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自制精密数控电源

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发表于 2011-2-7 22:01:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
以前08年的时候,我自制了第一台数控电源,当时这台电源比较简陋,用的是M8输出两路PWM进行二阶积分作为基准电压,OP07运放作为控制器,输入用的4x4矩阵键盘,电路板用的热转印自制的。

以前用热转印做的主控板正面
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反面,送香水太多比较恶心
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整体外观
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内部,调整管质量不错,用的正品的3DD9D
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纪念一下,已经被我拆掉了,2008-10-4月完工的
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虽然对于以前我用的电源来说是一个跨时代的东西,但是问题存在不少。

1、电压不精确,漂移严重,原因是当时图方便无经验取样电阻用的一个多圈电位器直接进行分压,本身温漂就大。

2、结构设计缺陷,散热器是被动散热,内部温度高,导致温漂更加厉害

3、PWM二阶积分做基准本身就不太精确,M8内置AD(10bit)分辨率也不够

4、机壳用的原有电源机壳,老旧体积大不美观,矩阵按键手感不好

5、当时编程水平有限,程序用了大量延时函数,按键程序优化不好,造成按键反映慢

6、设计经验不足,电路设计有些小缺陷。



虽然后面我准备用开关电源做一台双路的,当时用光耦隔离通讯都搞定了,这台电源设计思路很先进,用的KIC-125开关模块进行跟随一级降压,第二级用传统的线性稳压,第一次自制了风道散热器效果不错,这次都是用的这台散热器。最后因为模拟电路的一些设计缺陷以及有些元器件故障而夭折,废了不少功夫,可惜。。。

上个图:

首先引入了模块化设计的经验
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用了光耦对MCU板和模拟板进行全隔离数据通讯,AD输入和DA输出都是全隔离
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内部一览,用了风道散热器和开关电源
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外部图,用的1604液晶屏和USB通讯口
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这两个电源虽然没有成功,但是为这次的电源积累了经验,现在这台电源我吸取了这两台电源的设计教训,全面重新设计,整个电源从设计到完工,历时2个月,其间总的来说一番风顺,但是也出了一些小波折。

首先,这次这台电源的设计思路是输出电压电流精确,温度漂移小,纹波小,操作方便人性化,界面简洁高效,散热好。

这次还是准备做一台纯线性的电源,毕竟是桌面实验用电源,体积虽然要求小,但也不是很极端,而且纹波干扰也好控制。而且过载能力强,相对安全。


外壳是我在网上花了45元包快递买的一个UPS空壳,做工挺不错的,大小也挺合适,可惜开工前没有拍照片~



变压器用的以前的80年代生产的,输出电压0v-6.3v    34v-0v-34v    0v-26v,带静电屏蔽层,当时国营大厂出的,做工很好,发热小运行起来安静得很,功率估计有300w以内。所以设计输出电压就是0-25v 0-5A,比较保守。
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散热器,自制的风道散热器
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整流滤波板,用雕刻机做的板子,20A的桥堆,桥堆在底面,涂上硅脂,将底盘作为散热器,用了4个63V 10000uf的滤波电容
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打孔安装上去大小还挺合适
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装上散热器看看,还行。  
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雕刻机做的调整管输出部分电路板
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焊接上元件,调整管用的是TIP35C,15A,125W功耗,用的dale 0.5欧电阻进行均流
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装上散热器后面板后看一下效果
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雕刻机做的给运放双路供电的电路板,因为变压器自身限制,只有用两级稳压,用三极管把44v直流电压降到22v左右,然后再用7812和7912输出正负12v,上面外带了一路给CPU板供电的+5v电源,这里有一个小插曲,装上后带负载发现5V那一路电压不够,没办法,急中生智,把6.3v那一路交流输出倍压整流后再送入5v稳压板,这下就完全搞定了。而且倍压后大概在12v的样子,正好也给散热器风扇供电了。
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焊接完毕后用螺丝装载变压器上面,空间正好合适
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整理一下走线
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用雕刻机铣前面板,用ARTCAM设计的,这次雕刻机可是立功了。
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装上器件,很合适,现在介绍一下,那个电源开关是以前从star针打上面拆的一个德国产的电源开关,蓝色的是一个OUTPUT自锁开关,黄色和白色旋钮不是电位器,是ALPS的EC11旋转编码器,这次这个编码器给力,调节很方便。液晶用的1604字符液晶屏,输出接头是纯铜的带香蕉插座的专用接线柱。
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把前面板的铁框架装上去,大概比一下空间准备开孔
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用雕刻机给铁板开孔,吃力,刀具不好
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装上后,还行。。。。
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可怜的铣刀,完全被烧毁了
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通电试试,还不错。。。有模有样的
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把前面板装上去看看剩余空间如何,好安装主控板。
嗯,有点样子了。。。。
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将各种电源线、信号线等引出,扎好,为下一步做好准备。
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电路设计完毕,上雕刻机刻电路板
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MCU板焊接完毕,还是用的M8直插芯片,AD用的16位的双通道MX7705,DA用的MAX5321,自带10ppm内部基准的12位双通道串行DA,很爽!通讯还是用的MAX232CPE,做成了插座模块化,直接插上去,便于维护。
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写了一个测试程序,嗯,还行。
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这次的重头戏,模拟板,还是雕刻机刻的
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焊接得不好看,大家将就看一下
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安装完毕,介绍一下,该板用的运放是OP177GP低失调精密运放,运放分压电阻全部用的718厂的 25ppm 0.1%精密金属膜电阻,电流检测用的DALE LVR-5 0.1欧的,还有一个芯片是MAX6325,给AD,MX7705做基准的2.5000v基准芯片,1.5ppm的。
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组合起来看看效果
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装上去后的效果,散热器上加入了LM35温度检测IC
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从上面看看
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旁边看看
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看看脸蛋
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看看旁边
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看一下小pp,后面由于绝缘胶条跑出来了一点,所以感觉散热器好像是歪的,实际上不是的
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暂时写了一个驱动DA的程序,测试一下模拟板,看看效果
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输出10.00V 2A
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2A恒流状态下的5欧负载纹波,纹波Vmax 在2mv-4mv之间跳动,非常好了~~
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完善程序,测试中,调节10。00v,输出10.000-10.001v之间,室温15度,用电吹风将电路整体加热到50度左右,电压只飘末尾5个字的样子,也就是5mv
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设置界面,设置成20v,3.5A 恒流,旋转编码器确实好用,优化了程序,手感没有丝毫延迟,为了增加易用性将设定值保存入EEPROM里面,下次开机按OUTPUT直接输出上次关机前的设置电压电流
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运行界面,3.4996A输出,室温15度左右,散热器温度最高到26度的样子,效果非常好。
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用的5欧 50w负载
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负载纹波,4mv Vmax,很不错
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10V输出的时候
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制作完毕,用油性笔留个爪印。。。丑。。。。
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整体一览·~~~
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散热器上加入了温感IC,所以设定了一个超温限制,散热器温度超过60度(比如说散热风扇故障,气流不畅通),自动切断电流电压输出。
  
由于现在还用不到远程监控数据功能,所以上位机程序还没有开发(准备用C++ BUILER),现在是每0.5s 发送一次本机电压、电流设定值,温度告警设定值,以及当前AD采集的电压、电流、功率、散热器温度值。

电源完成,长33cm 宽11cm 高17cm  全重6.5kg

总的来说,这个电源达到了设计效果,还是比较满意,太累了,需要放松一下了。。。。

[ 本帖最后由 cqmiao 于 2011-2-7 22:31 编辑 ]

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发表于 2011-2-7 22:17:17 | 显示全部楼层
很好,很强大,羡慕且佩服
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发表于 2011-2-7 22:25:06 | 显示全部楼层
厉害!建议发到DIY大赛去。
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 楼主| 发表于 2011-2-7 22:31:41 | 显示全部楼层
要死了,终于编辑完了。。。。。
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发表于 2011-2-7 22:58:51 | 显示全部楼层
太厉害了!!楼主模拟数字单片机通吃!!
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发表于 2011-2-7 23:06:56 | 显示全部楼层
那是相当的厉害
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发表于 2011-2-7 23:28:27 | 显示全部楼层
高人,动手能力超强。
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发表于 2011-2-7 23:46:09 | 显示全部楼层
厉害!!又见大作!!
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发表于 2011-2-8 01:12:20 | 显示全部楼层
能人,高人,
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发表于 2011-2-8 07:28:22 | 显示全部楼层
真牛,棒顶!!!
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发表于 2011-2-8 08:13:31 | 显示全部楼层
确实很好看,下了本钱,工作台在阳台上吗〉
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发表于 2011-2-8 13:23:07 | 显示全部楼层
数字模拟软硬皆通,佩服。对雕刻机很感兴趣。
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发表于 2011-2-8 19:01:11 | 显示全部楼层
做的非常好,欣赏了好几遍, 最后再提个小建议, 变压器重新做,做成继电器切换分段调压的.把效率提高上来.
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 楼主| 发表于 2011-2-8 19:07:08 | 显示全部楼层
原帖由 yacasu119 于 2011-2-8 19:01 发表
做的非常好,欣赏了好几遍, 最后再提个小建议, 变压器重新做,做成继电器切换分段调压的.把效率提高上来.

不是我不想,主要是变压器不想浪费了,这个变压器经过长期考验,质量很不错,不想再花钱了。
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发表于 2011-2-8 22:51:01 | 显示全部楼层

此建议提得好!

原帖由 yacasu119 于 2011-2-8 19:01 发表
做的非常好,欣赏了好几遍, 最后再提个小建议, 变压器重新做,做成继电器切换分段调压的.把效率提高上来.


非常支持LZ接受此建议。谁支持、谁就实际行动,我特别向LZ免费提供一台:多路变压器。
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