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[工仪] 半开源P100C数控电子负载超小mini版

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发表于 2021-9-10 21:26:27 | 显示全部楼层 |阅读模式

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    为什么说半开源呢?因为仅提供PCB+BOM表+HEX固件。
    心血来潮上论坛看看有没有更好的设计可以参考,貌似还是多年前的样子没有什么创新,干脆发布自己研发的一款数控电子负载。
    P100C数控电子负载项目自2020年10月开始研发,2021年06月正式量产,直至08月停产。因为是个人DIY的玩具,玩一阵子就翻篇了,所以06月至09月主要研发P150C数控电子负载,由P100C升级而来,主要换成了彩屏,目前也已经停产。
    P100C这个型号顾名思义,P功率100W,C恒流型。
    先上主图:
P10417-195458.jpg
    非常小巧的身材,仅5cm*10cm,半个巴掌大做到了100W的耗散功率,当然,因为部分元器件各位估计是买不到的,比如液晶屏和散热器,都是以前从老王等店铺薅来的,所以大家只能利用PCB源码自行修改板型了,最终效果可能会比我做的大。
    肯定有朋友会质疑这么小的体积散热有没有保证,运行稳定性如何之类的,经过无数次测试,热成像仪实时监控,结论就是超长时间稳定运行无压力,最高温度不超过115℃,商用电子负载肯定不会这么干的,但我们DIY就是要敢于干!破坏性测试约180W附近因散热不良炸管。
    简要参数:
    额定电压100V,无限制;
    额定电流10A,程序限制15A;
    额定耗散功率100W,程序限制120W。
    以下为原来挂在闲鱼卖时的介绍,比较长随便看看即可:
    如此宽范围的量程,精度却依然不减,得益于24bit ADC+内置校准程序,电压(指空载电压)、电流测量误差不超过0.1%,容量mAh计量时误差不超过0.5%,电量Wh计量时误差不超过5%(5A时标定,且被测电源与负载之间直接连接。因为这是2线输入,更大的电流会带来更大的误差)。
    电子负载供电:5V 1A(Type-c接口,最低支持3.7V,也就是可以使用电池供电,最高支持12V,风扇启动后整体功率不超过3W,这个风扇也要看各位用的什么风扇了)
    特别注意:请给电子负载独立供电,不可与被测电源共用,否则会因互相干扰造成不可预知故障(典型案例:不可以用移动电源供电的同时测量该移动电源)。
    电子负载被测电源输入端为KF301 2P端子+Type-c双输入,2P端子额定载流10A,短时间可上15A使用,长时间工作在15A时请将测试线直接焊接在底部焊盘上。Type-c接口最大电流5A,与2P端子并联。
    风扇温控调速,使用的暴力风扇噪音较大,不然压不住100W,内置PID调速和温度保护。
    mos管使用的拆机Fairchild IRFP250(唯一的洋垃圾,毕竟原装正品就是比国产货耐艹),参数是200V 30A。
    时间计量支持到9999:59:59,容量计量到99999.99mAh(100Ah),电量计量到9999.9999Wh(10kWh),内阻测试算是附赠的功能,准确度较差,仅供参考。因为内阻分直流内阻(欧姆内阻)和交流内阻(极化内阻),但我们辨别电池的优劣常用交流内阻标定,所以同时通过大量电池的直流内阻测试和YR1030内阻测试仪测试并统计数据,在直流内阻的基础上经过运算得到一段呈线性的交流内阻,这段线性区域分布在20mΩ~50mΩ范围内,再大或者再小的精度就差远了,毕竟不是专门测内阻的仪表,也就能分辨个电池的一致性。
    操作方法:通过摇杆(五向按键)中键进入设置,左右控制光标移动,上下调整光标所在位的值。长按运行/停止键启动运行,短按运行/停止键暂停测试,双击清零累计数据。容量、电量、时间这三个计量值是不会断电保存的,设定值、校准系数按中键退出时会保存(不退出不保存)。
    故障说明:报【温度过高】、【过流】、【过功率】就是字面上的意思,报【测试中断】有以下几种情况:1、启动电流过大导致电压被拉低,常见于开关电源短路保护,可以先调小电流启动后再逐渐加大,新版本已经增加缓启动功能但不一定完全避免该情况出现;2、设定电流与实际电流偏差过大,如果呈线性偏差可以通过调整系统参数ax校正,如果出现无电流可能是硬件故障可以发回来检测;3、测试过程中被测电源意外被断开。
    该负载在100W满载时散热器表面温度在90℃~100℃左右,使用时请不要触摸散热器,最简单看到风扇启动了就不要触摸了。更不可靠近易燃易爆物体,特别是测量电池时电池不可靠近散热器出风口。控制部分与功率部分有一条槽孔隔热,如果你想将控制部分与功率部分离的更远,或者将功率部分换更大的散热器,可以从槽孔处将PCB掰开成两半,然后刮开线路后自行焊接延长线,这部分没有什么特殊要求,自行DIY即可,不过一旦掰开就恕不保修了。
    另外,去掉功率部分也可以当电压电流表头,精度也是非常高,和我做的高精度表头参数相同,极限量程为400V 40A,建议在100V 20A下使用,当然我想没有谁会买椟还珠吧?
    如果想参考设计也欢迎抄板,毕竟电子负载的硬件原理非常简单,我也只是在此基础之上以我的经验再开发,而我始终坚信用最简单的电路也能实现同样复杂的功能,这一切的核心都在于他的灵魂——也就是程序设计。
    因为体积限制,这款电子负载不提供反接保护,使用前一定注意极性标识,反接时可能会造成mos管烧毁或被测电源短路损坏,若万一损坏,更换同型号mos管即可,一般不会对控制电路造成影响,更换后可能需要重新微调参数(mos管请使用Fairchild的IRFP250A/B,不支持Infineon的IRFP250N)。

    另外提供DIY升级方案:
    可以外挂运放做差分转单端电路升级4线输入,测量放电时的电压和电量计量精度更高,对电流和容量计量无影响。(注意:该ADC可以直接改四线差分输入,在P150C上就是直接改的,有空再细说,实际上日常测量没必要用四线)
    可以更换更大的LCD液晶屏,兼容ST7567控制器的串口屏(不建议使用ST7565R,因为页地址不同会导致显示错行),PCB上提供引脚定义自行飞线连接即可。
    可以外挂防反接二极管,推荐用TO-247或220之类的大管并做好散热,效果最好的还是用mos管做防反接,不过需要程序和电路支持所以这里不适用,另有同步整流二极管有兴趣可以了解一下。
    可以更换更大功率MOS管和大散热器,更大功率的采样电阻。
    同时可以外挂PWM转模拟的PAC芯片驱动更加暴力的风扇或者直接改CPU风扇PWM控制驱动,可以减少风扇启动对系统的干扰(目前该设计风扇启动时有轻微干扰)。



    背面元器件布局设计和显示界面说明:
P10417-212935(1).jpg


    背面元器件布局设计:(左边两个是设计时的炮灰,最终设计为第三个)
P10417-201012.jpg


    给一个动力电池15A放电:
P10418-000701.jpg


    后来还嫖了白色的板子和嘉立创出的紫色板子,不超过10cm的尺寸上哪都能免费做。
    是否略有心动?那么问题来了,DIY难度如何呢?
    主要元件也就是主控MCU为STC8H1K17,也就是说你必须会STC单片机的程序下载,别的呢?别的照抄即可。
    开个玩笑,还有最重要的就是显示屏了,相信大家看着这个屏就头疼:“我没有啊!”,但是,屏幕控制器为ST7567(特别注意不兼容ST7565,因为两者页地址不同会导致显示错行),ST7567是非常常见的控制器,只要控制器是ST7567且为SPI串行协议通信的12864液晶屏均兼容!板子上已经标注了引脚定义,按图索骥即可。再者就是功率耗散用的MOSFET场效应管了,这里只能使用Fairchild仙童IRFP250A/B,该型号只有原装拆机,某宝搜索购买即可。别想着用什么Infineon英飞凌之类的代替,不说假货成堆,就算是正品也不好用,原因就留给想折腾的朋友自行分析了。
    其他重要元器件:HLW8110,无可替代,实际是个电能计量芯片,然而当ADC用非常好用。TP09-SR,兼容LM358A的运放,暂未测试别的替代品,但别用LM358A代替。R001合金电阻,用作电流采样,1W的就行,可以载流20A不怎么发热。SE8550SE8533,5.0V的LDO和3.3V的LDO各一个,可以用类似LDO代替,比如合泰HT73xx,微盟ME62xx之类的,输入7V耐压,电流大于50mA即可。SX1308,不必多说,常见的升压芯片,两组升压,所以还需要两个4R7电感和SS14肖特基,用于散热风扇PWM驱动的三极管B772J3Y(S8050),别的基本全是阻容请参考BOM,这部分元器件均可以在某宝采买到。
    若以上标红的元器件搞到有难度建议不要入坑。

    最后放一下P150C的图片,有缘再发帖介绍,使用P150C固件是需要付费注册的,真金白银,P100C就让大家直接嫖了。实在是懒得水贴,发个帖子花了近3小时,有这功夫吃个串不香吗,所以,收点M币聊以慰藉了。
    P150C主图:
P10824-205317.jpg


    正面元器件布局设计:
P10822-005730.jpg

    背面元器件布局设计:
P10822-010056.jpg

    最后肯定不能装完逼就跑,留下P100C资料: P100C数控电子负载资料.rar (443.49 KB, 下载次数: 33, 售价: 10 M币)
    固件更新网址:http://s.cnwans.com/p100cSoft,长期有效,有重大BUG才会更新,小毛病不影响。    有建设性问题可回帖询问,有缘见到会回答,非必要的就不要灌水了懒得看。
   



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