Introducción y tutorial sobre la fuente de alimentación programable: 7 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Si alguna vez se ha preguntado acerca de las fuentes de alimentación programables, debe seguir este instructivo para obtener un conocimiento completo y un ejemplo práctico de una fuente de alimentación programable.

También cualquiera que esté interesado en la electrónica, por favor revise este instructivo para explorar algunas cosas nuevas e interesantes….

¡¡Manténganse al tanto!!

Paso 1: ¿Qué es una fuente de alimentación programable y qué la hace diferente?

Ha pasado un tiempo desde que subí un nuevo instructable, así que pensé en cargar rápidamente un nuevo instructable en una herramienta muy necesaria (para cualquier aficionado / entusiasta de la electrónica / profesional) que es una fuente de alimentación programable.

Entonces, la primera pregunta que surge aquí es que ¿qué es un suministro programable?

Una fuente de alimentación programable es un tipo de fuente de alimentación lineal que permite el control total del voltaje y la corriente de salida de la unidad a través de una interfaz digital / analógica / RS232.

Entonces, ¿qué lo hace diferente de un LM317 / LM350 tradicional / cualquier otra fuente de alimentación lineal basada en IC? Echemos un vistazo a las diferencias clave.

1) La principal gran diferencia es el control:

En general, nuestro LM317 / LM350 tradicional / cualquier otro suministro basado en IC funciona en un modo CV (voltaje constante) donde no tenemos control sobre la corriente. La carga consume la corriente de acuerdo con su necesidad donde no podemos controlarla. suministro programable, podemos controlar tanto los campos de voltaje como de corriente individualmente.

2) La interfaz de control:

En nuestro suministro basado en LM317 / LM350, giramos una olla y el voltaje de salida varía en consecuencia.

En comparación, en una fuente de alimentación programable, podemos configurar los parámetros usando el teclado numérico o podemos cambiarlos usando un codificador rotatorio o incluso podemos controlar los parámetros a través de una PC de forma remota.

3) La protección de salida:

Si cortocircuitamos la salida de nuestro suministro tradicional, disminuirá el voltaje y suministrará la corriente completa, por lo que, en un lapso corto, el chip de control (LM317 / LM350 / cualquier otro) se daña debido al sobrecalentamiento.

Pero en comparación, en una fuente programable, podemos cerrar la salida totalmente (si queremos) cuando ocurre un cortocircuito.

4) La interfaz de usuario:

Generalmente en un suministro tradicional, tenemos que conectar un multímetro para verificar el voltaje de salida cada vez. Además, además, se necesita un sensor de corriente / pinza amperimétrica precisa para verificar la corriente de salida.

(Nota: compruebe aquí mi fuente de alimentación de banco variable de 3 A que se puede consultar aquí, que consta de una lectura de voltaje y corriente incorporada en una pantalla a color)

Aparte de eso, en un suministro programable, tiene una pantalla incorporada que muestra toda la información necesaria como voltaje actual / amplificador de corriente / voltaje establecido / amplificador establecido / modo de operación y muchos más parámetros.

5) No de salidas:

Suponga que desea ejecutar un circuito de audio / circuito basado en OP-AMP donde necesitará todo Vcc, 0v y GND. Nuestro suministro lineal proporcionará solo Vcc y GND (salida de un solo canal), por lo que no puede ejecutar este tipo de circuito utilizando un suministro lineal (necesitará dos de ellos conectados en serie).

En comparación, una fuente programable típica tiene un mínimo de dos salidas (algunas tienen tres) que están aisladas electrónicamente (no es cierto para todas las fuentes programables) y puede unirlas fácilmente en serie para obtener su Vcc, 0, GND requerido.

También hay muchas diferencias, pero estas son las principales diferencias clave que describí. Con suerte, obtendrá una idea de lo que es una fuente de alimentación programable.

Además, en comparación con un SMPS, la fuente de alimentación programable tiene muy poco ruido (componentes de CA no deseados / picos eléctricos / EMF, etc.) en la salida (ya que es lineal).

¡Ahora pasemos al siguiente paso!

NB: Puede ver mi video sobre mi fuente de alimentación programable Rigol DP832 aquí.

Paso 2: ¿Qué es el modo CV y CC de cualquier fuente de alimentación?

Es muy confuso para muchos de nosotros cuando se trata de CV & CC. Conocemos la forma completa, pero en muchos casos, no tenemos la idea correcta de cómo funcionan. Echemos un vistazo a ambos modos y haga una comparación sobre en qué se diferencian de su perspectiva de trabajo.

Modo CV (voltaje constante):

En modo CV (ya sea en el caso de cualquier fuente de alimentación / cargador de batería / casi todo lo que lo tenga), el equipo generalmente mantiene un voltaje de salida constante en la salida independiente de la corriente extraída de él.

Ahora tomemos un ejemplo.

Por ejemplo, tengo un LED blanco de 50w que funciona con 32v y consume 1.75A. Ahora, si conectamos el LED a la fuente de alimentación en modo de voltaje constante y configuramos el suministro a 32v, la fuente de alimentación regulará el voltaje de salida y mantendrá de todos modos a 32v. No controlará la corriente consumida por el LED.

Pero

Este tipo de LED consumen más corriente cuando se calientan más (es decir, consumirá más corriente que la corriente especificada en la hoja de datos, es decir, 1,75 A y puede llegar a 3,5 A. Si ponemos la fuente de alimentación en modo CV para este LED, no observará la corriente consumida y solo regulará el voltaje de salida y, por lo tanto, el LED se dañará eventualmente a largo plazo debido al consumo excesivo de corriente.

Aquí entra en juego el modo CC !!

Modo CC (corriente constante / control de corriente):

En el modo CC, podemos establecer la corriente MAX consumida por cualquier carga y podemos regularla.

Por ejemplo, configuramos el voltaje en 32v y configuramos la corriente máxima en 1.75A y conectamos el mismo LED a la fuente. Ahora, ¿qué sucederá? Eventualmente, el LED se calentará e intentará extraer más corriente de la fuente. Ahora esta vez., nuestra fuente de alimentación mantendrá el mismo amperio, es decir, 1,75 en la salida BAJANDO EL VOLTAJE (ley de Ohm simple) y, por lo tanto, nuestro LED se guardará a largo plazo.

Lo mismo ocurre con la carga de la batería cuando carga cualquier batería SLA / Li-ion / LI-po. En la primera parte de la carga, tenemos que regular a la corriente usando el modo CC.

Tomemos otro ejemplo en el que queremos cargar una batería de 4.2v / 1000mah que tiene una potencia de 1C (es decir, podemos cargar la batería con una corriente máxima de 1A), pero por seguridad, regularemos la corriente a un máximo de 0.5 C, es decir, 500 mA.

Ahora configuraremos la fuente de alimentación en 4.2vy configuraremos la corriente máxima en 500mA y le conectaremos la batería. Ahora la batería intentará obtener más corriente de la fuente para la primera carga, pero nuestra fuente de alimentación regulará la corriente por bajando un poco el voltaje. Como el voltaje de la batería aumentará eventualmente, la diferencia de potencial será menor entre el suministro y la batería y la corriente consumida por la batería disminuirá. Ahora siempre que la corriente de carga (corriente consumida por la batería) cae por debajo de 500mA, el suministro cambiará al modo CV y mantendrá una constante de 4.2v en la salida para cargar la batería por el resto del tiempo.

Interesante, ¿no?

Paso 3: ¡¡¡Hay tantos por ahí !

Muchas fuentes de alimentación programables están disponibles de diferentes proveedores, así que si todavía estás leyendo y estás decidido a conseguir una, ¡primero tienes que decidir algunos parámetros!

Todas y cada una de las fuentes de alimentación son diferentes entre sí en cuanto a precisión, número de canales de salida, potencia de salida total, tensión-corriente / salida máxima, etc.

Ahora, si desea tener uno, primero decida cuál es el voltaje y la corriente de salida máximos con los que generalmente trabaja para su uso diario. Luego, seleccione el número de canales de salida que necesita para trabajar con diferentes circuitos a la vez. Luego viene la salida de potencia total, es decir, cuánta potencia máxima necesita (fórmula P = VxI). Luego, vaya a la interfaz como si necesita un teclado numérico / estilo de codificador rotatorio o necesita una interfaz de tipo analógico, etc.

Ahora, si lo ha decidido, finalmente viene el factor principal importante, es decir, el precio. Elija uno de acuerdo con su presupuesto (y obviamente verifique si los parámetros técnicos mencionados anteriormente están disponibles dentro de él).

Y por último, pero no menos importante, obviamente mire al proveedor, le recomendaría comprar a un proveedor de renombre y no olvide revisar los comentarios (proporcionados por otros clientes).

Ahora tomemos un ejemplo:

Generalmente trabajo con circuitos lógicos digitales / circuitos relacionados con microcontroladores que generalmente necesitan 5v / máx.2A (si utilizo algunos motores y cosas así).

También a veces, trabajo en circuitos de audio que necesitan tan alto como 30v / 3A y también doble suministro, así que elegiré un suministro que pueda dar un máximo de 30v / 3A y tenga dos canales aislados electrónicamente (es decir, cada canal puede suministrar 30v / 3A y no tendrán ningún riel GND común o riel VCC). ¡Por lo general, no necesito ningún teclado numérico elegante! (Pero, por supuesto, ayudan mucho). Ahora mi presupuesto máximo es de 500 $. elegirá una fuente de alimentación de acuerdo con mis criterios mencionados anteriormente …

Paso 4: Mi fuente de alimentación…. Rigol DP832

Entonces, de acuerdo con mis necesidades, Rigol DP832 es un equipo perfecto para mi uso (OTRA VEZ, FUERTE EN MI OPINIÓN).

Ahora echemos un vistazo rápido. Tiene tres canales diferentes. Ch1 y Ch2 / 3 están aislados electrónicamente. Tanto Ch1 como Ch2 pueden dar un máximo de 30v / 3A. Puede conectarlos en serie para obtener hasta 60v (la corriente máxima será 3A). También puede conectarlos en paralelo para obtener un máximo de 6A (el voltaje máximo será de 30v). Ch2 y Ch3 tienen una tierra común. Ch3 puede dar un máximo de 5v / 3A que es adecuado para circuitos digitales. La potencia de salida total de los tres canales combinados es 195w. Me costó alrededor de 639 $ en India (aquí en India, es un poco caro en comparación con el sitio de Rigol donde se menciona en 473 $ debido a los cargos de importación e impuestos..)

Puede seleccionar diferentes canales presionando el botón 1/2/3 para seleccionar el canal correspondiente. Cada canal individual se puede encender / apagar usando sus interruptores correspondientes. También puede encenderlos / apagarlos todos a la vez a través de otro interruptor dedicado llamado Todos encendido / apagado. La interfaz de control es totalmente digital. Proporciona un teclado numérico para la entrada directa de cualquier voltaje / corriente dado. También hay un codificador rotatorio a través del cual puede aumentar / disminuir gradualmente cualquier parámetro dado.

Volt / Milivolt / Amp / Miliamp: hay cuatro teclas dedicadas para ingresar la entidad deseada. También estas teclas se pueden usar para mover el cursor Arriba / Abajo / Derecha / Izquierda.

Hay cinco teclas debajo de la pantalla que actúan de acuerdo con el texto que se muestra en la pantalla sobre los interruptores. Por ejemplo, si quiero encender OVP (protección contra sobretensión), entonces tengo que presionar el tercer interruptor desde la izquierda. para activar OVP.

La fuente de alimentación tiene un OVP (protección contra sobretensión) y OCP (protección contra sobrecorriente) para cada canal.

Supongamos que quiero ejecutar un circuito (que puede tolerar un máximo de 5v) donde aumentaré gradualmente el voltaje de 3.3va 5v. Ahora, si accidentalmente pongo voltaje más de 5v girando la perilla y sin mirar la pantalla, el circuito estará frito. Ahora en este caso el OVP entra en acción. Configuraré el OVP a 5v. Ahora aumentaré gradualmente el voltaje de 3.3v y siempre que se alcance el límite de 5v, el canal se apagará para proteger la carga.

Lo mismo ocurre con el OCP. Si configuro un cierto valor de OCP (por ejemplo, 1A), siempre que la corriente consumida por la carga alcance ese límite, la salida se apagará.

Esta es una característica muy útil para proteger su valioso diseño.

También hay muchas más características que no explicaré ahora. Por ejemplo, hay un temporizador mediante el cual puede crear una determinada forma de onda como cuadrado / diente de sierra, etc. También puede activar / desactivar cualquier salida después de un cierto período de tiempo.

Tengo el modelo de resolución más baja que admite la lectura de cualquier voltaje / corriente hasta dos lugares decimales. Por ejemplo: si lo configura en 5v y enciende la salida, la pantalla le mostrará 5.00 y lo mismo ocurre con la corriente.

Paso 5: Basta de hablar, vamos a potenciar algunas cosas (¡también, revisamos el modo CV / CC!)

Ahora es el momento de conectar una carga y encenderla.

Mire la primera imagen donde conecté mi carga simulada casera al canal 2 de la fuente de alimentación.

¿Qué es una carga ficticia?

La carga ficticia es básicamente una carga eléctrica que extrae corriente de cualquier fuente de alimentación, pero en una carga real (como una bombilla / motor), el consumo de corriente es fijo para la bombilla / motor en particular, pero en el caso de una carga ficticia, podemos ajustar la corriente consumida por la carga por una olla, es decir, podemos aumentar / disminuir el consumo de energía según nuestras necesidades.

Ahora puede ver claramente que la carga (caja de madera a la derecha) está consumiendo 0.50A de la fuente. Ahora echemos un vistazo a la pantalla de la fuente de alimentación. Puede ver que el canal 2 está encendido y el resto de los canales están apagados (El cuadrado verde está alrededor del canal 2 y se muestran todos los parámetros de salida como voltaje, corriente, potencia disipada por la carga). Muestra voltaje como 5v, corriente como 0.53A (lo cual es correcto y mi carga ficticia está leyendo es un poco menos, es decir 0.50A) y la potencia total disipada por la carga, es decir, 2.650W.

Ahora echemos un vistazo a la pantalla de la fuente de alimentación en la segunda imagen ((imagen ampliada de la pantalla). He establecido un voltaje de 5v y la corriente máxima está establecida en 1A. El suministro está dando 5v constantes en la salida. En este punto, la carga está consumiendo 0.53A, que es menor que la corriente establecida 1A, por lo que la fuente de alimentación no limita la corriente y el modo es el modo CV.

Ahora, si la corriente consumida por la carga alcanza 1A, la fuente entrará en modo CC y bajará el voltaje para mantener una corriente constante de 1A en la salida.

Ahora, verifique la tercera imagen, aquí puede ver que la carga ficticia está dibujando 0.99 A. Entonces, en esta situación, la fuente de alimentación debe reducir el voltaje y generar una corriente de 1 A en la salida.

Echemos un vistazo a la cuarta imagen (imagen ampliada de la pantalla) donde puede ver que el modo ha cambiado a CC. La fuente de alimentación ha disminuido el voltaje a 0.28v para mantener la corriente de carga en 1A. De nuevo, gana la ley de ohmios. !!!!

Paso 6: Divirtámonos … ¡¡Es hora de probar la precisión

Ahora, aquí viene la parte más importante de cualquier fuente de alimentación, es decir, la precisión, así que en esta parte, comprobaremos cuán precisos son realmente este tipo de fuentes de alimentación programables.

Prueba de precisión de voltaje:

En la primera imagen, configuré la fuente de alimentación en 5v y puede ver que mi multímetro Fluke 87v recientemente calibrado está leyendo 5.002v.

Ahora echemos un vistazo a la hoja de datos de la segunda imagen.

La precisión del voltaje para Ch1 / Ch2 estará dentro del rango que se describe a continuación:

Establecer voltaje +/- (.02% del voltaje establecido + 2mv). En nuestro caso, he conectado el multímetro a Ch1 y el voltaje establecido es 5v.

Entonces, el límite superior del voltaje de salida será:

5v + (.02% de 5v +.002v) es decir, 5.003v.

& el límite inferior para el voltaje de salida será:

5v - (.02% de 5v +.002v) es decir, 4.997.

Mi multímetro industrial estándar Fluke 87v recientemente calibrado muestra 5.002v, que se encuentra dentro del rango especificado como calculamos anteriormente. ¡Un muy buen resultado, debo decir!

Prueba de precisión actual:

De nuevo, eche un vistazo a la hoja de datos para conocer la precisión actual. Como se describe, la precisión actual para los tres canales será:

Configure la corriente +/- (.05% de la corriente configurada + 2mA).

Ahora echemos un vistazo a la tercera imagen en la que configuré la corriente máxima en 20 mA (la fuente de alimentación entrará en modo CC e intentará mantener 20 mA cuando conecte el multímetro) y mi multímetro está leyendo 20,48 mA.

Ahora calculemos el rango primero.

El límite superior de la corriente de salida será:

20 mA + (0,05% de 20 mA + 2 mA) es decir, 22,01 mA.

El límite inferior de la corriente de salida será:

20 mA - (0,05% de 20 mA + 2 mA), es decir, 17,99 mA.

Mi Fluke de confianza está leyendo 20.48mA y nuevamente el valor está dentro del rango calculado anteriormente. De nuevo obtuvimos un buen resultado para nuestra prueba de precisión actual. La fuente de alimentación no nos falló….

Paso 7: El veredicto final…

Ahora hemos llegado a la última parte …

Espero poder darte una pequeña idea sobre qué son las fuentes de alimentación programables y cómo funcionan.

Si se toma en serio la electrónica y hace algunos diseños serios, creo que cualquier tipo de fuente de alimentación programable debería estar presente en su arsenal porque, literalmente, no nos gusta freír nuestros preciosos diseños debido a una sobretensión / sobrecorriente / cortocircuito accidental.

No solo eso, sino que también con este tipo de suministro, podemos cargar con precisión cualquier tipo de batería Li-po / Li-ion / SLA sin temor a incendiarse / cualquier cargador especial (porque las baterías Li-po / Li-ion son propenso a incendiarse si no se cumplen los parámetros de carga adecuados).

¡Ahora es el momento de decir adiós!

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Feliz aprendizaje….

¡¡Adiós !!