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[电源]试验并制作程控电源 [复制链接]

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离线几人先生
 

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只看楼主 倒序阅读 我要置顶 楼主  发表于: 2017-09-29
— 本帖被 發騷友 设置为精华,作者+3000M币+5专家(2018-10-28) —
看到别人做了各种电源心里痒痒,也想做一个。别人做的都是大功率的,对我来说大功率没什么用处,那我就做一个中高精度,小电流的吧。把制作的心得和经历记录一下,方便以后回头追溯,也和大家分享一下,抛砖引玉,如果出现错别字,大家见谅。

要求:
1.具备电压源和电流源的功能,可通过通信接口在电脑上控制。
2.小巧。
3.电压源输出电压<=15V,输出电流<=1A,精度尽量高(心里没底啊),输出分辨率1mV,测量分辨率1mV,温漂50ppm。
4.电流源输出电流<20mA,精度尽量高吧,输出最起码分辨率10uA,测量分辨率10uA,温漂100ppm
5.具备过流、过热保护能等功能。
6.具备电流、电压和温度回读功能。
7.需要方便标定。
8.为了将来使用在自动化测试等原因需要支持多个通道输出(不是同时输出,能切换输出通道)。
9.简单的恒定的输入电压比如24V,一个开关电源搞定,不使用线性变压器这种傻大笨粗的东西。


电压源设计


电压源方案1 - 数字接口DCDC

刚开始就想到了数字接口的dcdc,要是有这种东西设计起来就太简单了。说干就干开始各种搜索,做电源芯片的大公司目前就知道TI、ADI、LT、MAXIM、MPS、INTERSIL。只能在官网上了解一下情况,经过一两天的研究发现目前的数字接口DCDC主要有两种,并且大部分是用于给处理器(包括电脑的CPU、嵌入式处理器、ARM、DSP、FPGA等)供电的dcdc,它们普遍的特点是输出电流大、电压低、控制精度有限,对于我来说明显不合适,比如intersil的 ZL2102。






输出电压仅有5.5V,不喜欢


看起来很复杂,我就喜欢芯片内部复杂的,越复杂越好用,呵呵呵。
另外一种数字接口的DCDC来自牛逼的LT,当时就想用它了,输出电压能达到13.8V,虽然没达到15V,但是还不错了,一般就想用12V,符合要求了


12bit的输出精度,还不错



各种保护一应俱全,但是LT的价格让我望而却步,算了放弃这个方案吧。


电压源方案2- 类似LM317之类的改造


网上也看到了使用LM317之类的线性稳压器+DAC做程控的稳压器,电路就不上了,原理就是欺骗adj,哈哈哈。
但是有几个问题,1:LM317内部的基准要参与其中,稳定程度不敢保证。2:散热,我的供电电压是恒定的24V,不向别人使用多抽头的变压器,这是一个大问题。如果输出电压5V,电流1A,lm317就会有19W的功耗,那得怎么散热。
此方案也pass了。


电压源方案3 - 大功率运放

很多大功率运放目前使能买到了,手头也有几个OPA541、OPA549、OPA548,如果利用起来岂不是很美好。


手册上清楚的写到能用在电源上,不错不错


甚至连原理图都给出来,看起来就是它了,不过运放有个大问题就是输出轨范围,看一下资料


居然比V-要高出3V以上,真泄气,我是不会为它提供负电源的,小于3V的电压是输出不了了。大功率运放普遍超级贵,算了用不起。这个方案也pass

电压源方案4 - 分立的线性稳压器


要精准、又要不提供负电源,那怎么办?
LM317都不要负的电源,对吧,那就把它的基准拿出来,仿造吧。
于是就是最传统的,教科书上的串联稳压器。
BJT或MOS作为调整管,运放去稳定输出,参考了一下安捷伦的电源


安捷伦能做,我也能做,不过他是用的mos,MOS有个大问题,就是G级的驱动,在安捷伦的应用中运放的GND其实是整个电源的输出,也就是MOS的S极,于是运放输出电压始终能够保证G极的控制,使用了线性变压器就是好啊,多几个抽头隔离电源就来了。
我没有这个条件搞一个隔离的电源给运放供电,所有的GND永远都是一个,如果运放供电是12v,想要电源整机输出12V可能么?所以只能放弃MOS使用NPN的BJT。

搭了个乞丐版电路测试一下,还不错。


它和LM317比较优点是基准在外部,精度可控。但是散热是一个大问题。


电压源方案5 - 程控DCDC

为了解决散热,必须让线性稳压器的输入电压不能过多的高于输出电压,那就给他前面再加一级稳压吧,那就DCDC好了。
现在的DCDC芯片简直厉害,记得以前使用MC34063的时候振荡频率才几十KHz,现在的芯片都有6MHz的了。
由于电源的输出电压是不定的,所以为了保证三极管不被烧坏就需要DCDC输出的电压也是变动的,DCDC输出电压调整方法有很多,
比如使用数字电位器在采样端,另比如欺骗ADJ。
我喜欢欺骗ADJ,那这样可行么?实验告诉我,可行,反正芯片是傻的,它只在adj小于一个电压的时候拼命加大输出,在高于一个电压的时候拼命收手。
选了一款便宜的DCDC,MPS家的mps2565


典型电路也简单



于是最终方案 = 方案4+方案5 程控dcdc+分离线性稳压器,就这么愉快的决定了

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