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網(wǎng)上看到的一篇作品轉(zhuǎn)給大家學(xué)習(xí)一下
這個(gè)設(shè)計(jì)源于我十多年前制作的一個(gè)恒流、充電放電器，當(dāng)時(shí)是應(yīng)朋友的需要制作的，現(xiàn)在我把它重新設(shè)計(jì)制作成用M16單片機(jī)控制的多功能數(shù)控電源，這個(gè)電源可作穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源使用，也可作為一個(gè)直流電子負(fù)載使用（恒流放電），可以用來測試電池容量或給電池充放電、元器件測試等用途。
電源的輸出電壓0-25.00V連續(xù)可調(diào)，步進(jìn)值0.025*2=0.05V。
電源的輸出電流0-2.500A連續(xù)可調(diào)，步進(jìn)值0.0025*2=0.005A。
恒流型電子負(fù)載放電電流0-2.500A連續(xù)可調(diào)，步進(jìn)值0.0025*2=0.005A。
有充電、放電計(jì)時(shí)器，最小計(jì)時(shí)時(shí)間1分鐘，最大計(jì)時(shí)時(shí)間99小時(shí)，可以精確控制充電時(shí)間，記錄放電時(shí)間，測量電池容量。
一個(gè)由DS18B20組成的溫度測量裝置，可以設(shè)置控制溫度0~120℃。
電源可以工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，也可以工作在穩(wěn)流狀態(tài)，可在穩(wěn)壓、穩(wěn)流狀態(tài)自動(dòng)切換。當(dāng)把輸出電流設(shè)置到大于負(fù)載電流時(shí)，Q7飽和導(dǎo)通，這時(shí)電源作為一個(gè)穩(wěn)壓電源使用。當(dāng)把輸出電壓設(shè)置到大于負(fù)載電壓時(shí)，Q5飽和導(dǎo)通，這時(shí)電源作為一個(gè)恒流電源使用。當(dāng)設(shè)定好輸出電壓、輸出電流時(shí)，電源可跟據(jù)負(fù)載變化情況，在穩(wěn)壓、穩(wěn)流之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換。
為了電源運(yùn)行可靠，電源設(shè)置一個(gè)散熱控制系統(tǒng)，設(shè)有調(diào)整管子超功耗報(bào)警，電子負(fù)載超功耗報(bào)警，電子負(fù)載超電壓報(bào)警，低壓差設(shè)計(jì)。
這是電源的外觀：
鍵盤與LCD顯示器：
穩(wěn)壓穩(wěn)流器的工作原理：
運(yùn)放U3A，U3C，Q2，Q5，Q9等組成穩(wěn)壓電路，其中Q9控制穩(wěn)壓穩(wěn)流器是否工作，當(dāng)單片機(jī)端口PD2為高電平時(shí)，Q9飽和導(dǎo)通，穩(wěn)壓穩(wěn)流器處于工作狀態(tài)，當(dāng)PD2為低電平時(shí)關(guān)閉穩(wěn)壓穩(wěn)流器。運(yùn)放U3C是為了消除電源電流取樣電阻R43上的電壓降對電源輸出電壓的影響而設(shè)置的，它與R1、R2共同組成對電源的輸出電壓進(jìn)行取樣。電路的工作原理用文字說明比較煩瑣，我把它用一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式來說明，有什么問題咱們可以共同討論，電源的輸出電壓由下式?jīng)Q定 (見原理圖) ：
輸出電壓Uout：
輸出電壓Uout1：
UR43上的電壓：
輸出電壓Uout：
式中Uout是電源的輸出電壓（負(fù)載兩端的電壓），Iout是輸出電流，Vpwmv是M16的DA轉(zhuǎn)換電壓，跟據(jù)設(shè)定條件可產(chǎn)生0~5V的參考電壓。這里有必要說明的是，這個(gè)電源給單片機(jī)的供電電壓不是用5V而是用5.12V，這樣在用PWM作DA轉(zhuǎn)換時(shí)是步進(jìn)值為一個(gè)整數(shù)，以方便計(jì)算和顯示數(shù)值，電源也是以它作為基準(zhǔn)的，它的精確程度與穩(wěn)定度基本上決定了電源的精度及穩(wěn)定性能，R43是測量電源電流的取樣電阻。
運(yùn)放U3B，U3D，Q7等組成穩(wěn)流電路，輸出電流的大小由下式?jīng)Q定：
式中Vpwma是M16的DA轉(zhuǎn)換電壓，跟據(jù)設(shè)定條件可產(chǎn)生0~5V的參考電壓，用來控制穩(wěn)定電流的大小。
電源是工作在穩(wěn)壓狀態(tài)還時(shí)恒流狀態(tài)是通過單片機(jī)adc4端口，測量運(yùn)放U3A輸出電壓來判斷的，當(dāng)運(yùn)放U3A輸出電壓>11V，Q5進(jìn)入飽和狀態(tài)，電路工作在恒流狀態(tài)，LCD相關(guān)位置顯示“CC”。當(dāng)運(yùn)放U3A輸出電壓<1V時(shí)，電路工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，LCD相關(guān)位置顯示“CV”。
為了降低調(diào)整管功耗，電源的輸入電壓分為兩檔，由繼電器K1切換，Q3，R20，D1，單片機(jī)端口PA7，組成K1的控制電路，當(dāng)輸出電壓＜10.1V時(shí)，切換到13V檔，當(dāng)輸出電壓≥10.10V時(shí)自動(dòng)切換到13+13=26V檔。
電子負(fù)載的工作原理：
當(dāng)單片機(jī)端口PD2輸出低電平時(shí)，Q4處于截止?fàn)顟B(tài)，電子負(fù)載進(jìn)入工作狀態(tài)，U4A，U4B，Q6等組成恒流型電子負(fù)載電路，它的輸出電流由下列式子決定：
式中的Iload是流過電子負(fù)載的電流，大小由Vpwma決定。
元器件選擇及制作注意事項(xiàng)：
電阻R43是電源電流測量的取樣電阻，選用0.1Ω 2W的金屬膜電阻，其余電阻選用1/4W精度1%的金屬膜電阻。電阻R1，R2取值盡可能準(zhǔn)確，R37，R38取值盡可能相等。電容全部用獨(dú)石電容，見元件表。
制作時(shí)先安裝好板子上除Q6與M16、LCD以外的全部元件，Q2、Q6、VR1、D2它們共用一個(gè)散熱器，應(yīng)與散熱器絕緣安裝。用一個(gè)1K 的多圈微調(diào)電阻替代R42與R42*，用一個(gè)5K 的多圈微調(diào)電阻替代R3與R3*，用一個(gè)50K的多圈微調(diào)阻替代R51與R51*。
在VR2的輸出端接一個(gè)數(shù)字電壓表，調(diào)整1K的多圈微調(diào)電阻，使VR2的輸出電壓到5.12V，這個(gè)電源是以它為基準(zhǔn)的，請仔細(xì)準(zhǔn)確調(diào)整。然后把它更換為固定電阻，如果不是標(biāo)稱值，可用兩個(gè)電阻串聯(lián)，盡可能的與調(diào)試值保持一致，電路板上有兩個(gè)位置。
安裝好M16與LCD，用ISP下載線下載程序(燒寫時(shí)把mydc25.hex文件寫入EEPROM)。按S3、S4調(diào)整預(yù)置電壓到1.5V~1.9V區(qū)間的一個(gè)任意的電壓值，按S5、S6調(diào)整預(yù)置電流到2.500A，輸出端接一數(shù)字電壓表，按S1啟動(dòng)電源，測量電源空載時(shí)的輸出電壓，記下這個(gè)電壓值，再接一個(gè)1Ω5W左右的負(fù)載電阻到電源輸出端，調(diào)整5K的多圈微調(diào)電位器，使輸出電壓與空載時(shí)的輸出電壓一值，這個(gè)非常重要，請仔細(xì)調(diào)整。最后用固定電阻替換多圈微調(diào)電阻。
輸出電流的調(diào)整，接一個(gè)1Ω5W左右的負(fù)載電阻到電源輸出端，按S5、S6調(diào)整預(yù)置電流到0.500A，按S1啟動(dòng)電源，按S3、S4調(diào)整電源輸出電壓，使電源進(jìn)入恒流狀態(tài)，LCD相關(guān)位置顯示“CC”，調(diào)整50K的多圈微調(diào)電阻，使輸出電流與預(yù)置電流一致。
通過上述幾個(gè)步驟的調(diào)整，這時(shí)電源穩(wěn)壓恒流部分就可以正常工作了�？梢园惭b上Q6，電子負(fù)載部分不用再調(diào)試就可以正常工作了。
這是電源上電后顯示狀態(tài)。圖中第一行的第一項(xiàng)“Power”顯示電源工作在穩(wěn)壓穩(wěn)流模式。第二項(xiàng)“OFF”表示電源關(guān)閉，電源啟動(dòng)后跟據(jù)不同的工作狀態(tài)顯示“CV”或“CC”。第三項(xiàng)“Uo 0.00，4.20V”逗號前表示實(shí)時(shí)輸出電壓，逗號后面顯示的是預(yù)置電壓（充電時(shí)是充電終止電壓）。第二行的第一頂“Po 0.00W”顯示電源的輸出功率。第二項(xiàng)“Io0.000,0.400A”逗號前表示實(shí)時(shí)輸出電流，逗號后面表示的是預(yù)置電流（充電時(shí)是充電預(yù)置電流）。
S1電源啟動(dòng)停止按鍵，啟動(dòng)時(shí)蜂鳴器響一聲，停止時(shí)響兩聲， 啟動(dòng)時(shí)長按下存儲(chǔ)當(dāng)前預(yù)置電壓、電流值到EEPROM中，LCD第二行第一項(xiàng)顯示“save powe”數(shù)秒，下次開機(jī)后就可以直接使用這些設(shè)置。
S2是模式選擇按鍵，按動(dòng)它可以在（穩(wěn)壓穩(wěn)流、電子負(fù)載、電池測試）這三個(gè)工作模式之間循環(huán)切換，當(dāng)電源在穩(wěn)壓穩(wěn)流、電子負(fù)載工作模式下啟動(dòng)后，按動(dòng)該鍵可以選擇顯示輸出功率或顯示當(dāng)前溫度。
S3、S4電壓+、電壓-按鍵，用來預(yù)置輸出電壓或?qū)崟r(shí)調(diào)整輸出電壓，長按下可以快速步進(jìn)。
S5、S6電流+、電流-按鍵，用來預(yù)置輸出電流或?qū)崟r(shí)調(diào)整輸出電流，長按下時(shí)可以快速步進(jìn)。
按動(dòng)S2一次，電源進(jìn)入電子負(fù)載工作模式。第一行第一項(xiàng)顯示“Load”，其余各項(xiàng)與上一工作模式相同，第三項(xiàng)“UL 0.00， 3.00V”逗號前表示實(shí)時(shí)負(fù)載電壓，逗號后面顯示的是預(yù)置電壓（電池放電時(shí)是放電終止電壓）。第二行的第一頂“PL 0.00W”顯示負(fù)載消耗功率。第二項(xiàng)“IL0.000,0.600A”逗號前表示當(dāng)前流過負(fù)載的電流，逗號后面表示的是預(yù)置電流（放電時(shí)是放電預(yù)置電流）。
各按鍵功能與上一工作模式相同。啟動(dòng)時(shí)長按S1存儲(chǔ)當(dāng)前預(yù)置電壓、電流到EEPROM，LCD第二行第一項(xiàng)顯示“save load”數(shù)秒。
再次按動(dòng)S2一次，電源進(jìn)入電池測試工作模式中的電池充電狀態(tài)。第一行第一項(xiàng)顯示“Bat_C”。此時(shí)按S4可以切換設(shè)置充電時(shí)間“TS”與溫度“ts”，用S5、S6預(yù)置充電時(shí)間與溫度。長按S4可以把當(dāng)前預(yù)置數(shù)據(jù)存入EEPROM，LCD第二行第一項(xiàng)顯示“save Tsts”數(shù)秒。電池的的充電電流，充電電壓是在“Power”工作模式設(shè)置的，如果需要可以返回到該模式設(shè)置。
按S1啟動(dòng)充電，這時(shí)“Ti”顯示當(dāng)前充電時(shí)間，“te”顯示當(dāng)前測量溫度。“UO”顯示當(dāng)前電池電壓，預(yù)置充電終止電壓。“IO”顯示當(dāng)前充電電流，預(yù)置充電電流。當(dāng)充電到滿足下面任一條件時(shí)充電終止，1.電池電壓達(dá)到預(yù)置值時(shí)充電終止，相關(guān)位置顯示“UFF”。2.充電時(shí)間到達(dá)預(yù)設(shè)值時(shí)充電終止，相關(guān)位置顯示“TFF”。3.當(dāng)電池溫度到達(dá)預(yù)置值時(shí)充電終止，相關(guān)位置顯示“tFF”。這樣就可以判斷充電是在什么條件下結(jié)束的。
按動(dòng)S3可以切換到電池放電狀態(tài)。在電池測試工作模式，電池是充電還是放電是由S3來切換的。第一行第一項(xiàng)顯示“Bat_L”。按S4可以顯示放電時(shí)間“Ti”，電池容量“CT”，溫度“te”。放電終止電壓、放電電流是在“Load”工作模式設(shè)置的。如果需要更改可返回到該模式設(shè)置。
S1啟動(dòng)放電，“Ct”顯示當(dāng)前電池容量，“Ti”當(dāng)前放電時(shí)間，“te”當(dāng)前電池溫度。“UL”顯示當(dāng)前電池電壓，放電終止電壓，“IL”顯示當(dāng)前放電電流，預(yù)置放電電流。當(dāng)電池放電滿足下列條件之一，放電被終止。1.當(dāng)電池溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度時(shí)放電被終止，LCD相關(guān)位置顯示“tFF”。2.當(dāng)電池電壓下降到預(yù)置的放電電壓時(shí)放電被終止，LCD數(shù)關(guān)位置顯示“UFF”，電池容量顯示“CF”，這個(gè)數(shù)值是電池實(shí)際容量。
電源更多功能，源代碼里有詳細(xì)的注釋，可以參考。
原理圖：
PCB圖：
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