数控电源电路原理分析

cat_li

# 简介
很久之前买的一个数控电源模块，支持远程控制

## 外观样式


## 参数指标


空载输出文波


1A负载文波情况


# 原理分析
此电源调整部分采用了一个2596S,控制部分采用了STM8的单片机。最近有点时间，绘制了电源以及调整部分原理图（图一底部大板），简单分析下其工作原理
## 1. 辅助电源


以XL1509为核心，输出5.03V(1.23*(1+3.09))电压，作为整个系统工作的辅助电源，提供给运放以及显示控制部分。因为输出电压比较低，所以未增加CFF电容。
> XL1509 SOP8 DCDC芯片 输入4.5-40v,输出1.23-37v可调，恒定2A电流输出能力，FB电压1.23v

## 2. 主电源
主电源采用一颗XL2596S作可调输出。典型电路如下：


> XL2596 降压DCDC,输入4.5-40V,输出1.23-37V可调，恒定3A电流输出能力。

本电路设计采用了数控的方式，所以替换了原电路中的反馈环节，具体设计如下：

### 2.1 电压控制环路


来自顶部控制小板的PWM信号(L_PIN5)经过R26,R27，R28；C12,C13,C14组成的三阶低通滤波电路滤波，变成纯净直流作为参考电压通过R14进入U2.2(MCP6002)的6pin.

下面分别是PWM,一阶，二阶，三阶处的实测波形图：








可以看到二阶滤波和三阶滤波处直流波形基本相差不大，直流电压也符合设计要求 3.3\*0.26 = 0.858V
下面两张分别是二阶和三阶处的文波情况，可以看到，差别还是挺大的





如果忽略U2.1部分电路，即如图中箭头所示，R10右端直接进入U2 5pin,则R6,R7,R9,C21和运放U2.2,R15，C22组成了PID控制器，简化如下图



U2.1及外围组成（加法）同向比例放大电路，其放大倍数 = (1+R12/R11) = 1.067。假设输出电压为18V:
则U2.1 Pin3处电压分别来自18v分压：
V18= 18\*(R7+R9)/(R7+R9+R6)=18\*0.063 = 1.134v，
5V分压：
V5= 5\*R9/(R8+R9)=5\*0.01 = 0.05
Pin3电压 = 1.134+0.05 = 1.184，实测此处电压为1.189v。
Pin1的输出电压 = 1.184\*1.067 = 1.26V,实测1.26V
U2.1 Pin1输出电压分两路，一路经R13,C20滤波，通过L_PIN3送入单片机。

另一路送入U2.2为核心的控制单元


### 2.2 电流控制环路
和电压控制环路类似


R30,R31,R32,C15,C16,C17组成三阶滤波，将PWM变成直流，送入U3.2作为电流基准。


U3.1为核心的同向比例放大电路，将采集的电流信号放大后一路送入单片机，一路送入U3.2作为反馈信号，与基准共同作用，最终经二极管KL3和电压信号一起加入LM2596的FeedBack端。
U3.1的放大倍数为1+R20/R19 = 31。
5V电压经R17,R16,R5分压后产生0.098V的固定偏置，和负载流经R5产生的电压叠加

### 2.3 输出使能控制


来自单片机的信号，经R42,光耦，控制LM2596的5Pin(ON/OFF)

wjqok

就这显示，方便设置？

msz09861

好文，就是看不懂！

harry_digit

学习了，一直没往这方面留意

fhm1

大佬厉害

sjzcxj

看到这种公式就头疼

alangxl

数控就是通过控制PWM波形滤波后的参考电压来控制输出电压电流，类似电电位器分压参考电压调压吧，就把电位器换成单片机的PWM波

cat_li

alangxl 发表于 2023-12-27 08:58
数控就是通过控制PWM波形滤波后的参考电压来控制输出电压电流，类似电电位器分压参考电压调压吧，就把电位 ...

是的，原理是这么个原理

liuhaob

谢谢分享

川江号子

好文章，搜藏了，留着慢慢看

微醉

看着脑仁疼，你们这都是啥脑袋啊！！！

xixia001

增加了外部控制电路，怎么保证稳定工作应该是考虑的一个重要方面

wonderfullife68

好文章，辛苦了。

saler8888

PWM输出换成DAC输出精度要高很多

阿粗

谢谢分享，收藏，学习

徽章电子

收藏了，有空学习

t3486784401

电压环、电流环，使用了硬件 PID，为何有这种设计？

按照 DCDC 的原始电路，直接 P 环节就能实现负反馈稳压（进而间接稳流），
这手动加上 I 环节和 D 环节有何妙处？ 如何确保这些个环节加上去，DCDC 不罢工？

cat_li

t3486784401 发表于 2023-12-28 00:58
电压环、电流环，使用了硬件 PID，为何有这种设计？

按照 DCDC 的原始电路，直接 P 环节就能实现负反馈稳 ...

这个就不清楚了，我只是按原电路分析，具体设计意图，我也不懂

t3486784401

cat_li 发表于 2023-12-28 12:44
这个就不清楚了，我只是按原电路分析，具体设计意图，我也不懂

好吧，还以为这个控制部分是 LZ 专门加上去的

saler8888

t3486784401 发表于 2023-12-28 00:58
电压环、电流环，使用了硬件 PID，为何有这种设计？

按照 DCDC 的原始电路，直接 P 环节就能实现负反馈稳 ...

运放加环路补偿 稳的很