Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Netzteilsteuerung mittels AVR


von Peter L. (luidoltp)


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Hallo,

ich habe letztens beim Elektronik-Händler ums Eck zwei Schaltnetzteile 
erstanden, bei dem man mittels Steckbrücken die Ausgangsspannung in 
Stufen (mittels Jumper) im Bereich von 5 bis 24 Volt einstellen kann. 
Bei Conrad gibt’s den Bausatz (Bestell-Nr: 190008) auch.

Soweit ich die Schaltung verstanden habe, wird einfach nur mittels eines 
Spannungsteilers (im Schaltplan grün hinterlegt) die Ausgangsspannung so 
geteilt, dass am PJ431A 2,5V anliegen. Und je nach Spannungsteiler 
stellt sich dadurch eine entsprechende Ausgangsspannung ein.

Ziel des Ganzen sollte ein Netzteil werden das zwei dieser 
Schaltnetzteile galvanisch getrennt enthält (um symmetrische Spannungen 
haben zu können). Ich würde bei dieser Schaltung nun gerne je Netzteil 
die Ausgangsspannung mikrocontrollergesteuert einstellen und Strom und 
Spannung am Ausgang messen.

Nun habe ich leider einige Fragen auf die ich selber keine (gute) 
Antwort gefunden habe:

(1) Was ist die einfachste / sinnvollste Methode um die Ausgangsspannung 
digital einzustellen? (Digitalpoti, Motorpoti, ganzen Regelkreis selber 
machen, …)

(2) Wie realisiere ich die Strom / Spannungsmessung von zwei galvanisch 
getrennten Netzteilen?

ad 1:
Ich habe mir bereits überlegt die Steuerung mittels digitalem 
Potentiometer zu machen, habe dann aber die Idee verworfen, da diese 
Dinger ziemlich „pingelig“ betreffend Spannungsbereich und Stromfluss 
sind; abgesehen davon ist die galvanische Trennung nicht so einfach zu 
realisieren.
Die nächste Überlegung war die Steuerung mittels eines 
Motor-Potentiometers zu machen. Damit hätte ich die Potentialtrennung 
geschafft und könnte zusätzlich die Spannung auch noch manuell 
einstellen.

ad 2:
Für ein Netzteil ist mir die Messung klar (Stichwort: Spannungsteiler; 
Shunt; Messverstärker). Probleme bereitet mir jedoch die 
Potentialtrennung. Eine Idee wäre einen eigenen Mikrocontroller für das 
2. Netzteil, der die ausgewerteten Daten über I2C und Optokoppler an den 
„Master-Mikrocontroller“ übermittelt. Dazu brauche ich aber eine zweite 
Hilfsspannungsversorgung (die würde ich mir gerne sparen).
Eine weitere Idee ist einfach die Messeingänge mittels eines 
Opto-MosFET-Relay umzuschalten (quasi multiplexen). Dabei ist mir jedoch 
nicht ganz klar wie sich der On-State Widerstand bei der Messung 
auswirkt.

Ich würde mich freuen, falls jemand von euch gute Anregungen für mich 
hat. Ich habe das Gefühl, dass ich inzwischen in zu festgefahrenen 
Denkschienen unterwegs bin.

Danke & Liebe Grüße, Lui

von B.A. (Gast)


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Du brauchst ein paae P-Kanal MosFETs die du mit dem Source Beinchen an 
die Ausgangsspannung hängst, Drain kommt dann an einen dieser 
Widersdtände (R9 bis R14) die den Strom in Richtung Masse fließen 
lassen.

Das Gate der MosFETs lässt du über einen 100k Ohm Widerstand zur 
Ausgangsspannung laufen damit der MosFET schließt und um ihn zu öffnen 
ziehst du die Basis mit Hilfe eines NPN-Transistors nach Masse.

von Harald W. (wilhelms)


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Peter Luidolt schrieb:

> Soweit ich die Schaltung verstanden habe, wird einfach nur mittels eines
> Spannungsteilers (im Schaltplan grün hinterlegt) die Ausgangsspannung so
> geteilt, dass am PJ431A 2,5V anliegen. Und je nach Spannungsteiler
> stellt sich dadurch eine entsprechende Ausgangsspannung ein.

Siehe auch Datenblatt des 431.

> Ich würde bei dieser Schaltung nun gerne je Netzteil
> die Ausgangsspannung mikrocontrollergesteuert einstellen und Strom und
> Spannung am Ausgang messen.

Brauchst Du eine rechnergesteuerte Einstellung? im praktischen Betrieb
ein normales Poti wesentlich besser zu handhaben. Wenn man es etwas
genauer haben will, nimmt man ein Wendelpoti. Anderseits, dies ist
ein Mikrocontrollerforum. Da sind solche Spielereien ja ganz hübsch.

> (1) Was ist die einfachste / sinnvollste Methode um die Ausgangsspannung
> digital einzustellen?

Ein AD-Wandler zur Steuerung des 431.
Gruss
Harald

von Peter L. (luidoltp)


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Hallo B.A.,

B.A. schrieb:
> Du brauchst ein paae P-Kanal MosFETs die du mit dem Source Beinchen an
> die Ausgangsspannung hängst, Drain kommt dann an einen dieser
> Widersdtände (R9 bis R14) die den Strom in Richtung Masse fließen
> lassen.
>
> Das Gate der MosFETs lässt du über einen 100k Ohm Widerstand zur
> Ausgangsspannung laufen damit der MosFET schließt und um ihn zu öffnen
> ziehst du die Basis mit Hilfe eines NPN-Transistors nach Masse.

Danke für die Anregung. Ich hatte mir schon mal überlegt das so ähnlich 
aufzubauen ... allerdings mit Opto-MosFET-Relays. Ist zwar ein wenig 
teurer aber dafür habe ich dann kein Problem mit der Potentialtrennung 
der beiden Schaltnetzteile.

Ich hatte gehofft die Steuerung (mit vertretbarem Aufwand) flexibler 
aufbauen zu können. Damit meine ich die stufenlose Einstellung der 
Spannung. Aber die Vorgeschlagene Lösung mit den MosFETs ist in jedem 
Fall ein guter Backup-Plan.

Danke & Liebe Grüße,
Lui

von Peter L. (luidoltp)


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Hallo Harald,

Harald Wilhelms schrieb:
> Brauchst Du eine rechnergesteuerte Einstellung? im praktischen Betrieb
> ein normales Poti wesentlich besser zu handhaben. Wenn man es etwas
> genauer haben will, nimmt man ein Wendelpoti. Anderseits, dies ist
> ein Mikrocontrollerforum. Da sind solche Spielereien ja ganz hübsch.

Ja, der Gedanke kam mir auch schon ... aber inzwischen hat mich der 
Ehrgeiz gepackt die Steuerung mittels µC zu realisieren ;-)
Auf den ersten Blick hat alles so einfach ausgesehen ... wie trügerisch 
;-)

>> (1) Was ist die einfachste / sinnvollste Methode um die Ausgangsspannung
>> digital einzustellen?
> Ein AD-Wandler zur Steuerung des 431.

Meinst du wirklich einen AD-Wandler (oder doch einen DA-Wandler)?
Der Aufbau mit AD-Wandler kann ich mir momentan nicht vorstellen. 
Würdest du den 431 einfach mit einem digitalen Signal versorgen je 
nachdem ob man über oder unter der Soll Spannung ist (sowas wie ein 
Puls-Betrieb)?
Könnte man sich dann nicht den 431 sparen und den IC1 (PC817) direkt 
steuern?

Ich würde mich freuen wenn du mir das mit dem AD-Wandler noch genauer 
erklären könntest ... derzeit verstehe ich es noch nicht.

Herzlichen Dank & Liebe Grüße, Lui

von Hannes J. (Firma: _⌨_) (pnuebergang)


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Zeit für Mathematik. Rechne dir die Stromverhältnisse am Steuereingang 
des 431 aus und speise einen durch einen DAC generierten weiteren Strom 
ein.

Ähnlich wie hier 
http://electronicdesign.com/article/power/an-easy-way-to-roll-your-own-programmable-power-su.aspx 
beschrieben (Vorsicht, Rechenfehler und Probleme beim Start 
möglicherweise inklusive.

> Ziel des Ganzen sollte ein Netzteil werden
> das zwei dieser Schaltnetzteile galvanisch getrennt enthält

Dann musst du zusätzlich noch aufpassen, dass du durch das Ansteuern 
beider Netzteile mit einem Mikrocontroller und DACs nicht eine 
gemeinsamem Masse schaffst, mit der die galvanische Trennung zum Teufel 
geht.

von Peter L. (luidoltp)


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Hallo Hannes,

Hannes Jaeger schrieb:
> Zeit für Mathematik. Rechne dir die Stromverhältnisse am Steuereingang
> des 431 aus und speise einen durch einen DAC generierten weiteren Strom
> ein.
>
> Ähnlich wie hier
> 
http://electronicdesign.com/article/power/an-easy-way-to-roll-your-own-programmable-power-su.aspx
> beschrieben (Vorsicht, Rechenfehler und Probleme beim Start
> möglicherweise inklusive.

Wow ... danke. Über diese Möglichkeit bin ich noch nicht gestolpert. Ich 
werde mir das am Abend mal druchrechnen und schauen ob ich auf einen 
grünen Zweig komme.

>> Ziel des Ganzen sollte ein Netzteil werden
>> das zwei dieser Schaltnetzteile galvanisch getrennt enthält
> Dann musst du zusätzlich noch aufpassen, dass du durch das Ansteuern
> beider Netzteile mit einem Mikrocontroller und DACs nicht eine
> gemeinsamem Masse schaffst, mit der die galvanische Trennung zum Teufel
> geht.

Ich nehme an, da bliebt mir nicht viel übrig als einen zweiten digitalen 
Stromkreis aufzubauen und die Steuerleitungen des DAC mittels 
Optokoppler anzusprechen.

Danke für deine Tips!

Liebe Grüße, Lui

von Harald W. (wilhelms)


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Peter Luidolt schrieb:

>> Ein AD-Wandler zur Steuerung des 431.
>
> Meinst du wirklich einen AD-Wandler (oder doch einen DA-Wandler)?

Ich meinte einen DA-Wandler. Damit steuerst Du alles Sek.-seitig
und Du hast keine Probleme mit der Netztrennung. Die Schaltung mit
dem 431 und dem OK muss natürlich so bleiben, wie sie ist.
Gruss
Harald

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