#第五届立创电子设计大赛#30A 240W 数控升降压可调电源

5个月前

简介:基于通用PWM控制器的耦合电感SEPIC数控升降压DC-DC变换器

开源协议: GPL 3.0

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  • 121

描述

EEI TECHNOLOGY RT300Series MK.IV-DIG

EEI TECHNOLOGY RT300-MK.IV 项目 耦合电感SEPIC数控升降压直流可调电源模块 具有恒压,恒流功能,自定义过压(OVP),过流(OCP),过功率(OPP)保护, 软件自校准算法使输出电压电流与设定值小于0.01, 程序内未使用任何阻塞延时,再加上使用了Σ-Δ型ADC,快速刷新的同时,数据也基本上不会抖动。

  • 数据存储功能:内置11组数据存储空间,每组可以存储设定电压,电流(预留一组用来存储掉电前设定的数据),在设置界面可以选择开机记忆的数组(USER或者M0-M9),USER即掉电前保存的数据。 步进设置:通过“<<" ">>"这两个按键可以切换X1 X0.1 X0.01步进,转动编码器来调节。
  • 输入范围:11-30V
  • 输出范围:0-30V,0.01步进 0-10A0.01步进(输出20V以上自动限额8A)
  • 输出功率(最大值)240W,全输入范围 最大输入电流应力: 28A
  • 变换器效率: 升压:85-90% 降压 82-85%
  • 设定-采集误差: ±0.005 电压采集误差:±0.02(最大值) 电流采集误差:±0.02(最大值)
  • 输出纹波:视输出电压电流而定(12V输入,输出30V 5A时,测得纹波约为70mvpp)
  • 项目初出现了输出二极管过冲,以及上电开启输出,出现了超调量过大而引发的输出电压过冲的问题 以及电流环的一些问题,目前均已解决。另外因耦合电容使用了MLCC,在PWM不连续的时候(比如短路触发恒流),会产生一点啸叫

注意事项

  • 耦合电感SEPIC的电感使用松散耦合方法绕制(磁环一边绕一组),千万不可紧密耦合,否则耦合回路会出现较大的纹波电流,电感会严重发热, 误差放大器和电流取样放大器不能使用低摆率的,不然超调量会过大,突然短路触发恒流时有可能烧毁开关管

  • 屏幕使用的是绘晶的1.7寸12864正显LCD屏,主控是UC1701X,也可以使用金逸晨的1.7寸黑白负显(程序兼容ST7565 ST7567主控的LCD显示屏),不过不建议换屏,有些来路不明的屏可能装上去就旋转了90度,也有可能镜像。

  • 程序刷入方法:使用STLINK量产工具刷入,先烧录"RT300-MK.IV_DEBUG.bin",再根据说明调整好系统设置,保护设置,调整完以后再刷入“RT300-MK.IV_LCD.bin” bin文件和使用说明书放在了附件里,请自行下载。

  • 注意一点(非常重要):输入和输出电容必须用高品质的(1000uF ESR < 0.04Ω),否则在重载的时候可能会因为内阻太大导致电容严重发热而发生爆炸(亲身体验过)

  • 散热片购买链接:https://item.taobao.com/item.htm?id=588885433279 (选择长60MM),请自行打孔。

  • 其中功率MOS型号推荐:
  • 1X IPP034N08( RdsON :3.4mΩ Qg :69nC Vdsmax :80V)
  • 1X IPP037N08( RdsON :3.7mΩ Qg :88nC Vdsmax :80V)
  • 1X FDP045N10( RdsON :3.9mΩ Qg : 54nC Vdsmax :100V)
  • 2X IRFB3607  ( RdsON :7.3mΩ Qg :56nC Vdsmax :75V)
  • 不建议使用那种上古管子(例如75NF75),这种管子的门极电荷非常大(117nC),在高开关频率下难以驱动,并且其内阻也是非常的大(约10mΩ)

  • 关于耦合电感的绕制方法:必须采用松散耦合方式绕制(即磁环一边一个绕组),千万不要图省事用那种多股线电感拆分出两个绕组来用,不然会产生较大的回路电流而引起电感和开关管剧烈发热,严重时会烧毁开关管
  • 绕组参数:输入侧0.7mm x 6股 绕7圈,输出侧0.7mm x 4 股绕7圈,不要多绕或者少绕
  • 磁环型号:CS130125 外径33mm,内径20mm,磁导率125

如图所示

image.png


更新日志

  • 10.3更新:C4 C5不要焊接,若是焊接了则会引起较大的开关损耗,影响其效率。
  • 10.14更新:R60 R61请改为5.1K 20K,以解决XL1583负压部分上电有几率不工作的问题
  • 10.16更新 : 请在输出电容上加泄放电阻,阻值470R-1K,功率3w。
  • 10.31更新 : R113 R47改为18K 2K。
  • 11.24更新 :PWM控制器改为EG3525,误差放大器U3改为TL082,其余三个运放改为OPA2277(用原本的LT1366也并无大碍)。

物料清单:(只是其中一部分,完整物料清单请下载附件查看)

image.png

PCB预览图

image.png

PCB背面预览图

image.png

系统结构图

image.png

输入12V 输出30V 5A 时测得的纹波

IMG_20200127_221539.jpg

电源模块实物

-146f7f3e86a1cbd.jpg

电源模块+PCB面板

IMG_20200420_162355.jpg

主界面

IMG_20200420_163104.jpg

230W压力测试中

IMG_20200502_152539.jpg

降压效率曲线

image.png

升压效率曲线

image.png

数据存储

IMG_20200420_163513.jpg

过压,过流,过功率保护设置界面

IMG_20200420_163429.jpg

RT300-MK.IV PACK#2 PCB面板

image.png

功能演示

演示视频地址 https://www.bilibili.com/video/BV1v54y1C7Vm/

文档

RT300-MK.IV-MAIN_1.SchDoc

在编辑器中打开

RT300-MK.IV_PCB

在编辑器中打开

BOM

ID Designator Footprint Quantity
1 VIN+,VIN-,VOUT+,VOUT- PCB-7 M4 4
2 L1 CS130125_COL 1
3 PC1,PC3,PC4,PC6,PC7,PC8,PC9 RB3 7
4 RS1,RS2 2512 2
5 F1 FUSE_40A 1
6 C1,C2,C3,C12,C13,C14,C89,C90 1206 8
7 Q1,Q2 TO220H 2
8 R1,R2,R75 0805 3
9 C4,C5,C17 0805 3
10 R3,R4,R10 0805 3
11 U1 SO-8-TC4420 1
12 PC5,PC12,PC13,PC14,C59,C61 RB2 6
13 C7,C11 1206 2
14 R5,R6 1206 2
15 PD1 TO220H 1
16 C8,C9,C10 1210 3
17 L2 1040 1
18 C6,C15,C20,C21,C22,C30,C31,C34,C35,C36,C60,C64,C65,C73,C74,C86,C87,C88,C91,C98,C99,C105,C170,C171,C108,C115 0805 26
19 U2 SO16 1
20 D1,D2,D3,D4,D6,D5 D1206-RD 6
21 R9,R25,R27,R52,R57,R56,R89,R90 0805 8
22 Q3 SOT-23 1
23 R11,R20,R29,R59,R76,R91,R92,R93,R94 0805 9
24 R12 0805 1
25 R13,R16,R17,R97,R98,R99,R100,R103,R105,R111 0805 10
26 R14 1206 1
27 C16,C19,C23 0805 3
28 C18,EC1,EC2,C29,C66,C85,C92,C93,C100,C110,C112,C113 0805 12
29 R15,R18,R34,R85,R86,R87,R88 0805 7
30 R19,R28,R61,R104,R106 0805 5
31 C24 0805 1
32 RS3,RS4 2512 2
33 C27,C28,C32,C67,C76,C75,C81,C82,C83,C84,C101,C102,C103,C104,C107,C109,C111 0805 17
34 R21,R23,R24,R101 0805 4
35 R22,R102 0805 2
36 U5 TO263-5 1
37 PC10 RB3 1
38 PC11,C62 0805 2
39 L3 0650 1
40 PD2 SMA 1
41 PWRLED,LOCKED,SYS 0805LED 3
42 R47 0805 1
43 R55,R109,R110,R114 0603 4
44 U8 SO-8 1
45 U10 SOT223 1
46 L4 INDP5652X20N 1
47 D14 SMA 1
48 C63 RB2 1
49 R60 0805 1
50 U13 SOT-89 1
51 R70 1206 1
52 C39,C40 1206 2
53 Y1 CRY_3225 1
54 C78,C79 0805 2
55 R77 0603 1
56 C80 0603 1
57 BOOT SIP3 1
58 SWD SIP4 1
59 U7 LQFP48 1
60 Q7,Q8 SOT-23 2
61 R80,R112 0603 2
62 R81,R82,R83,R84 0805 4
63 RP2 RESPACK_4X0603 1
64 U11 TSSO3X5-G10 1
65 U14 SO-8 1
66 U16 SOT223 1
67 KEYS&ENCODER WZH1.5MM-10P 1
68 DISPLAYSPI/4WIRE8080 WZH1.5MM-10P 1
69 R113 0805 1
70 U15 SOT23-5 1
71 FAN SIP-2 1
72 R117 1206 1
73 D10 SOT-23 - DUPLICATE 1
74 C120 0805 1
75 R116,R115 0603 2
76 U3 SO-8 1
77 U4 SO-8 1
78 U9,U12 SO-8 2

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hndyang

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2020-11-25 22:48:48

XACT

@lmjzyq  1688有

2020-11-24 02:54:33

lmjzyq

@XACT  确实是20定位的,手里全都是20定位的,淘宝上没见有30定位包邮的呢

2020-11-23 16:33:37

XACT

@lmjzyq  你用的应该是20定位20脉冲的编码器,换成30定位15脉冲的就行了,这一点忘记在介绍里说了

2020-11-21 20:55:07

lmjzyq

我已经制作成功了,非常感谢楼主能够开源这么好的作品,现在编码器拧一格为什么会跳两个数字,菜单键也是连跳两个,我用的是ec11编码器。
还有楼主应该再介绍里说一下要把boot0短接到地。像我这种没有使用过st单片机的人来说,下载完程序运行了一次重新上电就没又显示了。经过百度才知道boot0还需要接地
QQ图片20201121202650.jpg

2020-11-21 20:30:49

mender5

@xxdz12345  高对比度的固件可以发我一份吗,我的邮箱mender5@sina.com。谢谢啦

2020-11-20 19:05:14

mender5

@XACT,高对比度的固件可以发我一份吗,我的邮箱mender5@sina.com

2020-11-20 19:03:15

mender5

楼主,高对比度的固件也可以发我份吗,我找了个屏显示正确,只是非常淡,

2020-11-20 09:02:53

XACT

@caodeyun  当然可以,只要不作为商业用途

2020-11-20 00:01:31

caodeyun

XACT  你好我是否可以直接下载附件打样来制作一个?算不算侵权?

2020-11-19 22:59:53

LEI111

@XACT  谢谢,好像是XL1583的GND脚没有焊接好,重新焊接后正常了

2020-11-17 17:26:29

XACT

@LEI111  检查ADC以及周边元件

2020-11-16 18:11:54

LEI111

我这一直时好时坏的,有时候接电后一切正常,有时候就不进行任何操作的情况下电压电流就有显示,而且不能打开输出,断电等一会再通电又好了,过一会又坏了IMG_20201116_175709.jpg

2020-11-16 18:09:29

XACT

@TanYangChun   C1 C2 C3 C12 C13 C14 PC11用50V的,C7 C8 C9 C10用100V,其余16V就行

2020-11-15 18:58:46

TanYangChun

@XACT  十分感谢,刚刚在做的时候突然想起来一个问题,作者的bom里所有的贴片电容都没有给出参考耐压值,自己随意买的有些电容买的耐压值低于实际使用电压问题就打了,请问一下作者,有哪些贴片电容的耐压值是需要注意的。

2020-11-15 17:36:29

XACT

@lmjzyq  可以

2020-11-12 11:30:31

XACT

@TanYangChun
https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.3-c.w4002-22809804208.10.1f2c2e66urrXSM&id=520379236144
  image.png
和PACK#2板上的接口不兼容,如果要用这个就得重新画PACK#2的板子

2020-11-12 11:30:01

lmjzyq

我想问一下楼主那个1206精密电阻2k的可以用0805精密电阻代替吗? R21

2020-11-12 10:14:54

TanYangChun

请问作者,金逸晨的黑白负显屏,买哪一款啊,店里没有介绍是几寸的,问客服也不说,如果方便的话可以给一下连接吗

2020-11-12 08:15:01

XACT

@LEI111  https://m.tb.cn/h.4W3ZayF ,选择长60MM

2020-11-12 01:23:37

LEI111

那个散热片是买来大小差不多的自己打孔的吗?

2020-11-11 23:51:58

lmjzyq

@XACT  谢谢,请问有交流群可以加入吗

2020-11-11 18:26:02

scarrr0725

卧槽界面好评啊。好看!!!!

2020-11-11 12:01:28

xiechengnan

非常感谢楼主的的共享。真好。

2020-11-11 10:26:50

XACT

@lmjzyq  一个IPP034N08或者两个IRFB3607

2020-11-09 20:35:48

lmjzyq

请问mos管用什么型号

2020-11-09 19:01:39

Daviddao

师傅你好,请问一下我用0.75的线绕电感可以吗?

2020-11-04 10:57:49

yibin

@XACT  我按照图纸上装的36K和4K,你提醒了我,按道理分压比是一样的,我改成和旁边一样的18k和2K,正常了,谢谢!

2020-10-31 21:37:19

XACT

@yibin  VFB和VFB_MCU的这两对电阻分压比例是否一致

2020-10-31 20:52:16

yibin

感谢开源这么好的利器,差不多完成了,现在有一个问题就是,输出电压可以校的很准,就是设置电压和输出电压不一致,输出电压值可以校准和万用表一样,线性也不错,就是设置电压和输出电压差很多,设置1v输出是1.76,设置10v输出是18.81,麻烦指点一下这个需要调整哪儿?谢谢了!就差这点了。

2020-10-31 20:40:47

XACT

@LEI111  负压出来没有

2020-10-30 18:05:08

XACT

@LEI111  两个采样电阻焊了没

2020-10-29 19:26:02

LEI111

@XACT  重新焊接后输入电压正常,不过输出电流还是不正常,一直二十几A,一直处于过流保护,这个大概是哪一部分?

2020-10-29 17:17:55

XACT

@LEI111 确认一下ADC以及外围是否焊接完整 ,然后在"SYSTEM"项里调整C.V CAL 和 C.C CAL到200左右

2020-10-29 02:32:33

LEI111

谢谢,确实是排阻没焊接好,重新焊接后可以调整设置,刷入第二个程序后也进入了主界面,不过输入电压检测的数值还是一直六点几伏,输出电压1点几伏,电流显示二十几安,按下输出开关后无法打开开关,不知道是哪儿出了问题

2020-10-29 01:54:59

XACT

@LEI111  用DEBUG固件设置完才能刷入另一个,还有就是RP1排阻是不是虚焊了,编码器不能动用该是RP1有问题

2020-10-28 17:00:12

LEI111

不进行设置烧录第二个程序显示错误IMG_20201028_140854.jpg

2020-10-28 16:27:12

LEI111

第一个程序烧进去之后电压电流就显示不正常,电压一点几,电流六百多,而且设置里面不能进行调整,进入保护设置里面旋转或者按压编码器没有反应,几秒钟就跳回主界面这个大概是哪儿出了问题?

2020-10-28 16:24:26

XACT

@zyx666  加入了微分环节,打开输出时减小超调量

2020-10-26 15:16:31

zyx666

楼主  我是小白一个看了半天了  想问下bav99和c120这两个个元件的作用是啥

2020-10-26 15:09:19

LEI111

@XACT  谢谢

2020-10-23 11:07:03

XACT

@LEI111  C62是0805 106, PC11是1206 104

2020-10-22 23:04:30

LEI111

C62, PC11这两个220uf电容bom里面是0805,这个找不到啊

2020-10-22 23:01:07

XACT

@yibin  测试稳定后会提供。

2020-10-20 18:57:06

yibin

恭喜入围,能否给一个用OLED屏的固件呀?采购材料准备做一套自己玩!

2020-10-20 16:21:06

XACT

@WQY1  我买的这一家https://m.tb.cn/h.4Y88vOq,ESR只有不到30mΩ
image.png

2020-10-20 12:14:24

WQY1

楼主 那个1000uf的电容是怎么选用的?某宝**ESR < 0.04Ω 好像并不好找**

2020-10-20 11:22:49

Xiaole.Tao

非常好,赞。
竟然只是那么点大小,太厉害了!

2020-10-20 10:22:28

Xiaole.Tao

非常好,赞。
竟然只是

2020-10-20 10:21:54

XACT

  • 近期在淘宝有非常多的假ADS1115,其分辨率只有12位,最好买ADS1115模块,从上面拆下使用,或者在立创商城购买。

2020-10-16 14:08:23

XACT

@xxdz12345  储能电感不要用铁粉,不然发热会很严重,最好用铁硅铝的

2020-10-16 14:05:15

xxdz12345

感谢 楼主的分享和嘉力创的大力支持。 让我们这些业余时间有了充实的生活。
这个电源已经做好了,很不错 。当然有些小问题 楼主都在评论区说明了。还有输出有较大的电容会保存电压,调高电压后再调低电压不会随即跟谁,要等电容放电后才行 这点注意下,我是加了个1K放电电阻够用了 。期待楼主的固件更新,比如加LCD对比度调节。。。。
微信图片_20201016082350.jpg微信图片_20201016082340.jpg微信图片_20201016082353.jpg微信图片_20201016082359.jpg微信图片_20201016082415.jpg微信图片_20201016082418.jpg

2020-10-16 08:41:58

CON1925

谢谢

2020-10-09 11:27:10

xxdz12345

楼主 我用的LX 的屏 对比度偏低 能不能调高后发我固件  断断续续焊了好几天 额 额😓
IMG_20201001_150443.jpgIMG_20200930_201835.jpgIMG_20200930_201859.jpg

2020-10-01 18:55:21
认证图标

LCDS

“GD32杯”第五届立创电子设计大赛【网络人气TOP榜单】更新中,入榜TOP10将获得1000-5000元奖励,详见:https://diy.szlcsc.com/posts/77584d2f66a34eed97ebf5ae488004fb

2020-09-29 15:03:39

XACT

@zeliny  可以,但你得更换其他材质的电容作为耦合电容,我的耦合电容用的是MLCC,如果使用分离电感方案,耦合电容会经过大量的纹波电流,一旦PWM占空比过低发生不连续现象,MLCC就会因为压电效应发出剧烈啸叫,之前也用过分离电感方案,但那用的是MKP电容

2020-09-25 16:14:55

zeliny

@XACT  感谢解答,我看sepic的资料可以用两倍电感值的功率电感代替耦合电感,自己绕电感比较麻烦,手工差问题多。

2020-09-25 14:21:44

XACT

@jixin001  RT300系列项目从去年8.20开始,截止到现在,从无到有,体积从大到小,从电位器到数控,已经迭代更新了8个版本,当时只是想做一款廉价,性能又强劲的可调电源模块(对比其他的升降压模块),然后刚开始做的时候遇到了不少bug(电流测量不准,负载调整率差...),不过后来就慢慢改进掉了,成了现在这样子,但这恐怕是RT300-MK.IV的最后一个版本了,因为拓扑结构特性,效率偏低,后续会进行第二次大版本迭代,在同等参数下(可能会有所提高),优化其效率并再一次缩小体积。

2020-09-25 11:26:47

jixin001

这个项目特别棒,练就这样的项目绝对不是一天两天就开发出来的。想听一下作者背后的故事,这个项目从哪里来,经历了怎样的辛酸,又想往哪里去?

2020-09-25 10:19:06

XACT

@zeliny  恐怕不行,之前试过用两个电感,但耦合电容是MLCC,压电效应会导致其剧烈啸叫,把耦合电容换成MKP的就不叫了,就是体积太大了

2020-09-24 18:02:28

XACT

@zeliny  耦合电感的参数我已经放在评论区里了

2020-09-24 18:00:25

zeliny

@XACT  磁环的参数方便提供下吗,还有能用两个功率电感替代吗

2020-09-24 15:40:31

XACT

@stig3  那个电感要自己绕的,目前市面上还没有,只能定制,费用非常高

2020-09-24 10:12:44

stig3

别的都好说,这个大电感有没有什么替代的或者购买链接,实在是找不到。

2020-09-24 09:38:21

XACT

@q492690882   套件翻车概率太高了,不做套件

2020-09-22 18:44:57

q492690882

非常的NICE,期待出套件

2020-09-22 17:28:38

scarrr0725

拿了獎別忘記在群裡發個大紅包啊

2020-09-18 11:35:15
认证图标

LCDS

记得上传相关视频至大赛官网哟!

2020-09-16 16:41:59

XACT

@valk  另外你输入电压是多少,满载时有没有跳到CC,电压调低一些是否会出现这种情况

2020-09-16 13:44:43

XACT

@valk  你用的是我的板子还是自己画的

2020-09-16 13:36:11

valk

带负载能力好像有点问题,空载30V,满载降了1.多V,降了有点多

2020-09-16 13:09:41

XACT

@sdmcu51  源码暂时不公布

2020-08-31 10:11:27

sdmcu51

我感觉这作品,拿名次没问题。预祝拿到第一名。楼主有意公布原代码吗?

2020-08-28 21:39:06

XACT

固件可能会有一些改动,请留意更新。

2020-08-21 02:20:29
认证图标

LCDS

温馨提示:记得在PCB上印制大赛logo,并拍照上传哟~

2020-08-14 15:35:58
认证图标

LCDS

距提交截止仅剩58天,立即完善项目有机会赢3万元现金大奖、知名创投机构投资意向、名企名校资深评委指导、优秀项目全方位包装宣传机会;更多大赛详情见:https://diy.szlcsc.com/posts/34f1707c52034835810b0b5719b583bb

2020-07-24 13:35:18
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LCDS

这个工程很棒啊,要是能有一个介绍视频或者演示视频就更好了!

2020-07-21 12:12:06

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