Spannungsversorgung: Nixie-HV und Supply-Modul
Um die Uhr in ihrem geplanten Umfang zu versorgen sind 4 Spannungen nötig:
- 180 V, 40 mA für die Nixies
- 15 V, 2 A für den Rubidium-Oszillator und die LEDs
- 5 V, 1 A für den Rubidium-Oszillator und Teile der Logik
- 3,3 V, 50 mA für den Controller und das Bluetooth-Modul
Nixie-HV 1.0
Ich habe mich dafür entschieden, die 180 V mit einem separaten Flyback-Wandler zu erzeugen. Dieser sollte möglichst vielseitig sein, um auch in anderen Projekten Anwendung zu finden und eventuell auch in kleinen Zahlen abgesetzt werden zu können. Kein kommerziell einfach zu beschaffendes Produkt erfüllte hier meine Bedingungen, insbesondere an den Strom. Hoffnungen steckte ich in einen Treiber von Mike Harrison auf Basis des MAX771, für den ich kurzerhand ein Board designt habe. Nach einigen Tests wurde jedoch schnell klar, dass Mike's Schaltung nicht mit den relativ großen Strömen für 6 IN-18-Röhren klar kam. Also musste eine Eigenentwicklung her, die ich Nixie-HV 1.0 getauft habe.
Technische Daten von Nixie-HV:
- Stabil über einen Ausgangsspannungsbereich von 12 - 24 V
- Ausgangsspannung einstellbar 100 - 240 V
- Möglicher Ausgangsstrom > 50 mA
- Einseitige Bestückung zur einfachen Produktion
Zunächst war der Wandler (trotz vorheriger Spice-Simulation) ziemlich instabil (Stichwort subharmonic oscillations) und die verwendete Diode brannte öfters durch. Nach Änderungen im Kompensationskreis und am Shunt sowie dem Hinzufügen einer weiteren Diode samt Balancing-Kondensatoren waren die Probleme behoben. Rückblickend würde ich einige Design-Entscheidungen anders fällen, aber da die Schaltung nun zufriedenstellend läuft ist erstmal keine Iteration der Platine in Sicht.
Supply-Modul
Für die niedrigen Spannungen hielt ich es für absolut unnötig, die Mühe einer Eigenentwicklung zu investieren, da es in diesem Bereich massenhaft Fertiglösungen gibt. Meine Wahl ist auf die PTN78020-Serie von Texas Instruments gefallen, da ich die Teile bereits vorrätig hatte und die Eigenschaften der Module mehr als ausreichend sind. Ich habe dann schnell eine einseitige Platine geroutet und geätzt. Wie bei solchen Vorhaben üblich ist das Ergebnis nicht gerade hübsch, tut aber seinen Zweck und erfüllt den 6,5 cm-Formfaktor, den auch Nixie-HV einhält. Eigentlich sind die PTN78020-Module viel zu teuer für den Rahmen, in dem sie hier verwendet werden, da die Uhr jedoch vermutlich ein Unikat bleiben wird, lässt sich dies verschmerzen.
Die verbleibende Versorgungsleitung von 3,3 V wird als kleiner Linearregler auf der Platine des Hauptprozessors untergebracht sein.