Netzgerät

Das hier vorgestellte Netzgerät ermöglicht es, die gewünschte Spannung über eine Zifferntastatur einzugeben. Auch ist eine Überwachung des Stromes und eine automatische Abschaltung bei einem vorher eingestelltem Maximalstrom möglich. Wahlweise kann die aktuell anliegende Spannung oder der aktuelle Stromverbrauch auf 7-Segment Anzeigen abgelesen werden.

Die Funktionen im Überblick:

3 1/2 Stellige 7 Segment LED Anzeige + 4 Status LEDs
Zifferntastatur zum Ein und Ausschalten des Ausgangs, zur Wahl des auf der LED Anzeige angezeigten Wertes und zum Einstellen der Spannung und des maximal Stromes
Messen der am Ausgang anliegender Spannung und des Stromverbrauchs
AT90S4433 MCU mit 8MHZ Quarz
Ausgangsspannung in 0,1 V Schritten von 2 - 19,9 V einstellbar
Als Transformator dient ein AT-PC Netzteil. Per Schalter lässt sich auswählen, ob die +12V und -12V Leitungen oder die +12V und Masse Leitungen für die Stromversorgung zuständig sein sollen. Ersteres ermöglicht eine hohe Ausgangsspannung, da die -12 V Leitung jedoch nur 0,5A verkraftet, ist der maximal Strom stark begrenzt. Mit der letzteren Schalterstellung lassen sich dagegen deutlich höhere Ströme erzielen, so liefert mein Netzteil auf der +12V Leitung bis zu 8 Ampere. (Je nach Netzteil ist dies jedoch unterschiedlich.) Der Vorteil bei einem AT-Netzteil ist, dass man nichts an den 230 Volt machen muss.

Aktueller Projekt Status:

Das Netzgerät ist fertig gebaut, hat jedoch die weiter unten beschriebenen Probleme. Derzeit habe ich nicht alle Änderungen der Schaltung auch in die Schaltpläne übernommen, so dass ich derzeit keine Schaltpläne Online gestellt habe.

Funktionsweise des Netzgeräts

Die LED Anzeige
Die 7-Segment Anzeigen werden nacheinander angesteuert, da die 4. Ziffer bloß aus zwei Segmenten besteht werden hier noch gleichzeitig die Status LEDs mit angesteuert.

Die Spannungsmessung
Die Ausgangsspannung wird mittels des internen A/D Wandlers des MCU gemessen. Da die Eingangsspannung des MCU 5V nicht überschreiten darf, wird ein Spannungsteiler aus zwei Widerständen vorgeschaltet.

Die Strommessung
In der Zuleitung des Ausgangs befindet sich ein 0,01 Ohm Widerstand in Reihe geschaltet. Je nach Last fällt hier eine unterschiedlich große Spannung ab. Die Spannungsdifferenz wird mittels eines Operationsverstärkers um den Faktor 50 verstärkt und dann ebenfalls einen A/D Wandler Eingang des MCU zugeführt. Bei 1 Ampere Last fallen so beispielsweise 0,01 Volt an dem Widerstand ab, so dass nach der Verstärkung 0,5 V am Eingang des Mikrocontrollers anliegen.

Die Steuerung der Ausgangsspannung
Ein Leistungsstransistor in Kombination mit einem einstellbarem Spannungsregler steuern die Ausgangsspannung. Der Spannungsregler wird durch den MCU mittels Pulsweitenmodulation gesteuert. Für die Pulsweitenmodulation werden zwei Ausgänge des MCU ständig ein- und ausgeschaltet. Hierzu wird alle 256 Takte ein Interrupt ausgelöst, der das Hauptprogramm unterbricht und die Ausgänge entsprechend einstellt. Ein Ausgang wird für die grobe Steuerung und einer für Feineinstellungen benutzt.

Die Lüftersteuerung
Der Mikrocontroller rechnet sich aus der Eingangsspannung, der Ausgangsspannung und dem Ausgangsstrom die in Wärme umgesetzte Watt Menge aus. Wird hier ein bestimmter Wert überschritten, so wird der Lüfter Eingeschaltet, beim Unterschreiten wird er wieder ausgeschaltet. Der Lüftermotor wird mit Hilfe eines Optokopplers gesteuert.

Der Mikrocontroller
Der verwendete AT90S4433 Mikrocontroller wird mit 8MHZ betrieben, besitzt 4KB Flash Speicher für die Programmierung, 128Byte RAM einen 10 Bit A/D Wandler, I/O Ports und einige weitere nützliche Features.

Probleme mit dem Netzgerät:

Leider ist die von mir programmierte/gebaute Regelung recht miserabel. Starke Lastschwankungen können nicht rechtzeitig ausgeglichen werden, auch neigt die Regelung unter bestimmten Bedingungen zum Schwingen. Ich rate daher davon ab empfindliche Bauteile mit meinem Netzgerät zu betrieben! Nebenbei reduzieren die Probleme auch meine Motivation die Schaltpläne auf den aktuellen Stand zu bringen und Internet tauglich zu machen.

Schaltpläne und Nachbau:

Den Schaltplan werde ich online stellen, sobald ich ihn selber nochmal auf die endgültige Version der Schaltung aktualisiert habe. Ein Nachbau des Netzgeräts und Benutzung des Programmierbeispiels ist natürlich erlaubt, geschieht jedoch auf eigene Verantwortung. Auch garantiere ich keine Fehlerfreiheit und/oder Funktionsfähigkeit der zur Verfügung gestellten Schaltpläne/Programmierbeispiele.
Programmierbeispiele:
os_ver06.htm als HTML mit Syntax highlight
os_ver06.c als reine Quelltext Datei

Bilder:

Die unterschiedliche Helligkeit der LEDs stammt davon, dass die LEDs nacheinander angesteuert werden und so nur die Ziffer hell erscheint, die zum Zeitpunkt der Aufnahme leuchtete. Zum Vergrößern auf die Bilder klicken

Unfertige Schaltung im Testbetrieb

Schon teilweise funktionsfähige Schaltung

Größtenteils funktionsfähige Schaltung

Der Einbau in das Gehäuse

Die Schaltung im Gehäuse

Das fertige Netzgerät

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Zuletzt geändert: 21.03.2005