Labornetzteil mit ATMEGA 8

Es soll ein Labornetzteil entstehen, dass eine schnelle Ausregelzeit hat und eine geringe Restwelligkeit. Desweiteren wird eine PC-Steuerung via USB angestebt und eine Datenübernahme von Strom und Spannung vom PC.

Die Regelung erfolgt analog mit OPVs, um die kurze Ausregelzeit zu erreichen. Die Regelung digital vom ATMEL übernehmen zu lassen, wie in [4] gemacht, würde eine Ausregelzeit von 2ms und mehr bedeuten. Eine analoge Regelung mit OPVs dagegen ist um einiges schneller. Die Sollvorgabe von Strom und Spannung erfolgt vom ATMEL über 12bit-DACs bei Verwendung eines Drehgebers.

Das Netzteil funktioniert zwischenzeitlich perfekt, die Restwelligkeit ist unter 5mV bzw. beträgt ca. 0,05%.

Bild vom fertigen Aufbau:

 Ansicht des fertigen Gerätes

Oszi-Bilder der Tests des Netzteils:

einschalten.jpg nach_strombegrenzung.jpg stromberenzung_setzt_ein.jpg

Dabei ist das linke Bild nach dem Aktivieren nach Standby, das mittlere Bild beim Einsetzen der Strombegrenzung (Sollwerte: 5Volt/1A) und das rechte Bild nach Aufheben der Strombegrenzung. Die kleinen Wackler können entstanden sein da ich den Ausgang nur mit einem Kabel kurz geschlossen habe.

Entwicklungsstand

Hardware entwickelt 100%
Hardware getestet 100%
AVR Software entwickelt 100%
AVR Software getestet 100%
PC Software 0%

Es sind einige Änderungen bei den Tests der Platinen entstanden, siehe die Hinweise.

21.10.2014 Die Softwareversion 2.83 ist fertig und getestet. Der Abgleich des ADC ist nun automatisch.

08.10.2014 Es ist vollbracht. Der Umbau ist abgeschlossen. Was mich noch ärgert ist die geringe Auflösung des ADC von nur 10bit. Dazu werde ich demnächst ein Oversampling des ADC auf 12bit in die Software einfügen. Desweiteren kommt ein Abgleich mit jeweils 2 Stützpunkten.

22.09.2014 die Zeit rennt dahin aber noch ist der Umbau nicht fertig. Da ich aber einmal alles zerlegt habe wird die Regelungsplatine nochmals geändert. Damit fällt der Abgleich für die Lastkompensation weg.

05.06.2014 ein Gerät ist nie fertig… :-) Die Idee mit der passiven Kühlung ist suboptimal. Bei einem schnellen Anstieg der Verlustleistung ist der große Kühlkörper zu träge. Deshab wird die Kühlung auf aktive Kühlung umgestellt. Damit die Verlustleistung schnell abgeführt werden kann werden 2 CPU-Kühler eingesetzt. Als weiterer Vorteil ist das geringere Gewicht gegenüber dem rießigen Kühlkörper jetzt.

25.04.2011 Neue Softwareversion „version2.7“. Es wurde die Strombegrenzung implementiert.

11.05.2010: es ist fast geschafft, wieder einige Bugs beseitigt, neue Firmware: ver2_3R06. Mit dieser Version läuft das Netzteil bereits fehlerfrei. Der Abgleich der DACs funktioniert auch.

04.05.2010: Netzteil funktioniert, nur die Kalibrierfunktion in der AVR-Firmware ist fehlerhaft. to be continued…:-(

01.04.2010: kein Aprilscherz, Verkabelung fertig gestellt. Nun folgen die Abgleicharbeiten und Funktionstests.

21.12.2009: Kompensationsschaltung für die Offset-Spannung vom Shunt funktioniert. Die Entwicklung der Analog-Hardware ist damit erfolgreich abgeschlossen.

11.12.2009: Leider ist noch ein Fehler in der Reglerschaltung. Da die Strom-Messung gegen Masse erfolgt hat dies Einfluss auf die Spannungsregelung. Dieser Offset vom Mess-Shunt muss noch eliminiert werden.

30.11.2009: Die Kapazität der Siebelkos war zu wenig, diese auf 8000µF erhöht. Mehr Platz ist nicht. Die Ausgangsspannung hat nun einen Ripple von 10mV. Was jetzt noch aussteht ist der Test mit der AVR-Platine.

21.11.2009: die eigentlichen Fehler gefunden, der BD139 ist defekt und der Ausgangskondensator war zu klein dimensioniert (jetzt 220µF).

13.11.2009: Die neue Platine funktioniert im Testaufbau perfekt ohne Schwingungen oder Störungen.

02.11.2009: Neue Platine für die Regelung geätzt, AVR-Software fertig gestellt

25.09.2009: die Strommessung wird geändert in ein differenzielles Messverfahren (siehe [11] ) um eine bessere Linearität zu erreichen.

15.07.2009: nach Einbau und Inbetriebnahme musste ich feststellen, das die Stromregelung schwingt ohne Ende. Hier ist wohl noch einiges an Arbeit nötig.

Juni 2009: Gehäuse modifiziert und mechanischer Einbau des Kühlkörpers und der Platinen.

Mai 2009: Platinen erstellt und geätzt.

Februar 2009: AVR-Software angefangen

Features

  • kurze Ausregelzeit
  • Anzeige von Soll- und Istwerte über LCD
  • Standby-Taste
  • Einstellung vom Strom- und Spannung einzeln
  • Temperaturüberwachung des Leistungsteils
  • Schutz gegen Überlast
  • USB-Schnittstelle
  • max. Leistung 30V/3A mit Trafo 24V~/160VA (mein Netzteil schafft nur 1,5A mit dem 100VA-Trafo)
  • zusätzlich noch 5V/1A(fest), +/- 12V/100mA(fest)

Hardware

  • EL-Trafo bzw. Ringkern-Trafo mit 24V~/160VA
  • Mikrocontroller: ATMEGA8
  • LC-Display: 2×20 HD44780 kompatibel
  • Einstellung Strom und Spannung digital mit einem Drehgeber
  • Leistungs-Transistor: 2 Bipolar-Leistungstransistoren (BD245) parallel

Gliederung der Unterseiten

Quellen

Ausblick

Verbesserungen für eine Neuauflage:

  1. weniger einzelne Platinen, da dann der Verdrahtungsaufwand sich verringert
  2. Ringkerntrafo, da dieser einen besseren Wirkungsgrad hat
  3. Größerer Trafo (180VA und 2x 15V) da 100VA nicht ausreichen um 30V und 3A zu erreichen.
  4. Vorregelung des Leistungsteils mit einem aktiven Gleichrichter mit Phasenabschnitt-Steuerung, damit weniger Verlustleistung und Wärme am Leistungstransistor.
  5. Stromversorgung der OPVs mit geregelter Spannung mit Linearreglern, damit die Netz-Störungen noch geringer werden.
  6. anderes Display damit noch Platz ist für andere Informationen
  7. kleinere Abmessungen des Gehäuses
  8. kleinere Shunt-Widerstände, da die jetzigen zu groß dimensioniert sind. 2x 5Watt reichen dicke. Oder 10x 4.7Ohm-Widerstände verwenden, da damit 0,125Watt-Widerstände möglich wären.

Nachbauten

Hardy aus Niederlande hat dieses Netzteil nachgebaut aber auch etwas für seine Belange modifiziert.

 Gesamtansicht  Innenansicht

Diskussion

Christian Aurich, 2009/01/28 08:46

Wie wäre es denn, wenn du statt einem puren Temperaturlimit noch einen geregelten Lüfter einbaust? Der kann ja im Normalzustand aus sein und nur ein Stück vor Erreichen des absoluten Limits angehen.

Wo geht der Ausgang deiner Temperaturüberwachung eigentlich zur Zeit hin? Zum AVR? Vielleicht wäre es besser das diskret zu lösen, falls der AVR mal unerwartet hängt, könntest du damit zumindest noch größeren Schaden vermeiden…

Ronny Schmiedel, 2009/01/29 09:17

Seit dem letzten Redesign der Regler-Platine ist bereits einiges in diese Richtung geändert worden. Der Bimetall-Schalter entzieht jetzt direkt bei Erreichen der Grenztemperatur dem Leistungstransistor über die Steuertransistoren die Spannung. Damit ist aber eine Lüftersteuerung nicht mehr möglich. Dies wäre mit einer extra Schaltung aber machbar.

Christian Aurich, 2009/06/16 06:44

ich hab mir mal erlaubt am ende der Seiten noch Links zum jeweils nächsten „Kapitel“ einzufügen - so kann man imho wesentlich schneller navigieren.

Thomas St., 2009/11/30 21:59

Hallo,

Dein Projekt gefällt mir alles in allem wirklich sehr gut, Ich hätte noch ein Paar kleine Ideen dazu und würde auch die PC Software schnell Schreiben. Was Wünschenswert währe, währen Kleinere Layouts bzw. alles Kompakter zusammengeführt zu weniger Platinen!

Aber wie gesagt alles in allem wirklich Respekt super umgesetzt! Werde für mich noch alles etwas anpassen, so dass ich ein Dualnetzteil habe auf einer Platine!

Wenn du jemanden suchst der mitmacht wäre ich gerne Bereit!

Gruß

Thomas

Ronny Schmiedel, 2009/12/01 20:44

Gerne, PC Software ist nicht so mein Ding. Verbesserungsvorschläge sind immer willkommen.

Thomas St., 2009/12/04 20:09

Hallo,

Meine Ideen währen folgende gewesen: - im 19“ Rack unterbringbar! (Ein Steck Modul….) - PC Software was alles Steuert - Platz spaaren bei den Platinen (anderes Layout würde ich machen) - Software Bussfähig machen so das ein Parralelbetrieb von 2 Netzteilen Möglich ist!

könntest mich mal per Skype unter Rasieel, oder ICQ unter 215417095 erreichen oder natürlich e-mail sw@rasieel.de

Georg S., 2011/02/27 10:22

Hat schon irgendjemand das Projekt weitergeführt und eventuell nicht dokumentiert? Ich würde mir gerne ein Netzteil bauen und nach langer Suche sagt mir dieses hier absolut am meisten zu!

2 Netzteile in einem Gerät wären auch mein Wunsch, und eventuell auch alles auf Eurokartenformat 100x160mm um mir das ganze Zurechtschneiden zu ersparen.

Ich bin natürlich bereit mit jemanden zusammenzuarbeiten. Die PC Software will ich aber nicht machen.

 
projekte/labornetzteil.txt · Zuletzt geändert: 2014/10/21 22:39 von medtech
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