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標題: DIY一個高精度數字電子負載感興趣的可以一起參與 [打印本頁]

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-6-20 00:39
標題: DIY一個高精度數字電子負載感興趣的可以一起參與
本帖最后由 xiaoyuxinke 于 2022-7-20 22:15 編輯

一直想弄一臺數字電子負載,雖然自己有幾臺買來的,但那學不了技術,最近有些空閑時間,元件也不缺什么,所以開始著手弄這個(以前不會寫程序,最近花了兩個月時間學了一下C,準備開始搞了)
經過了十天的準備時間,看了網上很多的DIY資料和我自己的理解,開始畫原理圖部分

下面是本機原理圖:

這個是整機供電部分,由一個雙15V變壓器供電,保險絲串在機殼上的電源輸入座子里面,所以板上不再畫保險絲座子,由于儀器設備對電源要求很高,所以不再采用開關電源,以免高頻干擾運放和單片機.電路部分采用了經典的全國聯合設計的串聯式穩壓電源,后面的8V和5V部分也改成了7805和7808供電,原理圖這樣畫是以備后用,這個電源板以后還準備干別的使用.
整機電源分三部分:+12V/這個是給風扇使用的,因為常用的DC風扇12V的較多便宜
+8V /這個是給運放使用的,電壓太低后面的MOS陣列功率做不上去,這個也做為2.5V標準電壓源供電使用.
+5V /這個給單片機和圖騰柱部分供電,圖騰住由單路12位PWM,然后轉成8路DAC輸出分別驅動8個ＭＯＳ管

下面是八管ＭＯＳ陣列圖：

這部分由八個ＭＯＳ管子及相關附屬電路組成，單片機生成的12位ＤＡＣ控制圖騰柱驅動8個ＡＰＣ芯片，把ＰＷＭ轉成8路0－5Ｖ電壓值．
再由0－5Ｖ電壓經過運放控制8個ＭＯＳ管工作．
8個ＭＯＳ管工作的同時，由5路低壓軌至軌運放(圖中畫的是ＬＭ358和324，因為我庫里有這個，懶的改，但實際用的是ＲＳ624Ｐ的低壓軌至軌運放)
把被測電源的電壓和電流值放大后送至單片機的ＡＤＣ輸入部分進入單片機處理．
雖然此板上畫出了ＬＣＤ12864顯示屏部分，但并不打算用這個做顯示．
最近手上有ＳＴＣ的32位單片機和全動的3.5寸彩屏，打算再做個顯示面板，在面板上做顯示和按鍵部分，雙單片機之間ＵＡＲＴ通訊．

以下是雜散處理電路部分：

此部分為風扇驅動／ＤＳ18Ｂ20溫度傳感器／圖騰柱驅動／ＵＡＲＴ狀態指示等組成
相關原理不再細述，望大家理解．

此設計PCB部分仍未畫好,等畫好后再上圖,另此機所有ADC采樣處理以及MOS管控制都已經過了實際焊板測試,做到了心中有數.
下面見實際焊出來的板子實物圖:

雖然此板并未完全按原理圖上的功率大小和實際元件參數焊接,但功能完整,足以得出測試結果,后面的實物MOS管取樣電阻換為康銅絲電阻.此機采用STC12C5A60S2單片機做數據處理,事實上ADC處理速度足夠,因為顯示屏上,1秒顯示10次電壓值都足夠了,而STC12C5A60S2,除了處理其它任務外,每秒刷幾百幾千次這個還不是問題,畢竟是1T的片子.
   再說一下顯示電壓電流和功率值問題,一般電壓和電流以及功率值,以整數位后面兩位小數為準,第三位就算是顯示出來也是沒任何意義的,因為那個電壓值會不斷的跳動,不可能穩定下來,你就是用再好的電源,給運放絕對穩定的供電,它也不可能穩定,因為影響第三位顯示的因素很多,比如本機供電是否穩定,被測負載電壓是否穩定,運放芯片熱穩定性等等,這個不用懷疑,因為本人在很多高精度數字電子負載上見過,大廠做的電子負載,第三位顯示一樣是不停亂跳的.所以在此決定,我們的電壓電流和功率顯示,只做到整數后兩位小數.精度足夠用就好.

   至于CC和CV模式在這里簡單說一下,CC模式(恒壓模式)就是調電流的,一般用于測試各種恒壓開關電源,線性電源等,在此模式下,電子負載改變的是負載電流,PWM0-PWM100只改變負載電流大小,電子負載只采集被測電源的電壓信息做顯示,但并不改變被測電源輸出電壓.有些網友發貼問我為什么電子負載調電流的時候,被測電源電壓也下降了呢,我在這里統一回復一下,當電子負載的調電流使被測電源電流增大的時候,被測電源電壓下降,這個和被測電源的帶載能力和調整能力相關,一般好的開關電源,電流增大減小,在額定的范圍內,不應該出顯明顯的電壓下降現象,比如12V5A開關電源,若達到輸出12V5A時電壓下降明顯,說明帶載能力不行(滿載輸出能力不行)
   CV模式和CC模式剛好相反,CV模式下就是調整被測電源輸出電壓的,因為CV模式為恒流模式,一般用于測試恒流電源(LED驅動方面用的較多,有些其它設備也用恒流電源,只是相對較少)拿實例來說,比如我們測一個300MA的LED驅動電源,這個被測電源的電流是固定死的,它只能輸出300MA,電流過小會進入開路保護,電流過大會進入過載保護,我們能改變的只有他的電壓值.
   電子負載在CC模式時,PWM從0到額定值調整,沒有輸出的狀態PWM為0或者說為低電平.在CV模式時,PWM從最大值或者說高電平向下調整到合適值(PWM越高被測電源輸出電壓越低,PWM越低被測電源輸出電壓越高),

   本機設計CC和CV模式由軟件控制硬件來切換,不需要繼電器,因為繼電器有觸點,這個觸點是個很煩人的東西,它的壽命很難估算,而且工作時會產生火花.

   至于程序部分,使用匯編和C都可以,我自己可以搞定,只是時間上可能要拖很久,畢竟我也是上班族,大家理解啊....

感謝管理員同志,此貼仍要不斷修改,DIY未結束就可能一直修改,希望管理員同志幫下忙先不要關閉編輯功能.謝謝!!!

今天沒上班,又畫了一下控制面板圖,這個控制面板采用STC的32位51單片機,因為和下位機采用串口通信,除了可以做電子負載面板,也可以做其它控制面板,下面上圖.

這個是顯示和控制面板的正面圖,可以使用SPI接口控制3.5寸彩屏,也可以使用STC32G自帶的LCD模塊控制LCD12864之類的顯示屏.

這個是控制面板的背面,由于單片機接口較多,把單片機的四路對稱PWM接口用排針引出,另把兩路CAN總線用排針引出,
由于此單片機自帶高精度時鐘功能,無需DS1302等芯片也可以顯示時間.另單片機內部集成高速SPI模塊,不必擔心驅動TFT彩屏速度不夠. 此控制板有板載8M FLASH閃存芯片,可以存儲一些不常用的圖片代碼(比如啟動背景圖片等),或記錄數據(如電壓電流矢量信息等) 除做為一些設備控制板外,此板也可做為一款實用的STC開發板使用,所需要的接口基本上都已外接.

今天發去打樣的電子負載控制面板PCB收到了,先發個圖大家看一下.

這個是在佳立創打的,每個月有五款免費的.
今天有點累,不想焊板了,明天焊,焊完再上效果

今天放半天假,于是把這個面板部分焊接完成了,并做了個小程序試了一下,效果還不錯

這個是控制板的正面圖,板載三星的8M/FLASH閃存芯片,支持雙串口功能,支持單獨按鍵中斷功能(任意端口都可中斷)
支持3.5寸TFT顯示屏和LCD12864兩種屏顯示(排母還沒到,所以屏無法插到板上,這塊等排母到了再插上屏并開始寫顯示程序),支持四路對稱互補帶死區PWM,板載兩組CAN總線接口.這個板的功能做的很實用,做為本電子負載的顯示控制面板,應該說是完全夠用了,由于使用了STC32G12K128的51核32位單片機,功能強大性能強勁,以后也可以做為其它設備(比如T12焊臺/數字電橋/示波器/數字程控電源)等的控制面板,只要修改程序就可以了,廢話不多說,我們這個電子負載的面板部分PCB暫定就這樣了,足夠用足夠強大.就算是名牌電子負載用這個板子做顯示也不掉價.

這個是板子的背面,雖然STC的這個單片機自帶晶振,還是使用了外部晶振,外部晶振畢竟比內部的可靠些.
晶振外殼和邊上的開窗GND連接,增加屏蔽效果,使晶振和單片機工作更穩定.
   本板兼容3.3V和5V兩種供電,除PWM和CAN總線接口外的其它所有接口都有斷/通VCC控制.
兩組串口通訊各有兩個LED指示數據狀態.
   以上為本電子負載的單片機和顯示面板控制部分,雖然說不上完美,至少也足夠用了,MOS陣列部分(8個MOS管子)
由下位單片機控制,具體電路原理圖正在等各位大神指點,然后再畫PCB.
   本DIY以實用強大,初學者容易理解上手為主導思想.做成模塊化的東東,所以分成了三個部分,電源供電部分(此部分單獨一塊PCB,提供12V[散熱風扇供電]/8V[運放部分供電]/5V[單片機和LCD顯示屏/TFT顯示屏等供電]),顯示面板一塊PCB,此顯示面板除可以提供足夠強大的顯示功能,還可做為以后DIY其它設備的顯示板,一板多用,因為使用了雙串口,除了可以ISP下載,還提供電腦端上位機軟件實時通訊功能(電腦端上位機以后有時間再做,實在沒太多精力,這個望大家理解).
   目前此電子負載主要的部分(MOS管陣列控制部分[運放電壓電流采樣/放大,PWM和DAC控制MOS管,溫度采樣/風扇控制部分])雖然已經前期做過了實物測試,還是希望各位大神給點寶貴意見和指導.在此謝謝各位的參與和建議了.....

今晚有空又寫了一下這個顯示面板的LCD12864顯示程序,我的屏放了十幾年了,還能將就用.
下面是圖片

夜太深了,TFT彩屏的程序改天再寫,大家有什么問題可以回貼,看到一定回復.謝謝各位支持!

供電板也做好了,現在三大塊做好兩塊了,MOS管陣列部分還期待大家多提寶貴意見,
下面是電源供電板的圖片

這個是變壓器和供電板前視圖,運放溫控風扇還沒焊,但這塊不會有問題,這個電路很成熟.

這個是供電板正面視圖,手機拍出來的顏色有些不正常,紅色不太紅

這個是供電板側面圖,由于沒買電解電容,用的都是以前的存貨.

散熱片是某個寶上淘來的,看著實在,散熱效果也很好,

這個電源板子除了給電子負載供電,也可以做以為后各種DIY的供電板,比如數字電橋之類的.
板子設計三組輸出分別為12V/8V/5V
實測三組輸出分別為12.2V/8.05V.5.01V
變壓器用的從我以前的家庭影院上面拆的,雙14V/17V兩組,單17V暫時沒用,只用了雙14V的三根線.
今天第三塊板子的PCB來了

只焊了幾個元件，太晚了看不清楚，明天再焊

等這塊板子焊完了就只剩下寫程序了，希望一切順利吧，也希望大家多支持和幫助多發言，我會一一回復，在此再次感謝各位的關心。

作者: hhh402 時間: 2022-6-22 12:51
給樓主提點建議，首先是單片機應該選12位ADC的，STC8H系列，10位ADC精度太差，溫度檢測用100K NTC。18B20不行。你的PWM用幾級低通濾波，這個是核心之一。散熱建議用現成的CPU散熱器，簡單實用

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-6-23 00:31

hhh402 發表于 2022-6-22 12:51
給樓主提點建議，首先是單片機應該選12位ADC的，STC8H系列，10位ADC精度太差，溫度檢測用100K NTC。18B20不 ...

感謝建議,我并沒有選STC8H,而是打算使用STC32G12K128的,這個手上有四片,我的電路不考慮低通濾波(低通濾波不太好調試,而且隨使用時間的延長,電容量的微小質變會改變整機精度,這也是目前很多設備用一段就需要校準的原因),把單片機出來的PWM用專用芯片直接轉成模擬量(16位PWM轉DA芯片)直接可以出來完美的模擬電壓,散熱本來就是使用CPU散熱器,已經到手了二十個.

作者: 歐陽云天 時間: 2022-6-23 07:21
能請教一下，你讓單片機干這么多事情，程序思路是怎么想的，我也一直沒搞明白，單純做兩三個任務就行，任務多的話，就不知道怎么弄了，比如你這個有18B20通信（計算），按鍵掃描，顯示，ADC，DAC，綜合到一起怎么實現程序無縫銜接

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-6-23 10:14

歐陽云天發表于 2022-6-23 07:21
能請教一下，你讓單片機干這么多事情，程序思路是怎么想的，我也一直沒搞明白，單純做兩三個任務就行，任務 ...

這點任務不算多,去看看人家寫的萬年歷程序,DS1302,DS18B20,按鍵掃描,蜂鳴器放音樂,年月日時分秒的計算,比起這個麻煩多了,而且還有農歷計算,兩千多行程序,一樣運行很穩定.

作者: yueguang3048 時間: 2022-6-23 10:55
溫馨提示：玩大功率的時候，小心燙傷

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-6-23 21:11

yueguang3048 發表于 2022-6-23 10:55
溫馨提示：玩大功率的時候，小心燙傷

感謝提示,我會小心的

作者: lzzasd 時間: 2022-6-24 11:02
頂帖留念改天模仿個

作者: hhh402 時間: 2022-6-26 14:41

xiaoyuxinke 發表于 2022-6-23 00:31
感謝建議,我并沒有選STC8H,而是打算使用STC32G12K128的,這個手上有四片,我的電路不考慮低通濾波(低通濾波 ...

我的PWM用4級低通濾波，低通濾波不需要調整，再加一個運放做電壓跟隨，得到的電壓再用單片機ADC檢測，通過ADC保證精度，不存在調試問題。ADC需12位的，這種電路簡單實用，精度靠ADC保證。

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-6-27 00:08
我的PWM不需要低通濾波,采用專用16位DAC芯片,精度靠DAC芯片,比你那個穩定多了(無論電壓怎樣漂移,無論溫度怎樣變化,只要在正常工作范圍內,它輸出的模擬電壓值就是和輸入的PWM信號一致的穩定值.)
所有部分已實測.
另,你的精度靠ADC保證,ADC受干擾的因素太多,無法做到精度很高,而且還有溫漂和芯片供電電壓漂移等因素,怎么靠ADC保證精度?

你見過哪個高級電子負載是靠ADC來保證精度的?

作者: hhh402 時間: 2022-6-27 21:01
不靠ADC保證精度？那么電流呢，不靠ADC嗎？樓主到底要多少精度？0.1%是否可以。

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-6-30 13:22

hhh402 發表于 2022-6-27 21:01
不靠ADC保證精度？那么電流呢，不靠ADC嗎？樓主到底要多少精度？0.1%是否可以。

還是感謝您的建議,等我的板子做出來,再向您請教了.

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-6-30 21:14

lzzasd 發表于 2022-6-24 11:02
頂帖留念改天模仿個

感謝參與,有機會可以一起合作搞些DIY的東東出來,一個人精力畢竟有限

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-6-30 21:22
大家一起參與一下,這個MOS和運放部分有沒有什么問題,歡迎參與,我現在不敢畫這個MOS和運放部分的PCB,原因就是有些地方不確定.所以希望大家多提寶貴意見......

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-7-6 11:16

xiaoyuxinke 發表于 2022-6-30 21:22
大家一起參與一下,這個MOS和運放部分有沒有什么問題,歡迎參與,我現在不敢畫這個MOS和運放部分的PCB,原因就 ...

希望大家多頂貼,別沉了....

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-7-20 22:17

歐陽云天發表于 2022-6-23 07:21
能請教一下，你讓單片機干這么多事情，程序思路是怎么想的，我也一直沒搞明白，單純做兩三個任務就行，任務 ...

此機分為三部分，電源部分一塊PCB，MOS陣列和運放控制一塊PCB，顯示部分一塊PCB，其中，除了電源部分其它各一片單片機，中間采用串口通訊

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-7-20 22:19

hhh402 發表于 2022-6-26 14:41
我的PWM用4級低通濾波，低通濾波不需要調整，再加一個運放做電壓跟隨，得到的電壓再用單片機ADC檢測，通 ...

你所謂的低通濾波是用在PWM控制運放中間的，把PWM波變成模擬量的一個辦法，但我用了專用的PWM轉模擬量的芯片，所以無需這部分

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-7-22 16:06
現在還缺個寫程序的，來個寫程序的就好了，唉，可惜本人C學的好差。

作者: Andy0731 時間: 2022-8-29 20:13
我做板子喜歡用貼片零件，除了經常要插拔的或沒有貼片的才用插件，翻盤刷上錫膏，往加熱臺上一放，比插件方便多了，焊點也漂亮多了

作者: yw123456789 時間: 2022-9-5 19:44
我也想做一個，來學習一下

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-9-6 16:37

yw123456789 發表于 2022-9-5 19:44
我也想做一個，來學習一下

一起弄吧，你幫我搞程序，

作者: wufeng801 時間: 2022-11-8 11:36
樓主你好，我也在做電子負載，準備帶協議的，可以向你學習哦

作者: 1109 時間: 2022-11-8 13:48
樓主的項目進展咋樣了？
我也想跟著后面學著做一個

作者: qq603599910 時間: 2022-11-13 12:49
如果輸出還是以DAC輸出模擬電壓給運放控制,那運放控制輸出我有點心得,市面上LM324類電子負載應該沒有多少工程師去測試過控制線性和高低負載時會不會微起振問題.

作者: 不甘平凡168 時間: 2022-11-14 14:49
非常感謝版主的分享，本人想做個電子負載，這才搜索到版主的這個帖子，
很是贊同版主的模塊化思路，把電路分三部分，這樣靈活多用
期待版主早日完成，希望版主讓我有機會也做一臺

作者: 不甘平凡168 時間: 2022-11-14 15:56
您好！非常期待電子負載早日完成，我希望有幸能跟您學習，制作一臺。

作者: 不甘平凡168 時間: 2022-11-15 11:09
控制板用編碼器更方便吧！

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-11-16 08:42

lzzasd 發表于 2022-6-24 11:02
頂帖留念改天模仿個

感謝回復，可以互相交流技術。

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-11-16 08:45

hhh402 發表于 2022-6-22 12:51
給樓主提點建議，首先是單片機應該選12位ADC的，STC8H系列，10位ADC精度太差，溫度檢測用100K NTC。18B20不 ...

感謝您的回復和建議，改進中……。

作者: htbst 時間: 2022-11-16 11:36
我也來頂一下，不知道進展如何了！

作者: 不甘平凡168 時間: 2022-11-16 19:32
持續關注中，希望早日完成

作者: aide51 時間: 2022-12-14 08:56
感謝分享，等做好了模仿個玩玩，做個記號

作者: oliver2 時間: 2022-12-16 14:08
以前做過這個，用的12位專用DAC,精度還可以。
樓主這個是電子負載，貌似不用這么大的電源變壓器吧！

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-12-19 18:54

不甘平凡168 發表于 2022-11-15 11:09
控制板用編碼器更方便吧！

那都是小事，主要是整機穩定性，抗干擾性和精準度，至于按鈕這些的后面可以慢慢改

作者: xiaoyuxinke 時間: 2022-12-19 18:57

oliver2 發表于 2022-12-16 14:08
以前做過這個，用的12位專用DAC,精度還可以。
樓主這個是電子負載，貌似不用這么大的電源變壓器吧！

這個不是重點，我手頭沒有合適的變壓器，目前只是測試階段，找個電壓合適的變壓器將就用，后面再細化

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

作者: yhgwork 時間: 2023-1-16 11:51
現在進行得怎么樣了？

作者: jituo 時間: 2023-1-31 17:24
現在進行得怎么樣了？

作者: xiaoyuxinke 時間: 2023-2-5 17:00

jituo 發表于 2023-1-31 17:24
現在進行得怎么樣了？

已經做成成品了，沒時間回貼，見諒

作者: 小白艾世雄 時間: 2023-2-21 11:20
期待成品測試報告！用來測試電源帶載情況，我焊了一個8個場管的600瓦橫流負載，只測試到500瓦，散熱器熱的嚇人，想用單片機控制，來學習學習。

作者: 刀刀殺豬 時間: 2023-3-26 23:11
特地來51hei宣傳一下我的硬件開源的數控電子負載，直接拿來使用即可，也可以自行改造硬件，目前DIY電子負載的天花板。立創開源硬件平臺鏈接：P150C Pro-D數控電子負載電池容量測試儀

作者: fj51hei 時間: 2023-4-9 20:01

刀刀殺豬發表于 2023-3-26 23:11
特地來51hei宣傳一下我的硬件開源的數控電子負載，直接拿來使用即可，也可以自行改造硬件，目前DIY電子負載 ...

你這個只有hex，也想弄就怕顯示器弄不到

作者: 黑帥 時間: 2023-8-11 22:49
進展怎么樣了，寫程序我們可以交流一下，我也在用32G這款芯片

作者: 黑帥 時間: 2023-8-12 19:27
這個聽了嗎

作者: xiaoyuxinke 時間: 2023-10-21 20:23
有時間了跟大家分享一下制作過程，這段時間工作太忙，大家理解一下。

作者: hclin 時間: 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: 單片機誠不欺我 時間: 2024-3-18 15:26
我想請問一下用STC8H8K64U的可不可以？

作者: oliver2 時間: 2024-5-29 14:15
PCB布線有點個性。

作者: yaosongjin 時間: 2024-5-29 15:03
樓主牛逼，沒寫過程序，學2個月就能干這么復雜的程序，簡直是天才

作者: 白水大蝦2016 時間: 2024-5-30 19:51
板子設計的真漂亮！問元件是不是要人工擺放然后自動布線？

作者: donglw 時間: 2024-6-2 17:46
1、常規MOS供電電壓通常工作10V以上才能可靠，市場上有5V供電電壓，那些都是小功率的；
2、運放采用低噪運放至少為OP07，OP07帶調零功能；運放采用正負電壓供電，不建議采用單電源供電，因為它的低電平輸出不為零。另外，要考慮運放的高電平輸出比正的供電電壓低，說明以上運放不包括軌道軌的運放，軌道軌運放供電電壓通常是5V的，價格太貴。
3、采用電阻輸出使用運放構成的電壓跟隨器實現隔離。
4、單片機采用PID控制程序

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