Nadprúdový medzný zdroj napájania pomocou Arduina

V tomto príspevku skonštruujeme eliminátor batérie / variabilný zdroj napájania DC, ktorý automaticky preruší napájanie, ak prúd pretekajúci záťažou prekročí nastavenú prahovú úroveň.

Autor: Girish Radhakrishanan

Hlavné technické vlastnosti

Navrhovaný nadprúdový napájací obvod využívajúci Arduino má 16 X 2 LCD displej, ktorý slúži na zobrazenie prípadu napätia, prúdu, spotreby energie a prednastaveného limitu prahového prúdu v reálnom čase.

Ako nadšenci elektroniky testujeme naše prototypy na zdroji s premenlivým napätím. Väčšina z nás vlastní lacný variabilný zdroj napájania, ktorý nemusí obsahovať zabudované ochranné prvky na meranie napätia / prúdu, skrat alebo nadprúdovú ochranu.

Je to preto, že napájanie s týmito spomenutými funkciami môže bombardovať vašu peňaženku a pre hobby použitie bude prehnané.

Skrat a nadprúdový prúd je problémom pre začiatočníkov až po profesionálov a začiatočníci sú na to náchylní častejšie kvôli svojej neskúsenosti, môžu obrátiť polaritu napájacieho zdroja alebo nesprávne zapojiť komponenty atď.

Tieto veci môžu spôsobiť neobvykle vysoký tok prúdu obvodom, čo vedie k tepelnému úniku v polovodičových a pasívnych súčiastkach, čo vedie k zničeniu cenných elektronických súčiastok. V týchto prípadoch sa ohmov zákon zmení na nepriateľa.

Ak ste nikdy neurobili skrat ani smažený okruh, tak gratulujeme! Ste jedným z mála ľudí, ktorí sú dokonalí v elektronike, alebo nikdy nevyskúšate niečo nové v elektronike.

Navrhovaný projekt napájania môže chrániť elektronické súčiastky pred takýmto zničením vyprážaním, ktoré bude pre priemerného nadšenca elektroniky dosť lacné a ľahko sa dá skonštruovať pre toho, kto je mierne nad úrovňou začiatočníkov.

Dizajn

Napájací zdroj má 3 potenciometre: jeden na nastavenie kontrastu LCD displeja, jeden na nastavenie výstupného napätia v rozmedzí od 1,2 V do 15 V a posledný potenciometer sa používa na nastavenie prúdovej hranice v rozmedzí od 0 do 2 000 mA alebo 2 A.

LCD displej vás každú sekundu aktualizuje o štyri parametre: napätie, spotreba prúdu, prednastavený limit prúdu a spotreba energie záťažou.

Aktuálna spotreba cez záťaž sa zobrazí v miliampéroch, prednastavený prúdový limit sa zobrazí v miliampéroch a spotreba energie sa zobrazí v miliamptoch.
Obvod je rozdelený na 3 časti: výkonová elektronika, pripojenie LCD displeja a obvod na meranie výkonu.

Tieto 3 stupne môžu pomôcť čitateľom lepšie porozumieť zapojeniu. Teraz sa pozrime na časť výkonovej elektroniky, ktorá riadi výstupné napätie.

Schematický diagram:

Na znižovanie napätia sa použije transformátor 12v-0-12v / 3A, diódy 6A4 prevedú striedavé napätie na jednosmerné a kondenzátor 2 000uF vyhladí trhané jednosmerné napájanie z diód.

Stabilný 9V regulátor LM 7809 prevedie neregulovaný jednosmerný prúd na regulované 9V jednosmerné napájanie. Napájanie 9 V bude napájať Arduino a relé. Skúste použiť DC vstup pre napájanie Arduina.

Nevynechajte keramické kondenzátory 0,1 uF, ktoré poskytujú dobrú stabilitu výstupného napätia.

LM 317 poskytuje premenlivé výstupné napätie pre záťaž, ktorá sa má pripojiť.

Výstupné napätie môžete upraviť otáčaním potenciometra 4,7 kOhm.

Tým sa končí energetická časť.

Teraz sa pozrieme na pripojenie displeja:

Podrobnosti o pripojení

Nie je tu veľa čo vysvetľovať, iba zapojte Arduino a LCD displej podľa schémy zapojenia. Nastavte 10K potenciometer pre lepší kontrast sledovania.

Vyššie uvedený displej zobrazuje ukážky nameraných hodnôt pre štyri uvedené parametre.

Fáza merania výkonu

Teraz sa pozrime podrobne na obvod merania výkonu.

Obvod merania výkonu sa skladá z voltmetra a ampérmetra. Arduino môže merať napätie a prúd súčasne pripojením siete rezistorov podľa schémy zapojenia.

Detaily reléového pripojenia pre vyššie uvedený dizajn:

Štyri paralelne zapojené odpory 10 ohmov, ktoré tvoria bočníkový odpor 2,5 ohmov, ktorý sa použije na meranie prietoku prúdu cez záťaž. Rezistory by mali byť minimálne 2 watty.

Rezistory 10k ohm a 100k ohm pomáhajú Arduinu merať napätie pri záťaži. Tieto rezistory môžu byť rezistory s normálnym príkonom.

Ak sa chcete dozvedieť viac o práci ampérmetra a voltmetra na báze Arduina, pozrite si tieto dva odkazy:

Voltmeter: https://homemade-circuits.com/2016/09/how-to-make-dc-voltmeter-using-arduino.html

Ampérmeter: https://homemade-circuits.com/2017/08/arduino-dc-digital-ammeter.html

Na nastavenie maximálnej úrovne prúdu na výstupe je k dispozícii potenciometer 10 K ohmov. Ak prietok prúdu cez záťaž prekročí nastavený prúd, výstupný zdroj sa odpojí.
Na displeji môžete vidieť prednastavenú úroveň, ktorá bude uvedená ako „LT“ (limit).

Povedzme napríklad: ak nastavíte limit na 200, bude vydávať prúd až do 199 mA. Ak sa odber prúdu rovná 200 mA alebo viac, výstup sa okamžite preruší.

Výstup sa zapína a vypína pinom Arduino č. 7. Keď je tento pin vysoký, tranzistor napája relé, ktoré spája spoločné a normálne otvorené kolíky, čo vedie kladné napájanie záťaže.

Dióda IN4007 absorbuje vysokonapäťové spätné EMF z cievky relé pri zapínaní a vypínaní relé.

Programový kód:

//------------------Program Developed by R.GIRISH------------------//
#include
#define input_1 A0
#define input_2 A1
#define input_3 A2
#define pot A3
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2)
int Pout = 7
int AnalogValue = 0
int potValue = 0
int PeakVoltage = 0
int value = 0
int power = 0
float AverageVoltage = 0
float input_A0 = 0
float input_A1 = 0
float output = 0
float Resolution = 0.00488
float vout = 0.0
float vin = 0.0
float R1 = 100000
float R2 = 10000
unsigned long sample = 0
int threshold = 0
void setup()
{
lcd.begin(16,2)
Serial.begin(9600)
pinMode(input_3, INPUT)
pinMode(Pout, OUTPUT)
pinMode(pot, INPUT)
digitalWrite(Pout, HIGH)
}
void loop()
{
PeakVoltage = 0
value = analogRead(input_3)
vout = (value * 5.0) / 1024
vin = vout / (R2/(R1+R2))
if (vin <0.10)
{
vin = 0.0
}
for(sample = 0 sample <5000 sample ++)
{
AnalogValue = analogRead(input_1)
if(PeakVoltage {
PeakVoltage = AnalogValue
}
else
{
delayMicroseconds(10)
}
}
input_A0 = PeakVoltage * Resolution
PeakVoltage = 0
for(sample = 0 sample <5000 sample ++)
{
AnalogValue = analogRead(input_2)
if(PeakVoltage {
PeakVoltage = AnalogValue
}
else
{
delayMicroseconds(10)
}
}
potValue = analogRead(pot)
threshold = map(potValue, 0, 1023, 0, 2000)
input_A1 = PeakVoltage * Resolution
output = (input_A0 - input_A1) * 100
output = output * 4
power = output * vin
while(output >= threshold || analogRead(input_1) >= 1010)
{
digitalWrite(Pout, LOW)
while(true)
{
lcd.clear()
lcd.setCursor(0,0)
lcd.print('Power Supply is')
lcd.setCursor(0,1)
lcd.print('Disconnected.')
delay(1500)
lcd.clear()
lcd.setCursor(0,0)
lcd.print('Press Reset the')
lcd.setCursor(0,1)
lcd.print('Button.')
delay(1500)
}
}
while(output >= threshold || analogRead(input_2) >= 1010)
{
digitalWrite(Pout, LOW)
while(true)
{
lcd.clear()
lcd.setCursor(0,0)
lcd.print('Power Supply is')
lcd.setCursor(0,1)
lcd.print('Disconnected.')
delay(1500)
lcd.clear()
lcd.setCursor(0,0)
lcd.print('Press Reset the')
lcd.setCursor(0,1)
lcd.print('Button.')
delay(1500)
}
}
lcd.clear()
lcd.setCursor(0,0)
lcd.print('V=')
lcd.print(vin)
lcd.setCursor(9,0)
lcd.print('LT=')
lcd.print(threshold)
lcd.setCursor(0,1)
lcd.print('I=')
lcd.print(output)
lcd.setCursor(9,1)
lcd.print('P=')
lcd.print(power)
Serial.print('Volatge Level at A0 = ')
Serial.println(analogRead(input_1))
Serial.print('Volatge Level at A1 = ')
Serial.println(analogRead(input_2))
Serial.print('Voltage Level at A2 = ')
Serial.println(analogRead(input_3))
Serial.println('------------------------------')
}

//------------------Program Developed by R.GIRISH------------------//

Teraz by ste už získali dostatok vedomostí na zostavenie napájacieho zdroja, ktorý vás ochráni hodnotnými elektronickými súčiastkami a modulmi.

Ak máte akékoľvek konkrétne otázky týkajúce sa tohto nadprúdového napájacieho obvodu používajúceho Arduino, neváhajte sa opýtať v sekcii komentárov, môžete dostať rýchlu odpoveď.