带电子负载的数控稳压稳流电源的设计资料

网上看到的一篇作品转给大家学习一下

这个设计源于我十多年前制作的一个恒流、充电放电器，当时是应朋友的需要制作的，现在我把它重新设计制作成用M16单片机控制的多功能数控电源，这个电源可作稳压、稳流电源使用，也可作为一个直流电子负载使用（恒流放电），可以用来测试电池容量或给电池充放电、元器件测试等用途。
电源的输出电压0-25.00V连续可调，步进值0.025*2=0.05V。
电源的输出电流0-2.500A连续可调，步进值0.0025*2=0.005A。
恒流型电子负载放电电流0-2.500A连续可调，步进值0.0025*2=0.005A。
有充电、放电计时器，最小计时时间1分钟，最大计时时间99小时，可以精确控制充电时间，记录放电时间，测量电池容量。
一个由DS18B20组成的温度测量装置，可以设置控制温度0~120℃。
电源可以工作在稳压状态，也可以工作在稳流状态，可在稳压、稳流状态自动切换。当把输出电流设置到大于负载电流时，Q7饱和导通，这时电源作为一个稳压电源使用。当把输出电压设置到大于负载电压时，Q5饱和导通，这时电源作为一个恒流电源使用。当设定好输出电压、输出电流时，电源可跟据负载变化情况，在稳压、稳流之间自动转换。
为了电源运行可靠，电源设置一个散热控制系统，设有调整管子超功耗报警，电子负载超功耗报警，电子负载超电压报警，低压差设计。
这是电源的外观：

键盘与LCD显示器：

稳压稳流器的工作原理：
运放U3A，U3C，Q2，Q5，Q9等组成稳压电路，其中Q9控制稳压稳流器是否工作，当单片机端口PD2为高电平时，Q9饱和导通，稳压稳流器处于工作状态，当PD2为低电平时关闭稳压稳流器。运放U3C是为了消除电源电流取样电阻R43上的电压降对电源输出电压的影响而设置的，它与R1、R2共同组成对电源的输出电压进行取样。电路的工作原理用文字说明比较烦琐，我把它用一个数学表达式来说明，有什么问题咱们可以共同讨论，电源的输出电压由下式决定 (见原理图) ：
输出电压Uout：

输出电压Uout1：

UR43上的电压：

输出电压Uout：

式中Uout是电源的输出电压（负载两端的电压），Iout是输出电流，Vpwmv是M16的DA转换电压，跟据设定条件可产生0~5V的参考电压。这里有必要说明的是，这个电源给单片机的供电电压不是用5V而是用5.12V，这样在用PWM作DA转换时是步进值为一个整数，以方便计算和显示数值，电源也是以它作为基准的，它的精确程度与稳定度基本上决定了电源的精度及稳定性能，R43是测量电源电流的取样电阻。
运放U3B，U3D，Q7等组成稳流电路，输出电流的大小由下式决定：

式中Vpwma是M16的DA转换电压，跟据设定条件可产生0~5V的参考电压，用来控制稳定电流的大小。
电源是工作在稳压状态还时恒流状态是通过单片机adc4端口，测量运放U3A输出电压来判断的，当运放U3A输出电压>11V，Q5进入饱和状态，电路工作在恒流状态，LCD相关位置显示“CC”。当运放U3A输出电压<1V时，电路工作在稳压状态，LCD相关位置显示“CV”。
为了降低调整管功耗，电源的输入电压分为两档，由继电器K1切换，Q3，R20，D1，单片机端口PA7，组成K1的控制电路，当输出电压＜10.1V时，切换到13V档，当输出电压≥10.10V时自动切换到13+13=26V档。
电子负载的工作原理：
当单片机端口PD2输出低电平时，Q4处于截止状态，电子负载进入工作状态，U4A，U4B，Q6等组成恒流型电子负载电路，它的输出电流由下列式子决定：

式中的Iload是流过电子负载的电流，大小由Vpwma决定。
元器件选择及制作注意事项：
电阻R43是电源电流测量的取样电阻，选用0.1Ω 2W的金属膜电阻，其余电阻选用1/4W精度1%的金属膜电阻。电阻R1，R2取值尽可能准确，R37，R38取值尽可能相等。电容全部用独石电容，见元件表。
制作时先安装好板子上除Q6与M16、LCD以外的全部元件，Q2、Q6、VR1、D2它们共用一个散热器，应与散热器绝缘安装。用一个1K 的多圈微调电阻替代R42与R42*，用一个5K 的多圈微调电阻替代R3与R3*，用一个50K的多圈微调阻替代R51与R51*。
在VR2的输出端接一个数字电压表，调整1K的多圈微调电阻，使VR2的输出电压到5.12V，这个电源是以它为基准的，请仔细准确调整。然后把它更换为固定电阻，如果不是标称值，可用两个电阻串联，尽可能的与调试值保持一致，电路板上有两个位置。
安装好M16与LCD，用ISP下载线下载程序(烧写时把mydc25.hex文件写入EEPROM)。按S3、S4调整预置电压到1.5V~1.9V区间的一个任意的电压值，按S5、S6调整预置电流到2.500A，输出端接一数字电压表，按S1启动电源，测量电源空载时的输出电压，记下这个电压值，再接一个1Ω5W左右的负载电阻到电源输出端，调整5K的多圈微调电位器，使输出电压与空载时的输出电压一值，这个非常重要，请仔细调整。最后用固定电阻替换多圈微调电阻。
输出电流的调整，接一个1Ω5W左右的负载电阻到电源输出端，按S5、S6调整预置电流到0.500A，按S1启动电源，按S3、S4调整电源输出电压，使电源进入恒流状态，LCD相关位置显示“CC”，调整50K的多圈微调电阻，使输出电流与预置电流一致。
通过上述几个步骤的调整，这时电源稳压恒流部分就可以正常工作了。可以安装上Q6，电子负载部分不用再调试就可以正常工作了。


这是电源上电后显示状态。图中第一行的第一项“Power”显示电源工作在稳压稳流模式。第二项“OFF”表示电源关闭，电源启动后跟据不同的工作状态显示“CV”或“CC”。第三项“Uo 0.00，4.20V”逗号前表示实时输出电压，逗号后面显示的是预置电压（充电时是充电终止电压）。第二行的第一顶“Po 0.00W”显示电源的输出功率。第二项“Io0.000,0.400A”逗号前表示实时输出电流，逗号后面表示的是预置电流（充电时是充电预置电流）。
S1电源启动停止按键，启动时蜂鸣器响一声，停止时响两声， 启动时长按下存储当前预置电压、电流值到EEPROM中，LCD第二行第一项显示“save powe”数秒，下次开机后就可以直接使用这些设置。
S2是模式选择按键，按动它可以在（稳压稳流、电子负载、电池测试）这三个工作模式之间循环切换，当电源在稳压稳流、电子负载工作模式下启动后，按动该键可以选择显示输出功率或显示当前温度。
S3、S4电压+、电压-按键，用来预置输出电压或实时调整输出电压，长按下可以快速步进。
S5、S6电流+、电流-按键，用来预置输出电流或实时调整输出电流，长按下时可以快速步进。


按动S2一次，电源进入电子负载工作模式。第一行第一项显示“Load”，其余各项与上一工作模式相同，第三项“UL 0.00， 3.00V”逗号前表示实时负载电压，逗号后面显示的是预置电压（电池放电时是放电终止电压）。第二行的第一顶“PL 0.00W”显示负载消耗功率。第二项“IL0.000,0.600A”逗号前表示当前流过负载的电流，逗号后面表示的是预置电流（放电时是放电预置电流）。
各按键功能与上一工作模式相同。启动时长按S1存储当前预置电压、电流到EEPROM，LCD第二行第一项显示“save load”数秒。


再次按动S2一次，电源进入电池测试工作模式中的电池充电状态。第一行第一项显示“Bat_C”。此时按S4可以切换设置充电时间“TS”与温度“ts”，用S5、S6预置充电时间与温度。长按S4可以把当前预置数据存入EEPROM，LCD第二行第一项显示“save Tsts”数秒。电池的的充电电流，充电电压是在“Power”工作模式设置的，如果需要可以返回到该模式设置。
按S1启动充电，这时“Ti”显示当前充电时间，“te”显示当前测量温度。“UO”显示当前电池电压，预置充电终止电压。“IO”显示当前充电电流，预置充电电流。当充电到满足下面任一条件时充电终止，1.电池电压达到预置值时充电终止，相关位置显示“UFF”。2.充电时间到达预设值时充电终止，相关位置显示“TFF”。3.当电池温度到达预置值时充电终止，相关位置显示“tFF”。这样就可以判断充电是在什么条件下结束的。


按动S3可以切换到电池放电状态。在电池测试工作模式，电池是充电还是放电是由S3来切换的。第一行第一项显示“Bat_L”。按S4可以显示放电时间“Ti”，电池容量“CT”，温度“te”。放电终止电压、放电电流是在“Load”工作模式设置的。如果需要更改可返回到该模式设置。
S1启动放电，“Ct”显示当前电池容量，“Ti”当前放电时间，“te”当前电池温度。“UL”显示当前电池电压，放电终止电压，“IL”显示当前放电电流，预置放电电流。当电池放电满足下列条件之一，放电被终止。1.当电池温度达到预设温度时放电被终止，LCD相关位置显示“tFF”。2.当电池电压下降到预置的放电电压时放电被终止，LCD数关位置显示“UFF”，电池容量显示“CF”，这个数值是电池实际容量。
电源更多功能，源代码里有详细的注释，可以参考。
原理图：

PCB图：

信号发生器是则么回事

学习了

软开关焊机驱动板原理图

谢谢分享

学习学习谢谢分享。。

好东西学习了谢谢分享

谢谢分享

过来看看，LZ好人

LZ好人

谢谢分享，下来看看

楼主，有能看清楚的原理图和PCB图吗？谢谢

楼主，能传下原理图原文件吗？

楼主，电路图看不清楚呀！

谢谢分享。下载学习中

好资料感谢楼主分享

谢谢分享，下来学学

很好、很强大，这个一定得支持！！！

很好、很强大，这个一定得支持！！！

刚学习一下

代码不对啊 能否传个源代码啊

感谢分享，谢谢

学习了学习了

感谢分享，谢谢

谢谢分享，有你更精彩。

穷啊！再攒攒黑币吧。

相下载下来看看，可惜不够黑笔

楼主能附一下相关图片吗

有电路图吗？

感谢分享！

学习学习，谢谢好人。好人一生平安

好东西谢谢分享  开始学习了

谢谢分享，但是原理图步清楚啊

资料齐全，感谢楼主

谢谢大佬无私奉献

能不能改编码器

好东西谢谢分享  开始学习了

源代码很重要

好东西谢谢分享  开始学习了