ESP32-C3 ile Dijital Ayarlı/Göstergeli OCP/OVP Korumalı Laboratuvar Güç Kaynağı Projesi

[TA3UIS]

İlk kez KiCad kullanınca böyle oluyor, acemiliğin bu kadarı olur cinsten

Diğer kısımları aşama aşama ekliyorum.

Voltaj ayarı: ESP32'nin PIN12 den çıkan 10 k ohm direnç ve hemen arkasından GND giden 100 nF kondansatör.
Akım Ayarı: ESP32'nin PIN13 ten çıkan 10 k ohm direnç ve yine arkasından GND giden 100 nF kondansatör.

 

[TA3UIS]

Akımı ne nasıl ayarlıyor anlamadım?

Voltaj ayarı: ESP32'nin PIN12 den çıkan 10 k ohm direnç ve hemen arkasından GND giden 100 nF kondansatör.
Akım Ayarı: ESP32'nin PIN13 ten çıkan 10 k ohm direnç ve yine arkasından GND giden 100 nF kondansatör.

 

[TA3UIS]

Sadece ESP32 PIN12 ve ekran bağlıyken yaptığım multimetre testinde ekrandan 30V set ettiğimde RC filtre çıkışından tam tepe voltajını, 15V set ettiğimde ise tam olarak bu değerin yarısını doğrusal bir şekilde okudum.
Dijital kontrol katının ve PWM kalibrasyonunun analog kat kurulmadan önce sorunsuz çalıştığını doğruluyor.

0 Volt Testi






15 Volt Testi






30 Volt testi














Aynı doğrusal voltaj testini akım set pini (ESP32 PIN13) için de gerçekleştirdim. Ekrandan akım sınırını 0.1A den maksimum 5.0A seviyesine doğru çektikçe, akım RC filtresinin çıkışındaki DC voltajın da sıfırdan tepe değerine kadar doğrusal yükseldiğini test ettim. Böylece analog kata gidecek olan hem voltaj hem de akım referans sinyallerinin donanımsal olarak hazır olduğunu doğruladım.

0.1 Amper testi






2.5 Amper Testi








5 Amper Testi

 

[TA3UIS]

Güç kaynağının çıkış kararlılığı bu iki referans pini (esp32 pin12, pin13) doğrusal lineer yönetmesine bağlı. ESP32 den çıkan 0-3V arası sinyal, analog kat tarafından Voltajda 10 kat, Akımda ise 1.66 kat oranında yükselterek 0-30V / 0-5A arası çıkış gücünü elde etmemizi sağlayacak kısmetse.

 

[TA3UIS]

Devre şemasının bitmiş halini ve çalışma mantığını tekrar ekleyim, gözden kaçan hata yada eksiklik varsa ya da iyileştirme, yazarsanız sevinirim.




Giriş ve Kademe Seçim Katı (K1, K2 Röleleri)
Çok Sargılı Trafo (T1): Sekonder tarafında 0, 12V, 24V, 34V AC çıkışları var.
K1 ve K2 Röleleri: ESP32 nin ayarlanan hedef voltaja göre giriş gerilimini seçtiği kademe katıdır.
0 - 12V Arası: Röleler çekmez, köprü diyoda 12V AC gider. Düşük çıkış voltajlarında (örneğin 5V çıkış alırken) regülatör transistörlerinin (2SC5200) üzerine binen voltaj farkını azaltarak transistörlerin aşırı ısınmasını ve güç kaybını azaltmak için.
12 - 24V Arası: K1 çeker, köprü diyoda 24V AC gider.
24 - 30V Arası: K1 ve K2 birlikte çeker, köprü diyoda 34V AC gider.

2. Doğrultma, Filtre ve Soft Start (K3 Rölesi)
Ana Köprü Diyot KBU1010 & 10.000 µF Kondansatör: Kademelerden gelen AC voltajı doğrultup filtreleyerek ana DC hattını oluşturur.
K3 Rölesi (Soft Start): İlk açılış anında boş olan 10.000 µF kondansatörün şebekeden aşırı akım çekmesini (inrush current) engeller. İlk saniyede akımı yüksek watt'lı taş dirençler üzerinden geçirir, kondansatör dolunca çekerek dirençleri köprüler.

3. Yardımcı Besleme Katı
Kontrol Beslemesi: Trafonun 12V AC sargısından beslenen ayrı bir KBL610 köprü diyot ve 2200 µF kondansatör katı var.
L7812 Regülatör (+12V): LM324, LM358P entegrelerini ve kademe rölelerini besler.
L7805 Regülatör (+5V): L7812 çıkışından beslenir ESP32 ve TFT ekran için 5V üretir.

4. Analog Kontrol ve Sürüş Katı (LM324 & LM358P)
2SC5200 Güç Transistörü: LM324'ten gelen hata sinyaline göre çıkış voltaj ve akımını regüle eder.

LM324:
U1A (1. Kanal): Voltaj kontrol döngüsünü (Voltaj Feedback) yönetir.
U5B (2. Kanal): Akım sınırlandırma döngüsünü (Akım Feedback) yönetir.
U5D (4. Kanal): CC/CV mod geçişini algılayan karşılaştırıcıdır. Çıkış akım sınırına girdiğinde Pin 14 çıkışı durum değiştirir ve 10k/4.7k voltaj bölücü üzerinden ESP32 GPIO 34 pinine sinyal gönderir.
3. Kanal (Pin 8, 9, 10): Proje başında kullanacaktım, şimdi kullanmaktan vazgeçtim, tamamen boşta. Diğer kanalların transistör sürerken yarattığı iç gürültünün akım ölçümünü etkileyebileceğini düşündüm ve bu kanalı iptal ettim.

LM358P: Akım okuma hassasiyeti için şönt dirençlerin hemen dibine yerleştirilmeli, devrede çizerken biraz uzakta kaldı. 5 adet paralel bağlı 0.47 Ω (toplamda 0.094 Ω) şönt direnç üzerindeki milivolt seviyesindeki düşümü yakalayacak. 6.2k/1k dirençler ile 7.2 kat civarı büyüterek ESP32 PIN33 pinine iletecek.
Mute Devresi (BC337): ESP32 PIN14 pini üzerinden kontrol edilir. Kısa devre veya OVP/OCP durumlarında transistörlerin beyz hattını anında toprağa çekerek çıkış voltajını donanımsal olarak sıfıra indirecek.

5. Kontrol ve Arayüz (ESP32 & ST7796)
PWM Set Girişleri: ESP32, PIN12 (Voltaj) ve PIN13 (Akım) pinlerinden 30kHz frekansta PWM üretecek. Bu sinyaller basit birer RC filtreden geçerek DC voltaj referansına dönüşüyor ve LM324'ün girişlerine gidiyor.
Analog Okuma (ADC): Fonksiyon ile 12-bit çözünürlükte ardışık 32 örnek ve ortalaması alınır. PIN32 pininden çıkış voltajı (100k/11k bölücü ile 10.09 katsayısıyla), PIN33 pininden ise akım (0.094 şönt değeriyle) yazılımsal olarak hesaplanıyor.
Yazılımsal Korumalar (OVP / OCP): Fonksiyon ile her loop döngüsünde ölçülen değerleri, kullanıcının set ettiği aşırı gerilim/akım eşikleriyle kıyaslar. Limit aşılırsa PIN14 Mute hattına sinyal gönderir ve çıkışı kapatır.