本帖最后由 mohanwei 于 2010-8-23 14:33 编辑
V0.1
清理仓库时找到一个伤痕累累的模拟电源，抱在手里沉甸甸的。直觉是个好东西，仔细一瞅，好家伙，标称0－30V，20A输出！简单改造即可获得±30V/10A输出，或者0－60V/10A输出，满足通信产品的调试。由此萌生了DIY一个数控直流稳压电源的想法……
一个实用的产品是不容易做的，尤其是一个电源。所以我并不期待一次就能做好，至少要分两步走：第一步实现基本功能；第二步针对之前发现的问题进行完善，并在精度、分辨率、温漂、长期稳定性和可靠性上达到实用要求。
正好最近有一个产品需要打样，于是手忙脚乱将一个老产品删删改改，拼凑出两块粗糙的V0.1板子，搭上拼板的顺风车……
第2章主要详细描述V0.1的风范，问题将无所不在，它作为先驱，不成功便成仁，呵呵。
前文提到，碰上了个拼板的机会，赶紧拿一个现成产品的图纸修修改改，火速出炉了这个V0.1。设计之时，我便不停摇头，妥协，以“有”为基本目标，下面趁板子还没回来，先针对其进行详细描述和分析。
其中的MCU控制板就是本次赶工的主要对象了。这是从一个老产品上裁剪、修改而来的。按层次图设计，共计7个子图。
主框图：
各个模块的功能一目了然，从模块内部的信号端口方向即可轻松看出他们之间的关系：
1．
电源模块对外输出VCC,Vref和VDD3.3；
2．
键盘板有3个LED，6个按键，132x64图形点阵液晶模块（SPI接口），以及一个红外接收头；
3．
数字控制输出模块有3个继电器和1个光藕；
4．
通信模块有两路串口和1个USB2.0 Slave；
5．
模拟模块有8路ADC输入和2路DAC输出；
6．
MCU模块的控制信号与其它模块一一对应；
本来还有一路模拟控制板的，但是为了便于日后单独升级，已分离为独立项目。
1.1.1 模拟量输入模块两路热敏电阻检测通道。不用18B20一类的高档电路的原因是：主要检测功率管温度，100摄氏度以下（过高时已自动掐断电源，不用考虑了）。手头有热敏电阻，且精度能满足要求，电路简单，易实现防护……优点很多
1．
模拟控制板接口。详见“模拟控制板V0.1”章节。
file:///C:/DOCUME%7E1/user/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.gif
两路DAC分别用作输出电压设定和过流保护阀值设定；
三路ADC分别用于实际输出电流检测、实际输出电压检测和精确负载电压检测。
其中精确负载电压检测通过将两根表笔接到负载两端直接测量来实现的——可以把它看作简易的数字万用表。优点是不受长导线上的压降影响，配合软件可以实现4线制精确馈电。
1.1.1 数字量输出模块1．
光藕输出。
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光藕的作用：
在浮地调整模式时，要求负载必须足够重，调节性能才会好；
当负载很轻时，升高输出电压容易产生超调；降低输出电压则过渡过程很漫长，因为需要靠负载对输出滤波电容进行放电。
所以在输出滤波电容上串连了一个电阻和MOS管，通过光藕进行控制。当用户将输出电压调低时，MCU\判断电流和电压变化的关系，超过阀值时将通过光藕控制MOS管导通，加快输出电压下降过程。
2．
继电器输出。
file:///C:/DOCUME%7E1/user/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image004.gif
1－继电器1和继电器2用于分段切换变压器次级绕组，减小变压器输出电压与最终输出电压之差，降低散热片温度，提高电源效率。
2－继电器3用于切换输出。当上电稳定后，继电器动作，输出使能；当保护场景发生时，关闭输出。
实际上，由于模拟控制板本身带有硬件限流限压功能，该继电器可去掉。
1.1.1 电源电路1．5V输入。选用5V作为MCU控制板的主电源，是因为手头正好有一些5V输出的LM2576小模块……而且模拟电源一般有一个辅助低压绕组，经过模拟控制板整流滤波已经得到+12V，该电压再经过LM2576模块即可获得5V。而用7805的话效率比较低发热严重。
file:///C:/DOCUME%7E1/user/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.gif
2．5V转3.3V。主要给MCU供电，并作为片内集成ADC和DAC的基准源。按理说是不该拿LDO做基准源的，但是时间紧先将就了，到时候不嫌难看可以把L300断开，接入一个架空搭棚的基准源电路。
显示面板直接采用老产品上的键盘显示板，具体内部电路与本次DIY没有太大关系，不再赘述。
资源：
1－132x64图形点阵液晶，控制器是ST7565；
2－普通轻触按键6个，带10K电阻上拉，定义为上，下，左，右，返回，确定；
3－普通3mm高亮LED指示灯3个，分别是：运行指示，通信指示，告警指示；
4－红外接收头1个；
对于数控电源来说，液晶不错，但是按键不够，起码要有0－9，小数点，取消，确定，上，下，左，右等按键。
但是目前没有成品板，以后有了可以更换。
暂时替代的方案：
1－通过按键进行加减。优点是按键少，缺点是很不方便
2－通过飞梭旋钮结合左、右键来调节，优点是按键更少，调节速度适中，更适合连续调节。
所以暂时确定加一个飞梭旋钮，占用上、下和确定这3个口线，
左、右、取消这3个按键不变。
MCU控制板展示：
顶层
底层
顶层＋底层
1.1 模拟控制板V0.1在网上找到的数控电源DIY例子，大部分都是简单将DAC输出电压经过运放同相比例放大，再加个电流驱动级直接输出。负载电流采用高端检测。如下图所示：
这种电路的优点是简单，响应速度快。
缺点是需要正负电源供电，最大输出电压受运放工作电压限制，很少有达到30V的；电流检测往往也要用专用的高端电流检测放大器。
通过运放输出电压扩展电路，或者选用专用的高压运放，能获得更高的输出……但这种电路比较危险，不适合业余DIY。
其实老前辈们几十年来一直都用廉价、巧妙的浮地控制电路来制作各种各样的直流稳压电源，最“高级”的元件也许只是uA741……看看网上流传广泛的“TRP-3003直流稳压电源”：
同样的电路稍稍修改一下几个电阻，0－60V，甚至0－300V……一系列的稳压电源就出来了，真的令人佩服。
本次DIY就是基于这种经典的控制电路来实现的，只是把电压设定和限流阀值设定通过MCU来实现，方便一点而已。 |
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