06-14-2015, 02:46 PM
(This post was last modified: 09-17-2016, 10:44 AM by prasimix.
Edit Reason: Dodana informacija o Github repozitoriju
)
Važne nadopune:
2015-10-18: Objavljene Eagle i Gerber datoteke i inventarne liste sa šiframa za nabavku kod Farnell-a i TME za sljedeće komponente: Mosfet pre-regulator, LM5088 pre-regulator (SMPS), AUX napajanje sa soft-startom, post-regulator
2015-10-16: Otvorena zasebna tema o softverskom upravljanju ispravljačem
2015-11-10: Kreiran repozitorij https://github.com/eez-open na kojem će se objavljivati Eagle, Gerberi i source kod za softver.
_________________________
Uvod
Ovdje bih htio predstaviti projekt s kojim se trenutno zanimam, trenutak koji doduše traje skoro pa godinu dana. Puno toga se po putu izdogađalo, mnoge komponente su platile glavom što zbog neznanja, nemara i vida koji nije kao što je nekoć bio. Da družinu ne zamaram prošlošću u nastavku ću navesti do čega sam trenutno došao, što je gotovo a što još traži doradu ili čak i potpuno novi dizajn.
Projekt nije ništa novo, mnogi su to sada krenuli raditi slične ispravljače iz različitih pobuda. U mom slučaju on nije produkt frustracije i nezadovoljstva s komercijalnim ispravljačima već želje da se nešto sklopi u funkcionalnu cjelinu i podijeli s drugima. Krajnji cilj je objaviti sve sheme i izglede PCB-ova (Cadsoft Eagle), LTspice modele, listu za nabavku (BOM), kao i prateći softver (Arduino sketchevi). Isto tako ako bude zanimanja za grupnu nabavku pokušati ću isti organizirati barem kada je riječ o nabavci potrebnih PCB-ova (preko ovoga mi pada na pamet samo još prednji/stražnji paneli).
Pa da krenem redom. Prvo "feature list" ili što bi sve zamišljeni ispravljač morao ili trebao imati:
*) Napomena: kada sam krenuo raditi pod ovim sam u prvom redu mislio da bi trebalo koristiti što je moguće više THT komponenti jer s SMD nisam imao iskustva. Njihove dimenzije i načini spajanja bili su neizgled zastrašujući. Sada ozbiljno dvojim koliko je THT prikladniji za samogradnju od SMD u slučaju komponenti koje još uvijek postoje u obje verzije. Uz minimalnu pomoć recimo samostojeće lampe s povećalom (3x i 8x), adekvatnog vrha za lemilicu i tekuće paste za lemljenje (flux) SMD ispada zaista praktičan. Dakle, ne govorim o stencilima i lemnoj pasti i pećnici koji i koštaju i zahtjevaju drugu vrstu vještine. Ok, postoje komponente koje je nemoguće ili gotovo nemoguće zalemiti (lemilicom), ali tada se može igrati s vrućim zrakom (nisam još probao, ali kažu/prikazuju da ide).
Objasnio bih odmah svoje shvaćanje modularnog dizajna. Ako se želi napraviti kompleksni sustav za pretpostaviti je da će se do tog cilja lakše doći u više koraka tj. zaokruženih i funkcinalnih cjelina. Na webu sam mogao vidjeti pokušaje izrade od nule programabilnog ispravljača koji su zahtjevali da odmah sve bude u funkciji ili stvar neće raditi (gle čuda, to se i dogodilo!). Možda je ovo realan pristup za eksperte koji barataju sa svime u najmanjim detaljima. S druge strane mislim da je dobro imati u glavi "big picture" jer to može olakšati dizajn pojedinih modula na način da se lakše uklope u cjelinu.
Nadalje značajna stvar koju bi trebalo imati odmah na pameti su konačni gabariti ispravljača, drugom riječju kutija u koju bi trebao biti montiran. Ovo izgleda kao trivijalna stvar ali to uopće nije. Ako nemate pri ruci limara/mehaničara, a želite da kutija na nešto izgleda ili da nije takva da ispravljač postane opasan onda mislim da je bolje o kutiji razmišljati na početku, a ne na kraju avanture. U gore navedenoj listi spomenuo sam Modushop.biz. Zasad je to najjeftinije što sam našao (kad se uključi i transport i moguća dodatna davanja).
U posljednje vrijeme vidim da su u modi 3D printeri i lasersko rezanje drva i plastičnih materijala. Ako se želi raditi s SMPS pre-regulatorom onda bi takvu kutiju trebalo dodatno obložiti. Drugo pitanje je ukupna težina jer transformator nije lagan i kako bi određene plastične izvedbe držale sve skupa na okupu. Kada govorimo o kutiji priča za sebe je prednji (i stražnji) panel. Ima divnih rješenja koja nažalost svojom cijenom tjeraju suze na oči.
Finalno, a vezano za modularni dizajn, smatram da bi bilo izvrsno kada bi se moglo okupiti više ljudi oko definiranja osnovnih dimenzija i načina spajanja modula. U tom slučaju moglo bi se dugoročno računati sa sklapanjem vlastitog ispravljača korištenjem modula koji su se dobro pokazali u radu i koje se sam ne bih trenutno upustio raditi. Na primjer, ima slučajeva gdje bi PFC dobro došao ili AC/DC SMPS pre-regulator. Isto tako možda bi se u veću kutiju moglo polako slagati više od 2 kanala i ne nužno samo ispravljačka već i "electronic load-a", fiksnih ispravljača (3,3/5/12V) ili nekih drugih funkcija (generator funkcija, itd.) koje bi bilo dobro imati na stolu i koji bi se mogli upravljati s jednog mjesta: MCU s LCD/keypad ili PC-a ako se napravi podrška za USB/Ethernet. Ako je netko upoznat s ovakvom inicijativom molio bih da mi javi vrlo rado bi se pokušao u to uključiti.
Na redu je trenutna verzija "big picture". Iako može izgledati kompleksno, napominjem da je rađena s idejom da se može realizirati korak po korak što bi trebalo olakšati dolazak do sustava koji ima sve module ili čak neke i izbačene jer u danom trenutku nisu potrebni ili (cjenovno) dostižni.
![[Image: attachment.php?aid=15324]](http://forum.yu3ma.net/attachment.php?aid=15324)
Trenutni projekt predviđa korištenje sljedećih PCB-ova:
Moguće da zadnje četiri PCB zbog ekonomičnosti budu svedene na samo jednu koja bi se trebala montirati iza prednjeg panela baš kao što je trenutno zamišljeno u BP i keypad 4x4 i donekle MCU (koji je u stvari piggyback izabranog LCD-a). To se donekle kosi s prije predstavljenim "modularnim snom", ali vidjeti ćemo. Možda se dogodi da u nekoj verziji MCU, USB/Ethernet/Keypad 4x4 postanu mehanički/instalacijski funkcionalni modul, a BP ostane opcija za 2-kanalni ili neko višekanalno rješenje.
EDIT 2015-09-23: izbačeno iz naslova "laboratorijski" jer je prema objašnjenju kolega s foruma koje puno više znaju o elektronici tu etiketu tek treba zaslužiti. Možda i ovaj ispravljač postane laboratorijski kad odraste
2015-10-18: Objavljene Eagle i Gerber datoteke i inventarne liste sa šiframa za nabavku kod Farnell-a i TME za sljedeće komponente: Mosfet pre-regulator, LM5088 pre-regulator (SMPS), AUX napajanje sa soft-startom, post-regulator
2015-10-16: Otvorena zasebna tema o softverskom upravljanju ispravljačem
2015-11-10: Kreiran repozitorij https://github.com/eez-open na kojem će se objavljivati Eagle, Gerberi i source kod za softver.
_________________________
Uvod
Ovdje bih htio predstaviti projekt s kojim se trenutno zanimam, trenutak koji doduše traje skoro pa godinu dana. Puno toga se po putu izdogađalo, mnoge komponente su platile glavom što zbog neznanja, nemara i vida koji nije kao što je nekoć bio. Da družinu ne zamaram prošlošću u nastavku ću navesti do čega sam trenutno došao, što je gotovo a što još traži doradu ili čak i potpuno novi dizajn.
Projekt nije ništa novo, mnogi su to sada krenuli raditi slične ispravljače iz različitih pobuda. U mom slučaju on nije produkt frustracije i nezadovoljstva s komercijalnim ispravljačima već želje da se nešto sklopi u funkcionalnu cjelinu i podijeli s drugima. Krajnji cilj je objaviti sve sheme i izglede PCB-ova (Cadsoft Eagle), LTspice modele, listu za nabavku (BOM), kao i prateći softver (Arduino sketchevi). Isto tako ako bude zanimanja za grupnu nabavku pokušati ću isti organizirati barem kada je riječ o nabavci potrebnih PCB-ova (preko ovoga mi pada na pamet samo još prednji/stražnji paneli).
Pa da krenem redom. Prvo "feature list" ili što bi sve zamišljeni ispravljač morao ili trebao imati:
- Pogodan za samogradnju. Koristiti što je moguće više THT komponenti (*), postaviti podnožja za određene opampove da je lakše eksperimentirati. Na PCB omogućiti da određene komponente mogu biti THT ili SMD. Isto tako predvidjeti jumpere/kratkospojnike i testne točke za jednostavnije mjerenje i odvajanje određenih funkcionalnih blokova.
- 2- ili 1-kanalna izvedba
- Modularni dizajn
- Reguliranje napona (CV) 0-50V, rezolucija 10mV
- Reguliranje struje (CC) 0-3A, rezolucija 10mA
- Laka modifikacija za druga radna područja: npr. 0-30V ili 0-5A po kanalu
- Različiti pre-regulatori: Mosfet, buck, buck-boost za različite primjene: niski izlazni ripple, visoka efikasnost, baterijsko napajanje, napajanje solarnim panelom, itd.
- U slučaju SMPS pre-regulatora omogućiti korištenje glavnog induktora različitih proizvođača
- Sinkroniziranje SMPS kontrolera (uz galvansko odvajanje ako se koriste 2 kanala)
- Osnovna funkcionalnost treba biti omogućena bez korištenja MCU, tj. manualno (postavljanje napona i struje, indikacija CC, CV, OE)
- MCU programiranje korištenjem Arduino IDE
- SPI protokol za komunikaciju s ispravljačkim modulima (ADC, DAC, I/O Expander)
- Min. rezolucija ADC/DAC: 14-bita
- Galvanski izolirana komunikacija između MCU PCB i ispravljačkih modula (korištenje digitalnih izolatora za SPI komunikaciju)
- OE (Output Enable) funkcija
- Besprijekoran rad i u rubnim slučajevima paljenja (power up) i gašenja (power down). U prvom rednu ne smije biti ozbiljnih odstupanja od postavljenog napona/struje (overshooting) bez obzira da li je trošilo prikopčano ili ne.
- Zaštita AC ulaza (SAR, MOV, TVS)
- Zaštita DC izlaza (SAR, MOV, TVS)
- Jednostavna serijska ili paralelna konekcija u slučaju 2-kanalne izvedbe, s tracking funkcijom i LED indikacijama režima rada/spajanja (MCU kontrolirano)
- Jednostavno spajanje Sense +/- izlaza s power izlazima s LED indikacijom (MCU kontrolirano)
- Komunikacija s MCU korištenjem USB i ethernet-a (s izolacijom i ESD zaštitom)
- Mogućnost kontinuiranog rada bez dodatnog prisilnog hlađenja ventilatorom (zbog buke)
- Korištenje jednog torusnog transformatora za napajanje oba kanala i generiranje potrebnih pomoćnih napona (bias supply).
- Jedan LCD za rad s oba kanala
- Kontrola i unos parametara korištenjem 4x4 tipkovnice i/ili inkrementalnog enkodera
- Sve komponente dobavljive kod sljedećih europskih dobavljača: TME.eu ili Farnell (ovo podrazumijeva da bi komponente mogle biti dobavljive i kod Digikey-a ili Mouser-a). Buerklin ima neke stvari i jeftiniji je od Farnella (što uopće nije teško za postići
, ali je bitno siromašniji u ponudi od TME pa ga nisam ni uzimao ozbiljno u obzir. Gotov projekt će tako imati liste materijala (BOM) s istaknutim šiframa dva prvospomenuta dobavljača.
- Metalno kučište poput Modushop.biz (Hi-fi 2000) Economica EP1152820 L 280 x P 200 ili Economica EP1153220 L 320 x P 200).
*) Napomena: kada sam krenuo raditi pod ovim sam u prvom redu mislio da bi trebalo koristiti što je moguće više THT komponenti jer s SMD nisam imao iskustva. Njihove dimenzije i načini spajanja bili su neizgled zastrašujući. Sada ozbiljno dvojim koliko je THT prikladniji za samogradnju od SMD u slučaju komponenti koje još uvijek postoje u obje verzije. Uz minimalnu pomoć recimo samostojeće lampe s povećalom (3x i 8x), adekvatnog vrha za lemilicu i tekuće paste za lemljenje (flux) SMD ispada zaista praktičan. Dakle, ne govorim o stencilima i lemnoj pasti i pećnici koji i koštaju i zahtjevaju drugu vrstu vještine. Ok, postoje komponente koje je nemoguće ili gotovo nemoguće zalemiti (lemilicom), ali tada se može igrati s vrućim zrakom (nisam još probao, ali kažu/prikazuju da ide).
Objasnio bih odmah svoje shvaćanje modularnog dizajna. Ako se želi napraviti kompleksni sustav za pretpostaviti je da će se do tog cilja lakše doći u više koraka tj. zaokruženih i funkcinalnih cjelina. Na webu sam mogao vidjeti pokušaje izrade od nule programabilnog ispravljača koji su zahtjevali da odmah sve bude u funkciji ili stvar neće raditi (gle čuda, to se i dogodilo!). Možda je ovo realan pristup za eksperte koji barataju sa svime u najmanjim detaljima. S druge strane mislim da je dobro imati u glavi "big picture" jer to može olakšati dizajn pojedinih modula na način da se lakše uklope u cjelinu.
Nadalje značajna stvar koju bi trebalo imati odmah na pameti su konačni gabariti ispravljača, drugom riječju kutija u koju bi trebao biti montiran. Ovo izgleda kao trivijalna stvar ali to uopće nije. Ako nemate pri ruci limara/mehaničara, a želite da kutija na nešto izgleda ili da nije takva da ispravljač postane opasan onda mislim da je bolje o kutiji razmišljati na početku, a ne na kraju avanture. U gore navedenoj listi spomenuo sam Modushop.biz. Zasad je to najjeftinije što sam našao (kad se uključi i transport i moguća dodatna davanja).
U posljednje vrijeme vidim da su u modi 3D printeri i lasersko rezanje drva i plastičnih materijala. Ako se želi raditi s SMPS pre-regulatorom onda bi takvu kutiju trebalo dodatno obložiti. Drugo pitanje je ukupna težina jer transformator nije lagan i kako bi određene plastične izvedbe držale sve skupa na okupu. Kada govorimo o kutiji priča za sebe je prednji (i stražnji) panel. Ima divnih rješenja koja nažalost svojom cijenom tjeraju suze na oči.
Finalno, a vezano za modularni dizajn, smatram da bi bilo izvrsno kada bi se moglo okupiti više ljudi oko definiranja osnovnih dimenzija i načina spajanja modula. U tom slučaju moglo bi se dugoročno računati sa sklapanjem vlastitog ispravljača korištenjem modula koji su se dobro pokazali u radu i koje se sam ne bih trenutno upustio raditi. Na primjer, ima slučajeva gdje bi PFC dobro došao ili AC/DC SMPS pre-regulator. Isto tako možda bi se u veću kutiju moglo polako slagati više od 2 kanala i ne nužno samo ispravljačka već i "electronic load-a", fiksnih ispravljača (3,3/5/12V) ili nekih drugih funkcija (generator funkcija, itd.) koje bi bilo dobro imati na stolu i koji bi se mogli upravljati s jednog mjesta: MCU s LCD/keypad ili PC-a ako se napravi podrška za USB/Ethernet. Ako je netko upoznat s ovakvom inicijativom molio bih da mi javi vrlo rado bi se pokušao u to uključiti.
Na redu je trenutna verzija "big picture". Iako može izgledati kompleksno, napominjem da je rađena s idejom da se može realizirati korak po korak što bi trebalo olakšati dolazak do sustava koji ima sve module ili čak neke i izbačene jer u danom trenutku nisu potrebni ili (cjenovno) dostižni.
Trenutni projekt predviđa korištenje sljedećih PCB-ova:
- Pre-regulator (mosfet, buck, buck-boost, uključuje i buck pre-regulator za pomoćna napajanja od +5V i +/-15V), potrebna dva za 2-kanalni ispravljač
- Post-regulator (uključuje i digitalnu kontrolu koja nije nužna za osnovno funkcioniranje), potrebna dva za 2-kanalni ispravljač
- Aux PS (dodatno napajanje za MCU PCB)
- MCU PCB
- BP PCB (od binding post za potrebe serijskog ili paralelnog spajanja dva kanala, sense izvoda i indikaciju spajanja)
- USB/Ethernet (konektori i ESD zaštita za USB i Ethernet portove)
- Keypad 4x4
Moguće da zadnje četiri PCB zbog ekonomičnosti budu svedene na samo jednu koja bi se trebala montirati iza prednjeg panela baš kao što je trenutno zamišljeno u BP i keypad 4x4 i donekle MCU (koji je u stvari piggyback izabranog LCD-a). To se donekle kosi s prije predstavljenim "modularnim snom", ali vidjeti ćemo. Možda se dogodi da u nekoj verziji MCU, USB/Ethernet/Keypad 4x4 postanu mehanički/instalacijski funkcionalni modul, a BP ostane opcija za 2-kanalni ili neko višekanalno rješenje.
EDIT 2015-09-23: izbačeno iz naslova "laboratorijski" jer je prema objašnjenju kolega s foruma koje puno više znaju o elektronici tu etiketu tek treba zaslužiti. Možda i ovaj ispravljač postane laboratorijski kad odraste
