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[工仪] 历时9天DIY数控OLED版单管76V/5A/100W电子负载,第一集:整体设计与组装

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发表于 2022-4-25 20:34:15 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 金向维 于 2022-4-27 17:34 编辑

居家隔离,耗时近9天时间,从零DIY了一台单MOS管,1.3寸OLED屏,76V,5.1A,100W的数控电子负载。每天忙到吐血,本来预计3天就能完成,结果远比我预想的要复杂。要不是隔离,真下不了这个决心。原本打算发一个帖子,因为中间遇到的问题和学到的知识很多,争取用几期分享出来。

省流助手:最终成品如下图。
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成功是需要代价的,不只是时间。沉痛缅怀牺牲的17颗MOS,1颗STC8A单片机。
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玩电子的谁手里没几块电池呢?玩电池的,谁不想测测内阻和容量呢?很多年前就想要电子负载或者专门的电池放电仪,奈何囊中羞涩,DIY又太难!但是有时候又不得不用。第一次做了下图的东东。只有3个元件,如果不是因为2个电阻并联,2个元件就够了。就是个LM317三端稳压器输出端接个电阻就完事了!第一次知道恒流放电这么简单就能实现的时候我都惊呆了!也对嘛,电压是稳定的,电阻是稳定的,电流不就是稳定的了吗?虽然原理极其简单,还是佩服第一个想到这个点子的人,本来是稳压器,变成稳流器了!后来陆续又学了其他类似的知识,受益匪浅!!!

奈何LM317耐压和功率有限,只能10W以内放电。而且这个电路的电流也不能调节,是固定死的1.04A。我只是拿他测试单节锂电池用。
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后来有一年想要测试新买的48V锂电池容量,不得不重新学习电子负载的知识。在本论坛找了最简单的电路仿制,就是LM393比较器+TL431电压基准+电位器+大功率MOS组成的,电流可调。如下图。图上是2个运放单元和2个MOS来增大功率,我只要1路就行了。电路搭建起来就发现问题了,电流波形是类似方波,不是稳定的直线。而且电流也不是完全恒流,随输入电压波动,调节也不是线性的。显然是自激振荡了。这个问题困扰了我很久。
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当时对于运放,负反馈之类的知识欠缺,不知道是自己的原因还是电路本身设计的有问题。盲目尝试了很多方法,找到了最笨的办法,勉强解决了问题。就是在采样电阻上并联大容量电解电容。当然这是下下策,现在已经知道正确的的做法了。或许电路作者也没有用示波器测过波形吧。而且震荡程度和采用的元件关系很大,也可能人家的震荡不厉害。

MOS用台式机CPU散热器来散热,没有风扇,因为用9V叠层电池供电,带风扇不行。大功率用的时候泡水里,最终以150W的功率成功测出了电瓶的容量。然后就一直吃灰了。
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两次不太成功的经历让我耿耿于怀!好想拥有一个好用的电子负载啊,手里的电池都不知道容量怎么行呢?

有一次突发奇想,为什么不用T12-JBC控制板做电子负载呢?屏幕能展示参数,编码器能输入参数,航空插座当放电接口,蜂鸣器还能提示放电状态,
12位ADC电压采集电路精度高,15位PWM用来控制放电电流精度就更高了,运放能当做比较器用控制电流,还有现成的三极管和MOS驱动电路,更有NTC测温能当做MOS高温保护用,有TL431和高精度LDO稳压器,不管参考电压还是电源电压都很精确。

感觉从硬件上讲,焊台控制板已经完成了电子负载80%以上的电路功能了,甚至有些功能比业余的电子负载还多!为什么没有人用焊台板子做电子负载呢???构思了一两天觉得可行性很高,下定决心开搞,预计三天完成,硬件一天,程序2天。
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首先找电流采样电阻。信不过
我淘宝买的便宜货水泥电阻,严重怀疑其精度和温漂。拿出台湾亚锐可调电源的坏板子,上边有4个低阻值的采样电阻。上边2个是5W的,下边2个是10W的,阻值都是0.1Ω。这次选用10W的。实测精度极高几乎没有误差,温漂极低。大牌子用料就是不一般。
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为了简单,DIY单MOS的电子负载,显然10A有点激进了,5A合适。这个电流下,电阻电压0.5V,功率2.5W,大小都合适。压降决定了最低能放电的电压,0.5V再加上一点MOS和导线损耗,算0.7V,还能给单节5号,7号电池放电用。如果阻值太大,就测不了1.5V电池了。而阻值太小,压降就小,单片机测量电流的精度就不高。
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接下来就是找MOS了。几年间曾斥资几百块分两次买过两堆牛X的MOS管。这是第二次买的。有些很厉害,比如耐压650V,导通电阻才19mΩ。不过这些年它们一直吃灰,没用几个。谁叫我看到好东西就迈不动步呢?什么都想买!做实验先不用这么好的,测试没问题再用,避免烧烧烧!
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拿出第一次买的MOS里最便宜的型号:2SK3435B。耐压60V,80A,84W,导通电阻14mΩ,不算太差。关于MOS参数问题,以后的帖子再详细讨论。比如为什么MOS实际使用功率通常要远远小于标称功率才不会烧之类的。
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这款MOS已经是20多年前的老型号了。
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用空白焊台PCB板搭建测试电路,先测试最基本的恒流控制功能。运放(当比较器用)同相输入端接参考电压,反向输入端接采样电阻,输出接放电MOS。因为运放和单片机共用3.3V,而3.3V不足以驱动MOS,所以利用原来控制发热芯的三极管和MOS来驱动放电MOS,中间多了2层转换。也就是运放先驱动三极管,三极管再驱动P沟道MOS,P沟道MOS再驱动负责放电的N沟道MOS。这算是利用原电路的无奈之举,因为多了2次转换,改变了驱动特性,也造成了不少麻烦,以后再详谈。如下图,应该让Q1直接驱动Q3,不经过Q2就好了,不过这样运放输入端正负得对调,对原电路改动太大,等我发现麻烦所在已经晚了。

以下是原理图,和实际电路不完全一样,但是原理一致。
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只焊需要的元件。因为有些地方没有构思好,暂时有点凌乱。
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整体图。供电暂时用9V电池,不值钱。毕竟电子负载是2路电源汇集到一个板子上,万一有问题烧了可调电源呢?
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设定参考电压86mV,因为电流采样电阻0.1Ω,实际电流应该860mA才对。
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实测电流820mA。比预想的小,是因为采样电阻用了延长线,等于电阻加大了,电流就小了。这不是电路设计的问题,正式制作只要程序里补偿一下就行了。
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核心电路测试好了,上面的板子就退役了。重新拿一块空白PCB正式搭建电路。这次把其余的电路也补齐,并且深思熟虑,争取飞线最少。乍一看效果还是不错的。背面只有一根小飞线。有些元件没有装,是电子负载用不到的功能,比如震动,休眠座检测。改动主要是切断不需要的布线。然后更改元件型号和参数,比如原来是二极管,换成了电容,原来电阻是1K,换成10K,诸如此类的操作。但是脑力工作量还是很大的,把一个几十个元件的板子,改成另一个功能完全不相关的板子,还要做到改动量最小,不是那么容易的。
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正面只添加了2根黄色飞线,同样简洁。
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暂时7根接线。2根电源线,3根放电MOS线,2根采样电阻延长线。
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先刷原来焊台的程序测试一下亮不亮。
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然后精简和整理原来焊台的程序。这个过程就花了两三个小时。几千行代码,交织成网,要删掉不需要的功能,保留需要的功能,再整理好数据和逻辑结构,比我开始想的要复杂,期间各种编译报错。删完之后,写个“test”测试下显示程序。
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菜单里原来的设置项统统删除,只留下声音和显示设置之类的。后来声音设置也删了。因为原来用的是无源蜂鸣器,PWM驱动,可以调节音量和音调。但是STC单片机多组PWM共用一个频率,这样控制放电电流的PWM就受制于蜂鸣器了。换成无源蜂鸣器之后音量和音调就没法调节了。
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无源和有源蜂鸣器对比。右侧有源的引脚间距更大,估计是怕搞混了才这样设计的。
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初步做成了下图的样子。基本电路搭建好了,接下来主要是编写程序进一步测试。我以为接下来就要一帆风顺了,硬件应该没有大问题,最多是小问题,毕竟都测试好了!写程序虽然头疼,不过就是个时间问题,毕竟是在原来焊台程序的基础上写,基本的框架都搭好了。
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结果当头一棒,屡屡阴沟里翻船!先不说硬件,就软件都难搞啊。主界面就花费了相当长的时间。屏幕分辨率128*64,最多显示4行文字。每行最多显示16个字母,或者8个汉字。最好用一屏就显示完所有的参数,不用切换(在此强烈吐槽很多大品牌数控可调电源,比如安捷伦之类的,电压和电流调节共用一个旋钮,非要切换来切换去,就不能弄两个旋钮吗???)。但是要显示的参数太多了:1.放电截止电压;2.放电电流;3.实测电压;4.实测电流;5.放电电量Wh;6.放电容量Ah;7.放电功率;8.放电时间;9.放电状态;10.放电异常提示信息。

用汉字就不用想了,一行8个字能干嘛?只能用英文字母。假设一个参数用8个字母,一行显示2个参数,一屏总共能显示8个参数。不过问题来了,一行2个参数相连,中间没有分隔号不好看。于是只能加空格,这样第二个参数就只能7个字母了。还得给参数起名字啊,加冒号啊,单位啊,还要有足够的精度(需要显示多少个零)。然后一阵头脑风暴~~~~~~~最终如下图。
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写过程序的都知道,通常显示部分的代码比真正控制的代码要多的多,哪怕显示的东西很少!这么多参数很难显示。它不像完整的一句话能一行代码显示完,而是中间穿插数据的,还要加上小数点。于是各种坐标来回倒腾,中间修改参数顺序简直崩溃。更要命的是,写到一半的时候,我意识到了数据精度的问题,应该弄个自动量程,让小数点能移动。比如数值小的时候精确到0.001,数值大的时候精确到1。给5个参数加了自动量程,简直要了命了。
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参数从上到下依次为:Us设置的放电电压,I设置的放电电流,Um实测电压,I实测电流,Wh放电电量(瓦时),P实测放电功率,Ah放电容量(安时),T放电持续时间(小时:分钟)。
为了清晰的展示放电状态,让人一眼就看明白到底有没有在放电,右下角的时间显示是分时复用的。放电时,反色显示时间,小时和分钟之间的冒号还会闪烁。暂停放电,正色的时间和反色的文字“暂停”交替显示。停止放电也类似交替显示。这样一屏就能展示9个参数了。
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怎么设置放电电压和电流呢?首先按键分为短按,中按,长按。为了避免误触,主界面弃用短按。中按弹出悬浮菜单,展示放电截止电压,放电电流,是否放电这3个参数。这里也要了命了,看起来简单,实测复杂。你怎么知道是中按还是长按呢?得等按键松开,测量按下的时间才知道吧?但是你心里没底啊,谁也不是秒表,能精确控制按下的时间,怎么把握中按和长按的界限呢?生怕按得时间长了,变成长按了。最好的办法是按到一定时间就跳出来悬浮窗,不等到松开按键再判断,你看到窗口跳出来了就知道时间掌握好了,然后立刻松开就行了。

但是有些操作是需要松开操作才生效的,或者按下一刹那生效,或者按下的过程一直生效,不同的界面需要不同的交互方式。别忘了编码器还有旋转的功能,于是又加了按下的同时再旋转的操作。为什么加这个功能呢?放电截止电压范围从0.8V到72V,调节精度0.1V,那么从0.8调到72需要旋转几百下!!!这怎么能忍?于是只旋转,调节精度为1V。按下的同时旋转,精度为0.1V。这样几十下就调节到头了,还能精确调节。各种按下和旋转的逻辑以及不同显示界面排列组合交织在一起,bug频出啊。真的,没写过程序的人,很那想象按个按键还能这么复杂???这也是为什么很多伟大的产品说出来也没什么惊人的地方,但就是用户忠实度很高的原因:细节做到位了。比如苹果手机(虽然我从没用过)。像屏幕自动亮度,多摄像头白平衡和最近对焦距离一致性,电池电量显示的线性度之类的,很多安卓手机简直让人抓狂!!!
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人机交互很复杂,基本的调节功能做出来了,就先测试硬件。后续再完善软件的其他功能和细节。用经过改造的35V,20A菊水电源测试,电压能精确到1mV,电流1mA。
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设定1A放电电流,电子负载和菊水电源显示一致(当然程序补偿了电流采样电阻延长线的损耗)。
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设定5A放电电流,电子负载电流只偏差0.01A左右。电压偏低近0.2V是因为大电流下输入导线压降太大所致,并非电子负载误差。测试了不同电压电流,电子负载的线性度很高,只要一个点调准了,全量程几乎都是准的。只有一点小毛病,电压和电流有个静态误差,也就是没有输入的时候也有一点底数,电压最大0.02V,电流小于0.01A,显示不出来。对于业余的电子负载来说已经够优秀了,毕竟电压量程高达80V,电流25A(虽然实际只用5A。电流量程是采样电阻和单片机ADC决定的,不是故意设计这么大)。
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测试无误之后,安装黑色半透明亚克力面板和航空插座。
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这时候背面还很简洁。乍一看谁能想到这是电子负载呢?
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控制板弄好了,接下来就是MOS驱动和保护板了。为什么要保护板呢?很多原因。首先MOS损坏的时候,99%以上是短路状态。假如给60V的电池放电,MOS一短路,60V直通控制板,烧的噼里啪啦。加个二极管隔离高压行不行呢?起码我这个电路不行。上文说过了,放电MOS驱动经过了2次电平转换,结果特性变成了上拉能力强(能不经电阻直通Vcc),下拉能力弱(全靠下拉电阻)。二极管虽然能隔离高压,但是短路它管不了。放电MOS一短路,MOS驱动仍然强行拉到Vcc,等于驱动电路也短路了。正常的电子负载MOS驱动是上拉弱,下拉强,这才是最优的。那么再加个PTC电阻防止短路行不行?短路的时候PTC发热,阻值增大,避免驱动电路短路。实测也不太行啊,二极管这关就难过,串联了二极管会改变MOS响应特性,导致自激振荡。另外不光要防MOS短路,还要防MOS瞬时电流过大。2种保护要综合考虑。这里我试验了好几天,推翻了很多电路。

实际上我这个MOS驱动的2次转换造成的麻烦很大,不仅限于短路防护,还有刚提到的MOS过流防护。我简直是踩了个无底深坑,要早知道刚开始的时候就不这么弄了!为了这2种防护真是绞尽脑汁啊,都快放弃了!试验了很多电路都失败了,不过往往失败让人学到的知识更多!
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然后另我又踩了另一个深坑。这次不是电路本身的问题,而是我的脑子蚌埠住了!!!

众所周知,MOS内部都有一个寄生二极管,如下图。也就是说如果反向通电,它永远是导通的,无法关闭。这和三极管双向阻断不一样。那么电子负载如果不小心被测电压正负极接反了,哪怕你没开机,都会短路MOS或者取样电阻。然后又连锁反应,高压(还是反向的高压)烧毁一大串电路。所以必须设计输入防反接电路。当然你可以用二极管。但是二极管有压降,再加上MOS,导线,取样电阻的压降,那么电子负载就很难测量像1V这么低的电压了!而且大电流下二极管发热很大。5A电流,即使肖特基二极管,假如耐压100V,压降恐怕也得0.5V甚至更高吧。单单二极管发热就高达2.5W了!
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最初我想用MOS实现防反接,而不用继电器。因为继电器是机械的,有可能接触不良,而且体积也大。花了几个小时设计和测试电路,结果全部失败!为什么这么难呢?因为细想起来这个电路要求挺高的!

首先要求电子负载不开机的时候,防反接也能起作用。你就不能利用原来的控制电路测量是否反接,然后关闭MOS了。那就得用被测电压控制防反接MOS。接对了,MOS导通,接反了,MOS栅极电压是负的,就不导通,简单吧。想的很美!被测电压从-80V到+80V这么大的变化范围,你怎么保证MOS驱动电压足够高,该导通的时候可靠导通,还保证又不会高的太多以至于MOS过压烧毁,再保证不从被测电压汲取过多的电流呢?因为汲取的这部分电流是不经过电子负载统计的,而且不开机也有较大的放电电流,如果被测的是电池,时间长了会被过放。那么你就得用控制板的12V驱动MOS。这样MOS只要电压反接不导通就行了。至于正接,开机让12V驱动它,保证MOS可靠导通。但是这样一来你就把12V电压和被测电压又连接到一起了。然后你就会发现,要么防护不起作用,要么低输入电压MOS不开启,要么从输入电压汲取过多电流!!!这样的电路很那设计!
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后来放弃MOS,用继电器防反接。继电器没有寄生二极管,而且输入和输出是隔离的,电路应该好设计。结果还是陷入到刚才的怪圈里了!这真是我脑子短路了!!!我一直在想,电子负载不开机也要实现防反接,可是不开机电路不受你控制啊,那怎么防啊?不还得利用被测电压驱动继电器?我真是愚蠢到家了!!!!!!!!!!!!不开机,继电器不会接通啊!不接通天然就是防反接了啊!!!只要开机之后检测一下电压,如果反了就不让继电器接通就行了啊!原来我在骑着驴找驴!!!!!!!
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测试用的继电器是淘宝买的便宜货,不想用。亚锐的板子右下角有2个继电器能拆。看做工应该不错。
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但是我手里还有一些扁的拆机继电器,忘了什么板子上拆的了,总之一堆。通大电流测了一下,这个导通电阻比亚锐板子上的低一半多。难道触点是镀银的?那就用这个了。
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用洞洞板搭建了一块防护+驱动的多功能电路板。外挂的一小块板子是测试MOS防护电路用的。多功能板负责安装电流采样电阻,驱动继电器,防MOS短路烧控制板,防MOS过流烧毁,后续又加了散热风扇的PWM调速驱动。
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真的,在MOS防护这里耗费了几天的时间。MOS防护分5种:1.防被测电压反接烧MOS;2.防MOS万一烧毁之后高压直通烧主控板;3.防MOS瞬间电流过大烧毁(us级别防护);4.防MOS功率过大烧毁(ms级别防护,和第3条不重复,原理不同);5.防MOS高温烧毁(s级别防护)。这5种有的是硬件实现的,有的是软件实现的。或许有人说用不了这么多防护,我的没防护也没烧啊!反正这几天下来,根据我的理解,需要这么多防护!如果你拆开菊水之类的大品牌可调电源或者电子负载,会发现它们个头挺大,功率不大,而元件数量多到令人发指,和DIY的复杂度不在同一个级别。我想多出的很多元件是用在了这些细节上。
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这是最终定型下来的多功能板。上边的元件并不多,但是走过的弯路特别多。也正是这个过程,让我受益匪浅,对一些电路有了更深刻的认知。后续的帖子再详谈。
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散热器打算也用亚锐可调电源上拆的。体积和台式机散热器差不多。
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背面还有功率板和温度传感器。
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侧面铝壳包裹,铝壳上固定7cm,12V风扇。
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散热鳍片。
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拆下来的板子不能扔,那2颗大功率三极管一看就是原装货。
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但是原装风扇风速不大,电子负载恐怕功率很难做大。而且风扇是2线的,没有PWM调速引脚。于是翻出多年前郑州二手电脑市场低价买的二手的台式机散热器。风扇上有AMD的标志。
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为什么不直接用这个当电子负载的散热器呢?因为它底面没有螺丝孔。曾试过打孔和攻丝,工具和手艺都不行。铝有黏性,比铁还难精确加工。
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风扇号称12V,0.3A,滚珠轴承。实测只有0.1A,好几个都是这样。拆开确实是滚珠轴承。不知为何电流虚标。不过年头多了,滚珠的也有噪音了。
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显然单个风力不够大。那就AMD*3!!!!就问你怕不怕???YES就完事了!
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装上去,蔚为壮观!要不是其余的风扇调速引脚被我剪断了,我还想AMD*4呢!!!!!疫情隔离又买不了东西,不然的话就买暴力风扇了。实测风力还是不够大,单个风扇0.1A,3个加一起才多大功率?那就超频加一下电压吧,20V风速杠杠的。但是发现18V以上,风扇的调速功能就失效了。保险起见,用16.5V吧。
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可是我的电源是12V的。做工不错,电容是红宝石的。
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这个电源漏电流大,拆掉屏蔽层,然后拆掉下边的Y电容。用料看着到是赏心悦目。
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最终电压改到了16.7V。这个电源改电压还有点曲折,后续详细介绍。
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开始先用的上文的型号2SK3435B的MOS。标称60V,84W,实际运行在15W没问题。但是如果先开电子负载设置好放电,再突然加被测电压,就会疯狂烧MOS!
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这就是暴力测试,看电路可靠性如何。具体这样测试的:先打开电子负载,设定最大放电电流,但是不接被测电压。一切设置好之后,用可调电源当被测电压,电压调高,用导线在鳄鱼夹上摩擦,这样电压就猛然加到电子负载上了,电压上升速度之快难以想象,而且处于不稳定状态,极速升高降低!这时MOS必烧,因为流过MOS的瞬时电流高达几百安!


可能你DIY的电子负载没烧。因为你没这样暴力测试过,或者你的电源滤波电容不够大(我这个几万uF),或者导线太长太细,或者测试电压不够高,或者你的MOS导通电阻和电流取样电阻都大,电流理论上就到不了上百安。如果都不是,那就是保护电路很好了!
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一共烧了17颗MOS和1颗单片机。尤其是烧左上角那个大MOS太心疼了。你看看那核心大小,快有早些年的笔记本CPU核心那么大了!每烧一次都是测试一次MOS保护电路和保护程序,不是盲目烧的。
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这颗MOS型号是RU1H300Q,TO247封装,很大。是我买的拆机MOS里最贵的,也是功率最大的。
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参数不敢说无敌,也很少有对手。耐压100V,内阻3毫欧,持续电流300A,瞬时电流1200A,功率600W,能运行在高达175℃的核心温度下。最终成品就是用这颗MOS做到了单管100W,还是比较猛的。(关于为什么实际能做到的功率远低于标称功率,以及MOS的选型,驱动,保护电路设计,后续再发帖讨论。这个帖子已经太长了)。
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左侧84W的2SK3435B核心较小(但是也比很多山寨MOS大的多),在驱动和保护电路完善之后,运行在15W,暴力测试也不会烧。但是40W则小心用不烧,暴力测试必烧。右侧的RU1H300Q,核心极大,几乎延伸铜基底边缘。测了下,核心面积是前者的6.67倍。按道理应该能运行在15W*6.67=100.05W功率下不烧。这个面积是我发帖刚测的,原来并没有根据面积换算功率。“巧合”的是最终我的电子负载恰好做到了100W!120W我也测试了,虽然没有烧,但是MOS温度太高,最终没有采用。如果运行在100W,根据MOS温度反推,它还有额外100W的功率余量来应对暴力测试这种电流猛增(但是持续时间只有us级)的意外情况。整机做好后,各种暴力测试,都没能烧掉第二颗RU1H300Q。第一颗是实验阶段没有做MOS防护的时候烧的。
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感觉MOS还是不够大,和铝散热器接触面积太小。这个散热器也有点单薄,MOS很烫,但是散热器不太烫,说明导热不太好。打算效仿英特尔CPU的钎焊工艺。
找个奔腾CPU的盖子,焊到MOS上,再整体装到铝散热器上。希望能增强导热能力。
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准备打孔螺丝孔,用于固定MOS。看看孔的颜色就知道是纯铜,纯的导热才好。
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孔一定要做好倒角,要是边缘凸起来就和MOS接触不良了。
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这么大的MOS上锡对于JBC烙铁不在话下。
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更大的CPU顶盖也只是稍微费点劲。
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焊到一起则一把烙铁有点吃力,风枪也不是很猛,最主要怕吹坏MOS。于是JBC245+白光T20焊台,双管齐下,轻松拿下。
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背面涂导热硅脂。
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用螺丝固定到散热器上。多余的2个螺丝孔正好用于固定到后文的机箱上。这样搞最终有没有效果不好说,感觉瓶颈还是出在了这个铝散热器上。它有点单薄,何况铝的不如铜的好。可惜我手里没有好的散热器了。
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最终MOS上装了NTC电阻测温。电阻本体放在了MOS的卡口里,这里暴露这一小块铜基底,最能反应MOS的真实温度。不建议装在散热器上!温度超过70度就紧急关闭MOS(外表70度,推测100W下MOS核心温度100度左右)。
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这其实就是T12板子的冷端补偿NTC,10K,B值3950,测温程序都不用改。
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比划了一下,焊台的38*88mm铝壳有点窄。多功能板和电源板略微打架。
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用角膜机打磨掉铝壳两边的加强筋,然后贴胶带准备喷漆。
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虽然看不到内部,还是喷漆美化一下,也有利于绝缘。
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散热器要固定在铝壳上。需要2个小圆孔装螺丝,1个大圆孔穿风扇线,外加1个大方孔作为MOS开窗。孔不好打,因为螺丝孔不在一条线上,如果比划不好,要么间距不对,要么散热器装到壳子上就不居中。
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划线,打孔。圆孔打的还行,偏了不到2mm,修理一下完事。方孔不敢用角磨机了,我是手残党,必然伤周围的漆!
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打一圈小孔,剪线钳剪一下藕断丝连的地方,然后一锤子搞定。
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用锉打磨一下。对于手残党来说,已经很满意了。我是相当佩服论坛里的大神,用木棍就能做漂亮的焊台手柄!
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装上去不错。散热器宽度正好等于铝壳宽度,算是巧合了。
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风扇线藏在了后面。
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吹风口设计在了侧面,这样不会吹到人。
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底面是这样的。散热器和铝壳之间也加了硅脂,能多散一点热更好。硅脂用的能凝固的功率管导热硅脂,也算是起固定作用。
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折腾了8天多,电路弄好了,程序基础部分写好了,但是有些细节还需要后续完善。不能这么一直裸奔,要装壳,还得能后续升级程序,于是要留出一个接口。最开始想用3芯航空插装后面板上。不过前后都有航空插让人困惑,到底哪个才是放电接口?虽然型号不一样不会插错。最后还会用3.5mm音频插座吧,这招早就用过了。

翻出拆机音频插座。经测量,前端直径6mm。
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亚克力面板打孔,掌握好尺寸,让它塞进去很紧。塞之前涂上螺纹胶,只要不是故意破坏,是掉不下来的。
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面板是黑色的,和黑色音频插座浑然一体。
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下载程序找一根两头都是公头的音频线,一头插电子负载,另一头通过音频座接杜邦线到烧写器就行了。
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接好插座线和电源板。
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安装电源板一定注意绝缘。铝壳贴了带塑料膜的青稞纸。电源板侧面和铝壳也被青稞纸隔开了。电源板底面又贴了厚双面胶,涂了硅胶,防止引脚刺破青稞纸。
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正式装壳之前先把各电路连起来通电测试。运行在5.1A,100W功率下。当功率接近最大设计功率的时候,实测功率这个参数会反色显示。因为设定的是恒流放电,但是因为功率限制,必须退出恒流模式,切换成恒功率模式。这个提醒是不是很贴心?
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多功能板上元件数量不多,但是连线不少。这个没办法,和主控板不是一体的就只能线缆多了。
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背面只有一个电流采样电阻和一个继电器线圈防反压的二极管。
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主要功能如下,除了防MOS短路烧控制板这个功能外,其余的功能都需要单片机参与。
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线缆着实不少。板子本身有正面2根+背面3根飞线,不显眼。除此之外,外部连线高达11根:电源线2根,放电MOS线3根,采样电阻1根(另一根和MOS共用),风扇1根,继电器1根,NTC测温电阻2根,MOS防护电路1根。
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因为增加了3根程序烧写线,线缆总数达到了惊人的14根!
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是不是有点壮观呢?除了线缆多之外,其实控制板本身改动不算太大,外挂的元件数量也不多。麻烦的其实是设计和验证电路功能,以及代码编写过程。说明焊台控制板改电子负载这条路是可行的!
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MOS部分特写。
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多功能板特写。
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多功能板特写。
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各部分连接到一起。
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感觉挺好看。
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上下壳的电路连起来,壮观吧。
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这张图更明显,密集恐惧症慎入!
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装好之后,100W放电,室温26度测试,MOS温度最高飙到了64度。图上是63.6度。不装壳只有62度,看来装了壳不利于散热。也测试过120W放电,装壳后温度飙到70度。想多留点余量,就限制到100W运行了。图上的温度展示是测试用的,调试好之后会去掉这一行。
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开机LOGO也改一下吧。放电电压最大76V,最小0.8V,超压报警,继电器不接通,100V的MOS要留点余量。电流最大5.1A。功率最大100W。MOS温度超过70度报警,停止放电。
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正面颜值。
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侧面颜值。
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背面颜值。
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上面颜值。像不像个高性能小显卡?
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用2.5平方硅胶软线做个放电线。线太粗的,几乎穿不过航空插头了。线是给菊水可调电源买的剩下的半米。
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红黑搭配是不是颜值高了一丢丢?有多高呢?大概三四层楼(风扇)那么高吧!!!
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除了上半部分有点廉价,只看下边还不错。
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OLED屏当然少不了屏保动画。几分钟无操作,滚动显示实测电压和电流。
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100W放电几小时无故障,又用75V电压按上文那样暴力测试,没有损坏。于是给48V,35Ah的电动车锂电池放电试试。
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十几个小时之后,放电结束,电子负载无故障。放出26.21Ah。因为电车跑了几公里,又放了较长时间,容量有点低。打算充满电再测一次。另外发现单片机的定时器没设置好,时间有1%的误差,导致结果微微偏低。后续又调了一下程序,现在1小时误差不到4秒,也就是0.1%的误差。作为容量测试,精度够了。
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本电子负载有多种错误检测和防护功能。目前实现的有:1.输入反接保护(能保护,但是还不能提示,因为测负电压是否存在程序上有点麻烦。现在反接提示输入电压过低);2.输入电压过高报警;3.放电MOS短路报警;4.放电MOS高温报警;5.MOS微秒级瞬时电流过大保护,毫秒级瞬时功率过大保护(在保护下正常运行,不报警)。
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尤其是MOS短路保护很重要。用镊子短路MOS,瞬间烧糊一片。但是单片机瞬间切断继电器,什么事都没有。如果没有保护功能,轻则烧采样电阻,重则高压直通烧控制板,最严重起火烧房子!短路不解除有可能持续几十安甚至几百安的电流。
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受限于篇幅,本帖暂时告一段落。还有很多未介绍的话题,留到后续再发帖。

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本帖被以下淘专辑推荐:

发表于 2022-4-25 20:58:39 | 显示全部楼层
这是真费劲啊,,,佩服。我放电瓶车容量就做个库仑计和电阻,哈哈。

论坛助手,iPhone
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发表于 2022-4-25 21:18:20 | 显示全部楼层
为牺牲的MOS致敬!
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发表于 2022-4-25 21:21:35 | 显示全部楼层
太牛了,花了挺长一段时间看完了
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发表于 2022-4-25 21:30:51 | 显示全部楼层
我就是想知道总算下来一套成本要多少
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发表于 2022-4-25 21:32:38 | 显示全部楼层
不错,看过最长的帖子,感谢楼主的付出。
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发表于 2022-4-25 21:43:04 | 显示全部楼层
居家隔离足够久就能做出一切
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发表于 2022-4-25 22:27:48 | 显示全部楼层
就是了,筒单的运放所谓电子负载一看功率管就是工作在开关状态,波形那会好看,低电压放电差不多就是窄脉冲了。
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发表于 2022-4-25 22:30:00 | 显示全部楼层
确实不简单,看完都得花不少时间。
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发表于 2022-4-25 22:35:37 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
要是不隔离肯定没时间干这些东西吧!
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发表于 2022-4-25 22:52:05 | 显示全部楼层
谢谢分享!
发表这个贴子都花了不少时间吧!可想而知整个制作花费的时间了!
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发表于 2022-4-25 23:42:15 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
高手呀,搞这个头发都不知道脱了多少
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发表于 2022-4-25 23:47:01 | 显示全部楼层
这么长,我竟然从头到尾看完了。   风扇叠罗汉不错,但用暴力风扇,PWM控制更舒服,声音大一些。
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发表于 2022-4-26 00:04:32 | 显示全部楼层
太长只看前面。你吐槽安捷伦不多弄两旋钮,你自己不也是这么干?就像我那个USB电流表一样,就是舍不得多弄一些按键旋钮按键,舍不得UI硬件重建弄得信息多一些,很多东西也就设计者自己能熟练操作。
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发表于 2022-4-26 00:14:30 | 显示全部楼层
项目越来越多啊
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发表于 2022-4-26 00:42:30 | 显示全部楼层
涉猎广泛啊
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发表于 2022-4-26 06:45:51 | 显示全部楼层
楼主的技术功底了得,感谢分享!曾经想把3D打印固件里面的温控程序移植到ardunio上做个温控仪表,机械狗的我无奈在程序面前灰头土脸
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发表于 2022-4-26 09:37:22 | 显示全部楼层
本帖最后由 jpdd521 于 2022-4-26 09:42 编辑

关内大作,666.
这个散热用上抽的好,还是下吹的好呢。。
总感觉上抽比较适合热力上升而避免把下面以及周边的东西吹热。
个人见解来源于SONY系列。

然后,外壳的话,用我提供的那种非常好,可以根据要求免费加工亚克力面板。
论坛都射精了,赶紧来换一个玩玩吧论坛积分兑换金属外壳加亚克力面板(可免费定制)
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发表于 2022-4-26 09:46:31 | 显示全部楼层
老哥的技术牛逼,表述通顺,细节丰富。难得的是表述还这样详尽啊
另外期待老哥关于以下的帖子:
以后的帖子再详细讨论。比如为什么MOS实际使用功率通常要远远小于标称功率才不会烧之类的。
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发表于 2022-4-26 10:15:19 | 显示全部楼层
一项浩大的工程。从设计到完成,里面涉及的有软件知识,硬件知识,还有许多工艺制作等,非一般人能够做到的。
今天是世界知识产权日,楼主的知识应该得到保护。
点赞!!!
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