رگولاتور سوئیچینگ بسازید و با برد آردوینو کنترلش کنید

[ad_1]

در این ساختنی طرز ساخت یک رگولاتور سوئیچینگ را یاد می‌گیرید که با برد آردوینو کنترل می‌شود. رگولاتورها و مبدل‌های بر پایه آردوینو معمولاً با اتصال یک ترانزیستور به خروجی PWM آردوینو و چند قطعه دیگر ساخته می‌شوند. این نوع رگولاتور سوئیچینگ کار می‌کند اما اگر بار مدار مرتب تغییر کند، نمی‌تواند به با سرعت کافی به تغییرات واکنش نشان بدهد. کاهش سرعت واکنش هم باعث زیاد و کم شدن ولتاژ می‌شود که می‌تواند هر مداری را بسوزاند. در ادامه با ساختنی همراه باشید.

رگولاتور سوئیچینگ مبتنی بر آردوینو بسازید

اما این رگولاتور سوئیچینگ طوری طراحی شده که این اشکال را برطرف می‌کند. در این روش ساخت از تراشه ای استفاده می‌کنیم که دقیقاً برای همین کار طراحی شده است. تراشه TL494 که در منبع تغذیه بیشتر کامپیوترها و حتی مبدل‌های قدیمی‌پیدا می‌شود. خروجی این تراشه هم با برد آردوینو کنترل می‌شود. در واقع آردوینو به تراشه می‌گوید که ولتاژ خروجی و حداکثر جریان مورد نیاز چقدر است و تراشه مطابق آن عمل می‌کند.

با استفاده از این روش ساخت، دقت و انعطاف پذیری رگولاتور سوئیچینگ بیشتر می‌شود و در نتیجه می‌توانید با خیال راحت از آن برای ساخت منبع تغذیه رومیزی، کنترلر خروجی متغیر و شارژر باتری استفاده کنید.

این رگولاتور سوئیچینگ به شکل یک شیلد برای برد آردوینو UNO ساخته می‌شود. در ادامه به شما نشان می‌دهیم چطور مبدل باک (استپ داون)، بوست (استپ آپ) و فلای بک (استپ داون یا استپ آپ) بسازید. ویژگی‌های اصلی این رگولاتور سوئیچینگ عبارتند از:

• ورودی: ۳ تا ۴۱ ولت (این رگولاتور با جریان کمتر از این هم کار می‌کند)
• خروجی: ولتاژ به نوع رگولاتور بستگی دارد اما حداکثر جریان ۵ آمپ است.

گام اول: تراشه TL494

تراشه TL494 کارایی و قابلیت‌های زیادی دارد اما کمتر در پروژه‌های ساختنی استفاده می‌شود. این در حالی است که پیدا کردن این قطعه بسیار ساده است و در پروژه‌های الکترونیک هم کاربرد زیادی دارد. قبل از ساخت رگولاتور سوئیچینگ با این تراشه، کمی‌درباره آن توضیح خواهیم داد.

اگر به پین اوت تراشه TL494 دقت کنید، متوجه می‌شوید که تعداد زیادی IO وجود دارد که می‌شود آنها را به چند گروه تقسیم کرد.

منبع و ساعت (Vcc، GND، RT، CT، DTC و COMP) – دوتای اول برای برای تامین برق تراشه استفاده می‌شوند. دوتای بعدی برای زمانبندی مقاومت و خازن استفاده می‌شوند. به دو پین آخر فقط در شرایطی دست بزنید که مطمئن باشید چکار می‌کنید. فرمول فرکانس f = 1 / Ct * Rt است؛ یعنی برای ۱۰۰ kHz باید از خازن ۱ nF و مقاومت ۱۰ kOhm استفاده کنید. توصیه ما این است که فقط در شرایطی فرکانس را بیشتر از این کنید که مطمئن باشید تراشه بدون مشکل با ۳۰۰ kHz کار می‌کند.

مرحله خروجی (C1، E1، C2، E2، Vref، OutC) – اینجا یک جفت ترانزیستور وجود دارد (C1 کالکتور ترانزیستور یک و E1 امیتر است). تراشه ولتاژ اسمی‌۵ ولتی دارد (حداکثر ۱۰ میلی آمپ). پین OutC یا کنترل خروجی مشخص می‌کند ترانزیستور به صورت موازی یا حالت پوش-پول کار کند. ما از ترانزیستور به صورت موازی استفاده می‌کنیم و به همین خاطر باید آن را به زمین وصل کنید.

تقویت کننده خطاها – دو تقویت کننده یا آمپلی فایر موازی که در واقع بهترین بخش تراشه هستند. تراشه خروجی هر دو آمپلی فایر را یکسان نگه می‌دارد. بنابراین اگر ولتاژ اسمی‌۲٫۵ ولت را روی پین منفی تعریف کنیم و پین مثبت را به خروجی مبدل وصل کنیم، خروجی ۲٫۵ ولت خواهد بود. اگر روی ورودی مثبت از تقسیم کننده ولتاژ ۱:۱ استفاده کنیم، می‌توانیم خروجی ۵ ولتی از مبدل بگیریم.

بهتر است ابتدا این مدار را روی برد بورد بسازید. وقتی مدار کامل بشود، RV1 باید ولتاژ خروجی و RV2 محدوده جریان را کنترل کند. اگر مدار به این ترتیب کار کرد، می‌توانید ساخت رگولاتور را ادامه بدهید. اگر تست موفق نبود، یک اسیلوسکوپ را به Ct وصل کنید. حالا باید یک موج ۱۰۰ kHz ببینید. همچنین باید ورودی آمپلی فایرها را چک کنید و مطئن شوید یکسان هستند.

تا به اینجا یک مبدل استپ آپ ساده ساختیم. اما این مبدل ویژگی خاصی ندارد و باید آردوینو را به آن اضافه کنیم تا بتوانیم آن را کنترل کنیم.

گام دوم : مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC)

مبدل دیجیتال به آنالوگ

احتمالاً بعد از خواندن مقدمه از خودتان پرسیده اید چطور قرار است یک مدار آنالوگ (TL494) را به آردوینوی دیجیتال وصل کنیم؟ برای اینکار از یک مبدل دیجیتال به آنالوگ استفاده می‌کنیم. برای استفاده از این نوع مبدل سه گزینه پیش رویمان قرار دادیم:

فیلتر RC – این روش ساده ترین و در عین حال کم دقت ترین روش است. می‌توانید از دوتا از پین‌های PWM استفاده کنید، خروجی آنها را فیلتر کنید و آنها را به آمپلی فایرهای TL494 وصل کنید. اما این روش دو مشکل ایجاد می‌کند؛ اول اینکه همیشه موج وجود خواهد داشت که توسط تراشه تقویت می‌شود. از طرفی PWM هم فقط ۸ بیت است و بنابراین رزولوشن به max_output/2^8 محدود خواهد شد. پس اگر حداکثر خروجی ۴۰ ولت باشد، رزولوشن ۴۰/۲۵۶ = ۱۵۶ Mv خواهد بود. البته این وضعیت در حالت تجربی تشدید می‌شود.

پلکان R2R – این روش مشکل موج دار شدن ایجاد نمی‌کند اما تعداد زیادی از پین‌های IO را اشغال می‌کند و قطعات زیادی لازم دارد. از این روش فقط با بردهایی مثل آردوینو Mega که پین‌های IO زیادی دارد، استفاده کنید.

تراشه DAC – بهترین روش اتصال تراشه آنالوگ به برد دیجیتال همین است. این تراشه‌ها قیمت خوب و رزولوشن بالا دارند (۱۲ تا ۱۶ بیت) و نیاز به قطعه خارجی هم ندارند. توصیه ما تراشه DAC دو کاناله و ۱۲ بیت است (رزولوشن خروجی این تراشه با ۴۰ ولت، ۹٫۷ میلی ولت است).

گام سوم : طراحی مدار رگولاتور سوئیچینگ

در گالری بالا تمام شماتیک‌های رگولاتور سوئیچینگ را می‌بینید. اگر نیاز به ولتاژ خروجی خیلی زیاد ندارید، می‌توانید مقدار R5/R29/R42 را کاهش بدهید. به این ترتیب ولتاژ خروجی کمتر می‌شود اما دقت رگولاتور افزایش پیدا می‌کند (به فرمول روی شماتیک دقت کنید).

• با دقت در شماتیک مدار مبدل متوجه می‌شوید که قطبیت مرحله خروجی معکوس شده است. دلیل این کار از اسم مدار مشخص است.
• برای تنظیم ولتاژ خروجی، باید چرخه کار PWM (اگر از مبدل دیجیتال به آنالوگ RC استفاده می‌کنید) یا مقدار تراشه DAC را تنظیم کنید.

نکات مهم در ساخت رگولاتور سوئیچینگ

• تمام مسیرهای برق را تا حد ممکن کوتاه و ضخیم ایجاد کنید.
• تمام قطعات سوئیچینگ برق را از آردوینو و آپ امپ‌ها دور نگه دارید.
• برای اندازه گیری جریان و ولتاژ از مقاومت یا درصد یک یا کمتر استفاده کنید.
• از ایجاد حلقه‌های اتصال به زمین پرهیز کنید و سعی کنید از اتصال به زمین‌های برق و دیجیتال استفاده کنید.

بعد از ساخت رگولاتور سوئیچینگ می‌توانید از آن برای ساخت انواع شارژر و منبع تغذیه استفاده کنید.

منبع

خلاصه مطلب

عنوان مطلب

رگولاتور سوئیچینگ بسازید و با برد آردوینو کنترلش کنید

توضیح کوتاه

از این رگولاتور می‌توانید برای ساخت شارژر و منبع تغذیه استفاده کنید.

نویسنده

عاطفه اسدزاده

در ساختنی بخوانید :

[ad_2]
لینک منبع
بازنشر: مفیدستان

عبارات مرتبط با این موضوع
ساخت ربات پرنده ساخترباتپرندهلیست مقاله های جالب موجوددرسایت آشنایی با کارتهای هوشمند و کاربردهای آن بررسی اجزای ساخت ربات پرنده ساخترباتپرنده لیست مقاله های جالب موجوددرسایت آشنایی با کارتهای هوشمند و کاربردهای آن بررسی اجزای سیستم

رگولاتور سوئیچینگ بسازید و با برد آردوینو کنترلش کنید

[ad_1]

در این ساختنی طرز ساخت یک رگولاتور سوئیچینگ را یاد می‌گیرید که با برد آردوینو کنترل می‌شود. رگولاتورها و مبدل‌های بر پایه آردوینو معمولاً با اتصال یک ترانزیستور به خروجی PWM آردوینو و چند قطعه دیگر ساخته می‌شوند. این نوع رگولاتور سوئیچینگ کار می‌کند اما اگر بار مدار مرتب تغییر کند، نمی‌تواند به با سرعت کافی به تغییرات واکنش نشان بدهد. کاهش سرعت واکنش هم باعث زیاد و کم شدن ولتاژ می‌شود که می‌تواند هر مداری را بسوزاند. در ادامه با ساختنی همراه باشید.

رگولاتور سوئیچینگ مبتنی بر آردوینو بسازید

اما این رگولاتور سوئیچینگ طوری طراحی شده که این اشکال را برطرف می‌کند. در این روش ساخت از تراشه ای استفاده می‌کنیم که دقیقاً برای همین کار طراحی شده است. تراشه TL494 که در منبع تغذیه بیشتر کامپیوترها و حتی مبدل‌های قدیمی‌پیدا می‌شود. خروجی این تراشه هم با برد آردوینو کنترل می‌شود. در واقع آردوینو به تراشه می‌گوید که ولتاژ خروجی و حداکثر جریان مورد نیاز چقدر است و تراشه مطابق آن عمل می‌کند.

با استفاده از این روش ساخت، دقت و انعطاف پذیری رگولاتور سوئیچینگ بیشتر می‌شود و در نتیجه می‌توانید با خیال راحت از آن برای ساخت منبع تغذیه رومیزی، کنترلر خروجی متغیر و شارژر باتری استفاده کنید.

این رگولاتور سوئیچینگ به شکل یک شیلد برای برد آردوینو UNO ساخته می‌شود. در ادامه به شما نشان می‌دهیم چطور مبدل باک (استپ داون)، بوست (استپ آپ) و فلای بک (استپ داون یا استپ آپ) بسازید. ویژگی‌های اصلی این رگولاتور سوئیچینگ عبارتند از:

• ورودی: ۳ تا ۴۱ ولت (این رگولاتور با جریان کمتر از این هم کار می‌کند)
• خروجی: ولتاژ به نوع رگولاتور بستگی دارد اما حداکثر جریان ۵ آمپ است.

گام اول: تراشه TL494

تراشه TL494 کارایی و قابلیت‌های زیادی دارد اما کمتر در پروژه‌های ساختنی استفاده می‌شود. این در حالی است که پیدا کردن این قطعه بسیار ساده است و در پروژه‌های الکترونیک هم کاربرد زیادی دارد. قبل از ساخت رگولاتور سوئیچینگ با این تراشه، کمی‌درباره آن توضیح خواهیم داد.

اگر به پین اوت تراشه TL494 دقت کنید، متوجه می‌شوید که تعداد زیادی IO وجود دارد که می‌شود آنها را به چند گروه تقسیم کرد.

منبع و ساعت (Vcc، GND، RT، CT، DTC و COMP) – دوتای اول برای برای تامین برق تراشه استفاده می‌شوند. دوتای بعدی برای زمانبندی مقاومت و خازن استفاده می‌شوند. به دو پین آخر فقط در شرایطی دست بزنید که مطمئن باشید چکار می‌کنید. فرمول فرکانس f = 1 / Ct * Rt است؛ یعنی برای ۱۰۰ kHz باید از خازن ۱ nF و مقاومت ۱۰ kOhm استفاده کنید. توصیه ما این است که فقط در شرایطی فرکانس را بیشتر از این کنید که مطمئن باشید تراشه بدون مشکل با ۳۰۰ kHz کار می‌کند.

مرحله خروجی (C1، E1، C2، E2، Vref، OutC) – اینجا یک جفت ترانزیستور وجود دارد (C1 کالکتور ترانزیستور یک و E1 امیتر است). تراشه ولتاژ اسمی‌۵ ولتی دارد (حداکثر ۱۰ میلی آمپ). پین OutC یا کنترل خروجی مشخص می‌کند ترانزیستور به صورت موازی یا حالت پوش-پول کار کند. ما از ترانزیستور به صورت موازی استفاده می‌کنیم و به همین خاطر باید آن را به زمین وصل کنید.

تقویت کننده خطاها – دو تقویت کننده یا آمپلی فایر موازی که در واقع بهترین بخش تراشه هستند. تراشه خروجی هر دو آمپلی فایر را یکسان نگه می‌دارد. بنابراین اگر ولتاژ اسمی‌۲٫۵ ولت را روی پین منفی تعریف کنیم و پین مثبت را به خروجی مبدل وصل کنیم، خروجی ۲٫۵ ولت خواهد بود. اگر روی ورودی مثبت از تقسیم کننده ولتاژ ۱:۱ استفاده کنیم، می‌توانیم خروجی ۵ ولتی از مبدل بگیریم.

بهتر است ابتدا این مدار را روی برد بورد بسازید. وقتی مدار کامل بشود، RV1 باید ولتاژ خروجی و RV2 محدوده جریان را کنترل کند. اگر مدار به این ترتیب کار کرد، می‌توانید ساخت رگولاتور را ادامه بدهید. اگر تست موفق نبود، یک اسیلوسکوپ را به Ct وصل کنید. حالا باید یک موج ۱۰۰ kHz ببینید. همچنین باید ورودی آمپلی فایرها را چک کنید و مطئن شوید یکسان هستند.

تا به اینجا یک مبدل استپ آپ ساده ساختیم. اما این مبدل ویژگی خاصی ندارد و باید آردوینو را به آن اضافه کنیم تا بتوانیم آن را کنترل کنیم.

گام دوم : مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC)

مبدل دیجیتال به آنالوگ

احتمالاً بعد از خواندن مقدمه از خودتان پرسیده اید چطور قرار است یک مدار آنالوگ (TL494) را به آردوینوی دیجیتال وصل کنیم؟ برای اینکار از یک مبدل دیجیتال به آنالوگ استفاده می‌کنیم. برای استفاده از این نوع مبدل سه گزینه پیش رویمان قرار دادیم:

فیلتر RC – این روش ساده ترین و در عین حال کم دقت ترین روش است. می‌توانید از دوتا از پین‌های PWM استفاده کنید، خروجی آنها را فیلتر کنید و آنها را به آمپلی فایرهای TL494 وصل کنید. اما این روش دو مشکل ایجاد می‌کند؛ اول اینکه همیشه موج وجود خواهد داشت که توسط تراشه تقویت می‌شود. از طرفی PWM هم فقط ۸ بیت است و بنابراین رزولوشن به max_output/2^8 محدود خواهد شد. پس اگر حداکثر خروجی ۴۰ ولت باشد، رزولوشن ۴۰/۲۵۶ = ۱۵۶ Mv خواهد بود. البته این وضعیت در حالت تجربی تشدید می‌شود.

پلکان R2R – این روش مشکل موج دار شدن ایجاد نمی‌کند اما تعداد زیادی از پین‌های IO را اشغال می‌کند و قطعات زیادی لازم دارد. از این روش فقط با بردهایی مثل آردوینو Mega که پین‌های IO زیادی دارد، استفاده کنید.

تراشه DAC – بهترین روش اتصال تراشه آنالوگ به برد دیجیتال همین است. این تراشه‌ها قیمت خوب و رزولوشن بالا دارند (۱۲ تا ۱۶ بیت) و نیاز به قطعه خارجی هم ندارند. توصیه ما تراشه DAC دو کاناله و ۱۲ بیت است (رزولوشن خروجی این تراشه با ۴۰ ولت، ۹٫۷ میلی ولت است).

گام سوم : طراحی مدار رگولاتور سوئیچینگ

در گالری بالا تمام شماتیک‌های رگولاتور سوئیچینگ را می‌بینید. اگر نیاز به ولتاژ خروجی خیلی زیاد ندارید، می‌توانید مقدار R5/R29/R42 را کاهش بدهید. به این ترتیب ولتاژ خروجی کمتر می‌شود اما دقت رگولاتور افزایش پیدا می‌کند (به فرمول روی شماتیک دقت کنید).

• با دقت در شماتیک مدار مبدل متوجه می‌شوید که قطبیت مرحله خروجی معکوس شده است. دلیل این کار از اسم مدار مشخص است.
• برای تنظیم ولتاژ خروجی، باید چرخه کار PWM (اگر از مبدل دیجیتال به آنالوگ RC استفاده می‌کنید) یا مقدار تراشه DAC را تنظیم کنید.

نکات مهم در ساخت رگولاتور سوئیچینگ

• تمام مسیرهای برق را تا حد ممکن کوتاه و ضخیم ایجاد کنید.
• تمام قطعات سوئیچینگ برق را از آردوینو و آپ امپ‌ها دور نگه دارید.
• برای اندازه گیری جریان و ولتاژ از مقاومت یا درصد یک یا کمتر استفاده کنید.
• از ایجاد حلقه‌های اتصال به زمین پرهیز کنید و سعی کنید از اتصال به زمین‌های برق و دیجیتال استفاده کنید.

بعد از ساخت رگولاتور سوئیچینگ می‌توانید از آن برای ساخت انواع شارژر و منبع تغذیه استفاده کنید.

منبع

خلاصه مطلب

عنوان مطلب

رگولاتور سوئیچینگ بسازید و با برد آردوینو کنترلش کنید

توضیح کوتاه

از این رگولاتور می‌توانید برای ساخت شارژر و منبع تغذیه استفاده کنید.

نویسنده

عاطفه اسدزاده

در ساختنی بخوانید :

[ad_2]
لینک منبع
بازنشر: مفیدستان

عبارات مرتبط با این موضوع
ساخت ربات پرنده ساخترباتپرندهلیست مقاله های جالب موجوددرسایت آشنایی با کارتهای هوشمند و کاربردهای آن بررسی اجزای ساخت ربات پرنده ساخترباتپرنده لیست مقاله های جالب موجوددرسایت آشنایی با کارتهای هوشمند و کاربردهای آن بررسی اجزای سیستم