本帖最后由 微醉 于 2024-7-12 10:41 编辑
考虑这个改进源于前一阵老折腾可调电源，本来相关现在流行的线绕多圈电位器应该是很可靠的，一般不会出现接触不良和断路的可能，可没想到我入手的几个10圈和5圈的线绕电位器有好几个居然都有卡顿或接触不良的现象，拆开看了内部构件的确也很差劲，都是塑料构件，根本不耐用，而进口的高品质多圈电位器实在太贵，真不是可以用来随手玩的。所以还是想着能不能在电路上尽可能完善点，防止电位器跳断出现电源意外。 在这个数控横行的年代，探讨模拟控制电源貌似有点娄。但看着我手里有的电源仍是清一色模拟控制，即使前一阵捣鼓的那个智能控制的PFC+LLC电源也还是没脱离模拟采样比较电路，又老想着电位器的可靠性，觉得探讨探讨可能还是会有人关注的，且都已经动手验证了，就花了点功夫整理出此帖。
【本帖试图解决模拟量控制的稳压电源2个常见问题】 1.由于调压电位器接触不良或转动噪声引起失控或失稳而导致输出电压冲顶问题，容易造成用电设备电路烧毁或电源输出滤波电容超压炸机等事故。
2.恒流控制或限流保护采用低端电流采样时比较放大输入容易失调和采样电阻压降的补偿问题，当恒流控制需要到mA级时失调就更容易出现，而采样压降在几十安的大电流电源中影响将更大些。
不管是开关电源，还是线性稳压电源，只要输出可调又采用模拟量控制输出，都会碰到这2个问题。 {常见的模拟采样比较放大调压控制电路，电位器控制电压采样分压上拉阻值；电位器同时控制电压采样分压上拉、下拉阻值（大范围调压时采样电阻电流差异很大，需平衡考虑小电流时失调和大电流时电阻功耗）；电位器控制基准电压分压比（可实现0V起调，但需考虑低端失调）；电位器控制基准电压下拉阻值（可实现0V起调，但需考虑低端失调）。} 数控电源不是本帖的讨论内容。本人对单片机等数字控制电路完全小白，据说通过程序可轻松解决失调、补偿、校正等问题。
【通常的改善办法】 1.上述电压失控问题，通常是在电位器相关通路用三极管等搭建电位器抽头断路识别电路，控制输出回低或截止，或者增加复杂的输出电压动态跟随保护电路。 317等基准和比较集成在芯片内的可调三端稳压电路没有太好的办法，这里是借用网上搜到的利用一个三极管防电位器抽头断路的方法。
2.前述电流采样失调问题通常选用低失调的精密运放（如OPA197等）作比较放大电路，或使用具有微电压放大能力的高精度电流检测放大器（如INA××系列电压输出、分流监控器，共模信号采集能达到µV级，还能实现高端采样）；而采样压降的补偿一般通过设置负电源或增加复杂的检测反馈修正电路，这个问题和采样失调是对应的，当采用较小的采样电阻以降低采样压降的影响时，失调的风险就变大；而为了有足够的采样信号而选用更大一点的采样电阻时，在大电流时其压降就更大，补偿就变得很需要，而且采样电阻的功耗也是个很大问题，需要用更大功率的电阻和考虑更加有利的散热条件。 就对于电流采样仅需提供一个固定电流（一般这个电流值都相对较大）的限流控制使用时，因为不用考虑小电流时的采样信号会很小，很多电源都是直接使用一个较小阻值的采样电阻，输出电压就忽略这个压降的影响。
【我的改进想法】 1.调压电位器采用抽头串接分压法。 这样既实现了采样电阻阻值随输出电压同比例变化，基本做到了电压采样恒流；又可有效防止电位器出现滑臂断路或接触不良时输出电压瞬间冲顶。从电路分析可知，当调压电位器RP1滑臂断开时，运放采样输入端相当于通过10K电阻直接与输出正极连接，使输出电压直接下降为基准分压值（图例电阻分压后为1V）。 本图以采样比较控制为负反馈环路的稳压电源为例。图中元件取值按输出1.0～32V测算，电阻取值采用常规，受规格限制，实际输出会略有误差，需要精确限定输出范围的，可在相应采样电阻或基准电阻上并联大阻值电阻予以微调确定。 当然，这种接法是无法实现电压0V起调的，要0V起调就得把电位器接在基准电压端，这时采样分压电阻选择就是个考验，选大了低电压时电流极小，往往会低于放大器的偏置电流引起失调或不稳，选小了高压时电阻功耗过大。我觉得对于这种调压范围较大的电源，其实0V起调意义不大，需要用到1V以下供电的场合一般都得使用高精密度的电压源。当然也可通过增加负电源，拉低参考电压低电位端，使基准分压点与地等电位来实现0V起调，但辅助电源多了一路负电源电路就得复杂些。
2.电流采样改为低于地电位，通过浮动恒压源抬高用于比较放大。 低于地电位的采样信号电压，就可以把采样压降踢出输出电压范围，然后采样负电位信号通过与基准电压串接拉高到某一正电位作为比较信号。同时考虑到电流采样信号电压一般为几十mV甚至不到1mV的极小范围，而基准电压一般都是2.5V～5V，借基准电压拉高比较点电位后，电流变化引起的采样信号电压提供到比较器输入点的电压变化范围会大比例减小，采样比较分辨率大大降低，甚至引起调控失效，所以抬高部分使用TL431等稳压源串接，实现电流采样信号电压变化同比例反馈到比较输入端。 本图同样以采样比较控制为负反馈环路的稳压电源为例。图中元件取值按输出0～10A测算，由于电阻取值受规格限制，实际输出会略有误差。
【验证实验】 有了想法总得实际电路试一下才能心安。由于本人不会PCB设计，无法打板试验一款像样的稳压电源板，反正就是只验证一下这个采样比较控制电路的可行性，找出尘封已久的面包板搭了看看。 {试验原理图} 实验电路中稳压控制仅使用一个三极管来代替，反正原理都是一样的，搭电路只是为了验证采样电路是否可行。怕直接搭面包板出错，用“fritzing”软件先出个面包板模拟图。 {电压、电流采样改进实验_面包板图} 然后按图搭好元件，输出接个指标表，2根白色杜邦线拉掉相当于电位器抽头断开。 {搭建模拟实验电路备料}
{搭好的电压、电流采样改进实验面包板} 实际电路和软件出图略有出入，因为备料元件引脚长度差异，比如那个恒流指示的LED引脚够长，就没用杜邦线转接，直接插到了对应引脚；2个电位器抽头用的杜邦线也不都是白色的；电流采样电阻是康铜丝电阻，不得不用弹簧钩转接，而且采样电阻只有0.01Ω，而连接线和面包板插座加起来的阻值就超过0.1Ω了，但这不会影响实验，电流采样电阻的变大无非就是设定的限流值比例缩小，反正这样搭接电路也不能大电流试验。 运放电源也没另接12V，直接并到了输入电压上。 接电试验，输出稳压正常，电压调节正常。 {搭好检查无误通电最小输出电压}
{搭好通电最高输出电压}
由于输入、输出接的2个电解电容耐压是25V的，未测试超过25V的情况。 {调压输出5V} 因为电位器用的是微型可调电阻，行程极小，调节到所需电压比较难。
接个小灯泡试了一下恒流控制正常。 {输出5V时带载}
{输出6V9时带载}
{输出8V时带载} 因功率管没有散热器，先调低了输入电压，降低三极管压差，也不敢试大电流，试到300mA管子已很烫了。 到目前为止电路没啥不正常，至少说明这种接法稳压和限流是没问题的。
接下来模拟电位器抽头断路，拔掉电位器抽头连接杜邦线。 {视频1：断开电位器抽头，短时小幅上冲} 细心的坛友应该看出来断开电位器抽头的一瞬间电压有小幅上冲，这不对呀，不应该呀。 回原理图想了一下，应该是加的10nF防干扰电容C1引起的，当电位器抽头断开一瞬间，C1相当于短路，电位器RP1和下拉电阻R1呈最大分压比，采样比较电路就快速反应为电压需最大输出，随着电容充电，采样分压比不断下降，输出电压随之下降，直至与参考电压1V相等时结束。 直接拔了C1再试。 {视频2：无电容后断开电位器抽头，再无上冲} 这回电位器抽头一断开，输出电压立即回落，没有上冲。 恒流和调流端抽头断开试验也完全没问题，具体电流值没接表测量，但看LED转灯是没问题，转灯后输出电压也是开始下跌。 到此，算是验证了改进是可行的。
对于常见的431等电流源加光耦采样反馈调压电路的电位器接法改进也一样可以用，示意图如下： {431加光耦采样反馈调压电路的电位器接法改进} 虽然我实验的电路是线性电源，但对于模拟采样比较放大控制的开关电源也是一样的。 为进一步验证实际使用情况，我找了个7500主控的旧电脑电源再试了一下开关电源调压、调流按这种接法的效果。前几天试验完成后电源也已经被我找个壳装上算是成品了，就是上周帖子发的那个[url=秀一个航嘉HK350-55BP-S1微机电源改的恒压恒流电源 https://www.mydigit.cn/forum.php ... 067&fromuid=1049555 (出处: 数码之家)] 《秀一个航嘉HK350-55BP-S1微机电源改的恒压恒流电源》[/url] ，有兴趣的坛友可去那看。当时那帖没发原理图，也没分析改造过程，因为调压、调流的接法就是本帖的实操。过后有坛友问及原理，我也说过具体改造地方如有可能会在整理我的设想验证后另帖呈现，今天也算是兑现吧。 我就把这个电源改前的原理图和改动的原理图抄了出来，在这里贴出。 {航嘉HK350-55BP-S1电源原理图}
{航嘉HK350-55BP-S1改可调电源原理图} 分析和改装过程就不说了，类似电源已有不少详尽的分析，改的电路部分我在图中有说明，有意者自会看明白原理和我改的意思。就有一点，主电源原来的输出各路就保留+12V通路，其它全拆了；原电路板+12V、+5V整流半桥都是2个并联位的，给改造带来方便。 我把原来的双绕组半波整流改成了绕组串联后全桥整流，断开了中心到地的连接，而把全桥负端作为地，因为没找到共阳极的整流管，负端直接用2个共阴半桥，接法异于常规使用，半桥的2个二极管拆分对接、分别并联，组成并联使用的全桥负半臂。 改好后成为1～36V/0～10A可调恒压恒流电源，没重绕变压器。 这个电源控制、保护、风扇用了个小板，而7500的15、16脚直接就接地和基准没使用这个比较放大器，功率的限制通过小板上一个四比较器339来搭建相关电路的，具体原理我就不分析了，也不是本帖的内容。反正改的时候调压在7500的1、2脚，调流在339比较上10、11、12脚那一组，接法就是按我前文设想的方法，调流抬高采样电压所用的稳压源都是直接用了原来3.3V稳压电路中的431。其他辅助电源、输出通路改造就是与常规改可调电源一样样的。
试验当然也是成功的，不然也不会有之前的秀和今天的帖子。图也不用上了，一堆破表土办法随便测测的，但上冲、回落、稳压变化还是能看得出的。 最后把这个航嘉电源改的电路板描图也贴出吧，做都做了，有用没用放着吧。 {航嘉HK350-55BP-S1改可调电源PCB板描图}
诚然，这所谓的改进设想，也许早就有人用过，但对我来说之前真没想到过这样接，虽然一直有思考怎么能让调压电路电位器断路时不上冲，都是刚开始觉得行了，一上电路就出别的问题，如大范围调节的失调、电阻过流等。今天的这个接法暂时觉得是相对完善的。如果大家有好的办法欢迎分享探讨。
最后也想到一个问题，这种接法本来也并不复杂，照例应该会有电路应用，但接触到的电路还真没碰到过，说明就算有用的也是极少，是不是这种接法有我没注意到的缺陷存在？？？望坛友指点。
补充内容 (2024-10-7 20:02):
图4面包板实验原理图有误，电流采样抬高用的431地端未跨接到采样电阻低电位端，感谢113楼“xixia001”坛友的指正。面包板搭线图同样的错误。 | 
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雷达卡
发表于 2024-7-12 10:41:43
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发表于 2024-10-7 19:18:58
