0~20V 0~3A 数控同步整流充电实验两用电源（KIS-3R33S & ATmega8L）
本帖最后由 jun427 于 2012-10-8 10:16 编辑0~20V 0~3A数控同步整流充电实验两用电源（KIS-3R33S & ATmega8L）
降压型DC-DC转换器KIS-3R33S电源模块，采用了先进的同步整流技术，工作频率高达340KHz，转换效率高，开关噪声小。用它来制作的多用途的可调稳压稳流电源，也具有体积小效率高的特点。电源的主要用途是用来给电池充电，由于它各项指标较好，也可以用来作实验用电源。
电源输出电压0~20V连续可调，调整步长0.02V。
输出电流0~3A连续可调，调整步长5mA。
充电计时控制0~99小时，调整步长1分钟。
电源的效率最高可达90%，纹波<4mVpp，噪声<6.5mVpp。如果再加上一个散热风扇，电源的连续输出功率可达40W。
电源用两块PCB叠加安装。这是电源的正面：
电源反面：
电源散热风扇组件(如果电源输出功率不大于10W，可以不使用散热风扇) ：
原理图：
装配图：
源代码：
电源的工作原理，同步整流模块U2，运放U4A、U4B、D3组成稳压电路，等效原理下面图示
调整参考电压pwmv从0~5V变化，相应的输出电压Uout从0~20V变化，R27、（R31、R17）决定了输出电压，也是输出电压测量电路的组成部分，通过电阻R12到单片机的ADC0，测量电源的输出电压。
当输出接有负载时，Iout>0，取样电阻R41上的电压Ur41>0，这时输出电压等于Uout+Ur41，使输出电压减小了Ur41。运放U4A就是为了消除电源电流取样电阻R41上的电压对电源输出电压影响而设置的，它与R27、（R31+R17）共同完成电源的电压取样，实现输出电压的稳定。 输出电压可参考下列式子：
在电源模块U2的输出端接入了由L2、C18、C15进一步的对电源的输出进行滤波，使电源的输出纹波降到了几个毫伏的水平。
空载输出9.5V时的输出纹波：
输出电压9.5V，输出电流2.021A时输出纹波：
输出电压9.5V，输出电流2.021A时的输出噪声：
运放U4C、U4D、D4等组成稳流电路见原理图，电源输出电流通过电阻R41采样，U4C放大，一路到单片机adc1显示输出电流，另一路到U4D作比较放大。调整参考电压pwma，相应的电源输出电流从0~3A变化，输出电流大小由下式决定：
adc2、D8、R11组成电源工作状态检测电路，当输出高电平时，电路工作在稳流状态，否则工作在稳压状态。U1的PD6、R44、R29组成电源的启动/停止电路，当PD7输出高电平时启动电源输出，低电平时关闭电源输出。
Q1、R40、Rt的PB3组成散热控制电路，Rt是测温热敏电阻，安装在电源模块U2的下面，通过ADC4采样，PB3输出高电平时启动散热风扇，低电平时停止散热风扇。如果电源输出功率不大于10W，可以不使用散热风扇。
U3、C19、C20、C31、L3等组成一个+9V电源，供控制电路使用，输出电压通过R26改变， 当R6采用标称值82K时，实际输出电压8.7V。P6端口接有开关S、R46可用来控制电源是否工作，当S打开时U3正常工作，S闭合时U3停止输出。R46可跟据输入电压选择，输入电压12V时，R46取值33K。输入电压23V时，R46取值15K。这个R46也可以不使用，但当电源作为充电器使用时，如果遇到突然停电，电池会向电源放电。U5、C24、C25组成-9V电源，提供给运放U4_LM324使用。
R28、R30、ADC3组成电源输入电压测量电路，测量范围0~25V。电源的输入电压可以是12V~24V之间的任何一个电压值，相应的输出最高电压为9V~20V，输出的最高电压是由单片机跟踪输入电压自动限制的，例如，电源的输入电压12V，那电源的输出电压只能在0~9V这个区间调整。
电源的控制单片机使用DIP封装ATmega8L，VR1_LM317等组成一个+5.12V的电源为其供电，这个+5.12V电源是整个电源电压电流基准，它的电压精度、稳定性直接关系到整个电源的这些相关指标。取值5.12V电压时，DA转换步进值为整数，这样方便计算与操作。
PB1、PB2输出pwm信号作DA转换。其中PB1控制电源的输出电压，PB2控制电源的输出电流，
在实验中发现，在给电源上电或断电时，产生的冲击电压<0.6V，实验对象非常安全。电源的电压转换速率也表现良好。
元件选择与调试：电阻R27、R31、R17选择1/4W，1%精度的金属膜电阻，并且对它们进行适当的筛选，以保证输出电压的精度。R41选择2W，1%精度的金属膜电阻。C16~C20选用AFK高频电解电容。L2用电源模块上的功率电感自制，取下电感，用热风枪300 度温度加热10秒钟左右，就可以取下磁芯，用 直径0.51mm，长度170mm漆包线绕制，也可用原磁芯上的线双线并绕，总之这个电感量取值2.2~3.3uH比较合适，太大容易产生自激。电源模块U2、U3要作一些前期处理，如图所示：
U2拆除图中黄色圈内+红色圈内的元件，U3拆除图中黄色圈内的元件。
F1 5A的保险也取自电源模块下图中红色圈内元件。
安装显示屏时应把排母与屏连接好，再用M2.5x7mm的铜柱与PCB安装好，最后进行焊接，以保证安装精度。同样的两块PCB之间的接插件P4a、P4b用同样的办法安装就位后，再进行焊接，两块PCB之间是用M3x11mm的铜柱连接的。
调试第一步，电路板安装完成后，先不插入U1、U6，调整R24、R25使VR1输出电压为+5.12V，安装好U1、U6，写入固件程序SR_DC20.hex与SR_DC20.eep。熔丝位设置如图所示。
电源上电后显示如下面图示，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”。第二行大字符显示输出电压，后面的小字符显示的是预置电压。第三行大字符显示输出电流，后面的小字符显示预置电流，第四行大字符显示输出功率。
电源充电状态：
按键S1短按是电源ON/OFF开关，长按存储当前的预置电压、电流及充电状态的时间。S2短按是电压、电流设置选择开关，字符串“set↓”表示当前设置项。长按可在稳压稳流模式“Power”与电池充电模式“Battery_C”相互转换。S3、S4短按是加一或减一，长按是连续加边连续减。电压、电流、时间的调整都是通过它们实现的。
第二步调整电源的输出电流，在电源输出端串接一个适当的负载与数字电流表，启动电源，调整电压电流使电源进入稳流状态，LCD第一行第二项显示“CC”，调整R43、R45使数字电流表与预置电流一致。再调整函数“void adc_conversion(void)”中的代码使电源的显示电流与输出电流一致。
case 1:
adc1=filter_adc();
adc1=2560*adc1;//实时电流
adc1=adc1/504;
break;
第三步调整电源负载时的输出电压，在电源的输出端P7处接数字电压表（注意这个一定要接在P7端子上，因为电源的电压取样是在这个端子上），按S1启动电源，调整输出电压在一个适当值，例如5.00V，记录这个电压空载值，给电源接入一个适当的负载电阻，使输出电流大于1A，调整电阻R34、R35，使负载电压与空载电压一致。最后调整函数“void adc_conversion(void)”中的代码使输出电压与显示电压一致。
case 0:
adc0=filter_adc();
adc0=2560*adc0;//实时电压
adc0=adc0/1276;
break;
第四步调整电源的散热控制，调整函数“void Thermal_control(void)”中的相关代码，见注释。
补充充电使用方法：
根据被充电池对充电电压、充电电流的要求，在“Power”状态设置好电压与电流，长按S2进入“Battery_C”充电状态，设置好充电时间。按S1开始充电(如果要存储这些设置就长按S1开始充电)，当充电到设置电流的10%时，或到达充电设置时间时充电完成。
嗯，刚才又试了一下，终于能上传附件了
操作说明不对之处还请吕老师和广大网友补充 给这个电源制作了外壳，使用起来方便多了，发几张图片。
本帖最后由 jun427 于 2012-12-27 21:45 编辑
20121227重要更新：发现当电池充电时，如果遇到供电电源中断，再次恢复供电后会产生电池向电源回放电问题。
这个错误是上一个版本加入数据存储时引入的，现在修改为电源上电时进入稳压稳流状态，以修正上述问题。上一个版本是电源上电时进入数据存储状态。请及时更新，防止损坏电源及电池。
新的代码： 大师又出新作品拉
你的KIS-3R33S是2307那种还是别的什么 不好意思，图片上看到是2307了， 好东西！ 475627406 发表于 2012-10-7 21:32 static/image/common/back.gif
大师又出新作品拉
你的KIS-3R33S是2307那种还是别的什么
是MP2307，那种不到1.00 牛逼。
都是大师级啊。 以前也搞过MP2307,还可以做负压。 前排占位学习，先顶贴在学习 哈哈 大师又出手了 吕老师又出新作了。 以前的作品，电子负载+电源的PCB还有不？想做一套 好东西～记号 这个模块很多卖制作起来应该很容易 好东西，很精美。
哪天参考一下模拟部分做两个出差用。
好像不只我一个人受困于外壳问题{:lol:} 好东东，可以充哪种电池？ 3R33又要热卖了 这个非常好 居然有源代码？半夜上来顶下。 膜拜大师新作。 拜读新作，又可以学到很多东西 赞一个{:victory:} 必须要顶顶 真精致{:3_59:} 第一时间从楼主那里得到PCB，很精致。
下面就是搜集元器件，然后开工。 可否上原理图的pdf档案，图片看不清楚 我觉得电路虽然简单但很实用
可以考虑用3-4只3R33并联跟踪这样代价没多到那里去
另:电路应用在12V以内比较保险,毕竟2307的耐压先天不足 受益匪浅，不顶不义啊！！！ jun老师又出新作了,液晶屏是什么型号? PCBBOY1991 发表于 2012-10-9 11:06 static/image/common/back.gif
jun老师又出新作了,液晶屏是什么型号?
型号：RCU6093 zhuhanliang 发表于 2012-10-9 10:26 static/image/common/back.gif
可否上原理图的pdf档案，图片看不清楚
原理图：
安装PCB: 板子很帅，显示很靓，思路很酷 楼主这个屏是在那里买的 juncheng88 发表于 2012-10-9 15:03 static/image/common/back.gif
楼主这个屏是在那里买的
同问这个屏是在那里买的、哈哈这个非常重要。 哎哟，第一个电源都没有做出来，这又来一个。。。。额滴天~ jeep 发表于 2012-10-9 15:10 static/image/common/back.gif
同问这个屏是在那里买的、哈哈这个非常重要。
帮楼主给您一个链接，此屏在这里购买：http://tradearchive.taobao.com/trade/detail/tradeSnap.htm?spm=a1z09.2.9.194.cae382&tradeID=117753640945505 jianjun42 发表于 2012-10-9 16:30 static/image/common/back.gif
帮楼主给您一个链接，此屏在这里购买：http://tradearchive.taobao.com/trade/detail/tradeSnap.htm?spm= ...
谢谢提供了。。。。。。 这屏的背光驱动电压比较麻烦 这屏的背光颜色很容易改变
jianjun42 发表于 2012-10-9 08:23 static/image/common/back.gif
第一时间从楼主那里得到PCB，很精致。
有一点没看明白，板子上的贴片电解电容怎么是两个通孔PAD？怎么焊接？如C16。 zpxa001 发表于 2012-10-10 16:01 static/image/common/back.gif
有一点没看明白，板子上的贴片电解电容怎么是两个通孔PAD？怎么焊接？如C16。 ...
那里有贴片原件啊？楼主位的图，就是直插的啊
是贴片元件，把安装脚弄直再安装 本帖最后由 zpxa001 于 2012-10-10 19:00 编辑
maxims 发表于 2012-10-10 16:23 static/image/common/back.gif
那里有贴片原件啊？楼主位的图，就是直插的啊
24楼第二张图上面的一块PCB板上的电解电容是贴片电解电容的封装外形，焊盘却是通孔；另外，从楼主发的第二张图上的焊装好的板子来看，貌似焊装的是贴片电解电容啊？？？{:smile:} zpxa001 发表于 2012-10-10 18:59 static/image/common/back.gif
24楼第二张图上面的一块PCB板上的电解电容是贴片电解电容的封装外形，焊盘却是通孔；另外，从楼主发的第 ...
是这样处理后安装
本帖最后由 zpxa001 于 2012-10-10 20:36 编辑
呵呵，难怪。
楼主的设计很是精良、巧妙，学习了。{:smile:}{:smile:}{:smile:} 点原理图下载，没有实质内容 jun427 发表于 2012-10-10 20:18 static/image/common/back.gif
是这样处理后安装
哈哈哈，这样就很容易焊接了 本帖最后由 jun427 于 2012-11-3 09:02 编辑
11月1日，发现这个电源在按S1启动时，产生图示的现象(与预置电压没有关系)，这对于电池充电是完全可以接受的，但作为电源可能会损坏实验对象，问题正在解决中......
开机的电压过冲，我自己打算做的那个电源开机的时候也有类似的过冲，是在仿真软件上看到的，其实安捷伦的电源也有开机过冲，就是你的这个幅度比较大。 先做个记号 通过用软件改变启动方式，在“power” 稳压稳流状态，按S1空载启动时电源输出非常理想
负载启动在继续改进中......
这个是电源上电时电源输出
记号，手里正好还有几百个模块，几片屏，正合适。 sdxjgby 发表于 2012-11-5 22:58 static/image/common/back.gif
记号，手里正好还有几百个模块，几片屏，正合适。
朋友，你有那么多转让10片给我好不好？ jianjun42 你想要屏幕的化我这有，240*64 的 单色。13919173352短信联系。 本帖最后由 jun427 于 2012-11-9 18:39 编辑
jun427 发表于 2012-11-5 22:03 static/image/common/back.gif
通过用软件改变启动方式，在“power” 稳压稳流状态，按S1空载启动时电源输出非常理想
发一组带负载启动的波形
本次修改的内容：
1.把电源的稳压稳流与电池充电状态分开，在电池充电状态可以调整电压、电流及时间。
2.修改了稳压稳流状态的启动方式，由原来的控制U2的第1脚的启动/停止方式，改变为用PWM的控制方式，这样可有效的控制启动时的过冲电压。电池充电状态原启动方式不变，启动时存在较大的过冲电压。
3.改变启动方式后，在稳压稳流状态，如果误接入电池会产生电池向电源放电。增加了误接入电池的保护功能。
4.增加了在电池充电状态，如果电池在线，禁止转换到稳压稳流状态。
5.新增可存储30组数据的功能，可以在各电压、电流、时间组合之间迅速切换。上电或在电源OFF状态长按S1，就可进入该介面，
数据存入，在稳压稳流或电池充电状态，调整好电压、电流、时间，长按S1进入数据存储介面，按S3、S4选择要存储号码，按S2存储数据，这时相关的电压、电流、时间项，显示当前存入值，按S1返回稳压稳流工作介面。
数据读取，长按S1进入数据存储介面，按S3、S4选择要读取数据号码，这时相关的电压、电流、时间项，显示当前要读取值，按S1读取数据并返回稳压稳流或电池充电工作介面。
出个套件就好了，自己配齐东西挺麻烦的 大师又出精品，解说得很详细啊，学习了！ 留名，手头有这模块， 试过了，挺好的，数据存储功能的设立也很方便 能不能出pcb空板或套件呢 icefall 发表于 2012-11-10 17:05 static/image/common/back.gif
能不能出pcb空板或套件呢
有多余的PCB，没有其它元件。junsheng427@126.com 学习学习，楼主真是牛人。{:lol:} 高手啊，谁能帮忙买齐元器件啊 PCB和元件已定，就等到货开工了。 楼上的元件在哪订的？
我订了PCB，正在愁元件呢 各位，元件应该不难凑齐吧？玩电子的手头都应该有些积累，建议将元件归一下类，没有的淘宝一下就解决了，不过现在3R33S模块大有水涨船高之势，现在2元以下是买不到了 元件凑齐是不难，关键是一家淘宝凑齐就难于上青天了，
不知有没有朋友能组织元件团购，如有算我一份 为什么电压采样不用差分放大呢? mark!{:victory:}{:victory:} 谢谢楼主！ 不知道大师是否还有空板可提供学习？ 牛人啊，看上就非常的酷！ 元件终于备得差不多了（还差高频电容跟电感），请问吕老师，帖子内的程序是最新的吗？ 输入电压18V，调整输出电压输出0-14V左右，空载，U2电感一直啸叫，发热严重，怎么解决 s2z0g0 发表于 2012-11-28 18:55 static/image/common/back.gif
输入电压18V，调整输出电压输出0-14V左右，空载，U2电感一直啸叫，发热严重，怎么解决 ...
电路可能在自激振荡，检查C21， C27取值是否准确，必要的时候增加C21的值。 我碰到过电压和电流尾数跳变的情况，C21原值为0.033uf，我换成0.1uf，电压尾数不再跳变，很稳定，C27原值0.1uf，我换成0.22uf尾数还是跳，换成0.33uf后跳变的频率变慢，但是仍不稳定，跳变幅度5mA 看来手头的3R33S有用处，希望还能申请到pcb。
11年电赛时，想用这个模块来着。 居然现在才发现这贴。顶晚了。 学习了一下电路，不错。一个小想法：含输出电流限制的电路不适宜采用过大的滤波电容。因为当输出从恒压向恒流转换瞬间，输出电压降低，这时滤波电容中的电荷就会倾泻如负载和倒灌入电源，没有起到限流作用 膜拜大师力作 ,相见恨晚{:smile:}
C21加大到0.047uf,啸叫消除，非常安静。{:victory:} jun427 发表于 2012-11-9 18:34 static/image/common/back.gif
发一组带负载启动的波形
这个版本改变启动方式，使用控制PWM的方式，实现电源的 ON/OFF，更新代码：
本次修改的内容：
1.把电源的稳压稳流与电池充电状态分开，在电池充电状态可以调整电压、电流及时间。
2.修改了稳压稳流状态的启动方式，由原来的控制U2的第1脚的启动/停止方式，改变为用PWM的控制方式，这样可有效的控制启动时的过冲电压。电池充电状态原启动方式不变，启动时存在较大的过冲电压。
3.改变启动方式后，在稳压稳流状态，如果误接入电池会产生电池向电源放电。增加了误接入电池的保护功能。
4.增加了在电池充电状态，如果电池在线，禁止转换到稳压稳流状态。
5.新增可存储30组数据的功能，可以在各电压、电流、时间组合之间迅速切换。上电或在电源OFF状态长按S1，就可进入该介面。
数据存入，在稳压稳流或电池充电状态，调整好电压、电流、时间，长按S1进入数据存储介面，短按S3、S4（长按可连续增减）选择要存储号码，按S2存储数据，这时相关的电压、电流、时间项，显示当前存入值，短按S1返回稳压稳流工作介面。
数据读取，长按S1进入数据存储介面，短按S3、S4（长按可连续增减）选择要读取数据号码，这时相关的电压、电流、时间项，显示当前要读取值，短按S1读取数据并返回稳压稳流或电池充电工作介面，长按S1则放弃对当前显示值读取，返回稳压稳流或电池工作介面。
slqin2418 发表于 2012-11-25 20:01 static/image/common/back.gif
元件终于备得差不多了（还差高频电容跟电感），请问吕老师，帖子内的程序是最新的吗？ ...
更新代码在82楼 jun427 发表于 2012-12-1 21:55 static/image/common/back.gif
更新代码在82楼
谢谢吕老师更新呢 最近终于把元件凑齐，焊好了，一番摸索写了个操作说明
本想上传上来，可怎么上传附件老提示我”附件内容错误，无法显示“，还请大家指点
这两天正在研究调试呢 学习了，这个很有用。谢谢分享 昨天调试发现一个现象，不知道吕老师和其他坛友有没有发现。（附：我现在刷的新版的程序）
当电源带负载进入恒流工作后（我当时是用的一个3mm红色LED当负载），关机时如果不先按S1关机，直接断总电源（即切断电源的外部供电），当下次电源重新上电时电源的输出端瞬间会有电压输出。
我试验多次，当电源带LED进入恒流状态后，切断总电源，然后再次上电，LED会瞬间亮一下。
如果电源进入恒流状态后，关机时先按S1关断输出，然后在切断总电源，然后在上电，就没有这种现象。
如果电源工作状态没有进入恒流模式，不先按S1挂断输出，直接切断总电源，然后再次上电也没有这种现象。 slqin2418 发表于 2012-12-10 12:49 static/image/common/back.gif
昨天调试发现一个现象，不知道吕老师和其他坛友有没有发现。（附：我现在刷的新版的程序）
当电源带负载进 ...
刚测试了，确实有这个现象，现在还无法解释。从多次断电上电发光二极管没有损坏看（发光管是直接接到电源输出端，预置电压5V电流5mA），电压不会太高的， jun427 发表于 2012-12-10 21:46 static/image/common/back.gif
刚测试了，确实有这个现象，现在还无法解释。从多次断电上电发光二极管没有损坏看（发光管是直接接到电源 ...
亲，能否帮忙写个液晶的驱动demo？用bascom。 吕老师能推出个套件么？或者其他哪位坛友愿意出个套件啊，造福大家！ 出套件吧，仿制过您的LCR，非常好 留记号学习下，一直想弄个小点的电源 真精致,mark. 向大师学习了{:smile:} 精致漂亮 ，向吕老师致敬 最佩服楼主的手工活，精致 加外壳后更漂亮了。
不是说KIS-3R33S没有防倒灌能力，那如果充电完成后没有拿掉电池会不会倒灌？
SR_DC20.eep里面是不是存放的热电阻的分度表？ xgyadsl 发表于 2012-12-19 09:57 static/image/common/back.gif
加外壳后更漂亮了。
不是说KIS-3R33S没有防倒灌能力，那如果充电完成后没有拿掉电池会不会倒灌？
SR_DC20.e ...
这个模块本身就具备防倒放电能力，一楼有较详细说明。
SR_DC20.eep只是对EEPROM作了初始化，正常工作是用来存放电源数据。