: +8°C bij 0V & 0A | +20°C bij 6V & 2A  (rt = 10 min Tomgeving = 22°C)
Bediening: Digitaal via rotary encoder en remote via USB (ook d.m.v. analoge potmeters).

Rendement

Met behulp van alle datasheets is een theoretisch model gemaakt van het rendement van de voeding zonder de verliezen in de trafo daarin meegenomen te hebben. Dit model wordt ook real-time doorgerekend en door middel van een bar-graph in het display van de voeding weergegeven. Voor stromen 0,5 , 1 , 2 en 2,5A is een grafiek gemaakt om een idee te geven van het rendement bij verschillende uitgangsspanningen.

vgps-rendement

Bouwen

Het bouwen van de voeding is geen ingewikkelde klus, let wel goed op de kleurcodering van de weerstanden en meet ze voor de zekerheid na. Gebruik vooral ook het aansluitschema en volg de aanwijzingen daarin op. Dan de volgende punten van aandacht:

  • Monteer de temperatuursensor IC8 zodat deze met de achterplaat contact heeft.
  • Monteer een dikke draadbrug ter hoogte van T2. (Gebruik knipafval van de gelijkrichter.)
  • Gebruik bij alle 230V aansluitingen krimpkous voor je eigen veiligheid.
  • Sluit alle overige zaken aan zoals in het aansluitdiagram (download) is weergegeven.
  • Twist de draden van de trafo naar de printplaat zo veel mogelijk.
  • Plaats de twee 10nF condensatoren direct op de uitgangsbussen en de aardpen.
  • Plaats de Arduino en de DA converter (IC7) nog niet in hun voetje.
  • Sluit de connectoren naar de rotary encoder en de LCD display ook nog niet aan.

vgps

De eerste test

Controleer of er geen aanrakingsgevaar is aan de 230V zijde, veiligheid gaat voor alles! Schakel de netschakelaar in en controleer de volgende spanningen met een multimeter:

  • TP1: 26 – 27V
  • TP3: 7,01V
  • TP4: 5V

Afregelen

Er is één afregelpunt, P1 die zo moet worden ingesteld dat er exact 1V op TP6 staat. Pas daarna kunnen de Arduino en de DA converter (IC7) er voorzichtig ingestoken worden. Ook kunnen de connectoren van de display en de rotary encoder worden verbonden. De voeding kan voor de eerste keer ingeschakeld worden. De voeding gaat zichzelf eerst kalibreren, deze routine wordt één keer per 20x opstarten automatisch uitgevoerd en kan extra worden uitgevoerd door de rotary encoder vast te houden bij het inschakelen van de voeding. Er worden drie parameters gemeten die ongeveer overeen moeten komen met de theoretische waarden. Eerst wordt de gemeten waarde weergegeven, dan een “/” en daarachter de theoretische waarde. Hieraan kun je zien of jouw voeding binnen de specificaties valt en is tevens snel te zien of alles juist functioneert. Meer informatie over de parameters is te vinden in de sourcecode van de software.

Bediening

De hele voeding is te bedienen met een PC via de bijgeleverde software. Er wordt later ingegaan op deze software, eerst wordt de handmatige bediening besproken. Er is één bedieningsknop aanwezig waarmee de hele voeding bediend kan worden. Door kort te drukken kan worden geschakeld tussen stroom en spanningsinstelling. Door te draaien aan de rotary encoder kan de stroom of spanning worden ingesteld. Door de rotary encoder langer ingedrukt te houden kan de uitgang van de voeding aan en uit worden geschakeld. Ook kan hiermee de uitgang weer ingeschakeld worden als de voeding zichzelf heeft uitgeschakeld (bijvoorbeeld door oververhitting). Hieronder volgt de indeling van het LCD display. Links het pijltje bij U of I om aan te geven of de spanning of stroom is geselecteerd. Rechts, achter de uitgangsspanning of uitgangsstroom, komt een C te staan als deze constant is. Een C achter de spanning bij contante spanning en achter de stroom als de stroombegrenzing in werking treedt. Als er via de USB interface wijzigingen worden aangebracht in de instellingen, dan licht het icoon rechtsonder op de display kort op. Als de voeding zichzelf beschermt en de uitgang uitschakelt, dan wordt op de onderste regel meer informatie gegeven over de reden van uitschakeling.

vgps-display

USB aansluiting

Via de USB aansluiting kan de voeding door middel van een extern apparaat worden bediend. Dat kan een PC, een Mac, maar ook een ander apparaat zijn. De communicatie verloopt serieel en de poortinstellingen zijn: 115200bps, 8N1. De bediensoftware kan op een andere PC worden gebruikt als er een netwerkverbinding is met de PC waar de voeding via USB op is aangesloten. De beschikbare commando-set is beschreven in de documentatie. De installatie van de software staat hier ook in beschreven. De USB poort kan ook worden gebruikt om nieuwe firmware te installeren. Omdat deze voeding is ontworpen volgens het “Open Source Hardware”-concept, is naast de hardware ook de sourcecode vrijgegeven voor eigen en niet-commercieel gebruik. Tegelijk wordt iedereen uitgedaagd zelf extra functies of verbeteringen aan te brengen in de basissoftware. De sourcecode is hieronder te downloaden en met de standaard Arduino-software kun je de firmware gemakkelijk updaten en uploaden. Hieronder de demosoftware voor remote control via USB / Ethernet, uiteraard is ook hiervan de sourcecode bijgevoegd.

software

Download alle benodigde bestanden, source files, Arduino firmware, printontwerpen en schema’s via deze link: VGPS_v1-1.zip

Veel plezier met bouwen, laat je commentaar of eigen aanpassingen achter in de blog hieronder!”

Plaats reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

IN SAMENWERKING MET

Abonneer op de nieuwsbrief!

Ben jij een mancaver? Meld je dan aan voor onze gave nieuwsbrief!