[YJGQDD]开源一个手持式高频变压器匝数同名端测试仪

hailing · 发表于 2021-1-13 11:52:07

之前做了一块FF-BASIC-DEMO开发板，针对自己绕制变压器和变压器不良品分析时碰到的需要测试同名端和匝数的情况设计了使用上位机配合开发板测量变压器的匝数和同名端的功能。实际测试变压器时需要连上位机还是有一定的不方便，加上也有客户反应公司不能随便安装软件的问题，因此在FF-BASIC-DEMO的算法和硬件上进行了优化，利用3路ADC：1路采集初级的电压（因为有时候初级的电压不是简单的1/2VCC，当变压器漏感大，初级电感量小等情况时波形变化很大，这就要求对初级的电压波形也要采样）；2路ADC分别设计成2:1和11：1的分压比来提高次级的测试精度。（原FF-BASIC-DEMO只有次级1个11：1的ADC）。
手持设备必须使用电池供电，考虑这个设备功耗要做到很小，还是使用碳性电池供电比锂电池可靠。考虑握感的因素，最后使用了7号电池，并且专门针对电量做了测试：可以参考这里https://www.amobbs.com/thread-5743879-1-1.html。实际测试用这些测试放电完后的电池装到测试仪上还是可以工作，平时也经常使用这些放电完的电池。并且专门修改了电路：把MCU原来直接连电池的电路改为加肖特基后再对电池供电。这样直接连电池的PWM驱动线圈时电池电压会下降，但是MCU处的电压下降很少，这样快放完电的电池也可以工作很长时间。后续我会针对部分软件和硬件设计在下面讲解下。实际一对碳性7号电池应该可以累计测试工作100小时。待机电流小于2uA。
附件放上kicad格式的PCB,SCH，烧写码，SMT资料，说明书。有需要可以直接PCB打样+SMT贴片。或者在我的淘宝店里购买https://item.taobao.com/item.htm?ft=t&id=636276874331

hailing · 发表于 2021-1-13 12:01:36

补充下，我建了个网页：www.yjgqdd.cn。上面的资料也都在我的主页上可以下载到。把原理图和说明书放上来，方便直接查看。

OOXX110 · 发表于 2021-1-13 13:35:10

LZ厉害，赞！

oldmen · 发表于 2021-1-13 14:13:01

楼主厉害了

hailing · 发表于 2021-1-13 14:14:56

之前看到一个帖子，是关于变压器的次级出线没拧在一起算是半匝还是一匝的帖子。我测试了下，具体多少匝和磁环回路中有多少匝有关系。可以是半匝，也可以是0.几匝。要是磁环或者互感器的话，导线穿过圆环就是整数匝。而EE磁芯这种有2磁场回路合成1个回路的就可以出来半匝，0.几匝。
使用基于匝数比的电压测试法（本测试仪采样的）在数匝数方面相比通过LCR电桥测量电感量再算匝数的方式测试更方便（电感量的方法在气隙变化或材质不同后，相同匝数的电感量还是不同的，每次需要测试已知匝数的电感量，反推另外1个匝数的电感量下的匝数，精度差些）

tgdiy · 发表于 2021-1-13 14:41:43

已拍，请问支持工频变压器吗

rube · 发表于 2021-1-13 14:41:46

谢谢，开元精神可嘉

hailing · 发表于 2021-1-13 14:47:10

tgdiy 发表于 2021-1-13 14:41
已拍，请问支持工频变压器吗

谢谢支持。不支持工频变压器。

wowangru · 发表于 2021-1-13 15:53:22

这个真的不错诶

tabc_123 · 发表于 2021-1-13 16:15:41

楼主厉害了!赞赞!

鼎昇科技 · 发表于 2021-1-13 17:59:17

楼主厉害了

596142041 · 发表于 2021-1-13 21:43:46

怎么实现检测匝数的，有没有分享一下原理啊，之前见过类似的设备

ywd518 · 发表于 2021-1-13 22:39:34

要是扩展成可以测试音频变压器，应用范围就宽很多了

lb0857 · 发表于 2021-1-14 08:30:51

开关电源生产必备的工具

No.5 · 发表于 2021-1-14 08:35:38

不错不错，好东西

MoMo_avr · 发表于 2021-1-14 09:03:29

楼主厉害了，先留个爪印，改日再研究~

我是一个大白菜 · 发表于 2021-1-14 09:43:03

感谢楼主分享，一直想入门AC-DC，有没有推荐的资料可以学习一下

cne53102 · 发表于 2021-1-14 14:51:18

这个不错，好东西

jjj · 发表于 2021-1-14 17:25:15

虽然我不懂，但是感觉很厉害能测量砸数

hailing · 发表于 2021-1-14 21:30:30

596142041 发表于 2021-1-13 21:43
怎么实现检测匝数的，有没有分享一下原理啊，之前见过类似的设备

hailing · 发表于 2021-1-14 21:36:06

ywd518 发表于 2021-1-13 22:39
要是扩展成可以测试音频变压器，应用范围就宽很多了

测试仪的测试频率是50KHz，我手上没音频变压器，没法做测试。要是音频变压器通过50KHz的方波后畸变小，输出电压波形和输入电压波形之比等于匝数比的话，那么这个测试仪是可以使用的。你可以使用单片机产生50KHz方波后，串10uF电容后接到音频变压器的线圈A的一头，另外一头接地，线圈B输出带2K电阻，然后使用示波器测试线圈A,B的波形，看是否是我上面贴出来的类似波形。我觉得应该是和普通高频变压器差不多的波形，可以测试的。
测试工频变压器通过50KHz的方波，铁芯对这么高的频率吸收很大，无法把波形传递给次级。

hailing · 发表于 2021-1-14 21:44:08

我是一个大白菜发表于 2021-1-14 09:43
感谢楼主分享，一直想入门AC-DC，有没有推荐的资料可以学习一下

关于AC-DC说实话我也是在摸索中，之前看的一些关于变压器计算的公式有好多种，每种都可以，但是这样也意味着方程没有唯一解。
我现在觉得AC-DC先从小功率入手（小于10W），买个50VA的隔离变压器供电（这样不怕触电，短路后隔离变压器输出功率有限，不好有什么大火花等，比较安全）。原边反馈的PSR结构比常规的431+光耦的方式要好调些，没有431+光耦的极点，零点环路计算，更像是普通的BUCK芯片通过电压分压获得稳压值的方式。
反激式变压器需要合适的气隙，气隙的计算我也没整明白

ywd518 · 发表于 2021-1-14 22:13:16

多谢楼主热心细致的解答

我是一个大白菜 · 发表于 2021-1-15 08:40:06

hailing 发表于 2021-1-14 21:44
关于AC-DC说实话我也是在摸索中，之前看的一些关于变压器计算的公式有好多种，每种都可以，但是这样也意 ...

感谢回复，我还没有了解到你提的这些知识点，还要多多学习，非常感谢

hailing · 发表于 2021-1-17 10:49:47

谈谈一些低功耗时调试的数据。电流和供电电压有关系:供电电压低了电流就明显变小。低功耗分两部分，一部分是休眠时的功耗，这部分我测试了几种配置，3V时测试1.7uA，无法达到手册中的0.几uA，不过就算做到0uA，相比1.7uA一年节省15mAh，不如减小工作电流带来的工作时间的增加更实用。休眠电流也可以使用mos管休眠时把电流完全关了，到时这样要多一个io来控制开机后一直让这个mos导通，并且需要利用内部eeprom保存参数，上电后读取参数。设置参数后一段时间没按键保存参数，程序就要大了，8k flash装不下。现在的做法参数保存在ram中，休眠时还是有电的。

hailing · 发表于 2021-1-17 11:05:47

控制工作电流这个就是重点功耗控制，分为从MCU，OLED，电源电压控制三部分来讲解。
先说MCU:
需要省电，就要需要速度的时候速度快些，赶紧把活干完。干完后降低时钟，降低功耗。这个单片机全速就16MHz，在PWM输出，ADC采样时的DMA传送，计算同名端，匝数，OLED刷新时需要全速跑。在0.5ms的定时唤醒后读取按键状态时慢些跑，这里测试1MHz功耗最合适，再低跑500KHz我实测电流数据没有再变小，反而还稍微比1MHz要高一些。ADC测试完成后再把ADC关掉还可以省1mA。所以最后在相同的供电电压2.4V时，显示相同内容，测试功耗如下:
一直16MHz跑:7.4mA。
16MHz,1MHz切换:4.4mA。
切换并且在不需要ADC时关闭ADC:3.4mA。
当供电电压有3V时，以上数据要大2mA左右。
当工作电流小时，每降低1mA，工作时间就增加了百分之几十，还是很可观的增加。

hailing · 发表于 2021-1-18 22:51:26

原来厂家提供的OLED对比度0XCF，整个测试仪电流6.5mA。相同VBAT电压时，0X10只有5.2mA
测试记录：
3.0V供电，十进制的对比度。整个测试仪电流：
10：4.2mA 暗。 50：4.7mA。 100：5.0mA
255：5.7mA很亮。 150：5.3mA。 200：5.5mA
2V供电时
10：2.3mA。 50：2.5mA。100：2.55mA。 150：2.6mA
200：2.6mA . 250:2.6mA
按照以上根据电池电压修改对比度后，测试电压和电流关系：
3.3V:4.8mA； 3V：4.7mA； 2.6V：4.6mA； 2.4V：4.1mA
2V：3.1mA

hailing · 发表于 2021-1-19 21:34:55

本帖最后由 hailing 于 2021-1-19 21:40 编辑

D1的使用也增加了电池的使用寿命。第一版样机是没有D1的，电池电量不足时初级夹子短路或接电感量很小的线圈MCU不断复位。

以上针对优先保证MCU供电，其它部分供电有一个瞬间的电压下跌没关系的情况。

lnso · 发表于 2021-1-20 06:31:43

50VA的隔离变压器有推荐的吗

plc_avr · 发表于 2021-1-20 07:06:33

这个真不错~

hailing · 发表于 2021-1-20 11:01:54

本帖最后由 hailing 于 2021-1-20 11:03 编辑

lnso 发表于 2021-1-20 06:31
50VA的隔离变压器有推荐的吗

公司在这家买了不少50VA的隔离变压器，40多元1个，办公室人手一个用来调试控制板。（还有一个原因是这家是天猫店，开票方便。这里不做广告，大家自行判断选择变压器厂家）50VA的功率输出调试10多W的开关电源很合适，碰到电路有问题烧器件的情况因为变压器输出功率有限烧的器件少些，也没惊天动地的声响和火光。要是换直接220V接上去火光声响齐上阵。
最后AC-DC部分调试没问题后，建议还是多直接插220V测试下，因为隔离变压器输出功率会限制，有时AC-DC上电瞬间会有冲击电流损坏器件，而用隔离变压器把这种情况掩盖掉了。

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