EEPW论坛

幸好收到了EEPW-论坛工作人员的邮件，告知评比标准为两部分，开发进程贴和项目作品。本来计划是直到把作品做完再上传进程贴。

好吧，先废话一番。首先在Windows764bit下安装好MPLAB X IDE V4.15、MPLAB code configurator v3和DCDT，这是开发数字电源最基本的环境了。然后连接好Digital Power Starter Kit开发板，运行了一下DEMO。在详细研读了一下配套的程序后，将buck电压改成了2.5V，boost电压改成12V，前提是看懂了80%的代码，剩下的10%是2P2Z补偿库，还有10%是一些其他汇编和部分代码。不过功能看似简单，其实也是花费了好几个夜晚对着原理图和数据手册一点点研究的，的确对于刚刚入门DSPIC33EP系列的朋友，有一定的难度，但是静下心慢慢研究，就能搞明白了，好在Microchip官网提供了一份中文版DSPIC33EP64GS502的数据手册。这给后续使用DSPIC33EP “GS”系列设计电源有非常大的帮助。

现在上传一些运行改变输出电压后的波形图，分别是开发板改过电压后的图片，控制buck的PWM1H和PWM1L的波形，控制boost的波形，buck输出的纹波和boost输出纹波。

以上波形均使用RIGOL DS1054Z示波器在室温24℃湿度41RH%下测量。（手里还有个模拟示波器的巅峰之作泰克2465B，太老了没好意思搬出来用）。测量控制波形的时候，发现波形相位抖动，暂且没有继续研究是否是为了电磁兼容而使用的频率抖动技术，据说DSPIC33家族的芯片支持这些编程功能。后续继续研究。buck输出纹波10mV以内，boost输出纹波20mV左右。以上就是对于论坛提供的Digital Power Starter Kit开发板的研究和使用。接下来将是基于DSPIC33EP其他型号的触屏恒电位仪的设计开发。

    按照之前项目计划书里的规划，选用了一片DSPIC33EP128GS806作为主控，这款芯片跟GS502差不多，功能应该是还要强大，具有更多的IO口，而且带有CAN。参赛使用这颗芯片，同时为了不去重复做相同的开发工作，也是考虑到后续使用这颗芯片设计数字电源。过去使用UC3842，TL494，KA7500，SG3525等多种电源芯片设计开关电源，由于现在电源不再是过去的普通电源，而是市场广泛需求电源设备需要方便改变频率，拓扑方式，数据采集、显示、上传，工作模式控制等，过去的普通电源芯片已经无法胜任，而microchip公司的DSC不仅可以实现以上功能，还增加了频率抖动，双闪存不掉电不停机升级设备，CAN通讯，控制补偿，PGA等多项高级功能，数字电源也必定为今后发展的趋势。

    于是乎利用清明小长假外加一周的时间，基本确定了触屏恒电位仪的基本架构和功能。分别包括四大部分，第一人机交互、第二主控板、第三驱动板、第四功率部分。

人机交互部分将使用大彩科技5寸电阻触摸屏作为人机交互，可以显示基本的电源数据，包括输入电压，输出电压，输出电流，电位和功率等信息，另外可以通过触屏按键调整部分参数；

主控板部分使用一颗DSPIC33EP128GS806芯片作为主芯片，外围分别有4路PWM输出用于驱动，10路模拟输入用于电压电流的采集，6路开关量输入，6路开关量输出。主板上计划加入8025时钟芯片，以便记录数据的时候记录时间信息，还计划使用MCP9800作为监控控制板温度的传感器。

驱动部分计划使用经典的不能再经典的M57962L作为IGBT驱动。

功率部分则使用IGBT来实现，目前还没有选好具体型号，手里有啥就用啥吧，设计到那个部分的时候再来更新型号。

    下面来一张结构图

距离上次更新进程贴有一个月了，感慨一下，计划总比变化快，因为按照规划5月1就应该完成所有的进程贴，项目报告，视频录制等，突然被单位委派出差，真的是不知所措。好在带着电脑，做了些原理图，程序仿真等工作，由于不方便上传信息，只能记电子文相，现在上传项目开发的一些进程，包括开发设计过程中的心得体会。

---触摸屏---

1.选型

    触摸屏选用一款广州大彩5寸工业级电阻触摸屏，型号为DC80480B050，因为此型号以前用过，驱动程序也有，所以不用在如何使用触摸屏上做过多的工作。

下面贴两张触摸屏图片

注：以上两张图为大彩液晶屏的datasheet里面的，在这里引用如有侵权、不妥，请告知。

注：以下进程中提到触摸屏、串口屏、液晶屏等名词均指大彩DC80480B050型屏。

    使用触摸屏作为恒电位仪的人机交互，有两个目的，第一：如果以后做相应产品，使用彩色触屏可以提高产品市场竞争力；第二：普通12864等液晶屏驱动程序需要运行于MCU里面，占用资源，灵活性差，而且输入信号需要额外设置按键，增加线路硬件及MCU的IO口的占用。以上问题一个串口屏解决所有输入输出问题。

2.架构与发开环境

    触屏开机显示开机LOGO，MCU初始化完成后，向串口屏发送切换画面的指令，切换到自检画面，MCU运行自检程序，通过后再向串口屏发送切换画面指令，切换到运行界面。

运行界面包括按键控件、显示控件、图片、时钟、日期、温度、工作动画等。按键控件可以调出二级子菜单用于整个机器底层参数的设置，类似于软启动时间设置，日期时间设置，温度报警阀值设置等等。

    因为工作原因，没有条件直接写串口屏的代码，只能先做素材，好多控件需要素材支撑。要不然没法看。然后运行一下控件的例程代码。

    于是先到大彩官网下载开发包，开发包版本为V4.4，开发包里包含了很多应用例程，有的可以直接拿过来运行。串口屏的开发环境为VisualTFT3.0.0.892。系统为windows7 64bit。

---主板---

1.原理图设计

    由于主板为整个项目的核心，如果搞定主板了，整个项目就完成了51%。于是给自己定个小目标，1周的时间完成原理图的设计，同时采购选型好的器件，渠道为某宝，某创商城。

1.1电位采集

    恒电位仪主要是采集负电压，因此采集端必须使用运放来完成信号的处理。好在相对较擅长运放电路的设计。电位采集的技术指标为-3V到1V电压 ，精度0.02mV，输入阻抗为1M欧姆，输出计划为0-2.5V。

    运放计划使用最普通的4运放，LM324，虽然这个运放精度，带宽，压摆率，失调电压等指标都不是本次设计的首选，但是手中这颗运放实在是太多了，说句技术人员不该说的话，“凑合着用吧”。

    下面贴出一张电位采集的原理图。

        由于输入阻抗非常高，因此信号输入使用一级跟随器，同相放大，提高输入阻抗。运放使用双电源，短时间内，还是感觉双电源比较好设计，不需要考虑使用低压运放、轨对轨运放、电平平移、低电压信号叠加等问题。电阻全部使用1%精度的电阻。

    下面是采集电路使用proteus 8.6 SP2 PRO仿真过程中调整电阻等参数过程。

注：在此承诺，本人在此项目中提到使用的几款EDA软件并未拿来从事任何商业性质的开发与设计。如有侵权，请联系本人。

1.2电源电路

    由于主板中需要双电源，因此使用双电源给整个主板供电， 供电方式采用比较古老但是非常可靠的线性稳压，双电源12V用双抽头变压器直接整流滤波输出，不需要稳压，因为运放电压允许波动±2V。5V采用一颗L7805,3.3V采用一颗1117-3.3.这样主板电源基本上就完成了，非常简单的电源方案。后期如果有时间优化设计的话，可以换成宽电压多路DCDC的方案。

    考虑到主板输入输出需要隔离，然后就在电源电路中使用了一颗金升阳公司DCDC1W的NN1-0505微功率电源模块。额，这算不算广告。不过后续更新帖中我可能会提到每个设计环节使用的器件品牌型号等。

    电源不多介绍了，简单、可靠。

1.3输入输出电压电流采集

    由于恒电位仪应用于工业，因此需要良好的电磁兼容。作为电压电流的采集，尽可能在辐射发射环节减小对采集电路的干扰。因此计划全部使用4-20MA信号传输电压电流。

    那么主板上需要采集4-20MA电流，然后将电流信号转化为电压信号，给MCU的ADC口。

首先使用proteus进行仿真，虽说仿真与实际相差甚远，但是简单电路还是比较好用的，主要也不是高频等环境、器件离散、温度、噪声等变量较多的仿真。下面直接贴图

R74为120R的负载电阻，20MA电流的话压降2.4V，不需要放大，因此一级运放即可，工作在跟随状态，后面D13为瞬态抑制，主要是保护MCU的IO输入口。电路简单，也不做过多的介绍。此图为一个通道，其他的电流等采集都是一样的。

---主板---

1.4基准电路

正好有ADI公司的REF03G和microchip公司的MCP1501两个基准，指标看datasheet都差不多，工作范围-40℃到125℃，最大温度系数50ppm/℃。唯一不一样的是输入电压范围。既然差不多，那就都画到板上，到时候需要哪个焊接哪个。

1.5输入输出电路

    输入电路主要用于应急开关，手动控制等功能，输出功能主要用于控制整机主回路继电器，预充电继电器、散热风扇等。全部隔离。输入端使用台湾亿光的EL817光耦，输出端使用宏发DC12继电器。继电器的驱动电路使用ULN2003达林顿驱动。

这两部分也是非常简单，光耦输入端并接电阻降低输入阻抗，防止干扰导致MCU无动作。达林顿内部集成反向保护二极管，因此在这里没有额外增加反向二极管。继电器功率也比较小，反向电压吸收交给ULN2003了。

1.6通讯

    主板计划设计两个串口，1个用于跟串口屏通讯，另一个备用；设计1个485通信口，设计1个CAN口，这两个口目前没有其他规划，只是把这些通讯口硬件设计上，以备后期使用。比如适配modbus或者can协议。

    TTL转RS232使用一颗美信公司经典的MAX3232,支持两个串口转换。3.3供电，支持与MCU直连。如图

485使用一颗美信公司的MAX1487或TI的65LBC184，CAN使用microchip的MCP2561。就不上图了，都是数据手册上的典型应用。

1.7其他外围

    存储使用一颗24C02，用于存储校验数据，用户数据等。时钟使用一颗爱普生公司的RX8025，这颗时钟内置晶振，标准IIC，看datasheet，精度还是不错的，其实纠结于使用DS3231。温度传感器使用的MCP9800，转换精度12bit，跟18B20差不多，但是用起来，因为是IIC，要好用一些。而且内部带补偿。

贴图

    存储，时钟，温度传感器我用了一组IIC，节省好几个IO口。

下面贴一张主板原理图，至此，主板基本上需要具备的硬件电路都设计完成（需要解释的是，这是十多天的成果，上班族，时间宝贵啊，都是在晚上干，而且弄弄到凌晨，在此吐槽一下搞技术，不容易）如果有其他遗漏不合理的地方，那就搭桥解决，呵呵，搞电子技术的最擅长搭桥了。

貌似上传的看不清，那就项目报告里贴PDF吧。

---主板---

2.PCB设计

    PCB设计花费的时间相对较少了，不是高速板，不需要考虑阻抗、差分等。至于电磁兼容，靠经验和后期调试了。

    直接贴主板的版图，布板技术有限，还望高手指点，相互交流相互提高。主板为双面板，单层元器件。

如图

呵呵，功能强大的3D功能。

    某知名PCB工厂做回来的板子立刻手动焊接，焊接过程的图片忘记拍了，只能补充一张正在夜间调试的了。

拍照水平有限。。。

为了实现功能，还是进行了飞线搭桥，而且还增加了两个电容。板子看起来非常不美观啊。部分器件不需要的就没有焊接。以后有用的时候再焊接。

---驱动---

1. 驱动使用最经典的IGBT驱动，因为项目原计划使用IGBT，所以使用M57962L，主要还是用过，而且手头有，不需要为重新选型所做工作。

2. 驱动板原理图1天就搞定了，而且还游刃有余，以前做电源用过的电路在这里直接搬过来了。下面贴图

   
   

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   以上分别是原理图，PCB图和焊接好的实物图。这个驱动还是比较顺利，用以前做过的改动一下就可以了。在这里讲解一下驱动板的关键，就是关断IGBT的负压，从原理图中可以看到，驱动电源使用24V供电，通过7824和7809三端稳压将驱动波形变换成-5V到15V，以便快速关断IGBT。

   
   

---功率输出---

1.功率输出使用半桥拓扑，额。。。对于半桥就不给大家讲解了，论坛暗藏高手，不敢显摆。

功率输出部分没有制作版图，找来一块散热片，将功率器件整流器件都固定在上面了，额外有输入输出滤波电路，这两部分比较简单，输入部分没有考虑谐振，按照典型应用来的，输出也是简单的几只电容。（其实越简单的地方，越暗藏玄机，因为输入输出电容太大或太小都会影响整个机器的性能，包括桥臂电容）

下面来一张功率拓扑图吧。

这样硬件性的设计整体基本上就完成了。下面开始紧张的code design。实际当做到这一步的时候，也就是处在五一假期的前夕了，于是决定假期里哪里也不去了，在家里调试代码。就是这样，感觉时间也是非常紧张，突然感觉这个项目选的有点庞大了，刚刚开始的思路很好，设计架构也很好，就是时间，感觉根本完不成。。。好吧，想起同事的一句话来：“没有困难也要创造困难”