µC Netzteil

Beschreibung, Schaltpläne und Fotos von einem Mikrocontroller gesteuertem Netzteil/Netzgerät mit AVR

Einleitung

Im Folgenden beschreibe ich mein Mikrocontroller gesteuertes Netzgerät.
Es handelt sich um mein erstes größeres Projekt mit Mikrocontrollern, habt also Nachsicht falls Hard- und Software an manchen Stellen nicht ganz perfekt sind ;-)

Hinweis

Ich übernehme keinerlei Garantie für die Funktion der hier vorgestellten Schaltung! Für Schäden an Bauteilen, angeschlossenen Verbrauchern und/oder Personen oder Schäden anderer Art wird keine Haftung übernommen! Nachbau und Benutzung erfolgt auf EIGENE GEFAHR!

Features

Einige Highlights:

• Spannungsbegrenzung: 0 - 20 Volt
• Strombegrenzung: 0 - 5 Ampere
• Spitzenlast: liegt wohl bei weit über 100 Watt =)
• Digitale, temperaturabhängige Lüfterregelung mit PWM
• PWM-gestellter Ausgang für Lötkolben (ERSA Minityp)
• Steuerbar über serielle Schnittstelle
• Firmware-Upgrade über serielle Schnittstelle möglich (AVR Bootloader)
• 2x16 LCD
• Leistungsfähiger Luftkanal zur Wärmeabfuhr
• 5V und 12V Festspannungen

Funktionsdiagramm

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Das Netzteil besteht aus einem Digital- und einem Analogteil. Die im Digitalteil vorgegeben Spannungs- und Strombegrenzung wird über zwei Digital/Analog-Wandler welche über den I²C-Bus angesteuert werden an den Analogteil gegeben, welcher die eigentliche Regelung mit einem Operationsverstärker vornimmt, welcher die Leistungstransistoren ansteuert.

Schaltplan

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Der Schaltplan zeigt nur den Digitalteil und den Analog-Regelteil wie er auf der µC-Platine ist. Nicht gezeigt sind der Spannungsreglerteil (sowohl feste Ausgangsspannungen als auch Spannungen für die Digital- und Analogteil) sowie der Leistungsteil mit den Transistoren und FETs.

Der Analogteil und auch der Leistungsteil orientieren sich stark an einem ELV-Projekt, der "Universellen Netzteilplatine", beschrieben in ELV journal 2/96, weswegen ich die Funktion hier nicht genau erläutern werde.

Mit IC6C und IC6B sind Spannungs- sowie Stromregelung realisiert, IC6D dient zur Verstärkung des Signals des Temperatursensors an der Endstufe zum Messen mit dem ADC des AVR.

IC6A dient zur analogen Übertemperaturabschaltung falls der AVR, aus welchen Gründen auch immer, die Ausgangsspannung nicht abschalten sollte.

Die beiden Optokoppler dienen zur galvanischen Trennung des AVR und der FETs die die Lüfter und den Lötkolben per PWM treiben. Dies ist nötig, da es sonst Probleme mit der gemeinsamen Masse geben würde. Leider scheint der Optokoppler recht langsam zu sein weshalb ich eine recht kleine PWM-Frequenz wählen musste (ca. 120 Hz).

IC3 ist der 8bit IO-Expander der das Display treibt (siehe hierzu auch HD44780 Display via PCF8574 I²C IO-Expander).

IC2 und IC5 sind Digital/Analog-Wandler die die Spannungs- und Stromvorgaben an den Analogteil weitergeben.

IC4 ist ein MAX232N Pegelwandler IC der die Wandlung RS232 <-> TTL vornimmt.

LEDs

Folgende LEDs zeigen den Status des Gerätes an:

• Status LED: Leuchten im normalen Betrieb, Blinken im Standby-Modus, hektisches Blinken bei Übertemperatur
• U-LED: Leuchtet wenn Spannungsbegrenzung aktiv ist
• I-LED: Leuchtet wenn Strombegrenzung aktiv ist
• Lötkolben-LED: Leuchtet mit dem PWM-Signal des Lötkolbens
• Lüfter-LED: Leuchtet mit dem PWM-Signal der Lüfter
• Übertemperatur-LED: Leuchtet wenn der analoge Übertemperatur-Schutz anspricht

Display

Als Display kommt ein HD44780 kompatibles 2x16 LCD zum Einsatz. Es zeigt unter anderem eingestellte Spannung, Strom, Lötkolben-Leistung, Temperatur der Endstufe und Lüfter-Leistung an.

Taster

Das Gerät wird mit 8 Tastern bedient.

• U+ / U-: Spannung erhöhen, verringern
• I+ / I-: Strom erhöhen, verringern
• UP / DOWN: Je nach Zustand: Spannung/Strom in großen Schritten erhöhen / Lötkolben einstellen
• MODE: Umschalten des Modus, Umschalten des Menüs
• STANDBY: An / Standby

Die Taster sind mit Dioden an 4 Eingänge des µC angeschlossen und produzieren alle einen eindeutigen 4-bittigen Tastencode.

Zusätzlich dazu ist jeder Taster noch mit einer Diode mit dem Interrupt-Eingang des µC verbunden um einen IRQ zur Behandlung des Tastendrucks auszulösen. Im µC sind die internen Pull-Ups aktiviert.

Platine

Da ich nur eine einseitige Platine ätzen wollte sind leider, wie auf dem Bild zu sehen einige Luftlinien zu ziehen .. einige von ihnen lassen sich nur sehr knifflig einlöten - das nächste Projekt in diesen Ausmaßen wird wohl auf einer doppelseitigen Platine landen, das habe ich beim Löten gemerkt :)

Auf dem Foto zu sehen: Die fertig geätzten Platinen für die Festspannungen (links) und den µC- und Analogteil (rechts).

Kurze Infos zum Ätzvorgang:

• Layout ausgedruckt auf Tintenstrahler-Folie (mit viel Tinte/hohem Deckungsgrad!)
• Fotopositiv-beschichtetes Basismaterial
• ca. 2-3 Minuten belichtet mit 250W UV-Fotobelichtungslampe (Philips PHOTOLITA-S 230V 250W)
• Entwickelt mit SENO Universalentwickler
• Geätzt mit SENO Feinätzkristall

Software

Werde ich evtl. noch veröffentlichen, ansonsten nur auf Anfrage …

Weitere Bilder