开源制作一个高精度的数控电源

一个人的孤独 · 发表于 2010-5-21 22:56

序
从07年注册hifidiy以来，hifidiy已经陪我走过了3个年头，在这个论坛上，我学到了很多东西，不光是音响方面的。在这里，我谢谢论坛为我们提供这么好的条件。也谢谢众多的兄弟们，让我学到这么多知识。
一直以来都渴望有一台高精度，高性能的数控稳压电源。不过，要是去买成品的话，价钱又贵得很。对于我这样一个刚工作，快毕业的人来说，买一个高精度的数控电源是一个奢望。而我自己呢，又喜欢搞这些电子方面的东西，常常因为没有电源，或者电源达不到要求而头疼，一台数控电源对我来说，貌似看上去又是不可或缺的。我自己现在也从事的电子行业，就尽自己的最大努力，用心做好一台数控电源吧。我现在将整个过程都开源，从电路的设计，PCB的布局布线等等，一切资源都共享，希望有共同爱好的同学一起参与进来。如果你想做的话，你可以利用本贴中的任何资源。不过，未经我的允许，严禁商用。谢谢合作。

目标
1、双路电压范围为0~45V/5A的高精度数控电源。
2、双路固定5V电压输出，最大输出电流5A。
2、具有恒流和恒压模式。
3、步进精度为5mV和5mA。
4、空载时输出纹波小于1mV。
5、可以用键盘设定输出值，加一个旋钮使输出线性增加或减小。
6、具有并联和串联模式。
7、做上位机，可以通过USB和串口来和PC通信，通过上位机来控制输出。

方案
现在市面上的电源好些都是模拟电源，也就是说，调压部分都是使用模拟的方式调压。优点是稳压效果好，响应速度快。缺点是控制精度不够高，不方便设定输出稳压值。如果要做纯数字的电源的话，流程应该是这样的：AD电压采样-----单片机----DA，这样的话，就是全数字控制的。优点是控制精度高，但是，对单片机的速度要求很高，相对比较难做。
我现在采用的方案是结合数字稳压和模拟稳压的优点。思路是这样的，用单片机的DA做参考电压输出，作为稳压部分的比较电压，再将输出电压通过AD采样回单片机，再通过单片机调整DA的输出，从而达到输出正确电压的目的。也就是说，这里做了两个环。内环是模拟环，外环是数字环，其中模拟环的速度快，能快速响应。数字环能精确控制输出电压。这样就能做到快速、稳定、精确了。
如果觉得此方案好，请鼓掌！

MCU选型
本方案中，对MCU的速度要求不是太高，不过，如果要做那么高的精度的话，AD的位数必须要高的。我选用51单片机中的老大，C8051F350。它具有24位8输入AD，两个8位DA。价格也相对比较合适，15块左右一片。

AD
AD使用C8051的片内AD，24位的精度是足够了的。

DA
DA的话，也是使用片内的DA，不过，才8位的DA，如果另外选DA的话，成本又要上去了。而且，C8051F350有两个DA，如果我把DAC0输出的电压乘256，再和DAC1输出的电压做一个加法器，这不就是相当于16位的DA了吗。呵呵。

电压基准
本方案中，电压基准尤其重要，输出电压完全依赖于AD的电压基准。我选择的是REF193G，之前准备选择LM399，恒温基准，效果很不错，但是，要70多的价格。哎……超出能力范围啊。所以，选择了REF193G，它是3V的电压基准。5ppm/℃。

一个人的孤独 · 发表于 2010-5-21 23:01

现在我已将电路图部分画好，用的是Altium Designer Summer 09 画的。有两个部分，稳压部分和控制部分。做的时候，稳压部分要两张板子，控制部分用一张。
楼上已经把SHCDOC文件共享了，也截了图，不过，不太清楚，可以点击图片看大图。

babybear · 发表于 2010-5-21 23:03

思路不错什么时候能够共享给我们的呢？

skyman · 发表于 2010-5-21 23:05

哈，好啊，这也有开源项目了啊？支持！

一个人的孤独 · 发表于 2010-5-21 23:10

我现在还在做，慢慢一步一步得做，把每一步都公开，如果有不合理的地方，还请大家指出来。

丛林晚风 · 发表于 2010-5-21 23:37

谢谢分享,希望能超过M8做的数控电原

一个人的孤独 · 发表于 2010-5-21 23:42

谢谢分享,希望能超过M8做的数控电原
丛林晚风发表于 2010-5-21 23:37

我会尽我全力去做，力争达到我所期望的目标。不过，这个只能下班回来再做，可能进度会比较慢。谢谢支持。

yangbaibing · 发表于 2010-5-22 08:48

这个必须顶，大家共同学习

一个人的孤独 · 发表于 2010-5-22 09:01

这个必须顶，大家共同学习
yangbaibing 发表于 2010-5-22 08:48

集大家的智慧，希望不吝赐教。

hillking · 发表于 2010-5-22 09:19

前排占位置了。。。

ltka · 发表于 2010-5-22 09:59

把原理图转成99的格式吧，好像99打不开，ad9太耗资源了。

locky_z · 发表于 2010-5-22 10:00

可能"参考地"要仔细考虑一下，
  因为你的主电源输出0端并不是地，如果你用这个电源给其他设备供电，并且这个设备同时也由+5V供电，那么主电源0端就会和参考地短路了，即过流检测电阻被短路或者形成环路了。

  我觉得主电源的0端也应该是参考地，这样就避免这个问题。但这样做，过流检测电阻上的电压相对于参考地来说就是负电压，需要反相后才能给AD采样。

  其次，电流检测电路用AD620差分放大吗？好像大财小用了一点。既然这个电阻上电流是单方向，就没必要用到差分来放大，普通放大即可。

  另外过流保护还是用电子的好一点，靠mcu来检测电流再切断，动作太慢了。并且F350的AD转换速度是够慢的。赶不及你的过流保护响应。

  好像你的电路只能工作在恒流或者恒压，并且在恒压状态下没有限流保护功能？

  F350的1个DAC已经有10bit,45/1024=45mV，我觉得一个已经完全足够调节精度了
  在恒压状态下加上限流（恒流功能），限流电流值由另一个DAC控制。

woyo · 发表于 2010-5-22 10:02

没理由不支持

一个人的孤独 · 发表于 2010-5-22 13:14

可能"参考地"要仔细考虑一下，
因为你的主电源输出0端并不是地，如果你用这个电源给其他设备供电，并且这个设备同时也由+5V供电，那么主电源0端就会和参考地短路了，即过流检测电阻被短路或者形成环路了。

我 ...
locky_z 发表于 2010-5-22 10:00

首先，谢谢您的回复，发现这么多问题，说明您认真仔细看了的。
1、本电路每路的输出都是不关联的，不管是地还是其他的信号，都不关联。如果使用同时使用5V的电源和输出的可调电源，就算是外部将地接在一起，也是不影响我电路的啊。5V输出是P2输出的。
2、电流检测的话，使用的是0.1R的采样电阻，如果精度要做到5mA的话，采样电阻上的电压为0.1*5=0.5mV。考虑到布线的时候共模干扰问题，所以采用差分放大以抑制共模干扰。
3、在恒压模式下，没有做模拟的限流措施。这个是一个问题，可能还要添加上去的。
4、F350的DAC只有8位，要做5mv是完全不够的。
5、您说的用一个DAC来控制恒压模式下的恒流的话，这个确实是该做的东西。
谢谢您。

罗马后裔 · 发表于 2010-5-22 13:21

刚毕业就设计这么强大人才啊

罗马后裔 · 发表于 2010-5-22 13:24

lz找个3000元+的工作太容易了········

罗马后裔 · 发表于 2010-5-22 13:26

下载下来的文件99se打不开啊

一个人的孤独 · 发表于 2010-5-22 13:31

lz找个3000元+的工作太容易了········
罗马后裔发表于 2010-5-22 13:24

兄弟过奖了啊。

一个人的孤独 · 发表于 2010-5-22 13:34

把原理图转成99的格式吧，好像99打不开，ad9太耗资源了。
ltka 发表于 2010-5-22 09:59

如果转成99se格式的话，有些东西就要变了，可能会误导。比如地的符号，其他的我暂时还没有发现。不过，我还是上传一个99se格式的好了。

warson126 · 发表于 2010-5-22 13:47

不顶都不行

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