DIY一个高精度数字电子负载感兴趣的可以一起参与 -

标题: DIY一个高精度数字电子负载感兴趣的可以一起参与 [打印本页]

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-6-20 00:39
标题: DIY一个高精度数字电子负载感兴趣的可以一起参与
本帖最后由 xiaoyuxinke 于 2022-7-20 22:15 编辑

一直想弄一台数字电子负载,虽然自己有几台买来的,但那学不了技术,最近有些空闲时间,元件也不缺什么,所以开始着手弄这个(以前不会写程序,最近花了两个月时间学了一下C,准备开始搞了)
经过了十天的准备时间,看了网上很多的DIY资料和我自己的理解,开始画原理图部分

下面是本机原理图:

这个是整机供电部分,由一个双15V变压器供电,保险丝串在机壳上的电源输入座子里面,所以板上不再画保险丝座子,由于仪器设备对电源要求很高,所以不再采用开关电源,以免高频干扰运放和单片机.电路部分采用了经典的全国联合设计的串联式稳压电源,后面的8V和5V部分也改成了7805和7808供电,原理图这样画是以备后用,这个电源板以后还准备干别的使用.
整机电源分三部分:+12V/这个是给风扇使用的,因为常用的DC风扇12V的较多便宜
+8V /这个是给运放使用的,电压太低后面的MOS阵列功率做不上去,这个也做为2.5V标准电压源供电使用.
+5V /这个给单片机和图腾柱部分供电,图腾住由单路12位PWM,然后转成8路DAC输出分别驱动8个ＭＯＳ管

下面是八管ＭＯＳ阵列图：

这部分由八个ＭＯＳ管子及相关附属电路组成，单片机生成的12位ＤＡＣ控制图腾柱驱动8个ＡＰＣ芯片，把ＰＷＭ转成8路0－5Ｖ电压值．
再由0－5Ｖ电压经过运放控制8个ＭＯＳ管工作．
8个ＭＯＳ管工作的同时，由5路低压轨至轨运放(图中画的是ＬＭ358和324，因为我库里有这个，懒的改，但实际用的是ＲＳ624Ｐ的低压轨至轨运放)
把被测电源的电压和电流值放大后送至单片机的ＡＤＣ输入部分进入单片机处理．
虽然此板上画出了ＬＣＤ12864显示屏部分，但并不打算用这个做显示．
最近手上有ＳＴＣ的32位单片机和全动的3.5寸彩屏，打算再做个显示面板，在面板上做显示和按键部分，双单片机之间ＵＡＲＴ通讯．

以下是杂散处理电路部分：

此部分为风扇驱动／ＤＳ18Ｂ20温度传感器／图腾柱驱动／ＵＡＲＴ状态指示等组成
相关原理不再细述，望大家理解．

此设计PCB部分仍未画好,等画好后再上图,另此机所有ADC采样处理以及MOS管控制都已经过了实际焊板测试,做到了心中有数.
下面见实际焊出来的板子实物图:

虽然此板并未完全按原理图上的功率大小和实际元件参数焊接,但功能完整,足以得出测试结果,后面的实物MOS管取样电阻换为康铜丝电阻.此机采用STC12C5A60S2单片机做数据处理,事实上ADC处理速度足够,因为显示屏上,1秒显示10次电压值都足够了,而STC12C5A60S2,除了处理其它任务外,每秒刷几百几千次这个还不是问题,毕竟是1T的片子.
   再说一下显示电压电流和功率值问题,一般电压和电流以及功率值,以整数位后面两位小数为准,第三位就算是显示出来也是没任何意义的,因为那个电压值会不断的跳动,不可能稳定下来,你就是用再好的电源,给运放绝对稳定的供电,它也不可能稳定,因为影响第三位显示的因素很多,比如本机供电是否稳定,被测负载电压是否稳定,运放芯片热稳定性等等,这个不用怀疑,因为本人在很多高精度数字电子负载上见过,大厂做的电子负载,第三位显示一样是不停乱跳的.所以在此决定,我们的电压电流和功率显示,只做到整数后两位小数.精度足够用就好.

   至于CC和CV模式在这里简单说一下,CC模式(恒压模式)就是调电流的,一般用于测试各种恒压开关电源,线性电源等,在此模式下,电子负载改变的是负载电流,PWM0-PWM100只改变负载电流大小,电子负载只采集被测电源的电压信息做显示,但并不改变被测电源输出电压.有些网友发贴问我为什么电子负载调电流的时候,被测电源电压也下降了呢,我在这里统一回复一下,当电子负载的调电流使被测电源电流增大的时候,被测电源电压下降,这个和被测电源的带载能力和调整能力相关,一般好的开关电源,电流增大减小,在额定的范围内,不应该出显明显的电压下降现象,比如12V5A开关电源,若达到输出12V5A时电压下降明显,说明带载能力不行(满载输出能力不行)
   CV模式和CC模式刚好相反,CV模式下就是调整被测电源输出电压的,因为CV模式为恒流模式,一般用于测试恒流电源(LED驱动方面用的较多,有些其它设备也用恒流电源,只是相对较少)拿实例来说,比如我们测一个300MA的LED驱动电源,这个被测电源的电流是固定死的,它只能输出300MA,电流过小会进入开路保护,电流过大会进入过载保护,我们能改变的只有他的电压值.
   电子负载在CC模式时,PWM从0到额定值调整,没有输出的状态PWM为0或者说为低电平.在CV模式时,PWM从最大值或者说高电平向下调整到合适值(PWM越高被测电源输出电压越低,PWM越低被测电源输出电压越高),

   本机设计CC和CV模式由软件控制硬件来切换,不需要继电器,因为继电器有触点,这个触点是个很烦人的东西,它的寿命很难估算,而且工作时会产生火花.

   至于程序部分,使用汇编和C都可以,我自己可以搞定,只是时间上可能要拖很久,毕竟我也是上班族,大家理解啊....

感谢管理员同志,此贴仍要不断修改,DIY未结束就可能一直修改,希望管理员同志帮下忙先不要关闭编辑功能.谢谢!!!

今天没上班,又画了一下控制面板图,这个控制面板采用STC的32位51单片机,因为和下位机采用串口通信,除了可以做电子负载面板,也可以做其它控制面板,下面上图.

这个是显示和控制面板的正面图,可以使用SPI接口控制3.5寸彩屏,也可以使用STC32G自带的LCD模块控制LCD12864之类的显示屏.

这个是控制面板的背面,由于单片机接口较多,把单片机的四路对称PWM接口用排针引出,另把两路CAN总线用排针引出,
由于此单片机自带高精度时钟功能,无需DS1302等芯片也可以显示时间.另单片机内部集成高速SPI模块,不必担心驱动TFT彩屏速度不够. 此控制板有板载8M FLASH闪存芯片,可以存储一些不常用的图片代码(比如启动背景图片等),或记录数据(如电压电流矢量信息等) 除做为一些设备控制板外,此板也可做为一款实用的STC开发板使用,所需要的接口基本上都已外接.

今天发去打样的电子负载控制面板PCB收到了,先发个图大家看一下.

这个是在佳立创打的,每个月有五款免费的.
今天有点累,不想焊板了,明天焊,焊完再上效果

今天放半天假,于是把这个面板部分焊接完成了,并做了个小程序试了一下,效果还不错

这个是控制板的正面图,板载三星的8M/FLASH闪存芯片,支持双串口功能,支持单独按键中断功能(任意端口都可中断)
支持3.5寸TFT显示屏和LCD12864两种屏显示(排母还没到,所以屏无法插到板上,这块等排母到了再插上屏并开始写显示程序),支持四路对称互补带死区PWM,板载两组CAN总线接口.这个板的功能做的很实用,做为本电子负载的显示控制面板,应该说是完全够用了,由于使用了STC32G12K128的51核32位单片机,功能强大性能强劲,以后也可以做为其它设备(比如T12焊台/数字电桥/示波器/数字程控电源)等的控制面板,只要修改程序就可以了,废话不多说,我们这个电子负载的面板部分PCB暂定就这样了,足够用足够强大.就算是名牌电子负载用这个板子做显示也不掉价.

这个是板子的背面,虽然STC的这个单片机自带晶振,还是使用了外部晶振,外部晶振毕竟比内部的可靠些.
晶振外壳和边上的开窗GND连接,增加屏蔽效果,使晶振和单片机工作更稳定.
   本板兼容3.3V和5V两种供电,除PWM和CAN总线接口外的其它所有接口都有断/通VCC控制.
两组串口通讯各有两个LED指示数据状态.
   以上为本电子负载的单片机和显示面板控制部分,虽然说不上完美,至少也足够用了,MOS阵列部分(8个MOS管子)
由下位单片机控制,具体电路原理图正在等各位大神指点,然后再画PCB.
   本DIY以实用强大,初学者容易理解上手为主导思想.做成模块化的东东,所以分成了三个部分,电源供电部分(此部分单独一块PCB,提供12V[散热风扇供电]/8V[运放部分供电]/5V[单片机和LCD显示屏/TFT显示屏等供电]),显示面板一块PCB,此显示面板除可以提供足够强大的显示功能,还可做为以后DIY其它设备的显示板,一板多用,因为使用了双串口,除了可以ISP下载,还提供电脑端上位机软件实时通讯功能(电脑端上位机以后有时间再做,实在没太多精力,这个望大家理解).
   目前此电子负载主要的部分(MOS管阵列控制部分[运放电压电流采样/放大,PWM和DAC控制MOS管,温度采样/风扇控制部分])虽然已经前期做过了实物测试,还是希望各位大神给点宝贵意见和指导.在此谢谢各位的参与和建议了.....

今晚有空又写了一下这个显示面板的LCD12864显示程序,我的屏放了十几年了,还能将就用.
下面是图片

夜太深了,TFT彩屏的程序改天再写,大家有什么问题可以回贴,看到一定回复.谢谢各位支持!

供电板也做好了,现在三大块做好两块了,MOS管阵列部分还期待大家多提宝贵意见,
下面是电源供电板的图片

这个是变压器和供电板前视图,运放温控风扇还没焊,但这块不会有问题,这个电路很成熟.

这个是供电板正面视图,手机拍出来的颜色有些不正常,红色不太红

这个是供电板侧面图,由于没买电解电容,用的都是以前的存货.

散热片是某个宝上淘来的,看着实在,散热效果也很好,

这个电源板子除了给电子负载供电,也可以做以为后各种DIY的供电板,比如数字电桥之类的.
板子设计三组输出分别为12V/8V/5V
实测三组输出分别为12.2V/8.05V.5.01V
变压器用的从我以前的家庭影院上面拆的,双14V/17V两组,单17V暂时没用,只用了双14V的三根线.
今天第三块板子的PCB来了

只焊了几个元件，太晚了看不清楚，明天再焊

等这块板子焊完了就只剩下写程序了，希望一切顺利吧，也希望大家多支持和帮助多发言，我会一一回复，在此再次感谢各位的关心。

作者: hhh402 时间: 2022-6-22 12:51
给楼主提点建议，首先是单片机应该选12位ADC的，STC8H系列，10位ADC精度太差，温度检测用100K NTC。18B20不行。你的PWM用几级低通滤波，这个是核心之一。散热建议用现成的CPU散热器，简单实用

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-6-23 00:31

hhh402 发表于 2022-6-22 12:51
给楼主提点建议，首先是单片机应该选12位ADC的，STC8H系列，10位ADC精度太差，温度检测用100K NTC。18B20不 ...

感谢建议,我并没有选STC8H,而是打算使用STC32G12K128的,这个手上有四片,我的电路不考虑低通滤波(低通滤波不太好调试,而且随使用时间的延长,电容量的微小质变会改变整机精度,这也是目前很多设备用一段就需要校准的原因),把单片机出来的PWM用专用芯片直接转成模拟量(16位PWM转DA芯片)直接可以出来完美的模拟电压,散热本来就是使用CPU散热器,已经到手了二十个.

作者: 欧阳云天 时间: 2022-6-23 07:21
能请教一下，你让单片机干这么多事情，程序思路是怎么想的，我也一直没搞明白，单纯做两三个任务就行，任务多的话，就不知道怎么弄了，比如你这个有18B20通信（计算），按键扫描，显示，ADC，DAC，综合到一起怎么实现程序无缝衔接

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-6-23 10:14

欧阳云天发表于 2022-6-23 07:21
能请教一下，你让单片机干这么多事情，程序思路是怎么想的，我也一直没搞明白，单纯做两三个任务就行，任务 ...

这点任务不算多,去看看人家写的万年历程序,DS1302,DS18B20,按键扫描,蜂鸣器放音乐,年月日时分秒的计算,比起这个麻烦多了,而且还有农历计算,两千多行程序,一样运行很稳定.

作者: yueguang3048 时间: 2022-6-23 10:55
温馨提示：玩大功率的时候，小心烫伤

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-6-23 21:11

yueguang3048 发表于 2022-6-23 10:55
温馨提示：玩大功率的时候，小心烫伤

感谢提示,我会小心的

作者: lzzasd 时间: 2022-6-24 11:02
顶帖留念改天模仿个

作者: hhh402 时间: 2022-6-26 14:41

xiaoyuxinke 发表于 2022-6-23 00:31
感谢建议,我并没有选STC8H,而是打算使用STC32G12K128的,这个手上有四片,我的电路不考虑低通滤波(低通滤波 ...

我的PWM用4级低通滤波，低通滤波不需要调整，再加一个运放做电压跟随，得到的电压再用单片机ADC检测，通过ADC保证精度，不存在调试问题。ADC需12位的，这种电路简单实用，精度靠ADC保证。

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-6-27 00:08
我的PWM不需要低通滤波,采用专用16位DAC芯片,精度靠DAC芯片,比你那个稳定多了(无论电压怎样漂移,无论温度怎样变化,只要在正常工作范围内,它输出的模拟电压值就是和输入的PWM信号一致的稳定值.)
所有部分已实测.
另,你的精度靠ADC保证,ADC受干扰的因素太多,无法做到精度很高,而且还有温漂和芯片供电电压漂移等因素,怎么靠ADC保证精度?

你见过哪个高级电子负载是靠ADC来保证精度的?

作者: hhh402 时间: 2022-6-27 21:01
不靠ADC保证精度？那么电流呢，不靠ADC吗？楼主到底要多少精度？0.1%是否可以。

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-6-30 13:22

hhh402 发表于 2022-6-27 21:01
不靠ADC保证精度？那么电流呢，不靠ADC吗？楼主到底要多少精度？0.1%是否可以。

还是感谢您的建议,等我的板子做出来,再向您请教了.

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-6-30 21:14

lzzasd 发表于 2022-6-24 11:02
顶帖留念改天模仿个

感谢参与,有机会可以一起合作搞些DIY的东东出来,一个人精力毕竟有限

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-6-30 21:22
大家一起参与一下,这个MOS和运放部分有没有什么问题,欢迎参与,我现在不敢画这个MOS和运放部分的PCB,原因就是有些地方不确定.所以希望大家多提宝贵意见......

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-7-6 11:16

xiaoyuxinke 发表于 2022-6-30 21:22
大家一起参与一下,这个MOS和运放部分有没有什么问题,欢迎参与,我现在不敢画这个MOS和运放部分的PCB,原因就 ...

希望大家多顶贴,别沉了....

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-7-20 22:17

欧阳云天发表于 2022-6-23 07:21
能请教一下，你让单片机干这么多事情，程序思路是怎么想的，我也一直没搞明白，单纯做两三个任务就行，任务 ...

此机分为三部分，电源部分一块PCB，MOS阵列和运放控制一块PCB，显示部分一块PCB，其中，除了电源部分其它各一片单片机，中间采用串口通讯

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-7-20 22:19

hhh402 发表于 2022-6-26 14:41
我的PWM用4级低通滤波，低通滤波不需要调整，再加一个运放做电压跟随，得到的电压再用单片机ADC检测，通 ...

你所谓的低通滤波是用在PWM控制运放中间的，把PWM波变成模拟量的一个办法，但我用了专用的PWM转模拟量的芯片，所以无需这部分

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-7-22 16:06
现在还缺个写程序的，来个写程序的就好了，唉，可惜本人C学的好差。

作者: Andy0731 时间: 2022-8-29 20:13
我做板子喜欢用贴片零件，除了经常要插拔的或没有贴片的才用插件，翻盘刷上锡膏，往加热台上一放，比插件方便多了，焊点也漂亮多了

作者: yw123456789 时间: 2022-9-5 19:44
我也想做一个，来学习一下

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-9-6 16:37

yw123456789 发表于 2022-9-5 19:44
我也想做一个，来学习一下

一起弄吧，你帮我搞程序，

作者: wufeng801 时间: 2022-11-8 11:36
楼主你好，我也在做电子负载，准备带协议的，可以向你学习哦

作者: 1109 时间: 2022-11-8 13:48
楼主的项目进展咋样了？
我也想跟着后面学着做一个

作者: qq603599910 时间: 2022-11-13 12:49
如果输出还是以DAC输出模拟电压给运放控制,那运放控制输出我有点心得,市面上LM324类电子负载应该没有多少工程师去测试过控制线性和高低负载时会不会微起振问题.

作者: 不甘平凡168 时间: 2022-11-14 14:49
非常感谢版主的分享，本人想做个电子负载，这才搜索到版主的这个帖子，
很是赞同版主的模块化思路，把电路分三部分，这样灵活多用
期待版主早日完成，希望版主让我有机会也做一台

作者: 不甘平凡168 时间: 2022-11-14 15:56
您好！非常期待电子负载早日完成，我希望有幸能跟您学习，制作一台。

作者: 不甘平凡168 时间: 2022-11-15 11:09
控制板用编码器更方便吧！

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-11-16 08:42

lzzasd 发表于 2022-6-24 11:02
顶帖留念改天模仿个

感谢回复，可以互相交流技术。

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-11-16 08:45

hhh402 发表于 2022-6-22 12:51
给楼主提点建议，首先是单片机应该选12位ADC的，STC8H系列，10位ADC精度太差，温度检测用100K NTC。18B20不 ...

感谢您的回复和建议，改进中……。

作者: htbst 时间: 2022-11-16 11:36
我也来顶一下，不知道进展如何了！

作者: 不甘平凡168 时间: 2022-11-16 19:32
持续关注中，希望早日完成

作者: aide51 时间: 2022-12-14 08:56
感谢分享，等做好了模仿个玩玩，做个记号

作者: oliver2 时间: 2022-12-16 14:08
以前做过这个，用的12位专用DAC,精度还可以。
楼主这个是电子负载，貌似不用这么大的电源变压器吧！

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-12-19 18:54

不甘平凡168 发表于 2022-11-15 11:09
控制板用编码器更方便吧！

那都是小事，主要是整机稳定性，抗干扰性和精准度，至于按钮这些的后面可以慢慢改

作者: xiaoyuxinke 时间: 2022-12-19 18:57

oliver2 发表于 2022-12-16 14:08
以前做过这个，用的12位专用DAC,精度还可以。
楼主这个是电子负载，貌似不用这么大的电源变压器吧！

这个不是重点，我手头没有合适的变压器，目前只是测试阶段，找个电压合适的变压器将就用，后面再细化

作者: weinile 时间: 2023-1-2 00:12
我手工很0K的

作者: yhgwork 时间: 2023-1-16 11:51
现在进行得怎么样了？

作者: jituo 时间: 2023-1-31 17:24
现在进行得怎么样了？

作者: xiaoyuxinke 时间: 2023-2-5 17:00

jituo 发表于 2023-1-31 17:24
现在进行得怎么样了？

已经做成成品了，没时间回贴，见谅

作者: 小白艾世雄 时间: 2023-2-21 11:20
期待成品测试报告！用来测试电源带载情况，我焊了一个8个场管的600瓦横流负载，只测试到500瓦，散热器热的吓人，想用单片机控制，来学习学习。

作者: 刀刀杀猪 时间: 2023-3-26 23:11
特地来51hei宣传一下我的硬件开源的数控电子负载，直接拿来使用即可，也可以自行改造硬件，目前DIY电子负载的天花板。立创开源硬件平台链接：P150C Pro-D数控电子负载电池容量测试仪

作者: fj51hei 时间: 2023-4-9 20:01

刀刀杀猪发表于 2023-3-26 23:11
特地来51hei宣传一下我的硬件开源的数控电子负载，直接拿来使用即可，也可以自行改造硬件，目前DIY电子负载 ...

你这个只有hex，也想弄就怕显示器弄不到

作者: 黑帅 时间: 2023-8-11 22:49
进展怎么样了，写程序我们可以交流一下，我也在用32G这款芯片

作者: 黑帅 时间: 2023-8-12 19:27
这个听了吗

作者: xiaoyuxinke 时间: 2023-10-21 20:23
有时间了跟大家分享一下制作过程，这段时间工作太忙，大家理解一下。

作者: hclin 时间: 2023-10-23 01:45
看過原理圖之後，顯然是由八個MOSFET 共同承擔定電流功能，但是為什麼要用八顆GP8101來設定每一顆MOSFET 的電流大小呢？這樣的設計有何優點？敝人才疏學淺，敬請不吝指教。

作者: 单片机诚不欺我 时间: 2024-3-18 15:26
我想请问一下用STC8H8K64U的可不可以？

作者: oliver2 时间: 2024-5-29 14:15
PCB布线有点个性。

作者: yaosongjin 时间: 2024-5-29 15:03
楼主牛逼，没写过程序，学2个月就能干这么复杂的程序，简直是天才

作者: 白水大虾2016 时间: 2024-5-30 19:51
板子设计的真漂亮！问元件是不是要人工摆放然后自动布线？

作者: donglw 时间: 2024-6-2 17:46
1、常规MOS供电电压通常工作10V以上才能可靠，市场上有5V供电电压，那些都是小功率的；
2、运放采用低噪运放至少为OP07，OP07带调零功能；运放采用正负电压供电，不建议采用单电源供电，因为它的低电平输出不为零。另外，要考虑运放的高电平输出比正的供电电压低，说明以上运放不包括轨道轨的运放，轨道轨运放供电电压通常是5V的，价格太贵。
3、采用电阻输出使用运放构成的电压跟随器实现隔离。
4、单片机采用PID控制程序

欢迎光临 (http://www.51hei.com/bbs/)