本作品為第二屆立創(chuàng)商城電子制作節(jié)30強入圍作品，作者立創(chuàng)社區(qū)ID：擼斯基S；轉(zhuǎn)載請注明出處，未經(jīng)允許不得用作商業(yè)用途。作品原鏈接：http://club.szlcsc.com/article/details_5309_1.html。

一、作品簡介

1.外觀、結(jié)構(gòu)設(shè)計

簡約的操作面板，只用一個編碼器即可調(diào)節(jié)輸出參數(shù)。

2.實物照片

3.制作過程照片

*.搭電路驗證原理

剛開始打算自己用運放搭開關(guān)電路，可以簡化電路，但是想了幾種方法都有問題，碰了幾次壁后還是老老實實采用現(xiàn)成的開關(guān)芯片。

*.電路焊接

照片是第一版電路的焊接、調(diào)試過程，因為穩(wěn)定性問題，最終作品用的是第二版電路，調(diào)節(jié)過程相同。

*.散熱片制作

*.屏蔽罩制作

直接用3D展開按1:1打印，貼在不銹鋼板上，用工具刀沿黑邊切出輪廓，再折邊。

*.面板制作

都是diy，所以面板沒有填油墨。

*.裝配

4.1研究背景和市場前景

市場上看不到低價的數(shù)控開關(guān)電源，100W的數(shù)控開關(guān)電源最少都要500塊，種類也很少，而本作品的制作材料成本不足150元（包含郵費、不計PCB打樣），應(yīng)該有較好的市場前景吧。不過這里只是個人制作愛好，手頭有什么元件就用什么元件，所以布板比較混亂，貼片和插件混合排布，要做成產(chǎn)品的話還需優(yōu)化。

4.2目的和功能

可用于無刷電機、雙供電功放等大電流元器件的調(diào)試。具備過載保護(hù)、溫度保護(hù)功能。

4.3性能指標(biāo)：

輸出電壓：2路電壓分別輸出2.6~15.4V、-2.6~-15.4V

輸出功率：5-100W（可調(diào)）

輸出電流：5A以上（受輸出功率限制）

電壓步進(jìn)：約0.04V/格（可通過軟件改變步進(jìn)大?。?/p>

電壓讀數(shù)精度：0.1V

電流讀數(shù)進(jìn)度：0.01A

電壓波紋：沒工具測量，對比淘寶買的XL4015模塊，效果比其好一些。可調(diào)電源波紋值與輸出電壓、電流、反饋電路增益相關(guān)。

5.作品創(chuàng)新性

*.簡約式的面板設(shè)計，一個編碼器實現(xiàn)所有操作。

一般可調(diào)電源每路輸出都有一個粗調(diào)旋鈕、一個精調(diào)旋鈕、一個切換開關(guān)。而作品這開關(guān)電源只需一個編碼器就能調(diào)節(jié)兩路輸出電壓和相關(guān)參數(shù)，提高了產(chǎn)品逼格（像編碼器調(diào)節(jié)的功放價格通常要比變阻器調(diào)節(jié)的貴很多）。這種簡單的電子設(shè)備，假如是做產(chǎn)品的話，軟件成本的投入是一時的，硬件材料的投入?yún)s是貫穿整個生產(chǎn)過程的。產(chǎn)品縮減一個按鍵、一個旋鈕，長久算起來就能節(jié)省很多錢了。要是老板應(yīng)該會喜歡這種設(shè)計，當(dāng)然年紀(jì)較大的人就可能不喜歡這種設(shè)計。

*.UC2842采用運放作為電壓反饋的形式控制輸出電壓。

電壓反饋控制的形式比較直觀，但是很少人使用，主要是因為它的布板比較麻煩，大多人采用電流反饋法。UC2842有很多成熟方案，主要用光耦和TL431組成反饋電路，這樣做可以隔離輸入和輸出，但是這里采用環(huán)牛變壓器已經(jīng)對市電輸入做了隔離，反饋電路就不用做隔離了，電路可以簡化。

*.用正壓開關(guān)電源IC控制負(fù)電壓輸出。

作品中負(fù)電壓輸出中的開關(guān)芯片U18采用了所述方法，既簡化了MPU到U18的控制電路，又能大大提高開關(guān)電源電路的響應(yīng)速度。

實現(xiàn)正負(fù)兩路出的方法有很多種，比如加電荷泵、變壓器出正負(fù)、獨立兩路電源首位相接，以及他們衍生出來的電路。電荷泵有較多缺點，電荷泵啟動電流大、對輸入電源要求高，輸出電壓范有限、轉(zhuǎn)換效率較低，所以不適合這里的應(yīng)用，當(dāng)然不是電荷泵差，它有它的應(yīng)用范圍；變壓器出正負(fù)輸出，正負(fù)兩路電壓不能分別調(diào)節(jié)，用兩個變壓器則增加電路體積和成本；獨立兩路電源首尾相接的話，用一個單片機控制也很麻煩，所以沒有采用。

*.用環(huán)牛降壓隔離市電，再整流，DC-DC轉(zhuǎn)換，解決一般開關(guān)電源容易漏電，產(chǎn)生靜電的問題。

像電腦、工控設(shè)備的開關(guān)電源，漏電和靜電一直是個比較坑爹的問題，人偶爾電到還能提提神，要是人剛好是拿著電子產(chǎn)品懟上去被電，電子產(chǎn)品就可能燒掉了。不過相對同等功率的開關(guān)電源會有電源體積大、成本高的問題，但這是較有效解決了漏電、靜電的方法。

*.輸出電壓值的控制采用騙反饋的方式。

用LM2575、X4145、UC2842這類開關(guān)電源芯片如果想改變輸出電壓值，通常采用的辦法是改變IC電壓反饋引腳在輸出電壓中的相對位置來實現(xiàn)。想用單片機控制這類開關(guān)電源的輸出還是比較難考慮的，通過抬高/降低采樣電壓的參考0點是最容易想到的一種方法，網(wǎng)上也有完整的方案，我最開始也想到這種方法，但是搭電路測試的時候發(fā)現(xiàn)這種電路的輸出噪聲很大（接喇叭），低壓輸出時容易失控，估計是抬高/降低采樣電壓的參考0點讓IC增益倍數(shù)下降導(dǎo)致的，不同的輸出電壓加不同的耦合電容可以解決，但是這樣電路設(shè)計就很麻煩了；而我采用的方法是直接用輸出電壓-控制電壓>反饋給IC，這方法跟抬高/降低采樣電壓的參考0點的方法是反其道而行了（區(qū)別是運放±輸入端的接線對調(diào)）。 

二、系統(tǒng)構(gòu)架圖

藍(lán)色為輸入接口，紅色為輸出接口！USB是預(yù)留的二次開發(fā)接口。

三、硬件部分的描述

1.原理圖：

DC-DCv2-原理圖下載：http://club.szlcsc.com/article/downFile_7B2EF63ADEC132B5.html 

 PCB的長寬115*100mm，為了適配鋁盒的結(jié)構(gòu)，元件排布比較緊湊。

2.原理說明：

數(shù)字電路部分和±5V、±20都是常用電路，這里不做說明。這個電路布板合理的話會很穩(wěn)定，即使不接假負(fù)載，輸出電壓也不會失控。

本作品調(diào)壓的原理基于下圖，UC3842采用電壓反饋的形式控制輸出電壓，R4、R5分壓后反饋給UC3842決定Vout。

基于以上電路，增加可用于數(shù)字電路控制的運算電路，如下圖。

基于以上電路進(jìn)行優(yōu)化，mos管的驅(qū)動增加了快速關(guān)斷電路，可增加電源效率，如下圖。

四、材料清單

主要器件如下：

ST(意法半導(dǎo)體)/STM32F103C8T6 托盤：http://www.17719.cn/product/details_9243.html

Micro USB 母座 5P 全貼有柱 管裝：http://www.17719.cn/product/details_22094.html

線性穩(wěn)壓/L7905CV-DG 厚片 管裝：http://www.17719.cn/product/details_4201.html

線性穩(wěn)壓/L7805CV-DG厚散熱片 管裝：http://www.17719.cn/product/details_4197.html

開關(guān)電源芯片/UC3843B 管裝：http://www.17719.cn/product/details_5598.html

通用運放/LM358S 編帶：http://www.17719.cn/product/details_85069.html

MOS(場效應(yīng)管)/IRF9540NPBF 管裝：http://www.17719.cn/product/details_2952.html

MOS(場效應(yīng)管)/IRF540NPBF 管裝：http://www.17719.cn/product/details_2943.html

EEPROM/AT24C02D-SSHM-T 編帶：http://www.17719.cn/product/details_35778.html

USB/CH340G 管裝：http://www.17719.cn/product/details_14927.html

蜂鳴器/TMB12A12 袋裝：http://www.17719.cn/product/details_97283.html

圓柱體晶振/32.768KHz 12.5PF 20ppm 袋裝：http://www.17719.cn/product/details_94423.html

晶振49S/DIP HC-49S 8M 20pF 30ppm 80R -10~60℃ 袋裝：http://www.17719.cn/product/details_94858.html

晶振49S/HC-49US 12MHZ 20PF 20PPM 袋裝：http://www.17719.cn/product/details_17051.html

DC-DC芯片/XL4015E1 編帶：http://www.17719.cn/product/details_52674.html

 溫度傳感器/DS18B20+ 袋裝：http://www.17719.cn/product/details_10283.html

 低壓差線性穩(wěn)壓(LDO)/LM1117MPX-3.3/NOPB 編帶：http://www.17719.cn/product/details_10192.html

五、軟件部分的描述

1.液晶界面設(shè)計、規(guī)劃

屏幕上方標(biāo)題輪流顯示操作提示信息；溫度顯示采集自散熱片；可設(shè)置參數(shù)有3個：過載、正電壓、負(fù)電壓，正負(fù)電壓與操作面板的輸出口相對應(yīng)。

2.軟件功能思路

a.界面顯示可設(shè)置的過載功率、正輸出電壓、負(fù)輸出電壓；電壓上方顯示正負(fù)電壓的輸出電流；電流上方顯示電流流向的示意動畫；界面顯示電壓散熱器的實時溫度。

b.界面上方黑色標(biāo)題欄輪番顯示各種提示信息，內(nèi)容和軟件思路如下

*.《DC-DC數(shù)控開關(guān)電源》

*.電壓單位V電流單位A

*.長按2秒輸出默認(rèn)±5V（長按編碼器中鍵2s左右，正負(fù)2路輸出變?yōu)椤?V，過載80W）

*.長按4秒待機/點按開機（長按編碼器中鍵4s以上10s以內(nèi)，則電源進(jìn)入待機狀態(tài)，這時開關(guān)電源停止工作；在待機狀態(tài)點擊中鍵，則電源重新開機）

*.自動保存輸出設(shè)置?。看卧O(shè)置參數(shù)并且參數(shù)相對上次設(shè)置值有變化時，約4s后自動保存設(shè)置參數(shù)，同時閃現(xiàn)“SAVE”圖標(biāo)提示）

*.單擊切換調(diào)節(jié)選項！（單擊編碼器中鍵可設(shè)置正負(fù)2路輸出電壓和過載功率，當(dāng)前設(shè)置參數(shù)項下方會重復(fù)閃現(xiàn)箭頭提示）

*過載單擊恢復(fù)輸出（當(dāng)前輸出功率>過載功率時，才顯示此信息，MPU關(guān)閉開關(guān)電源輸出，蜂鳴器報警。排除故障后，單擊編碼器中鍵可恢復(fù)電源輸出

六、作品演示

七、總結(jié)

1. 數(shù)控開關(guān)電源的原理并不復(fù)雜，但是布線很有講究，接地點的選擇也非常重要。數(shù)字、模擬、信號、交直流、屏蔽各地需區(qū)分清楚，如果布線不合理，即使空載調(diào)試成功，一接負(fù)載噪聲立馬串上來，甚至電壓失控。

2. 數(shù)控開關(guān)電源穩(wěn)定性是個大問題，業(yè)余制作還好，想做成穩(wěn)定的產(chǎn)品不大容易。主要有采樣電路穩(wěn)定性、基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性、反饋電路速度三方面的問題。加屏蔽罩、數(shù)字模擬分開應(yīng)該能比較有效的解決穩(wěn)定性問題，但這樣必然增加它的體積和成本，所以市場上看不到低價的數(shù)控開關(guān)電源，網(wǎng)上完整的沒問題的電路也很少。

3. 電容的選擇方面，開關(guān)電路用高頻電解電容是比較有必要的，可以有效降低輸出波紋；104瓷片也能用105獨石代替，高頻濾波效果差不多，但是104瓷片要比獨石便宜很多。

4. 淘寶的元件雖然便宜，但有些元件不大可靠。像磁環(huán)電感，經(jīng)常嚴(yán)重虛標(biāo)，容易磁飽和，導(dǎo)致輸出噪聲大，想要符合要求的電感最好還是自己繞；國產(chǎn)LM358有可能25V就燒了，帶寬也不足；L7905輸入電壓也跟pdf不符，需串聯(lián)齊納管分壓。立創(chuàng)商城的元件雖然貴一點，但是質(zhì)量有保證。