0-30V/0-4A数控直流电源(原创diy开源资料)

kdtcf

08年我发布的帖子<<0-30V/4A数控稳压电源>>一直关注度很高，我也因此而感到很欣慰。
把链接贴上方便查看：http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=1376310&;bbs_page_no=1&bbs_id=3044

我一直想再做一版更好的电源，可是一直事情太多就搁置了下来，最近事情不多，就抽时间做了第二版电源，我尽最大努
力把它做好。我尽量详细全面的介绍给网友朋友们，使更多的没毕业的兄弟或者刚毕业的兄弟们也能参与进来。

我们到底需要一个什么样的电源呢? 我想基本上要做到如下几点：
1.要耐用，完善的保护功能，过流保护，过热保护都要有，负载向电源释放高压浪涌也可以吸收掉，寿命长，能在零下20度
  到零上50度环境长期工作。
3.要精确，在恒压时，就是我设定的是几V电压那输出就是几V电压，在恒流时，我设定的是几A电流那输出就是几A电流，我
  们不可能做到绝对准确，但是要把偏差做到最小，设定的电压电流要和输出的电压电流的值基本一致，做到非常小的误差。
  不管负载是容**性或阻性的，电压或电流都不变化，电源不振荡。
4.要有很强的抗干扰能力，想起公司有个电源就抗干扰性能就很差，当接上一个小电机负载时，显示屏就乱跳了，根本看不清显
  示的是什么，这就很让人很不舒服，所以我在设计这款电源时也着重的考虑抗干扰的问题。
3.电路要简洁，我们业余DIY的没大公司那么大的设计团队，没有大公司那么雄厚的资金支持，我们只能使电路尽量简化，使
  结构简单而又不删减重要的功能，尽量用现成的模块，尽量用IC代替分立元件，使思路更清晰，抽出更多的时间来构想电路
  结构、精选元器件，做到“简约而不简单”。
4.操作更人性化，更简单，我发现用户都不喜欢看说明书，喜欢拿来就用的产品，所以就尽量按照用户的习惯来设计操作方式，
  哪怕方式很笨很OUT也应该尊重大部分用户的习惯，总之设计就像按摩一样，客人不是在欣赏你舞姿和歌喉，客人要的是自
  然而然、飘飘欲仙的舒爽感觉。
6.功能一定要实用而不花哨，在工业现场经常要联网控制，所以就要加入串口通信功能。要有校准功能，用户可以自己用仪器
  校准电压电流。  


电源基本参数：
    输出电压：0-30V
    输出电流：0-4A
    电压最小分辨率：0.1V  
    电流最小分辨率：0.01A


下面我们就详细的介绍这个电源吧，分模块介绍吧，




1.CPU和AD、DA的搭配
  上版电源是89C516 + AD7705 + MAX531 的组合，搭配还算可以，不过因为只有一路DA不能同时控制电流，可是恒流功能还是很
  实用的功能，如果再加上片MAX531就更骚包了，后来我认识了STM32，发现里面有12位的AD和12位的DA，并且增强型有两路DA和
  3个独立的AD，一个芯片就代替以前的3个芯片了，只是有点顾虑，感觉ARM里面带的AD和DA性能到底能达到什么程度，那只有做
  出来才知道啊，由于电路太简洁了，那就用它做吧，这两天经过测试效果非常令人满意，很线性很稳定，其实本来想用
  STM32F103RCT6了，因为是64脚的，刚好我又不需要那么多的IO，可是后来发现没有基准输入引脚，内部把基准直接连接到模拟
  电源和地上了，稳定和噪声全靠电源了，以我的性格就是白送我都不用，还好有个100脚的STM32F103VCT6是有独立的基准引脚的，
  那就宁可浪费IO也要高精度了，最后确定使用STM32F103VCT6了，再搭配个2.5V基准源MC1403，电路比较简洁了。


*STM32F103VCT6的详细参数介绍
内核：ARM 32位的Cortex-M3 CPU，最高72MHz工作频率，1.25DMips/MHz
FLASH：256K字节
RAM:48K字节
供电：2.0～3.6V
ADC:3个12位模数转换器，1μs转换时间,多达21个输入通道,转换范围：0至3.6V  
DAC:2通道12位D/A转换器
DMA:12通道DMA控制器
5个串口，8个定时器，CAN,USB,SDIO等功能，无比奢华，对于我这个电源是绰绰有余了，想了解详细资料可以去ST看官方文档。

内部的12位的AD和DA刚好能满足要求，经过测试，线性和稳定性都非常的好。




2.基准源  
  MC1403是2.5V输出电压基准源，初始电压误差+-25mV，输入电压范围很宽，4.5V-40V的电压输入范围内都可以正常工作，工作
  电流1.2mA，输出驱动能力是10mA，典型温漂是10ppm/℃，8个引脚中1脚接电源，2脚输出，3脚接地，其它脚空，为了提高抗干扰
  能力，我把所有的空脚都接地了，应用起来非常方便，我们的AD和DA的基准电压都由它提供。  





3.人机界面
LED显示显然不如LCD点阵显示的内容丰富，但是考虑到电源的工作环境可能很恶劣，LCD的高温和低温性能都很差，所以就选择数码管显
示了，LED具有寿命长、显示角度宽、醒目、工作温度范围宽等优点，可能现在大部分电源厂家仍然选用数码管显示也是这个原因吧。
屏显示分左右两组数码管，各4位显示，左边4位显示电压，右边4位显示电流。

  工作中经常使用数字示波器，发现旋钮调节连续加减值比按键爽多了，那就用旋转编码器调节电压和电流，另外还有5个按键，要有
OUTPUT功能，防止上电时不知道上次关机时的电压和电流是多少，直接输出容易烧坏负载，那么上电时就先显示设定的电压和电流，
输出是关断的，如果合适就按下OUTPUT键打开输出，如果不合适，就调节到合适的电压电流后，再按下OUTPUT键打开输出。应该有个
独立的校准按键，可以随时校准电压或电流，其它功能还没想起来。
电压显示下面有两个发光二极管，它也是来指示当前旋钮调节的是对应哪个位，一个是1V步进指示,另一个是0.1V步进指示，按一次旋
钮切换一次。电流显示下面也有两个发光二极管，它来指示当前旋钮调节的是对应哪个位，左边的是100mA步进指示，右边的是10mA步
进指示，由于只有一个旋钮，那当前调节的只能是电压或只能是电流，由另外一个按键切换恒压调节模式和恒流调节模式，那就是4个
发光二极管同一时刻只有一个是亮着的，这时旋钮调节的就是对应的位的模拟量。







5.关于交流电压切换
  上一版电源网友 yanjian 提出：“变压器抽头更多一些.继电器更多一些. 这样就可以更好的解决调整管散热的问题. ”，其实我也
  发现功耗确实太大了，所以我这次交流输出电压用了4个绕组，通过4个继电器切换电压，4组电压分别是2V，4V，8V，16V，用4个继
  电器实现各种电压切换组合，实现0V- 30V每2V步进调节，就是送给功率管的电压先来个粗调，保持调整管输入电压始终比输出高几V，
  很好的解决了调整管散热的问题。
  4个继电器都不吸合时输出电压0V，保证保护时和刚上电时切断供电保护后级。继电器吸合时对应的绕组输出电压，和其它的绕组串
  联，需要注意的是变压器输出绕组串联时相位要对应，相连的两个绕组的端子的电压相位是相反的，就能保证串联起来电压是各个
  绕组之和。






6.功率管选用
功率管本来使用TIP147达林顿管的，可是由于反应太慢，导致的过冲太大，后来改用MOS管IRFP250了

7.运放选取
  上一版电源一个骚包的AD620就20多块钱，实在是浪费，这次就给它给去掉了，这次只用一片4运放TL084就够用了，连OP07都省了，
  虽然有些参数TL084比不上AD620或OP07，不过在这个系统里面足够了。

8.防止上电和断电时电压失控的措施
  在上电时，运放和CPU都还没供电正常时，整个电路状态非常不确定，这是很容易输出一个短暂的高压脉冲出来，对负载可是个不
  小的冲击，所以我加入了光耦构成的调整管Ib电流开关电路，光耦驱动是3.3V电源供给的，就是说3.3V电源没加电时光耦不导通，调
  整管关断，输出电压为0，CPU复位前IO口是高阻状态，光耦没有驱动电流，输出电压也为0，CPU复位后，进入正常工作后检测来
  自91脚正常的交流电过零脉冲后才拉低光耦使能调整管的Ib电流，打开输出。在系统突然断电时由于主电源滤波电容有10000uF，运
  放和ARM供电首先下降，这时也容易使输出电压失控而出现一个短暂的高压脉冲，不过因为有91脚的交流电过零脉冲检测，在突然断电
  时，这个脉冲就没了，当CPU检测不到连续的脉冲时就认为是断电了，就立即关断光耦，切断输出不至于在断电时出现高压脉冲而冲击
  负载。





9.串口功能
  加入串口方便通信，用光耦隔离，隔离外部的干扰，同时也不与总线共地。
  波特率由主板上面的拨码开关设置.
  串口主要要实现的功能是：设定电压电流值，读回当前电压电流值，控制开机关机等功能，还可以给CPU烧录程序。

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11.环牛
  总功率150W，输出有6个绕组
  2V、4V、8V、16V绕组：电源的主供电绕组，本电源输出就是由这个绕组供给
  双14V绕组：          绕组供给运放电源及CPU系统等电路
  8V绕组：             供给串口隔离部分

                               
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12.过热保护
   热敏电阻安装在散热片上面，CPU采集热敏电阻上面的电压来采集温度，用来确定是否打开风扇和是否进入过热保护状态，一般超过
   60℃的温度就开启风机，超过85℃就关闭输出和切断交流输入。
   

                               
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调试接口是SWD接口，只要4根线

zhangye6

强帖 留名``

zhangye6

楼上你太快了```     成功插入  不好意思哦 楼下继续```   


原来楼主是春风    哇塞   哈哈``  对了这个电源可以扩流么?

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10.散热系统
  九州风神的贝塔10是电脑CPU的散热器，散个100W的功率完全没问题，余量充足，用在这里我们用CPU控制，CPU有温度检测系统，
  热敏电阻贴在散热片上面，当检测温度过高时，CPU启动风扇吹散热片，这时散热效率相当的高，如果电流很小，散热片温升很低
  时，风扇不会启动，也能少制造点噪音，同时也延长了风扇的寿命。
  调整管是垫了硅脂就直接装到散热片上面的，有利于减少热阻，加一个硅胶垫或云母垫会有10℃的温差，而且散热片和别的电路也
  没有连接，整流桥虽然也在散热片上，可是整流桥是绝缘封装的，所以这样管子更安全了。本电源最大电流4A，整流桥有2V压降，
  整流桥就消耗8W（2V*4A=8W）的功耗，显然必须得加散热片，就同功率管一块安装到散热片上面了。

kdtcf

用这个做负载调试

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1.3.3V   1A负载纹波

2.3.3V    3.5A负载纹波

3.5V   4A下短路到开路电压上升曲线1

4.5V   4A下短路到开路电压上升曲线2

5.   15V   1A  负载纹波

6.15V    3.5A  负载纹波

7.15V输出空载纹波

8.30V    3.5A负载纹波

9.30V   4A下短路到开路电压上升曲线

10.30V输出空载纹波

kdtcf

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http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=4132824&bbs_page_no=1&bbs_id=3071

VAIO

留个脚印

skycn

好强，占个位置。

lypara

关注中。。。。。。。。

myxzone

前排留名
等后续报告

zhangye6

强烈 关注  大家快来啊   春风大哥出现了了```

圣龙

强力围观

bird0633

龙王快来，整一套吧

kdtcf

我不能继续发布图片了，显示附件太大，大家知道是怎么回事吗

nickz

强人，强帖，站位

yuyangan

插入看戏……

天字一号

{:1_268:}{:1_268:}{:1_268:}非常感谢分享!支持一下!