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原创 2018 长园维安• 电源原创 DIY 设计分享大赛

2018 长园维安• 电源原创 DIY 设计分享大赛 可调恒流/恒压源

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老余
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本网技师
  • 2018-6-17 11:12:40
【题目简要描述】
本设计拟采取buck拓扑,利用同步整流技术和数字闭环技术,设计实现一个可调的恒压/恒流源。该电源指标如下:具有恒压/恒流模式切换功能;整机最大功率大于200W;整机效率大于92%;系统输入DC5V-100V,恒压模式输出电压1V-50V步进可调,恒流模式输出电流0.5A-15A且步进可调;输出电压纹波小于20mVPP;





105257ugr1u813jx8tu3qx.png
此图仅暂作为活动页此帖子展示图,楼主可自行更换


老余
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本网技师
  • 2018-6-17 11:23:08
 
参加比赛的时候时间已经不多了。按照参赛流程申请了芯片,过了好久才收到片子,不过还真是抠门,只给了两种型号,将就用吧!

芯片如下图:

样片

样片
niyin
  • niyin
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禁止发言
  • 2018-6-18 22:01:53
 
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
老余
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本网技师
  • 2018-6-20 10:24:03
 
哈哈哈
长园维安
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助理工程师
  • 2018-6-20 09:13:28
 
感谢提意见,样品根据电源规格筛选了。不够可以再申请。
谢谢参与!
老余
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本网技师
  • 2018-6-20 10:24:25
 
额,今天刚发出去打样
老余
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本网技师
  • 2018-6-20 10:53:29
 
更新:
1、原理图设计

功率拓扑

功率拓扑

主控及驱动

主控及驱动
老余
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本网技师
  • 2018-6-20 11:00:29
 
更新:
一、PCB设计浏览
1、PCB正面

正面浏览

正面浏览
2.png
3.png

3D效果图2

3D效果图2
老余
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本网技师
  • 2018-6-20 11:03:06
 
5、PCB背面3D效果

背面3D效果图

背面3D效果图
老余
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本网技师
  • 2018-6-20 11:09:38
 
原理设计:
主拓扑采用BUCK拓扑,主要是因为能够实现低纹波输出;
MCU控制部分炒菜用STC15W4K58S4,实现恒压恒流,即要做
两个环———电压环和电流环,闭环控制结构采用数字闭环,基于
AD采集反馈和PID调节实现稳定输出。对管PWM波采用自举升压的
栅极驱动芯片实现。相关数据通过OLED显示,控制方式使用APP加
蓝牙进行控制,APP设计已经完成了80%。

欢迎相互交流,不足之处欢迎指正!
本人联系方式:QQ-673505944(余工)
老余
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本网技师
  • 2018-6-27 19:38:43
 
更新:
终于拿到样板

实物裸板

实物裸板
老余
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本网技师
  • 2018-6-27 19:50:30
 
更新:经过3天的调试,调试数据如下图
(测试条件,直流供给电压为VIN= 20VIR2104供电电压为VCC = 12 V):
1、栅极驱动器波形
如图分析,波形正常,证明栅极驱动电路没有问题




高端输出

高端输出

低端输出

低端输出

悬浮端VS

悬浮端VS
JIALIC1212
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本网技工
  • 2018-6-20 14:05:33
 
真厉害,学习一下
老余
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本网技师
  • 2018-6-20 17:01:37
 
欢迎互相学习
老余
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本网技师
  • 2018-6-27 19:43:30
 
焊接完毕,实物如下图
8.jpg
9.jpg
10.jpg
老余
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本网技师
  • 2018-6-27 20:00:25
 
更新:
本次更新测试数据
(测试仪器:学生电源,示波器,功率电阻负载,电子负载,万用表
1、极限参数测试
(说明:学生电源最大输出90W功率,因此此条件下没有测试到极限参数,但是限定了该作品最大输入电压约为30V左右,测试时不能超过30V的输入电压)




极限参数测试

极限参数测试
老余
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本网技师
  • 2018-6-27 20:04:57
 
2、恒压模式
如下,为恒压模式测试数据。

恒压模式数据记录

恒压模式数据记录
老余
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本网技师
  • 2018-6-27 20:10:46
  • 倒数10
 
补充,开始使用一级LC,输出纹波波形为如下图的锯齿状纹波,且峰峰值较大。
经过方案改进,参考相关文献进行优化,得到的纹波大大减小。

20V输入,5V输出纹波波形

20V输入,5V输出纹波波形


改进之后的纹波

改进之后的纹波

文件太大,截图

文件太大,截图
老余
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本网技师
  • 2018-6-27 20:15:29
  • 倒数9
 
更新:
3、恒流模式

恒流模式数据

恒流模式数据

恒流模式带载输出纹波电压

恒流模式带载输出纹波电压
老余
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本网技师
  • 2018-6-27 20:18:09
  • 倒数8
 
4、结论
结论1:由上表测试结果可知,恒压源输出可从1V-20V连续可调(24V输出没有测量);负载越重(电阻值越小),相对地纹波越大;在低电压输出测试时,相对误差比较大,主要是因为硬件电路的ADC采集误差较大;电流在整个测试范围内,相对误差小于等于3%;关于电压纹波,最大值约10mVpp。
结论2:恒流源输出电流范围为0.5A-7A(下限可以继续降低,但是误差会比较大,上限在现有条件下可以达到8A,但是不建议长时间大电流使用);电流的调节步进为0.15A,相对误差在低电流输出时比较大,主要原因也是ADC采集误差较大,相对误差小于等于4%。

老余
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本网技师
  • 2018-6-27 20:31:52
  • 倒数7
 
系统上电测试补充:

1、恒压模式

恒压5V输出

恒压5V输出

恒压10V输出

恒压10V输出

2、恒流模式

恒流1A输出

恒流1A输出
老余
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本网技师
  • 2018-6-27 20:41:33
  • 倒数6
 
更新:
1、蓝牙App
设计已经完成,通过数字指令进行指令控制
控制对应表如下:(为了简单,没有使用按钮控制)
恒压指令:

                                case '1':        Vo_Exp = 5.0; break;
                                case '2':        Vo_Exp = 10.0; break;
                                case '3':        Vo_Exp = 15.0; break;                        //Vin = 20V;
                                case '4':        Vo_Exp += 0.15; break;                        //duty每变化1,输出理论值(设定值)变化0.2
                                case '5':        Vo_Exp -= 0.15; break;
                                case '6':        Vo_Exp += 0.2; break;
                                case '7':        Vo_Exp -= 0.2; break;                        //duty每变化2,输出理论值(设定值)变化0.4
                                case '8':        Vo_Exp += 1.0; break;                        //duty每变化5,输出理论值(设定值)变化1
                                case '9':        Vo_Exp -= 1.0; break;
                                default: Vo_Exp = 0.5;

恒流指令:
                                case '1':        Io_Exp = 1.0; break;
                                case '2':        Io_Exp = 5.0; break;
                                case '3':        Io_Exp = 7.0; break;                        //Vin = 20V;
                                case '4':        Io_Exp += 1.0; break;                        //duty每变化1,不同的负载情况输出电流变化的情况有所不同为0.2 / R
                                case '5':        Io_Exp -= 1.0; break;                        //负载阻值R越大,data I越小;反之越大,1O负载时与,data V相同
                                case '6':        Io_Exp += 0.2; break;                        //理论上负载越小,恒流极限值越大,但此时调节精度不高
                                case '7':        Io_Exp -= 0.2; break;
                                case '8':        Io_Exp += 0.15; break;               
                                case '9':        Io_Exp -= 0.15; break;
                                default: Io_Exp = 0.5;

老余
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本网技师
  • 2018-6-27 21:07:21
  • 倒数5
 
2、App界面

18.jpg
elecstone
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助理工程师
  • 2018-7-11 18:20:44
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给楼主点个赞,问下你这个动态响应怎么样,可否展示下带动态负载时的相关信号波形?
老余
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本网技师
  • 2018-7-13 08:15:30
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采用的数字闭环,响应时间的话没有硬件反馈的快,我这边测试的话,响应时间是不影响模块正常使用的;
老余
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本网技师
最新回复
  • 2018-7-13 08:18:36
  • 倒数1
 
动态负载的相关数据,我在测试时整理成表格了,已经发表至上文;

没有用户名
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高级工程师
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