改中兴ZXD2400为可调电源
m24h 2021-10-24原创 电子技术
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ZXD2400

最近需要一个功率大点的电源  思考再三  决定用中兴ZXD2400自己改一个

ZXD2400网传其V4.1版容易“低压大电流”爆管  这是一个UCC3895的移相全桥电路  据推测是因为低版本把死区(谐振延时)时间设得过长

IMG_20211024_015847.jpg

从这个图可以看出  低压输出时候相移本来就小  想象B截止之后  可能A的导通被过长延时  到D的截止之后  而这时候C也因为延时没有导通 这时候可能出现双臂上下齐截止的情况 

更糟糕的是  V4.1设计中没有钳位二极管  于是悬浮的  被大电流满满充值的容感谐振加上米勒效应  会出现什么情况都有可能的

对比之下  V4.3版做了改进  上了钳位二极管  放弃了自适应死区延时  减小了延时电阻  估计在变压器和电感上也有所改进

IMG_20211024_024318.jpg

所以我选择了V4.3版

电源已经到手  成色相当好  内部几乎无灰  堆料充足(比艾默生2900明显料多  所以我选择了它)

运行正常 唯一一个BUG也早就风干 IMG_20211023_234044.jpg

然后是方案选择 (我其实有点选择恐惧)

  1. 用两个电位器修改电路中的电压参考和电流过载参考  然后加上电压电流表头

  2. 在1的基础  用模拟电路实现  往下调低电压时接入假负载辅助放电  根据温度调节风扇

  3. 买网上阳江的数控方案

  4. 买网上蓝作坊的数控方案

  5. 自己做数控方案  成本应该小于用别人的  否则会有点不甘心

如果自己做数控/程控方案也需要选择

单片机方面:

  1. ESP8266  优点是可以用Lua快速开发  缺点是需要片外ADC  需要DAC或者PWM方式模拟  而且PWM通道同频  如果PWM高频模拟DAC  风扇和假负载就不合适也用PWM实现无极调节  也没有I2S  没法实现PDM  关键我手头上正好有一块想用掉的

  2. ESP32/S2  可以用Micropython快速开发 具备DAC和ADC  缺点是个头有点大  ZXD2400面板下面那个小窗口恐怕放不进太大的电路板

  3. ESP32C3  小巧  感觉RISC内核也比其他几个稳定  片内有ADC  但没有DAC  目前Micropython支持也差一点  应该只能用IDF

ADC方面:

  1. 片内ADC  无需代价  但是精度堪忧  文档上DNL和INL都到了10几LSB水平  实际分辨率估计只能到8位  只能显示一个小数点  而且温度和漂移方面没有参考

  2. ADS1015虽然不太贵  但是也比MCU还贵多了  甚至比两片ADS1013加起来贵  但是优点是测量结果有保证  后面校正不麻烦

DAC方面:

  1. 片内DAC  只有ESP32才有  而且才8位  如果使用I2S循环播放+DAC采用类似PDM方式可以模拟更高位

  2. 外部DAC  比如AD5697或者LTC2633  比ADC还贵  可能比其他加起来都贵  优点是输出有保证  校正轻松  温差和漂移可以用高精度参考源来优化

  3. PWM模拟方式  都能实现  方便还省钱  但是片外也需要一堆至少二阶的低通滤波电路

  4. 倒位PWM模拟  比PWM的高频特征容易滤除  可以精简滤波电路  算法简单  但也需要I2S循环播放才能实现

  5. PDM模拟  高频也容易去除  算法复杂  也需要I2S循环播放来实现

电压控制方面:

  1. 设定和测量分离无关  实际输出大负载下表现出一定的调整率  优点是稳定可靠

  2. 采用PID等方式动态调整  使得电压输出始终跟随设定  但是复杂的算法有时候体现出过冲等问题  负载变化的时候可能不稳定

电流控制方面:

  1. 与原电路过载控制结合实现  算法方便  但原电路的过载控制类似打嗝方法  感觉不太平滑

  2. 与电压控制通过算法结合  能减少对原电路的接线

  3. 设定和测量分离

  4. 采用PID等方式动态跟踪调整

放电负载方面:

  1. 使用灯管灯泡  耐用不怕热不怕烧坏  但是体积大  不耐震动不够可靠  冷起电流冲击大  但是发热发光后有些恒流效果

  2. 使用水泥电阻  不太耐烧  只能降低放电电流  放电慢  而且高压时放电电流太大  低压放电电流太小的问题

  3. 使用PTC发热块  恒流效果和灯泡类似  响应却慢不少

  4. 使用三极管或者场管等做恒流源假负载  线路较复杂  散热也是一个问题  需要散热片或者加工做到原机的散热片上  增加原机负担

供电方面:

  1. 使用电阻+LDO接入原机15V辅电  实现方便 但是如果打开WIFI  近1A的电流给电阻和辅电负担太大

  2. 从15V辅电通过小开关电源变到3.3V  缺点是如果使用PWM模拟DAC和使用片内ADC/DAC时  不够稳定的电源会给精度带来较大影响

  3. 先小开关电源变换到5V  再LDO到3.3V  电路复杂了

显示界面方面:

  1. 使用数码管  红绿分色显示  漂亮好看  但是串并转换电路复杂  I2C接口的数码管也特别贵  而且设置和矫正时候没有直观的现实  可能只能通过USB/TTL串口来做设置

  2. 使用一块OLED屏  菜单方面方便设置和校正了  设定和实际输出包括温度等都能同时显示  但电压电流不分色而且不醒目  而且大尺寸OLED挺贵的

  3. 使用LCD点阵屏幕  显示数字大了  但是没有OLED亮

  4. 使用两块不同颜色的OLED屏  这有点凶狠了  放不放得下也是个问题

旋钮方面:

  1. 一个旋钮  缺点是电压电流设定时多了一个步骤

  2. 左右各一个旋钮  分别设定电压和电流  但是可能不够地方放  而且除了ESP32  其他的都会不够IO引脚用了

开关机方面:

  1. 不做电源开关  这个电源用得应该不频繁  也不能当桌面常设仪表使用  用时候再插电  

  2. 找个16A的开关串进电源线回路  但是机身后面空位不太  放两个输出接线柱  再放电源插座就不够地方放它了  除非电源线直接通里面不用插座

  3. 用个带开关的电源插座  这个一来得买  二来这么紧凑的东西电流只怕到不了16A

  4. 后面不放开关  前面用个小开关控制主机辅电回路开关机  但这个开关需要接入热电部分  需要和控制板独立  面板要找地方开口  不好看也不方便

  5. 用一个常工作的小隔离电源给控制板  然后通过光耦等来控制主机辅电和电源是否启动关闭

  6. 用个一直接入热电的小电路  单片机或者模拟电路  通过隔离变压器使用高频交变信号  与无电的控制板通信   原理是检测隔离变压器次边是否短路(比如次边通过电容与按钮串接  启动后小电路不再提供信号  也不影响控制板工作)  但做起来是复杂了

方案方面:

  1. 做个高性能的精品还是做个便宜实用的

  2. 做个方便简单的还是做个可调整参数很多的

抉择好难  可能要想一阵子  大家有什么意见或者参考么?  有什么便宜的ADC/DAC介绍? 有什么好用的PID参数或者模糊PID规则?或者有什么我没考虑到的? 毕竟是个3000w的东西  漏想什么可能就爆我一脸了

[修改于 1 个月前 - 2021-10-24 06:56:43]

来自:电子与无线电 / 电子技术
1
虎哥
1个月6天前
1楼

两个电位器两个表头完事,搞那么复杂不如干脆设计一个全新的数控电源产品了…

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amo
1个月6天前
2楼

自己做数控板的话,建议先拿LM2576之类的小模块练练手,搞定了再移植过去

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m24h作者
1个月6天前
3楼
引用虎哥发表于1楼的内容
两个电位器两个表头完事,搞那么复杂不如干脆设计一个全新的数控电源产品了…

一个简单的大功率开关电源 即使原理简单 电路可抄 做出来对普通人依然很难

  1. 元件众多 光收集就非常费事和费钱 通常需要几家或者十几家去采购 光邮费都可能比零件贵  即使照抄零装一个 花钱比买十个都多

  2. 有些元件也特殊难买难加工 比如如铜板而不是漆包线的变压器 覆铜板也是厚敷铜 还有 这个电源功率板上双面放元件 元件上是设计好的散热器 两面的散热器的两个顶面 正好顶到两边机壳 可以拧上螺丝 整机非常小巧 普通爱好者做出肯定体积大两倍

  3. 即使中兴也出到V4.3才算稳定 这种大功率的东西需要时间考验 比方说去掉自适应延时更好这种违反芯片厂家推荐的做法 没有大量的爆管普通爱好者无法知道

所以说完全去设计一个新的 等于浪费普通爱好者的时间和金钱啊 而“改装” 这个复杂度  又是在普通爱好者可以承受的范围 而且收益也是明显的 一个成品大功率数控电源价格极高 我也是没有需要没有好处不会这么做的

至于数控我考虑过了 觉得还是必要的 我现在用的电源就不是数控的 电压电流变位器都坏了几次换了几次了 

其实看我文章 自制数控部分改装上去基本是我心中的定局  其他买别人的也不过是个概括 花点零散时间动手设计和操作也是爱好者应该折腾的

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大仙
1个月6天前
4楼
引用m24h发表于3楼的内容
一个简单的大功率开关电源 即使原理简单 电路可抄 做出来对普通人依然很难元件众多 光收集就非常费事和...

8266和ESP32用在电源这种需要可靠性很高的东西上不靠谱,最近在用浙江某公司的ESP32 PLC功能挺多的,价格也很便宜,就是不太稳定,厂家说还在改bug。

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m24h作者
1个月5天前
5楼
引用大仙发表于4楼的内容
8266和ESP32用在电源这种需要可靠性很高的东西上不靠谱,最近在用浙江某公司的ESP32 PLC...

这是可能的  IDF的库就不断修改  我还发现过bug给他们去信过

STM和pic可能就稳定得多 但是本来复杂的东西  即便用老牌子的芯片 也一样会出问题 有硬件也有软件的 这也是很难避免的  但是也不能因此就放弃  只做最简单可靠但不够方便的方案

今天下单买ADC/DAC了  连续几家都没货  哎

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m24h作者
1个月2天前
6楼

目前确定了mpu用ESP32c3(但是引脚还在尽量腾挪 真不够用 ESP8266又更不够了 恨不得再用两片pic12f508帮忙扩展IO ESP32又太大)

显示用1.14寸st7789的IPS TFT彩屏

ADC可能用I2C的 ina226/233(后者温飘小一半 但贵而且可能买不到)备选ADS1115 

DAC还没有满意的 可能用I2C的DAC7574 mcp4728 mcp4726(因为I2C地址是固化和分批的 就怕买到一批地址一样的)

好想用一块AD5593把AD/DA/IO全扩展解决 正好综合全精度满足我0.2%的要求 就是太贵 不是缺钱 但是用这样的方案会觉得不理想和低效

关键在占用ESP引脚/可购性/性能上均衡 尤其是中意的元件不一定买得到 我都得买到了才敢设计电路

很多商家根本发不出元件就在网上挂 结果现在网络会自动判断 超时自动赔偿 然后我居然赚了不少 这比白嫖感觉还开心 今天我都吓了一跳 

Screenshot_2021-10-28-20-14-46-952_com.taobao.taobao.jpg

毕竟一单就有那么多种元件。。。


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m24h作者
27天20时前 修改于 27天20时前
7楼

终于确定了

ESP32 (实在需要IO脚) st7789彩屏  双旋钮 ADC用cs1237(虽然是电子秤用的 难得自带振荡器 可用外部基准源 增益没固定在个大数 就是接口不是标准SPI 需要浪费ESP32引脚) DAC直接用PWM加超过3阶的低通滤波

基本全国产元件 都除了个基准源ref5025 (额 还有个AP1117)

话说国产有PWM的DAC 有Sigma-Delta的ADC 但是精确的SAR ADC和简单的R-2R电阻网络的DAC都没有 包括精密的电压源 因为这些虽然设计简单 但是加工精度需要保证  例如需要用类似激光的手段在IC上做出准确的电阻 可见基础还是需要大力改进 不然怎么好意思说什么赶超

而且发现 最近芯片真涨价好多 就连ESP也涨了几成 进口ADC/DAC我也感觉用不起或者买不到了

先上初版给大家 怎么说 这个词叫“斧正” 用起来感觉很有范

main_sch.png

还剩3个片内ADC和两个GPIO扩展的可能  不过有可能就这个电路图ZXD的小窗口里就放不下 可能要放在两块PCB里实现 如果把TFT放在ESP32背上应该能省出足够空间 但怕ESP32开WiFi后温度太高把TFT烤坏

风扇控制板和假负载板都好弄 就连开机板也有想法(正好没一块钱进了几块PIC12f508)这些都等基本OK再设计增加 (不加问题也不太大 尤其假负载放电 其实电源主动迅速降低电压是可能导致反灌的  电源问题不大 但它供电的线路的某些BE间的PN结可能会反向击穿的)

USB口开在哪儿还得想想 省去了部分典型下载电路 必须手动按着电流键开机或插USB才可以下载  否则运行中下载可能会出问题 按理CH340N就够用 但我手上只有CH340C

此外发现个在线仿真网站很好用啊 推荐一下

IMG_20211102_151331.png

PS 加个题外话 央视那个公开的“中国电磁炮”有人看了没有。。。我只觉得无言以对

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m24h作者
10天11时前
8楼

更新一下 电路图有所改变 为了在这么小空间弄出PCB 放弃了IO-MUX走GPIO的SPI 端口能就近用哪个就用哪个

sch.png

PCB也设计好了还做出来了 需要飞两根线 而且电源VDD走线有些地方也是冒险的细 SMD器件的焊盘出线角度也不算规范 而且ESP32部分引脚需要用聚酰亚胺胶带屏蔽 也在无铜区放线了。。。。两边各是一个EC11编码器 可以对比看出板子太小  只有81mm*27mm大 又要个人可以实施 尽量减少过孔 只能这么做了

pcb_F_Cu.png

pcb_B_Cu.png

IMG_20211120_000006.jpg

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m24h作者
8天10时前
9楼

IMG_20211122_003513.jpg

元件都上去了 ESP32启动log也看到了

然后就是软件了。。。还在micropython和IDF之间徘徊

为了走线和过孔 装配时候用了聚酰亚胺胶带纸 也屏蔽ESP32几个脚。。。

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m24h作者
8天8时前
10楼

惨哉!!!

刚才检查时候发现 参考电压应该接 cs1237的ref-in脚 却接到了ref-out脚 。。。这是一个无逻辑的错误 体现了凡人必有疏忽

只好划断两根铜箔再飞两条线 线路图改了 但是不会再改PCB公布了 。。。毕竟只是自己用 不会去生产

IMG_20211122_025550.jpg sch.png

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街头老杨
7天21时前
11楼

费这个劲自己做线路板,不如嘉立创24H打样,免费还包邮。 


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m24h作者
7天11时前
12楼
引用街头老杨发表于11楼的内容
费这个劲自己做线路板,不如嘉立创24H打样,免费还包邮。 

一来 制作电路板实际只花了两天晚上(因为做了两次 又花了一天焊接 这是这个项目最快速的阶段 无论是构思 设计 还是后面的编程 都远比这个耗时。。。。就拿下载最新IDF开发环境而言 我下了一天到现在都没成功呢

二来 这个也就我自己用 电路设计毫无创新和独特之处 估计感兴趣甚至照抄的人都会及其罕见 我预估这个项目中 最令人搜索和阅读和模仿和有所创新的部分 居然应该还是电路板的制造部分(虽然在另一篇文章)

三来 我不喜欢白嫖 如果嘉立创收点小钱倒还罢了 我对不该免费的东西免费感觉不安心

四来 我想用掉那些干膜油墨腐蚀剂等 不然有生之年只怕用不掉了 我也是一个喜欢动手的人

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m24h作者
4天9时前
13楼

IMG_20211126_012423.jpg

界面设计好了 找了好久才找到心仪的字体 有数码管的感觉

当然下面一栏应该是类似联网状态 温度 风扇 负载瓦数等杂项。。。不过也可以考虑联网滚动出供饭消息等

测试了一下st7789(240*135像素)的性能 确实不错 单线传输时钟20Mbps没有问题 走GPIO不走IO-MUX也没有问题  ESP32刷像素如果用双缓冲区交换写刷 刷过25帧率也没有问题 意味着可以放小电视了

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