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30V4A高精度数控稳压稳流电源,3月17日发布进度:程序调试中

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发表于 2012-2-10 10:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 gmliwei 于 2012-3-17 21:25 编辑

为了方便大家查看,增添的新内容将加在顶端。
——3月7日,焊接了一块板子,因要出去监考,急匆匆的,先发几张照片:
DSCF4824_副本.jpg
DSCF4827_副本.jpg
DSCF4829_副本.jpg
2.5v基准藏到了dac板子的下面,我现在用的是REF43G,PCB设计的是可以适应多种基准的,目前可以支持MC1403(直接插上即可)、REF43G、TL431(SOT-23 SO-8)需要加转接板。输入端加了一个12A的保险丝,接地大多数是一点方式,后面还有改进的空间,改为全部一点接地。焊接了一套板子试验了一下,目前程序已经调好DAC板(一路3-9V输出,控制输出电压;另一路1-3V输出,控制输出电流),ADC板(一路测量输出电压,一路测量输出电流),显示及按键板(上面的LED显示输出电压,下面的LED显示输出电流,按键的程序还在改进中);DC-DC跟随板还有点问题需要调试,定做了几个多绕组环变还在路上,所以继电器切换板还没有试验。

另外,电压电流环控制使用TL074没发现自激现象。因为一开始是直接用那个铁壳子的多路电源试验的,24V最大输出0.5A,所以我试验了下0.45A输出的情况,负载用2个1欧姆电阻串联,输出电压0.9V,电流0.45A,通电20分钟,电流只是在0.449-0.450之间变化,感觉还行!

——2月25日,终于把MCU+线性稳压的板子布完了,本来想还是用单面板的,但是努力了一通,发现实在布不了,没办法,还是用双面的吧。与原理图相比修改了几个地方:
1、增加了温控风扇;
2、增加一个温度开关,计划用75度常闭的,一旦检测到散热器温度达到75度左右就断开光耦,使保护mos短路输出级;
3、增加一个保险丝,这个得试验确定用10A 15A 还是20A的;
MCU.JPG
——2月24日,考虑了下,主控板的电源还是独立出来吧,这样灵活一些:
辅助电源.JPG
——2月21日,初步画好了继电器切换板的PCB图,准备用4.4 8.8 17.6三个绕组的变压器切换,可以得到4.4  8.8  13.2  17.6  22  26.4  30.8共八组电压,整流后最高约37V,应该尽够用的了。(由于全桥和滤波电感还没有买到,所以还没有覆铜。)尺寸跟下面的DC-DC跟随板子完全一致。
jx.JPG
——2月18日,周六,这两天感冒了,浑身骨节痛,很难受;还是坚持把HRD12008找了出来,充分的研究了主控芯片的PDF资料,以及模块的实际接线方式,发现可以实现以下功能:
首先我预想的是这样的:在较低电压、大电流输出的时候(具体的电压电流值需要通过测试功率管发热情况来定)开启DC-DC电压跟随,以减小后级功率管的功耗,另外,这样还有一个意外的收获,可以通过对电路的调整实现低电压下得到更大电流的输出,比如在12V以下输出8A!然后在输出电压较高或者所需电流比较少的时候则关闭模块,这样也有一个意外收获,后面会有介绍。从模块芯片13脚引出一根线,通过一个光耦到地(HRD12008的地)可以很方便的由单片机控制模块的开、关;另外,虽然PDF里面的输出部分是IC的输出端直接通过5.6欧姆电阻控制PMOS的栅极,但实际HRD12008不是这样的,在中间加了一个6脚IC,还有电容和电阻串联才加到PMOS的栅极,于是我把J652的栅极通过一个10几K的电阻接到12008的地端,这样13脚开启的时候,可以正常降压,13脚关闭的时候,这个电阻则拉低了PMOS的栅极,从而使PMOS直通,那么这个DC-DC跟随模块就成了一个很好的LC滤波器!对于模块开启后的调压问题,看到后面有朋友说直接跟随输出电压降低而降低DC模块的电压,有些情况不利,不知道是共性还是个别的?暂时考虑的方案是用单片机的一路PWM产生不同的电压控制光耦,以达到控制模块电压的目的。好了,不多说了,下面先把刚刚画好的PCB图发上来大家看看。
HRD12008.GIF
其实做数控电源电子负载的想法已经很久了,当时还专门对ATX电源进行了研究,但是好多网友给泼的冷水让我开始反思,ATX开关电源到底能否做线性稳压电源的前级供电?一个是纹波大、一个是大范围调压不稳定,两大缺点导致我一度搁置了ATX电源的进度,前些日子还看到有朋友对那个帖子感兴趣,我感到很不好意思,不过后面搞的电源,如果对纹波要求不是很高,而又需要大电流输出的朋友还是可以考虑使用ATX电源的,也算是一点安慰吧。

数控电源的方案已经基本成型了,欢迎各位提意见:
1、主方案采用模拟环控制的方式,我一直对这种方式比较看好,比单片机控制稳压稳流要安全可靠的多,响应速度也快,数控部分只提供稳压稳流基准电压;

2、主控采用STC12C5A32S2单片机,32K FLASH 28KEEPROM,8路10位ADC,双串口,DIP40直插封装的最多有36个IO口,功能强大,价格低廉;

3、电压控制使用单片机的2个8位口,做成16位R-2R方式,按照最高电压32V计算,每步0.5MV,考虑单片机IO口的内阻、电源电压变化、电阻的误差以及受温度影响等因素,最差也可以保证10MV的精度;

4、电流控制使用音频DAC器件PT8211,做13位步进(8192),按照最大电流4A计算,每步0.5MA;

5、电压电流ADC采样,使用单片机10位ADC和TM7710 24位AD测量结合的办法:单片机先高速采样,然后以单片机测量值为参考,决定TM7710的增益,然后TM7710分别测量电压和电流;

6、显示部分参考了商品电源,使用TM1637驱动两个4位绿色数码管分别显示电压和电流,这样显示值电压00.01-32.00;电流0.001-4.000;

7、按键部分,可以直接用数字直接输入所需电压和电流,同时可以存储至少10组参数,按键共有16个:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、.、存储、确定、取消、充电、设置(旋转编码开关按键);也可以利用旋转编码开关调节电压或电流;

8、前级:根据需要有三种选择,首先可以使用多绕组变压器+继电器切换,这样可以做纯线性稳压电源;其次是单主绕组变压器+DC-DC跟随的方式,这样的好处是变压器简单;最后是使用ATX电源或者老王的HP32V电源等做跟随前级;

9、机箱我倾向于使用塑料围框铁皮机箱,就是蓝色的那种,选择尺寸合适的,前面板用绝缘板做衬板+PVC面膜的方式。


10、特设锂电池充电功能,可以通过这既设定电压、电流的方式对锂离子电池、铁锂电池等充电。

11、主控板稍加改变就可以做恒压/恒流电子负载。

更新记录:
2月12日:接受这个建议:增加输出确认功能,我的思路是开机时数码管闪烁显示上次关机前的数值(我问这个的目的是考虑使用单片机的LVD中断作为掉电检测),实际输出为0V0A,按确定就输出这个电压,按取消则停止闪烁,显示变为0V0A。


原理图还在完善,显示部分和面板的草图已经画好,先把面板图发上来;下边留的空隙还可以添加5V USB输出,以及+-12V输出等;
面板1.bmp
谢谢benli兄的提醒,原理图又做了修改:
——2月15日修改线性稳压部分:增加保护措施、输出电流电压检测做了修改。

——2月16日修改线性稳压部分:再次增加保护措施、输出电流电压检测做了修改,左边紫色框里面的NMOS可以用于开机以及系统不正常的时候短路输出端,右边的紫色框里面的NMOS当作二极管用,目的是在对电池充电的时候防止电池电流倒灌,如果不需要这两种功能的可以不要这两部分;最右边又加了一个双运放,一半用于给电流检测放大单路提供1V基准,另一半做CC、CV指示。
下一步就要用这个原理图做PCB测试了。

线性稳压_0216.GIF

下面是主控MCU、辅助电源、接口等原理图:

主控电源1.GIF
主控MCU_接口1.GIF
前面做测试板的时候没有画ADC的原理图,现在画一下,可以看出线路很简洁。
AD_TM7710.GIF
受番茄兄的电路的启发,改变了一下PT8211的电路,这样可以使用2路8位输出合成一个16位输出:8211的电压用TL431设定成4V(在这个电压下8211输出从1V到3V,电流大约4MA,比5V的时候降低一半还多)

——2月15日重新上传,输出更改为3-9V。另一路输出为1-3V。
DAC_0216.GIF

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发表于 2012-2-10 10:22 | 显示全部楼层
电压也用DAC吧,个人感觉电压控制比电流控制重要,大多用恒压模式。

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发表于 2012-2-10 10:27 | 显示全部楼层
还有一个关键是要找一个高增益带宽积的高速运放。

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发表于 2012-2-10 10:30 | 显示全部楼层
说实话,不看好STC的内置ADC

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 楼主| 发表于 2012-2-10 10:31 | 显示全部楼层
电压也用DAC吧,个人感觉电压控制比电流控制重要,大多用恒压模式。
benli 发表于 2012-2-10 10:22 https://www.yleee.com.cn/images/common/back.gif


本来想电压也使用PT8211的,但是8211实际只有13位,8192步进,对32V电压来说不大够用;运放暂定OP07+TL074(或TL084)。

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发表于 2012-2-10 10:32 | 显示全部楼层
本帖最后由 benli 于 2012-2-10 10:36 编辑

回复 5# gmliwei


    起码得用能达到16位的dac,这两个运放不怎么样,OP07只是精密运放,增益带宽积、转换速率太低,音频用的运放如op275等具有很高的增益带宽积和速率,不知行不

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 楼主| 发表于 2012-2-10 10:34 | 显示全部楼层
说实话,不看好STC的内置ADC
199003326 发表于 2012-2-10 10:30 https://www.yleee.com.cn/images/common/back.gif



STC的内置ADC只要拿来测量一个参考值,不需要很精确,准确的测量是靠TM7710的,24位AD基本可以保证16位精度(27000)。

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发表于 2012-2-10 10:35 | 显示全部楼层
这个一定要支持啊,看样子比春风电源好玩啊

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发表于 2012-2-10 10:40 | 显示全部楼层
李老师好。这个成本不会低吧,怕是玩不起。还是ATX成本低啊。

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 楼主| 发表于 2012-2-10 10:40 | 显示全部楼层
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    起码得16位的dac
benli 发表于 2012-2-10 10:32 https://www.yleee.com.cn/images/common/back.gif


我的初衷就是尽量花小钱办大事,所以便宜的16位DAC不好找,本来PT8211说是16位的,但实际测试发现是13BIT的;又在某帖子中看到有人说知名品牌电源中使用了PCM56P,我买了几片测试了一下,倒是真的有16位,线性度也不错,但是每给PCM56一个数据,输出都会有一个震荡,在每步步进的时候,时不时会有一个或正或负的脉冲出现,这样是不敢用的,不知道是我买的PCM56质量有问题,还是我的程序和电路有问题。手头有这个片子的朋友麻烦帮忙测试一下,谢谢!

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传言PT8211用做音频的,线性不好的话。我申请过TI的10位DAC,可能是免费样品输入0时,输出有8MV不过,往上加很准。  发表于 2014-2-17 15:54
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