Laboratorní zdroj – 12. Cena součástek
Seriál článků o stavbě laboratorního zdroje se blíží ke konci. Jsou nakoupeny všechny součástky, zdroj funguje a my dokončujeme montáž. V tomto článku se budu zabývat cenou jednotlivých komponent.
O stavbě laboratorního zdroje řízeného procesorem, jsme s Michalem OK2HAZ začali uvažovat někdy v roce 2013. Rozhodli jsme se, že budeme postupně zkoušet a oživovat napřed analogovou část, řízenou procesorem ATmega16. Po jejím dokočení budeme stavět a programovat řídící desku s displejem, rotačním kodérem a tlačítky. Nakonec to dáme celé do skříňky. Tehdy jsme neměli stanovený žádný termín dokončení, ani cenový limit.
Náš laboratorní zdroj je amatérskou konstrukcí, chtěli jsme získat zkušenosti s používáním 16-ti bitových AD a DA převodníků, sestavením a programováním celého zařízení. Stavbu zdroje je nutné zařadit mezi rodinné a pracovní povinnosti, takže od prvních pokusů na univerzální desce jsme se k hotovému zdroji dostali za tři roky. Do tří let jsou také rozloženy nákupy jednotlivých věcí, celková suma je kolem 15 tisíc korun. Nakonec se ukázalo, že najít kousek volného času je mnohem složitější, než uspořit pětistovku měsíčně, aby bylo na průběžný nákup součástek.
Analogová část zdroje
| Popis součástky | Označení | Cena |
|---|---|---|
| 3x operační zesilovač | OPA228 | 312Kč |
| 1x referenční zdroj | REF5025 | 100Kč |
| 1x čtyřkanálový AD převodník | ADS8343 | 309Kč |
| 1x dvoukanálový DA převodník | DAC8563 | 250Kč |
| 2x operační zesilovač | OPA365 | 130Kč |
| 1x mikroprocesor | ATmega16 | 40Kč |
| 2x filtrační kondenzátor | 10mF | 200Kč |
| 2x relé | RELEF4052 | 132Kč |
| 4x výkonový tranzistor | TIP35 | 140Kč |
| pasivní součástky a drobné polovodiče | 300Kč | |
| Plošný spoj | 1000Kč |
Celková cena osazené desky je přibližně 2900Kč. Desky potřebujeme dvě, takže jsme skoro na 6000Kč.
A co by se dalo změnit, nebo ušetřit?
S námi navrženým zapojením, s 16-ti bitovými převodníky a oboustrannou, profesionálně vyrobenou deskou je možno dosáhnout rozlišení 1mV a 0,1mA. To je pro dílenskou praxi zbytečné. My chtěli získat zkušenosti při návrhu a programování zařízení s AD a DA převodníky, proto jsme to s rozlišením a tím i cenou polovodičů přehnali. Ani jsme nečekali, že budou parametry tak dobré. Hlavně při měření proudu jsme očekávali, že obvod s bočníkem 0,02Ω bude zatížen šumem a rozlišení bude mnohem menší.
Dá se předpokádat, že při použití 10-ti bitových převodníků v DIP pouzdru, nebo převodníků integrovaných v procesoru, bude rozlišení 0,1V. Přitom bude stačit v domácích podmínkách vyrobený plošný spoj a operační zesilovače např. OP07. Kritickou částí desky zůstane obvod pro měření proudu na bočníku, ten musí být v provedení SMD. Celková cena osazené desky by potom mohla být poloviční.
Řídící deska zdroje
| 1x spínaný regulátor | LT3508 | 180Kč |
|---|---|---|
| 1x procesor | ATXmega128A1AU | 140Kč |
| 1x displej | 4,3" TFT | 450Kč |
| 1x hodinový obvod | DS3231 | 110Kč |
| Drobné polovodiče a pasivní součástky | 260Kč | |
| Deska plošného spoje | 800Kč | |
| Optický rotační kodér | 350Kč | |
Cena osazené desky je 2300Kč. Přitom desky plošných spojů byly objednány čtyři. Po dokončení návrhu Michal vygeneroval data Gerber, které předal do firmy Printed s.r.o. Za přípravu dat jsme zaplatili 1000Kč, za každou desku včetně jednostranného potisku a zlacení 550Kč.
Tady jsme utratili hodně peněz s tím, že druhou desku použijeme v budoucnosti, při řízení vytápění rodinného domu. Proto jsou osazeny pro laboratorní zdroj zbytečné obvody. Step-down měnič se zbytečně velkým rozsahem vstupního napětí, hodinový obvod, sériová linka RS485.
Možné úspory u řídící desky
Analogové desky komunikují po galvanicky oddělené sériové lince. Takže k řízení zdroje lze použít všechno, co má procesor s integrovaným kanálem UART a displej. První pokusy jsem dělal s použitím šuplíkových zásob. Procesor ATmega162 na univerzální desce a alfanumerický displej vymontovaný už ani nevím z čeho.
Až později jsme přišli na to, že bychom chtěli barevný displej. No a tady se ukázalo, že TFT displeje potřebují spoustu dat a jestli má být obnovování údajů na displeji dosti rychlé, nebude ATmega stačit. Tak jsme zvolili ATxmega128 a tím vznikla potřeba mít profesionálně vyrobenou desku, abychom mohli osadit procesor v pouzdru TQFP100.
Ostatní komponenty
Michal má toroidní transformátor vyrobený na zakázku s příkonem 600VA za 2600Kč. Já jsem použil dva transformátory po 300VA, koupené někde na burze za pár set korun s tím, že vinutí pro napájení operačních zesilovačů jsem namotal ručně.
Hliníková skříň 19″ stála 2400Kč.
Zdířky, konektory, kabely, ventilátor, chladič a malý transformátor pro napájení řídící desky… 2000Kč, když by se všechno kupovalo nové.
Závěr
V článku jsem chtěl ukázat, že celková cena součástek rozpočítaná na stovky hodin návrhu plošných spojů, oživování, hlednání chyb a programování, není zas tak velká. Bude to možná 20Kč na hodinu zábavy ve volném čase? Přitom to, co jsem popsal, je maximální částka za zbytečně velké rozlišení měřidel.
Je tu spousta levnějších variant, jak postavit zdroj, který je analogový, regulační smyčky jsou sestaveny z operačních zesilovačů a přitom je řízený procesorem.