三通道程控直流电源

 

事情起因于本人桌面上一直使用的一台3路程控直流电源IT6322坏了，于是就一直缺电源用，本来想再换一台的，可是刚好看到了立创的电子设计大赛有直流电源类，于是就顺理成章的萌生了DIY一台多路程控电源的想法，也正好趁此机会检验一下自己的能力水平。

初步的打算是按照IT6322来设计，IT6322有3路输出，两路30V、3A，一路5V、3A，电压输出精度0.01V，电流输出精度0.001A。操作界面打算使用3.5寸的液晶屏加触摸屏来控制，当然硅胶按键也要带上，有时候还是更习惯用按键(先都设计上吧，以免后面发现触摸不好用)。实体的数字键盘就不需要了，用方向键调节位数加旋转编码器旋钮调节数字的操作体验更舒服一些。GUI使用EMWIN。通信接口使用USB，其他接口暂时先不管，先满足自己的需要吧。通信协议使用SCPI，这样可以兼容其他的仪器，节省搭建测试平台时的工作量。

因为需要支持远程SCPI控制，因此需要一个上位机，先自己使用C#写一个简单的用着，先把远程控制电压、电流、开关、过流、过压等功能做了，其他功能后续再慢慢添加。

项目详情

1、通道一和通道二输出0-36V，0-4A;通道三输出0-8V，0-4A。三个通道的电压分辨率都为0.01V，电流分辨率都为0.001A。三个通道要完全隔离，且支持通道间串联、并联使用。电源要支持恒压模式和恒流模式，且自动切换。

2、保护功能要完善，过压保护、过流保护、过热保护等。

3、GUI界面人性化，方便操作。屏幕可以调节亮度，蜂鸣器可以开关控制，风扇根据温度自动调节。

4、设置参数有掉电保存功能。

5、有参数组快速输出功能，有延时输出和输出定时功能。

6、可以支持波形输出，比如输出正弦波、方波等。

7、有USB通信接口，支持SCPI协议，可以远程控制电源、远程升级电源固件。

方案选择

首先是确定电路方案，因为要实现多个通道的串联、并联输出，于是3个通道要完全隔离，每个通道采用独立的ADC和DAC分别控制输出电压与电流和测量输出电压与电流 ，然后ADC和DAC再通过隔离芯片与单片机进行通信。

输出电压与电流的控制有两种方案，一种是实时采集电压和电流，然后通过软件PID来调节;还有一种是直接使用硬件比较设置电压与输出电压，然后硬件电路自己调节。第一种调试起来会麻烦很多，因为怕时间耗费过多，所以直接采用第二种方案。

然后供电方案也有两种，一种是采用工频变压器供电，即直流电源。一种是采用开关电源供电。开关电源供电的效率比较高，散热压力小，但是纹波大，电路更复杂。工频变压器供电的纹波小，但是效率低，重量比较大。因为我是制作的实验室电源，对于电源的效率、重量并不太关心，反而对纹波要求比较高，于是选择第一种方案。

接下来就是选择芯片并绘制原理图了。因为输出电压范围为0-36V，精度0.01V，36/4096=0.0087V，因此ADC和DAC采用12位的就足够了。每路要进行电压和电流的分别控制，因此需要两个通道，最好直接选择双通道的ADC和DAC。经过选型，最后确定DAC采用DAC7612，ADC采用MCP3202。

因为要驱动TFT、触摸屏、控制3片DAC和ADC、继电器、按键、旋钮、风扇等，64个IO都不够，只有选100个引脚的单片机了，然后Flash需要大一点的，可以直接保存GUI用到的字库、图片，就不需要再加外挂Flash了。同时单片机RAM也得大一点，给显示缓存用，这样就不用再外挂一片SDRAM了，最后选择Flash有1M，RAM有96KB的GD32F103VGT6作为主控。

供电电路

三个输出通道各自隔离，自成一个系统，因此电源也是3个隔离的系统。每个通道的模拟电路需要正负12V、正5V、正4.1V的电源，单片机的供电也是一个隔离的系统需要正12V、正5V、正3.3V，USB通信接口也需要一个隔离正5V电源，因此一共是5个互相隔离的电源系统。

电压通过变压器得到，输入交流电压，经过整流桥、大电容滤波得到直流电。然后采用直流稳压芯片LM7812来得到正12V、采用LM7912来得到负12V、采用LM7805来得到正5V、采用LM317来得到正4.1V、采用AMS1117来得到正3.3V。电路图如下：