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【高手问答】第20期——设计数控电源遇到的那些问题

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【高手问答】设计数控电源遇到的那些问题
高手问答第20期
小编导读：
       本期高手问答（1.14~1.29）邀请到了资深电源开发设计工程师的高工，他本人
从08年就开始设计数控电源，到今数控电源已经到V5.0版本，能实现电压连续调节、多方式显示。



个人简介：
       高工，william hill官网 注册名：V5ZN， 多年从事电源硬件方面的工作。2008年开始DIY数控电源，在DIY数控电源过程中，自学编程，不断优化数控电源，2015年1月DIY出来的数控电源V5版本能够实现电压连续调节，多方式显示。

DIY数控电源初体验：
       DIY数控电源始于2008年，主控选择的STC单片机，外加数码管显示，PCB打样的费用就花了500+RMB，由于经验不足，DIY惨遭失败。但是电源调试的过程，确实学到了很多，例如器件选型、PCB布板等。由于工作交接等原因，DIY数控电源的想法暂时被搁浅了，但这个想法却一直没有停下来，并且愈发坚定。
…..…...…...…....此处省略3年………...…...…...
再站江湖，又一个三年：
       DIY爱好者之于吃灰的PCB板、元器件，类似于刀客之于生锈的宝刀，着实让人心痛。时间一晃就到2011年了,DIY数控电源的想法再次强烈起来，只有一个想法，就是坚持做个出来，不然真的会留下很多遗憾。于是再投板测试、写软件、调试、再验证，一晃又是一个三年，到了现在的V5数控电源(之所以取名V5，就是纪念最后调试定版本是第5版)。期间还偶遇一位从事10年单片机编程的高人，经过一番点拨，在软件流程处理、软件可维护性、电源性能上有阶梯性提高。

      你是否也和小编一样好奇，硬件工程师DIY数控电源时，编写软件程序中会遇到最棘手的问题是什么呢？最常见的问题是什么呢？那高工又是如何解决的呢？
       你想不想知道如何设计PWM输出提高精度、AD/DA处理流程、UART协议设计、冗余设计呢？
       又如何设计恒流威廉希尔官方网站 、电子负载控制、功率调节威廉希尔官方网站 呢？
       PCB layout也是高工独立完成的，在布线的过程中应该注意哪些点儿呢？
       。。。。。。
       当然，要是你想了解更加细节的问题，回帖并@V5ZN （高工），与高工一起来探讨DIY数控电源时所遇到的问题吧~
       小提醒：建议和高工讨论的时候 @V5ZN ，这样子高工一上线就能收到提醒，就能来和你探讨问题了。

数控电源V5简介
  • V5数控电源功能、性能介绍：
       1．电源输出参数： 0—30V /0—5A；
       2．电量计量功能：如给电池充电可以计量电量和电功率；
       3．电压、电流上限值可设，超出阈值有报警、保护；
       4．可以设置测试模式，方便测试其他的设备的上、下电，电源缓升缓降性能；
       5．兼容RS232（以USB转232威廉希尔官方网站 给出）、RS485威廉希尔官方网站 ，带开源上位机；
  • V5数控电源功能模块介绍：
       1.  人机交互：
       显示带菜单选择的点阵液晶显示面板(LCD12864)和2个4      位数码管，输入采用12个独立按键和一个无极旋钮开关；
       2. 核心控制板：
       主控制器STM32F103VC，扩展2片16位AD芯片 TM7705，一路RS485，板载一路UART转USB的威廉希尔官方网站 ，多IO控制电源输出；
       3. 功率板：
       三个继电器控制变压器三组绕组的切换、整理、滤波，两个功率管MOSIRF250实现降压恒流，运放组成电压电流控制环路驱动MOS管，通过NTC测量MOS管温度来调节风扇的开关；
       4. 变压器： 用环形变压器将电压由220V转成0—7V—21V—36V供数控
       电源输出；其他含220V转双20V、单9V输出，供运放、风扇、继电器和主控板工作。
附件：
模块原理图
V5数控电源按键板威廉希尔官方网站 .pdf (27.48 KB)
(下载次数: 249, 2015-1-15 15:24 上传)


V5数控电源功率板威廉希尔官方网站 .pdf (46.93 KB)
(下载次数: 260, 2015-1-15 15:24 上传)


V5数控电源主控板威廉希尔官方网站 .pdf (57.08 KB)
(下载次数: 280, 2015-1-15 15:24 上传)


测试用上位机软件（周五补充）
相关作品链接：  开源组：分享我的数控电源V5——BY  高工

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往期回顾

【高手问答】第19期——看sushu如何在三年内精通LabVIEW数据库开发
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回帖（55）

社区管家

2015-1-15 17:44:32
我能占个座了    高工前辈能大概说说  如何设计恒流威廉希尔官方网站 、电子负载控制、功率调节威廉希尔官方网站 呢@V5ZN
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gvxiaot

2015-1-15 17:46:14
@V5ZN   DIY数控电源的时候需要一些什么材料呢？尤其是DIY的时候 选材该怎么破
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lique

2015-1-15 17:46:48
数控电源可以预置电流，但是负载消耗的电流是怎样获取的呢？AD是如何采集，如何计算？？还请大神指导？？
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douyin8

2015-1-15 17:47:46
我需要设计一个数控电源，设计基于51单片机，使用0832之类芯片，要求输出0-15V电压，或者0-5V也可以，步进0.1V。网上有很多这方面资料，但是太杂了@V5ZN 大神能不能推荐一下资料呢
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大彭

2015-1-15 17:48:25
楼主是如何实现步进连续呢？
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study875

2015-1-16 10:14:43
请问楼主@V5ZN    数控直流电源设计中用到LM317有什么用？  唔该


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你又知道了

2015-1-16 10:15:49
我目前设计的是有正电压和GND两个接口的数控直流电源。现在想在此基础上增加负电压接口，最终达到利用一个直流电源能够输出正电压和与其等值的正电压。怎么样才能设计三接口数控直流电源呢？求指点@V5ZN
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麦特拉布

2015-1-16 10:20:03
多路电压输出的电源板布局的时候高压输出部分应该靠近还是远离威廉希尔官方网站 板输出端

输入： +24V
输出： +48V  +28V   +24V  +18V  +17V  +12V  +7V  +5V  -5V

想画一个4层板，怎样布局合理些？

多谢指教@V5ZN
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youyoulan

2015-1-16 10:22:40
关于开关电源芯片UC3842的2号引脚采集电压的问题，2号引脚采集到的电压与芯片内部2.5v基准电压比较。那如果我输出为5V，那采样电阻怎么设置，采集几伏的电压？或者2号脚采集的电压与输出有什么关系？@永恒的背包 @V5ZN
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1563661808

2015-1-16 14:53:05
一、按键威廉希尔官方网站 疑问



中间的1234567是旋转开关？ 为什么不把数码管显示全部去掉，直接上个大显示屏啊！！！或者在液晶上显示也行，省去一些威廉希尔官方网站 啊！


二、主控威廉希尔官方网站 疑问
地缺了什么啊？


R76，R78另一端悬空？



  三、功率控制疑问：

功率威廉希尔官方网站 应该不完整，缺变压器等部分威廉希尔官方网站 ，不知推断是否有误

R175，R01这么多是连着一起

Z4，Z5，Z6是几伏稳压管？







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1563661808

2015-1-16 14:54:07
@V5ZN  前辈 11楼的问题  麻烦解疑一下  谢谢啦
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吴耿建

2015-1-16 21:53:42
     工频变压器
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V5ZN

2015-1-17 22:04:42
引用: 社区管家 发表于 2015-1-15 17:44
我能占个座了    高工前辈能大概说说  如何设计恒流威廉希尔官方网站 、电子负载控制、功率调节威廉希尔官方网站 呢@V5ZN  ...

这个问题呢，比较大，一两句很难讲清楚，简单的说恒流威廉希尔官方网站 就是一个电流负反馈，电子负载一般就是由一个或多个这样的威廉希尔官方网站 并联而成，要做成一个可以控制的恒流源能，首先控制威廉希尔官方网站 要提供一个可以调节的比较基准，这个基准有DA威廉希尔官方网站 或者是电阻分压而来，在恒流回路有个电流检查电阻，通过这个检测电阻上的电压与基准去比较后再由比较器输出一个驱动功率管的信号，控制功率管的导通程度，只有这个基准与检查电阻上的电压只有相等才能稳定，调节基准就实现了恒流源的控制。
这里有个地方容易给新手造成误解，前面说了用比较器，有人认为比较器只能输出高电平或者是低电平，这样的逻辑就是功率管不是导通就是截止两种状态，而实际上输出的电平是处于这两种状态的模拟状态，因为现实中没有理想的比较器，从低到高有个变化过程，而这里就用了这个变化过程中的某点来使这个威廉希尔官方网站 稳定。
如果是用恒流源做电子负载，通常用比较威廉希尔官方网站 来驱动mos，因为MOS是电压驱动的控制管，比较容易控制大电流。
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V5ZN

2015-1-17 22:07:44
引用: gvxiaot 发表于 2015-1-15 17:46
@V5ZN   DIY数控电源的时候需要一些什么材料呢？尤其是DIY的时候 选材该怎么破 ...

需要的材料很多，简单的带ad和DA模块的单片机，显示有的液晶屏或者数码管等
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V5ZN

2015-1-17 22:11:32
本帖最后由 V5ZN 于 2015-1-17 23:14 编辑
引用: lique 发表于 2015-1-15 17:46
数控电源可以预置电流，但是负载消耗的电流是怎样获取的呢？AD是如何采集，如何计算？？还请大神指导？？ ...
预制电流是当你的负载电流要比预置电流大时才实现恒流，当负载消耗的电流比预置电流小时，预置电流对负载是没影响的AD是如何采集，如何计算？这个还是去看下有AD功能的单片机规格书，里面讲的比较详细。

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V5ZN

2015-1-17 22:16:42
引用: study875 发表于 2015-1-16 10:14
请问楼主@V5ZN    数控直流电源设计中用到LM317有什么用？  唔该

LM317是降压用的，LM317就是输出可调的线性降压器件。
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V5ZN

2015-1-17 22:22:59
引用: 麦特拉布 发表于 2015-1-16 10:20
多路电压输出的电源板布局的时候高压输出部分应该靠近还是远离威廉希尔官方网站 板输出端

输入： +24V

这个我也很难给你很有指导性的意见，个人认为高压与低压还是离远点好，避免造成误操作高压把低压的元器件烧坏，因为低压用的元器件的耐压都可能没有超过高压输出的电压。
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V5ZN

2015-1-17 22:42:11
引用: youyoulan 发表于 2015-1-16 10:22
关于开关电源芯片UC3842的2号引脚采集电压的问题，2号引脚采集到的电压与芯片内部2.5v基准电压比较。那如果 ...

如图中， 2.5(R1+R2)/R2 =输出电压  
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V5ZN

2015-1-17 23:07:03
引用: 1563661808 发表于 2015-1-16 14:53
一、按键威廉希尔官方网站 疑问

1，那个是旋钮开关，为什么要用数码管显示？ 第一这是一个个性化设计，再者如果要降低成本就可以把LCD省略，就可以减低好十几块，大屏的液晶屏都上30多，而且3.3V的，串口驱动的不好买，所选择的这个液晶屏是十几块的，虽然有点小但是，但是可以显示的内容可以是128*64，可以显示很多细节的内容，数码管也方便从远点的地方就可以看到输出。
2，多余的地符号不用管。
3，R76，R78是为了在PCB板上保留一个焊盘位置，方便串口可以焊线到外面，也可以说R78，R76是多余的，不用管。
4，R175  ,R01  R175是电阻位号， R01是电阻值，很多威廉希尔官方网站 中 用R表示欧  R01=0.01欧  ， 10R=10欧，在这里有点造成混淆，没注意，我用几个电阻并联主要是为了以后扩展，如果要做十几二十安的电流就要多贴几个才行了，稳压管是4.7V为了保护单片机的安全。
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