تحميل تيار مستمر رقمي قابل للتعديل 5A

[ad_1]

يعد تحميل التيار المستمر أداة اختبار أساسية لأي متحمس للإلكترونيات، خاصة لاختبار وإصلاح مصادر الطاقة. يمكن أن يحد حمل التيار المستمر القابل للتعديل من التيار عند أي مستوى مرغوب، مما يجعله مناسبًا لإجراء اختبارات مختلفة لأن بعض مشكلات حلقة التغذية المرتدة لا يمكن اكتشافها إلا عن طريق اختبارات الحمل المتغيرة. أيضًا بالنسبة لأي محاولة لإصلاح SMPS، يجب اختبار الخرج مقابل بعض الأحمال، وليس فقط استقرار الجهد، لأن المشكلة قد تكمن في الاستشعار الحالي على الجانب الأساسي (مشكلة شائعة في Flyback SMPS).

تقدم هذه المقالة تحميل DC رقمي مع شاشة OLED مقاس 1.54 بوصة لقراءة قيم الجهد والتيار والطاقة للحمل في وقت واحد. تقوم شريحة استشعار التيار الدقيقة Texas Instrument SOT23-8 INA219 بقراءة قيم الجهد والتيار وترسل البيانات من خلال ناقل I2C إلى وحدة التحكم الدقيقة ATMega328. يقوم المتحكم الدقيق بإجراء الحسابات وعرض المعلمات على شاشة OLED مقاس 1.54 بوصة SSD1309 128*64. الواجهة بين MCU والشاشة هي HW SPI. يعزز Opamp مدخل ومخرج من السكك الحديدية إلى السكك الحديدية بدون انجراف مثل GS8552-SR وبعض المكونات السلبية استقرار دائرة CC. تم تثبيت الجهد المرجعي لـ Opamp باستخدام منظم التحويل TL431.

تم تصميم المخطط التخطيطي وثنائي الفينيل متعدد الكلور باستخدام Altium Designer 24 وتتوفر ملفات Gerber للتنزيل من المساحة السحابية Altium-365. يمكنك تشغيل اللوحة باستخدام شاحن USB من النوع C الخاص بهاتفك المحمول؛ لا يوجد مصدر طاقة خارجي ضروري.

تحليل الدائرة

يوضح الشكل 1 الرسم التخطيطي لحمل التيار المستمر. شريحة الاستشعار الحالية هي INA219¹ والمتحكم الدقيق هو ATMega328².

وفقًا لورقة البيانات، تعد INA219 شريحة مثيرة للاهتمام لقراءة التيار: “إن INA219 عبارة عن تحويلة تيار ومراقبة طاقة مع واجهة متوافقة مع I2C أو SMBUS. يراقب الجهاز انخفاض جهد التحويلة وجهد إمداد الناقل، مع أوقات تحويل وتصفية قابلة للبرمجة. تتيح قيمة المعايرة القابلة للبرمجة والمضاعف الداخلي قراءات التيار المباشر بالأمبير. سجل الضرب الإضافي يحسب الطاقة بالواط. تتميز الواجهة المتوافقة مع I2C أو SMBUS بـ 16 عنوانًا قابلاً للبرمجة. يتوفر INA219 في درجتين: A وB. يتميز إصدار الدرجة B بدقة أعلى ومواصفات دقة أعلى. يستشعر INA219 عبر محولات الناقل التي تتراوح من 0 إلى 26 فولت. يستخدم الجهاز مصدر إمداد واحد من 3 إلى 5.5 فولت، ويسحب تيار إمداد بحد أقصى 1 مللي أمبير. يعمل INA219 من -40 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية.

USB هو موصل USB4135 لتزويد اللوحة بالطاقة بسهولة باستخدام كابل USB من النوع C النموذجي. R2 و R4 عبارة عن مقاومات منسدلة للإشارة إلى أن موصل USB موجود على “جانب التحميل”، ولكن نظرًا لأن الاستهلاك الحالي للدائرة منخفض، فإن عدم تركيب هذه المقاومات لن يؤثر على تشغيل اللوحة. يعمل FB (1206 حبة من الفريت) وC4…C6 على تقليل ضوضاء USB-V.

يقوم R1 وC3 ببناء مرشح تمرير منخفض لأن جهد الدخل المرجعي لدائرة CC يجب أن يكون خاليًا من الضوضاء قدر الإمكان. REF هي شريحة منظم التحويلة TLV431AI³ لتثبيت الجهد المرجعي لدائرة CC ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل. يبلغ جهد الخرج لهذه التحويلة حوالي 1.25 فولت. يقوم R3 بضبط الجهد على POT (مقياس الجهد 1K) لتوفير مسار دوران أوسع لـ POT لأن جهد دخل POT يحدد الحد الأقصى لتيار CC (لضبط التيار بسلاسة).

C7 وC8 عبارة عن مكثفات فصل لـ IC1. IC1 هو GS8552 مدخل ومخرج السكك الحديدية إلى السكك الحديدية OPAMP⁴ لتشغيل دائرة CC بشكل مستدام (IC1، Q1، R7، R8، C11، R11، R14، R16، R18). وفقًا لورقة البيانات الخاصة به، فإن Q1 هو IRFP064 MOSFET5 الذي يمكنه التعامل مع تيارات تصل إلى 70 أمبير (25 درجة مئوية، Vgs=10V). يجب أن تكون المقاومات R11، R14، R16، R18 مقدرة بـ 3 واط لكل منها.

IN هو طرف إدخال اللوحة (25Vmax). يقوم R9 و R10 ببناء مقاومة تحويلية واحدة بقدرة 6W 0.05R (مقاومتان 3W-0.1R على التوازي). الحد الأقصى لتبديد الطاقة على هذه المقاومات هو 1.25 واط عند الحد الأقصى للتيار 5 أمبير (0.05R * 5A * 5A). يمكن زيادة تصنيف الطاقة للتحويلة إلى 8W (2*0.1R-4W)، ومع ذلك، فإن تكلفة هذه المقاومات ستكون أعلى. تعمل R6 وR12 وC12 على تقليل الضوضاء والارتفاعات على مسار استشعار الجهد بشكل تفاضلي. IC2 عبارة عن شريحة استشعار تيار خطأ ثنائية الاتجاه INA219 ذات انجراف صفري بنسبة 0.5%¹ الذي يقرأ قيم الجهد والتيار ويرسل البيانات إلى U1. R15 و R17 عبارة عن مقاومات سحب إلزامية في ناقل I2C. تقوم R5 وC9 وC10 ببناء مرشح تمرير منخفض لتقليل ضوضاء الإدخال إلى IC2.

U1 هو متحكم ATMega328 الذي يقرأ بيانات I2C ويعرض القيم على OLED (موصل LCD 7Pin XH). شريحة التحكم لشاشة OLED هي SSD1309 ونوع الاتصال هو HW SPI. يتم تعريف دبابيس CS وDC وRST برمجياً في الكود.

C13 وC14 عبارة عن مكثفات فصل لـ U1 وX عبارة عن بلورة SMD بتردد 3225 ميجاهرتز لتوفير مصدر الساعة لوحدة التحكم الدقيقة. R13 عبارة عن مقاوم سحب لأعلى لدبوس RESET الخاص بوحدة التحكم الدقيقة لتجنب أي مشغل إعادة ضبط غير مرغوب فيه أو عدم الاستقرار. ISP عبارة عن رأس دبوس ذكر مقاس 2.54 مم يوفر واجهة برمجة AVR-ISP لوحدة التحكم الدقيقة (GND-RST-MISO-MOSI-SCK).

تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور

ويبين الشكل 2 تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور للتصميم. إنها عبارة عن لوحة PCB ذات طبقتين وتحتوي على مزيج من مكونات SMD ومكونات من خلال الفتحات.

يجب أن تحمل بعض أجزاء ثنائي الفينيل متعدد الكلور وعدد قليل من شبكات ثنائي الفينيل متعدد الكلور تيارات تصل إلى 5 أمبير (طرف الإدخال، التحويلة، دبابيس MOSFET). ولهذا السبب تم تنفيذ شبكات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الحاملة للتيار العالي باستخدام طائرات نحاسية مزدوجة الطبقة من نوع VIA-snitched. تعمل هذه التقنية على تقليل مقاومة النحاس بشكل كبير وتسمح للنحاس بتمرير التيار دون زيادة كبيرة في درجة الحرارة.

تم تقسيم PCB إلى عدة مناطق: مدخلات ومصدر طاقة من النوع C، ووحدة تحكم رقمية ومتحكم دقيق، وMOSFET للطاقة، ومحطة الإدخال. هذا هو العامل الأكثر أهمية في جميع تصميمات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، بدءًا من الإشارة المختلطة البسيطة إلى الإشارة المختلطة. تعمل المستويات المضلعة الأرضية وVIAs على تقليل المعاوقة الأرضية وطول المسار الأرضي، مما يؤدي إلى تقليل الضوضاء واستقرار أعلى. يعد وضع VIAs بالقرب من الطرف الأرضي لمكثفات الفصل ممارسة جيدة.

يوضح الشكل 3 رسم التجميع للوحة PCB. اتبع الشكل 4 لتوصيل حملك بحمل التيار المستمر. يوضح الشكل 5 لقطة شاشة من Arduino IDE وتطوير التعليمات البرمجية. ملفات ثنائي الفينيل متعدد الكلور⁶ ورمز MCU⁷ متاحة للتحميل من قسم المراجع.

مراجع

¹ INA219: https://octopart.com/ina219aidr-texas+instruments-12191254?r=sp
² ATMega328: https://octopart.com/atmega328p-pu-microchip-77760224?r=sp
³ TLV431AIDB: https://octopart.com/tlv431aidbzr-texas+instruments-522011?r=sp
⁴ GS8552: https://www.lcsc.com/datasheet/lcsc_datasheet_2206101816_Gainsil-GS8552-SR_C157716.pdf
⁵ IRFP064: https://octopart.com/irfp064npbf-infineon-65874016?r=sp
⁶ ملفات ثنائي الفينيل متعدد الكلور: https://365.altium.com/files/91D97B47-3BCC-4F31-A7F1-EBD6D40B8EBE
⁷ رمز MCU: https://drive.google.com/file/d/1D3_8dcBkYFN-Kh0p6x2Pan3hDunQa5YG/view?usp=sharing

ظهر التدوينة 5A تحميل DC الرقمي القابل للتعديل لأول مرة على Power Electronics News.

[ad_2]