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제 목 44. 정전압, 정전류 전원 [실험실 레벨의 최대 12 V 1 A의 정전압 전류 전원입니다. ]
첨부파일

 


 정전압, 정전류 전원의 제작

 실험실용의 정전압, 정전류 전원을 만들었습니다.
 미터 대신에 PIC를 사용해 액정 표시기에, 현재 상태
 (을)를 표시하도록(듯이) 했습니다.


【개요】

실험의 한중간에, 쇼트 해도 일정한 전류 이상은 흐르지 않는 것 같은 정전압의 전원이
갖고 싶다고 생각해 만들어 보았습니다.
출력전압은 0 V에서 12 V까지 가변할 수 있어 출력 전류는 최대 0에서 1 A까지 설정할 수 있습니다.
출력전압, 전류, 설정 전류등의 현재 상태를, 액정 표시기에 상시 표시합니다.
외관은 아래와 같이 되어 있어, 전압 설정과 최대 전류 설정이 오른쪽의 안주로 만듭니다.
또 현재 상태를 액정 표시기에 상시 표시하고 있습니다. 이 표시 제어에 PIC16F873/876
(을)를 사용하고 있습니다.


출력 단자 좌횡의 발광 다이오드는,
출력 전류 제한이 시작되어 있는 것을
나타냅니다.
최대 출력은, 0~12 V 1A 입니다.


【기본 구성】

우선, 전체 구성은 밑그림과 같이 되어 있어, 정전압, 정전류의 제어부는, MOS FET로
실시합니다. 기본적인 동작은, 모두 하드웨어로 제어하고 있습니다.
 PIC가 실행하는 것은, 계측과 값을 변환해 표시하는 것 뿐입니다.
공급원의 15 V, 1. 6 A의 전원은, 24 W타입의 AC어댑터를 그대로 사용하고 있습니다.







 정전압, 정전류의 제어는, 밑그림과 같은 구성으로 실현되고 있습니다.
우선, 출력전압 제어는, 출력전압치와 설정치를 유효증폭기로 비교해, 같은 값이 되도록(듯이),
N채널 MOS FET측에서 제어하고 있습니다.
전류 제어는, 그 전에 있는 P채널의 MOS FET로 가고 있어, 1Ω의 저항의 양단의 전위차
라고 전류 설정용 전압을 유효증폭기로 비교해, 일정한 전류 이상이 되었을 경우에는, 설정되어
있는 최대 전류치 이상이 되지 않게, 출력전압을 내리는 동작을 합니다.
여기서 그 전에 있는 2개의 다이오드는, FET의 게이트 전압에 대한 바이어스 전압을 얻기 위해
입니다.
즉, P채널 MOS FET의 소스에 대해서, 게이트 전압이 2 V정도 높은 전압이 되도록(듯이) 해,
1Ω의 저항의 드롭이 0 V부근에서도 제대로 전류 제어를 할 수 있도록(듯이) 하고 있습니다.
이 다이오드, 1Ω, Pch MOSFET, Nch MOS FET의 사이를, 최대 1 A의 전류가 흐르기 때문에,
각각 열대책이 필요합니다.





PIC에의 계측 데이터는 아래와 같은 내용으로 하고 있습니다.

1. CH0 전류 제한 전압
  윗 그림의 Q1의 게이트에 참가하는 전압을 1 kΩ와 3. 3kΩ의 저항으로 분압해 입력해
  있습니다. 따라서, 0-3. 8 V의 전압으로서 PIC에 입력됩니다.

2. CH1 부하 전류치
  실제로 흐르고 있는 전류치를 윗 그림의 R1의 전압강하치로 측정하고 있습니다.
  전위차를 그대로 입력하고 있습니다만, 0 암페어때의 오프셋(offset) 조정용의
  가변 저항을 추가하고 있습니다.

3. CH2 최대 전류 설정치
  최대 전류 설정용의 가변 저항의 값이 0-5 V이므로, 그대로 입력하고 있습니다.

4. CH3 출력전압치
  현재의 부하 출력의 전압치를, 저항으로 분압해 입력하고 있습니다.
  전면적 조정용의 가변 저항을 유효증폭기에 추가하고 있습니다.




【전체 회로 구성】

상기의 사양을 만족시킨 회로는 밑그림과 같이 됩니다.
왼쪽 반이 정전류, 정전압을 제어하는 하드웨어 부분에서, 2개의 MOSFET가, 그 제어를
가고 있습니다.
오른쪽 반은, PIC를 중심으로 한 표시 제어 회로로, 각부의 계측 포인트의 전압치를 A/D변환해,
스케일 변환을 한 뒤, 액정 표시기에 출력하고 있습니다.
특히, 전원부는 15 V로 동작하고 있기 때문에, 그 계측을 행하기 위한 유효증폭기도 15 V계로
동작시키고 있습니다. 그러나, PIC는 5 V계이므로, A/D변환 입력은 최대 5 V로 할 필요가
있습니다.
그 때문에 유효증폭기의 출력을 0-5 V로 설정한 다음, 한층 더 PIC를 부수지 않게 유효증폭기
에 출력을 다이오드로 5 V에 pull-up 하고 있습니다. 이것으로 최악 6 V정도로 유효증폭기의 출력을
클립 할 수가 있습니다. (D3, D4)

전류 제한을 검출하기 위한 기준 전압을, 밑그림의 R7의 2 kΩ의 저항으로 만들기 (위해)때문에, 항상 일정한
전류를 이 저항에 흘릴 필요가 있습니다. 이 때문에, Q2의 FET 2 SK439로 정전류 회로를
구성해 있습니다.









★회로도와 패턴도의 파일은 아래와 같이입니다. IVEX사의 WinDraft와 WinBoard로 사용해 주세요.

  ★회로도와 패턴도



【제어 기판의 외관】


12V 1 A의 출력의 제어에 견딜 수 있는 듯
대나무눈의 방열판을 달고 있습니다.
실력적으로는 조금 1Ω의 저항과 다이오드가
뜨거워집니다만, 2 A정도까지는 견딜 수 있습니다.


방열판에는, 2개의 MOSFET와 1Ω의 전류
검출용 시멘트 저항의 발열도 방열하는 듯
접촉시키고 있습니다.


방열판주위의 상세합니다.
시멘트 저항은 열전도 고무를 사이에 끼워
방열판에 접촉시키고 있습니다.
방열판에는, 2개의 MOSFET가 고정
할 수 있도록(듯이) 탭을 자르고 있습니다.



PIC 주위의 부품 실장 상태입니다.



프린트 기판입니다. 우측의 1 A의 전류가 흐른다
부분의 패턴은 가능한 한 굵게 하도록(듯이)
합니다.





【케이스에의 실장과 외관】


전체 레이아웃은, 위쪽이 전원의 스위칭
레귤레이터입니다. 24 W타입의 AC어댑터
의 케이스를 떼어 사용했습니다.
출력은 15 V 1. 6 A입니다.
아래 쪽이 제어 기판입니다.


교환 안정기의 설치 상태입니다.
기판에 2개소 구멍을 뚫어 나사로 고정하고 있습니다.
출력 케이블은 도중에 절단 해 사용해, 입력
(은)는 AC플러그용의 접촉 단자에 직접은 다 붙어라
하고 있습니다.


전면 패널의 실장 상태입니다.
좁기 때문에 정확한 구멍내기를 하지 않으면 매달려라
할 수 없게 되어 버립니다.
전원 표시용 LED에는 5 V전원으로부터 공중 배선으로
470Ω의 저항 경유 접속하고 있습니다.

  액정 표시기의 백 라이트용 전류 제한 저항은 47Ω을 사용했습니다.


【프로그램 개요】

이 정전류정전압원의 프로그램은 계측을 실시하고 있을 뿐입니다 것으로
간단합니다.
0. 5초의 일정 주기에 4 채널의 데이터를 계측 해, 데이터의 스케일 변환을
하고 나서, 액정 표시기의 지정 위치에 4개의 값을 표시하고 있습니다.
CCS사의 C언어로 만들었으므로, 액정 표시기에의 출력은 printf문만으로
끝나 있습니다.
또 부동 소수점수(실수)의 스케일 변환의 연산도 C언어라면 각각 1행으로
기술 가능하게 됩니다.

이 프로그램의 소스와 HEX 파일은 아래와 같이에 있습니다.
다운로드해 사용해 주세요.

★프로그램 소스(C언어)

★프로그램 HEX 파일

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www.micom114.com
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