Introduzione e tutorial sull'alimentatore programmabile!: 7 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Se ti sei mai chiesto degli alimentatori programmabili, allora devi seguire questo tutorial per ottenere una conoscenza completa e un esempio pratico di un alimentatore programmabile.

Inoltre, chiunque sia interessato all'elettronica, è pregato di leggere questo tutorial per esplorare alcune nuove cose interessanti…

Rimani sintonizzato!!

Passaggio 1: cos'è un alimentatore programmabile e cosa lo rende diverso?

È passato un po' di tempo da quando ho caricato un nuovo istruibile. Quindi ho pensato di caricare rapidamente un nuovo istruibile su uno strumento molto necessario (per qualsiasi hobbista/appassionato di elettronica/professionista) che è un alimentatore programmabile.

Quindi, la prima domanda che sorge qui è che cos'è un'alimentazione programmabile?

Un alimentatore programmabile è un tipo di alimentatore lineare che consente il pieno controllo della tensione e della corrente di uscita dell'unità tramite interfaccia digitale/analogica/RS232.

Quindi cosa lo rende diverso da un tradizionale LM317/LM350/qualsiasi altro alimentatore lineare basato su IC? Diamo un'occhiata alle differenze chiave.

1) La principale grande differenza è il controllo:

Generalmente il nostro tradizionale LM317/LM350/qualsiasi altro alimentatore basato su IC funziona in modalità CV (tensione costante) in cui non abbiamo alcun controllo sulla corrente. Il carico assorbe la corrente in base alle sue necessità dove non possiamo controllarla. Ma in un alimentazione programmabile, possiamo controllare singolarmente sia il campo di tensione che quello di corrente.

2) L'interfaccia di controllo:

Nella nostra alimentazione basata su LM317/LM350, giriamo un potenziometro e la tensione di uscita varia di conseguenza.

In confronto, in un alimentatore programmabile, possiamo impostare i parametri utilizzando il tastierino numerico oppure possiamo modificarli utilizzando un encoder rotativo o addirittura possiamo controllare i parametri tramite un PC da remoto.

3) La protezione dell'uscita:

Se mettiamo in cortocircuito l'uscita della nostra alimentazione tradizionale, abbasserà la tensione e fornirà l'intera corrente. Quindi, in un breve lasso di tempo, il chip di controllo (LM317/LM350/qualsiasi altro) viene danneggiato a causa del surriscaldamento.

Ma in confronto, in un alimentatore programmabile, possiamo chiudere completamente l'uscita (se vogliamo) quando si verifica un cortocircuito.

4) L'interfaccia utente:

Generalmente in una fornitura tradizionale, dobbiamo collegare un multimetro per controllare ogni volta la tensione di uscita. Inoltre è necessario un sensore di corrente/pinza amperometrica di precisione per controllare la corrente di uscita.

(NB: si prega di controllare il mio alimentatore da banco variabile 3A istruibile qui che consiste nella lettura integrata di tensione e corrente su un display a colori)

Oltre a ciò, in un alimentatore programmabile, ha un display integrato che mostra tutte le informazioni necessarie come tensione di corrente/amplificatore di corrente/tensione impostata/amplificatore di regolazione/modalità di funzionamento e molti altri parametri.

5) N. di uscite:

Supponiamo che tu voglia eseguire un circuito/circuito audio basato su OP-AMP in cui avrai bisogno di tutti i Vcc, 0v e GND. La nostra alimentazione lineare fornirà solo Vcc e GND (uscita a canale singolo) quindi non puoi eseguire questo tipo di circuito utilizzando un'alimentazione lineare (avrai bisogno di due di loro collegati in serie).

In confronto, una tipica alimentazione programmabile ha almeno due uscite (alcune ne hanno tre) che sono isolate elettronicamente (non vale per ogni alimentazione programmabile) e puoi facilmente collegarle in serie per ottenere i Vcc, 0, GND richiesti.

Ci sono anche molte differenze, ma queste sono le principali differenze chiave che ho descritto. Si spera che tu possa avere un'idea di cosa sia un alimentatore programmabile.

Inoltre, rispetto a un SMPS, l'alimentatore programmabile ha un rumore molto basso (componenti CA indesiderati/picchi elettrici/EMF ecc.) In uscita (poiché è lineare).

Ora passiamo al passaggio successivo!

NB: Puoi controllare il mio video riguardante il mio alimentatore programmabile Rigol DP832 qui.

Passaggio 2: cos'è la modalità CV e CC di qualsiasi alimentatore?

È molto confuso per molti di noi quando si tratta di CV e CC. Conosciamo la forma completa ma in molti casi non abbiamo l'idea corretta di come funzionano. Diamo un'occhiata a entrambe le modalità e fare un confronto su come sono diversi dal loro punto di vista lavorativo.

Modalità CV (tensione costante):

In modalità CV (sia in caso di alimentazione/caricabatteria/quasi tutto ciò che lo ha), l'apparecchiatura generalmente mantiene una tensione di uscita costante all'uscita indipendente dalla corrente assorbita da essa.

Ora facciamo un esempio.

Ad esempio, ho un LED bianco da 50 W che funziona a 32 V e consuma 1,75 A. Ora se colleghiamo il LED all'alimentatore in modalità a tensione costante e impostiamo l'alimentazione a 32 V, l'alimentatore regolerà la tensione di uscita e manterrà comunque a 32v. Non monitorerà la corrente consumata dal LED.

Ma

Questi tipi di LED assorbono più corrente quando diventano più caldi (cioè assorbiranno più corrente della corrente specificata nella scheda tecnica, ad esempio 1,75 A e possono arrivare fino a 3,5 A. Se mettiamo l'alimentatore in modalità CV per questo LED, non esaminerà la corrente assorbita e regolerà solo la tensione di uscita e quindi il LED verrà eventualmente danneggiato a lungo termine a causa dell'eccessivo consumo di corrente.

Qui entra in gioco la modalità CC!!

Modalità CC (corrente costante/controllo corrente):

In modalità CC, possiamo impostare la corrente MAX assorbita da qualsiasi carico e possiamo regolarla.

Ad esempio, impostiamo la tensione a 32 V e impostiamo la corrente massima a 1,75 A e colleghiamo lo stesso LED all'alimentatore. Ora cosa accadrà? Alla fine il LED si surriscalda e cercherà di assorbire più corrente dall'alimentatore. Ora questa volta, il nostro alimentatore manterrà lo stesso amp cioè 1.75 in uscita ABBASSANDO LA TENSIONE (semplice legge di Ohm) e quindi, il nostro LED sarà salvato nel lungo periodo.

Lo stesso vale per la ricarica della batteria quando si carica qualsiasi batteria SLA/Li-ion/LI-po. Nella prima parte della ricarica, dobbiamo regolare la corrente utilizzando la modalità CC.

Facciamo un altro esempio in cui vogliamo caricare una batteria da 4,2 V/1000 mAh che è classificata a 1C (cioè possiamo caricare la batteria con una corrente massima di 1 A). Ma per motivi di sicurezza, regoleremo la corrente a un massimo di 0,5 C cioè 500mA.

Ora imposteremo l'alimentatore a 4,2 V e imposteremo la corrente massima a 500 mA e collegheremo la batteria ad esso. Ora la batteria proverà a prelevare più corrente dall'alimentatore per la prima ricarica, ma il nostro alimentatore regolerà la corrente di abbassando leggermente la tensione. Man mano che la tensione della batteria aumenta, la differenza di potenziale tra l'alimentatore e la batteria sarà minore e la corrente assorbita dalla batteria si abbasserà. Ora ogni volta che la corrente di carica (corrente assorbita dalla batteria) scende al di sotto di 500 mA, l'alimentazione passerà alla modalità CV e manterrà una tensione costante di 4,2 V in uscita per caricare la batteria per il resto del tempo!

Interessante, non è vero?

Passaggio 3: ce ne sono così tanti là fuori!!

Molti alimentatori programmabili sono disponibili da diversi fornitori. Quindi se stai leggendo ancora adesso e sei determinato a prenderne uno, allora prima devi decidere alcuni parametri!!

Ogni alimentatore è diverso l'uno dall'altro in termini di precisione, numero di canali di uscita, potenza totale in uscita, tensione-corrente/uscita massima ecc.

Ora, se vuoi possederne uno, prima decidi qual è la tensione e la corrente di uscita massima con cui generalmente lavori per il tuo uso quotidiano! Quindi seleziona il numero di canali di uscita di cui hai bisogno per lavorare con circuiti diversi alla volta Quindi arriva la potenza totale in uscita, ovvero quanta potenza massima è necessaria (P = formula VxI). Quindi scegli l'interfaccia come se hai bisogno di un tastierino numerico/encoder rotativo o hai bisogno di un'interfaccia di tipo analogico ecc.

Ora, se hai deciso, finalmente arriva il principale fattore importante, ovvero il prezzo. Scegline uno in base al tuo budget (e ovviamente controlla che i parametri tecnici sopra menzionati siano disponibili al suo interno).

E, ultimo ma non meno importante, guarda ovviamente il fornitore. Ti consiglierei di acquistare da un fornitore rinomato e non dimenticare di controllare il feedback (dato da altri clienti).

Ora facciamo un esempio:

In genere lavoro con circuiti logici digitali/circuiti relativi a microcontrollori che richiedono generalmente 5 V/max 2 A (se uso alcuni motori e cose del genere).

Inoltre, a volte, lavoro su circuiti audio che richiedono un massimo di 30 V/3 A e anche una doppia alimentazione. Quindi sceglierò un'alimentazione che possa fornire un massimo di 30 V/3 A e che abbia un doppio canale isolato elettronicamente (cioè ogni canale può fornire 30v/3A e non avranno alcun binario GND comune o binario VCC). In genere non ho bisogno di alcun tastierino numerico di fantasia! (Ma ovviamente aiutano molto). Ora il mio budget massimo è di 500 $. Quindi io sceglierò un alimentatore secondo i miei criteri sopra menzionati…

Passaggio 4: il mio alimentatore…. Rigol DP832

Quindi, in base alle mie esigenze, Rigol DP832 è un'attrezzatura perfetta per il mio utilizzo (ANCORA, FORTEMENTE A MIO PARERE).

Ora diamo una rapida occhiata. Ha tre canali diversi. Ch1 e Ch2/3 sono isolati elettronicamente. Ch1 e Ch2 possono fornire un massimo di 30 V/3 A. È possibile collegarli in serie per ottenere fino a 60 V (la corrente massima sarà 3 A). Inoltre è possibile collegarli in parallelo per ottenere un massimo di 6 A (la tensione massima sarà di 30 V). Ch2 e Ch3 hanno una terra comune. Ch3 può fornire un massimo di 5 V / 3 A che è adatto per circuiti digitali. La potenza di uscita totale di tutti e tre i canali combinati è 195w. Mi è costato circa 639 $ in India (qui in India, è un po' caro rispetto al sito di Rigol dove è menzionato a 473 $ a causa delle spese di importazione e tasse..)

È possibile selezionare diversi canali premendo il pulsante 1/2/3 per selezionare il canale corrispondente. Ogni singolo canale può essere attivato/disattivato utilizzando gli interruttori corrispondenti. Inoltre è possibile attivarli/disattivarli tutti in una volta tramite un altro interruttore dedicato chiamato All on/off. L'interfaccia di controllo è totalmente digitale. Fornisce un tastierino numerico per l'inserimento diretto di qualsiasi tensione/corrente. Inoltre è presente un encoder rotativo tramite il quale è possibile aumentare/diminuire gradualmente qualsiasi parametro.

Volt/Milivolt/Amp/Miliamp - quattro tasti dedicati servono per inserire l'entità desiderata. Inoltre questi tasti possono essere usati per spostare il cursore Alto/Basso/Destra/Sinistra.

Ci sono cinque tasti sotto il display che agiscono in base al testo mostrato sul display sopra gli interruttori. Ad esempio, se voglio attivare OVP (protezione da sovratensione), devo premere il terzo interruttore da sinistra per attivare OVP.

L'alimentatore ha un OVP (protezione da sovratensione) e un OCP (protezione da sovracorrente) per ogni canale.

Supponiamo di voler eseguire un circuito (che può tollerare un massimo di 5 V) in cui aumenterò gradualmente la tensione da 3,3 V a 5 V. Ora, se metto accidentalmente una tensione superiore a 5 V ruotando la manopola e non guardando il display, il circuito sarà fritto. Ora in questo caso entra in azione l'OVP. Imposterò l'OVP a 5v. Ora aumenterò gradualmente la tensione da 3.3v e ogni volta che viene raggiunto il limite di 5v, il canale verrà spento per proteggere il carico.

Lo stesso vale per l'OCP. Se imposto un certo valore OCP (per esempio 1A), ogni volta che la corrente assorbita dal carico raggiunge quel limite, l'uscita verrà disattivata.

Questa è una funzione molto utile per proteggere il tuo prezioso design.

Inoltre ci sono molte altre funzionalità che non spiegherò ora. Ad esempio, c'è un timer con il quale è possibile creare una certa forma d'onda come quadrato/dente di sega ecc. Inoltre è possibile attivare/disattivare qualsiasi uscita dopo un certo periodo di tempo.

Ho il modello a risoluzione inferiore che supporta la rilettura di qualsiasi tensione/corrente fino a due posizioni decimali. Ad esempio: se lo imposti a 5v e accendi l'uscita, il display mostrerà 5,00 e lo stesso vale per la corrente.

Passaggio 5: basta parlare, accendiamo qualcosa (anche, modalità CV/CC rivisitata!)

Ora è il momento di collegare un carico e accenderlo.

Guarda la prima immagine in cui ho collegato il mio carico fittizio fatto in casa al canale 2 dell'alimentatore.

Che cos'è un carico fittizio:

Il carico fittizio è fondamentalmente un carico elettrico che assorbe corrente da qualsiasi fonte di alimentazione. Ma in un carico reale (come una lampadina/motore), il consumo di corrente è fisso per la particolare lampadina/motore. Ma nel caso di un carico fittizio, possiamo regolare la corrente assorbita dal carico da una pentola cioè possiamo aumentare/diminuire il consumo di energia secondo le nostre esigenze.

Ora puoi vedere chiaramente che il carico (scatola di legno a destra) sta assorbendo 0,50 A dall'alimentazione. Ora diamo un'occhiata al display dell'alimentatore. Puoi vedere che il canale 2 è acceso e il resto dei canali è spento (Il quadrato verde è intorno al canale 2 e vengono mostrati tutti i parametri di uscita come tensione, corrente, potenza dissipata dal carico). Mostra la tensione come 5 V, la corrente come 0,53 A (che è corretto e il mio carico fittizio sta leggendo è leggermente inferiore, ad es. 0.50A) e la potenza totale dissipata dal carico ovvero 2.650W.

Ora diamo un'occhiata al display dell'alimentatore nella seconda immagine ((immagine ingrandita del display). Ho impostato la tensione di 5 V e la corrente massima è impostata su 1 A. L'alimentatore fornisce un 5 V costante in uscita. questo punto, il carico sta assorbendo 0,53 A, che è inferiore alla corrente impostata 1 A, quindi l'alimentazione non limita la corrente e la modalità è la modalità CV.

Ora, se la corrente assorbita dal carico raggiunge 1A, l'alimentatore andrà in modalità CC e abbasserà la tensione per mantenere una corrente costante di 1A in uscita.

Ora, controlla la terza immagine. Qui puoi vedere che il carico fittizio assorbe 0,99 A. Quindi, in questa situazione, l'alimentatore dovrebbe abbassare la tensione e creare una corrente costante di 1 A in uscita.

Diamo un'occhiata alla 4a immagine (immagine ingrandita del display) dove puoi vedere che la modalità è cambiata in CC. L'alimentatore ha ridotto la tensione a 0,28 V per mantenere la corrente di carico a 1 A. Di nuovo, vince la legge di ohm !!!!

Passaggio 6: divertiamoci un po'… è ora di testare la precisione

Ora, ecco che arriva la parte più importante di qualsiasi alimentatore, ovvero l'accuratezza. Quindi in questa parte, controlleremo, quanto siano precisi questi tipi di alimentatori programmabili!!

Test di precisione della tensione:

Nella prima foto, ho impostato l'alimentazione a 5v e puoi vedere che il mio multimetro Fluke 87v calibrato di recente sta leggendo 5.002v.

Ora diamo un'occhiata alla scheda tecnica nella seconda foto.

La precisione della tensione per Ch1/Ch2 rientrerà nell'intervallo descritto di seguito:

Impostare la tensione +/- (0,02% della tensione impostata + 2 mv). Nel nostro caso, ho collegato il multimetro a Ch1 e la tensione impostata è 5 V.

Quindi il limite superiore della tensione di uscita sarà:

5v + (.02% di 5v +.002v) cioè 5.003v.

& il limite inferiore per la tensione di uscita sarà:

5v - (.02% di 5v +.002v) cioè 4.997.

Il mio multimetro standard industriale Fluke 87v calibrato di recente mostra 5,002 v che rientra nell'intervallo specificato come calcolato sopra. Devo dire che un ottimo risultato!!

Test di precisione attuale:

Dai ancora un'occhiata alla scheda tecnica per l'accuratezza attuale. Come descritto, l'accuratezza attuale per tutti e tre i canali sarà:

Corrente impostata +/- (0,05% della corrente impostata + 2mA).

Ora diamo un'occhiata alla terza foto in cui ho impostato la corrente massima a 20 mA (l'alimentatore andrà in modalità CC e cercherà di mantenere 20 mA quando collegherò il multimetro) e il mio multimetro legge 20,48 mA.

Ora calcoliamo prima l'intervallo.

Il limite superiore della corrente di uscita sarà:

20mA + (0,05% di 20mA + 2mA) cioè 22,01mA.

Il limite inferiore della corrente di uscita sarà:

20mA - (0,05% di 20mA + 2mA) cioè 17,99mA.

Il mio fidato Fluke sta leggendo 20,48 mA e di nuovo il valore è all'interno dell'intervallo calcolato sopra. Anche in questo caso abbiamo ottenuto un buon risultato per il nostro test di precisione corrente. L'alimentatore non ci ha deluso….

Passaggio 7: il verdetto finale…

Ora siamo arrivati all'ultima parte…

Spero di poterti dare qualche idea su cosa sono gli alimentatori programmabili e come funzionano.

Se prendi sul serio l'elettronica e fai progetti seri, penso che qualsiasi tipo di alimentatore programmabile dovrebbe essere presente nel tuo arsenale perché non ci piace letteralmente friggere i nostri preziosi progetti a causa di sovratensioni/sovracorrenti/cortocircuiti accidentali.

Non solo, ma anche con questo tipo di alimentazione, possiamo caricare con precisione qualsiasi tipo di batteria Li-po/Li-ion/SLA senza il timore di prendere fuoco/qualsiasi caricatore speciale (perché le batterie Li-po/Li-ion sono incline a prendere fuoco se i parametri di carica corretti non soddisfano!).

Ora è il momento di dire addio!

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Buon apprendimento….

Addio!!