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话说应该是N年前(2012)年,在一个论坛上看到一个数控电源项目,当时作者不仅把它做成了成品出售,而且还进行了开源,任何人都可以下载使用这个电源的设计。当时看的很心动,但是买成品觉得买不起,自己做当时也懒,觉得有点复杂也就放下了。
正好去年年底,有一天值班没事干,看见在电脑里沉睡了好久的资料,想想现在也没合适的电源用,于是就把它启动制作了。
伟大领袖M主席教导我们说:要想知道梨子的滋味,就得亲口尝一尝。我打算试验一把,看看是不是真的那么好用。毕竟认识从实践始,经过实践得到了理论的认识,还须再回到实践去。
下面是作者对这个电源的介绍:
我一直想再做一版更好的电源,可是一直事情太多就搁置了下来,最近事情不多,就抽时间做了第二版电源,我尽最大努力把它做好。我尽量详细全面的介绍给网友朋友们,使更多的没毕业的兄弟或者刚毕业的兄弟们也能参与进来。
我们到底需要一个什么样的电源呢? 我想基本上要做到如下几点:
1.要耐用,完善的保护功能,过流保护,过热保护都要有,负载向电源释放高压浪涌也可以吸收掉,寿命长,能在零下20度到零上50度环境长期工作。
2.要精确,在恒压时,就是我设定的是几V电压那输出就是几V电压,在恒流时,我设定的是几A电流那输出就是几A电流,我 们不可能做到绝对准确,但是要把偏差做到最小,设定的电压电流要和输出的电压电流的值基本一致,做到非常小的误差。不管负载是容性感性或阻性的,电压或电流都不变化,电源不振荡。
3.要有很强的抗干扰能力,想起公司有个电源就抗干扰性能就很差,当接上一个小电机负载时,显示屏就乱跳了,根本看不清显示的是什么,这就很让人很不舒服,所以我在设计这款电源时也着重的考虑抗干扰的问题。
4.电路要简洁,我们业余DIY的没大公司那么大的设计团队,没有大公司那么雄厚的资金支持,我们只能使电路尽量简化,使结构简单而又不删减重要的功能,尽量用现成的模块,尽量用IC代替分立元件,使思路更清晰,抽出更多的时间来构想电路结构、精选元器件,做到“简约而不简单”。
5.操作更人性化,更简单,我发现用户都不喜欢看说明书,喜欢拿来就用的产品,所以就尽量按照用户的习惯来设计操作方式,哪怕方式很笨很OUT也应该尊重大部分用户的习惯,总之设计就像按摩一样,客人不是在欣赏你舞姿和歌喉,客人要的是自然而然、飘飘欲仙的舒爽感觉。
6.功能一定要实用而不花哨,在工业现场经常要联网控制,所以就要加入串口通信功能。要有校准功能,用户可以自己用仪器校准电压电流。
电源基本参数:
输出电压:0-30V
输出电流:0-4A
电压最小分辨率:0.1V
电流最小分辨率:0.01A
这是电路图,电源的构架是采用线性串联稳压电路,利用MOSFET做调整管,STM32作为数控部分,输出模拟信号控制模拟稳压电路
原作者提供了线路图、程序代码、PCB图,于是,照葫芦画瓢,根据原作者提供的pdf
仔细的学习了电路图,揣摩明白了工作原理
把PCB画了出来,零零星星今天画点明天画点,再查查错,纠纠误,大约用了1个月才完
PCB画好后,送去工厂打样,5天后快递把做好的板子送来了
其中,主板,基本按原作者的设计画的,显示控制板,自己设计的
原设计是一个细长条,我不喜欢,还是要紧凑一点好
拿到PCB发现主板真够大的,早知道用贴片元件,应该还能小不少
话说这个电源的核心,是采用STM32F103VCT6这个MCU
按作者的设计是为了方便采用外部基准电源
这家伙用的是LQFP100封装的,脚距比我以前焊过的其它元件都细小
话说,这是整个电源的大脑———领导机关要有正确的指导路线,遇事要拿出办法,以建立领导的中枢
这个一定要搞好,不能出问题
先焊接不好焊的,这个SMT的贴片元件也应该是先焊的
焊盘上刷一层松香水
然后把芯片对位,仔细检查,对位良好
利用松香水的粘性,就把它粘上了
焊接,采用经典的堆锡法焊接
焊完一圈后,用吸锡带去除多余的焊锡
稍式修整,确保没有短路,虚焊的地方
虽然100个管脚里没用多少
清理焊盘,仔细检查
俗话说,硬件是机体,软件是灵魂
制作计划是这样:将数控部分搭建完成后,烧录程序进去
看看是否正常工作,然后再搭建模拟部分,步步为营,逐级调试
程序这时还是2.1版的,后来坛友给我分享了2.3版程序,就升级成2.3的了
显示控制板也制作完成,用开发板测试,工作正常
布线还是有点错误,但是不严重,可以飞线解决
数控部分完成了,下面的工作就简单了,开始组装除功率元件外的其他元件
全都是直插元件,按部就班焊吧,也是利用每天晚上的时间零打碎敲,一块板焊了有1周
在元件的选择上面,
伟大领袖还教导我们说:当正确的政策方针制定之后,干部是关键
为了避免元件质量不佳造成故障,都是采用正品优质元件
除了接插件是拆机的
主板大部分元件焊接完了,留下功率元件没有装
先用一个小变压器提供控制电源,检查有没有问题
通电没有烟花,没有焦糊,工作正常!
又找了一个变压器先提供测试用的工作电源,接了一个功率管,
发现电源工作正常,庆祝安装作业一次成功!
一切正常就好说了,工作继续
由于线性电源的调整管在工作中会发出相当的热量,最好能够通风冷却
下面,得找一个合适得散热器,不可能找到和原作者一样的
正好手上有一个老Pentium4的散热器,拿来试试,似乎合适
这个散热器两边有安装夹具的翅膀,正好可以利用它做固定
定位,打安装孔
钻孔,下面准备攻丝,打孔前,加一点润滑油
将大功率管对位试试
大功率管的管脚,需要预弯,这样才能方便安装
安装对位试试
结果就在要完工的时候,逛电子市场突然发现有更合适的散热器
于是买了一块回来,发现要比这个CPU散热器更好用
无论尺寸还是散热能力都更胜一筹,于是,前面的部分工作就浪费了
开始加工新散热器
由于钻孔深邃,需要清除钻孔中的碎屑
攻丝!
加油!
再攻丝!
攻丝是有损失的,这不,贪多冒进,损失丝锥一根
攻丝,虽然是简单的工作,但是也有窍门:
首先,钻孔尺寸要合适,不能太小
其次,不能贪多冒进,我习惯钻进2圈退一圈,随时清理碎屑
一般攻5圈,退出来清屑,加油,再钻进
遇到阻力,就退出来清理,然后再钻
断的这根,就是遇到阻力,想着马上就到终点了,可以再攻一下
结果就断掉了
拧上铜柱
定位功率器件的位置,钻出固定孔,并攻出螺纹
安装功率元件,大功率管后面不是绝缘的,需要加装云母片绝缘,抹导热硅脂
安装散热器组件,尺寸刚刚好
散热器下,还有一个温度敏感元件,这里用的是LM35,
用来检测散热器温度,在散热器温度过高时,会自动启动风扇加强散热
是一个非常方便的设计
应该说是我画板失误,LM35摆反了,应该是平面向上贴敷散热器
现在变成了曲面向上啦,这样和散热器接触面积就小了很多
不过,经实践发现,影响并不大,不影响自动风扇工作
最终,散热器安装完成的样子
再安装主滤波电容,这也是一个大家伙
选用的是北京元十的电容,国货当自强嘛,至此,主板基本就完工了
除了串口部分电路预留未装外,现在电源的主体电路已经完成,通电就可以工作了
用临时变压器通电测试一下,不错不错,工作正常
初步实现电压电流可控
电路板制作完成了,主体工作完成了一大半
下面该变压器登场了,这个电源采用多绕组变压器,低压侧调压减少功率管损耗
于是专门去订做的变压器,订做的时候变压器厂的人直挠头,怎么这么多绕组哇
相对原来的设计,我这个变压器稍微做了些许修改
取消了串口供电绕组,适当提高部分主绕组输出电压
接上变压器,理论上讲,这个电源就可以正常工作了
通电看看,自制数字电压表测量一下
这是4位半的数字电压表,经过检验算比较精准的
既然主变压器就位了,现在电源可以正常工作,那么就先
进入校准模式先进行校对,校正电源的输出,按程序设计,先校正电压,再校正电流
连按数下校准键进入校正模式
这是0.1V输出
继续校准30V输出
校准电流,先走0.1A
然后是最大电流校正,4.0A
校准完成后,进性输出测试,
外置电流表采用Isabellenhuette 4线采样电阻,阻值0.01Ω
输出电流,基本算是精准的,这个电源的采样电阻小,没有用专门的仪表运放
所以,电流显示误差要比电压显示误差略大一些,但是,不超过5个字,也就是5mA
对于日常应用来说,完全没影响,需要精密测电流,还有万用表呢
进行负载测试,第一个负载是手提吸尘器的电池,用来给电池充电看看
电池是18V 3.4Ah的锂电池,从没电充到满,恒压限流充电
工作正常,很满意
至此,这个电源的主体电路部分就已经完成了,可以说已经能够正常工作了
下面,准备进行下一项重要的作业,就是为这个电源找一个合适的外壳
在这期间,陆陆续续花费了2个多月,2019年悄然来临了
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