常用二极管资料
08年我发布的帖子>一直关注度很高,我也因此而感到很欣慰。
把链接贴上方便查看:http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=1376310&bbs_page_no=1&bbs_id=3044
我一直想再做一版更好的电源,可是一直事情太多就搁置了下来,最近事情不多,就抽时间做了第二版电源,我尽最大努
力把它做好。我尽量详细全面的介绍给网友朋友们,使更多的没毕业的兄弟或者刚毕业的兄弟们也能参与进来。
我们到底需要一个什么样的电源呢? 我想基本上要做到如下几点:
1.要耐用,完善的保护功能,过流保护,过热保护都要有,负载向电源释放高压浪涌也可以吸收掉,寿命长,能在零下20度
到零上50度环境长期工作。
3.要精确,在恒压时,就是我设定的是几V电压那输出就是几V电压,在恒流时,我设定的是几A电流那输出就是几A电流,我
们不可能做到绝对准确,但是要把偏差做到最小,设定的电压电流要和输出的电压电流的值基本一致,做到非常小的误差。
不管负载是容性感性或阻性的,电压或电流都不变化,电源不振荡。
4.要有很强的抗干扰能力,想起公司有个电源就抗干扰性能就很差,当接上一个小电机负载时,显示屏就乱跳了,根本看不清显
示的是什么,这就很让人很不舒服,所以我在设计这款电源时也着重的考虑抗干扰的问题。
3.电路要简洁,我们业余DIY的没大公司那么大的设计团队,没有大公司那么雄厚的资金支持,我们只能使电路尽量简化,使
结构简单而又不删减重要的功能,尽量用现成的模块,尽量用IC代替分立元件,使思路更清晰,抽出更多的时间来构想电路
结构、精选元器件,做到“简约而不简单”。
4.操作更人性化,更简单,我发现用户都不喜欢看说明书,喜欢拿来就用的产品,所以就尽量按照用户的习惯来设计操作方式,
哪怕方式很笨很OUT也应该尊重大部分用户的习惯,总之设计就像按摩一样,客人不是在欣赏你舞姿和歌喉,客人要的是自
然而然、飘飘欲仙的舒爽感觉。
6.功能一定要实用而不花哨,在工业现场经常要联网控制,所以就要加入串口通信功能。要有校准功能,用户可以自己用仪器
校准电压电流。
电源基本参数:
输出电压:0-30V
输出电流:0-4A
电压最小分辨率:0.1V
电流最小分辨率:0.01A
下面我们就详细的介绍这个电源吧,分模块介绍吧,
1.CPU和AD、DA的搭配
上版电源是89C516 + AD7705 + MAX531 的组合,搭配还算可以,不过因为只有一路DA不能同时控制电流,可是恒流功能还是很
实用的功能,如果再加上片MAX531就更骚包了,后来我认识了STM32,发现里面有12位的AD和12位的DA,并且增强型有两路DA和 3个独立的AD,一个芯片就代替以前的3个芯片了,只是有点顾虑,感觉ARM里面带的AD和DA性能到底能达到什么程度,那只有做 出来才知道啊,由于电路太简洁了,那就用它做吧,这两天经过测试效果非常令人满意,很线性很稳定,其实本来想用
STM32F103RCT6了,因为是64脚的,刚好我又不需要那么多的IO,可是后来发现没有基准输入引脚,内部把基准直接连接到模拟 电源和地上了,稳定和噪声全靠电源了,以我的性格就是白送我都不用,还好有个100脚的STM32F103VCT6是有独立的基准引脚的, 那就宁可浪费IO也要高精度了,最后确定使用STM32F103VCT6了,再搭配个2.5V基准源MC1403,电路比较简洁了。
(原文件名:stm32.jpg) 引用图片
*STM32F103VCT6的详细参数介绍
内核:ARM 32位的Cortex-M3 CPU,最高72MHz工作频率,1.25DMips/MHz
FLASH:256K字节
RAM:48K字节
供电:2.0~3.6V
ADC:3个12位模数转换器,1μs转换时间,多达21个输入通道,转换范围:0至3.6V
DAC:2通道12位D/A转换器
DMA:12通道DMA控制器
5个串口,8个定时器,CAN,USB,SDIO等功能,无比奢华,对于我这个电源是绰绰有余了,想了解详细资料可以去ST看官方文档。
内部的12位的AD和DA刚好能满足要求,经过测试,线性和稳定性都非常的好。
2.基准源
MC1403是2.5V输出电压基准源,初始电压误差+-25mV,输入电压范围很宽,4.5V-40V的电压输入范围内都可以正常工作,工作
电流1.2mA,输出驱动能力是10mA,典型温漂是10ppm/℃,8个引脚中1脚接电源,2脚输出,3脚接地,其它脚空,为了提高抗干扰 能力,我把所有的空脚都接地了,应用起来非常方便,我们的AD和DA的基准电压都由它提供。
(原文件名:MC1403.gif) 引用图片
3.人机界面
LED显示显然不如LCD点阵显示的内容丰富,但是考虑到电源的工作环境可能很恶劣,LCD的高温和低温性能都很差,所以就选择数码管显 示了,LED具有寿命长、显示角度宽、醒目、工作温度范围宽等优点,可能现在大部分电源厂家仍然选用数码管显示也是这个原因吧。 屏显示分左右两组数码管,各4位显示,左边4位显示电压,右边4位显示电流。
工作中经常使用数字示波器,发现旋钮调节连续加减值比按键爽多了,那就用旋转编码器调节电压和电流,另外还有5个按键,要有 OUTPUT功能,防止上电时不知道上次关机时的电压和电流是多少,直接输出容易烧坏负载,那么上电时就先显示设定的电压和电流, 输出是关断的,如果合适就按下OUTPUT键打开输出,如果不合适,就调节到合适的电压电流后,再按下OUTPUT键打开输出。应该有个 独立的校准按键,可以随时校准电压或电流,其它功能还没想起来。
电压显示下面有两个发光二极管,它也是来指示当前旋钮调节的是对应哪个位,一个是1V步进指示,另一个是0.1V步进指示,按一次旋 钮切换一次。电流显示下面也有两个发光二极管,它来指示当前旋钮调节的是对应哪个位,左边的是100mA步进指示,右边的是10mA步 进指示,由于只有一个旋钮,那当前调节的只能是电压或只能是电流,由另外一个按键切换恒压调节模式和恒流调节模式,那就是4个 发光二极管同一时刻只有一个是亮着的,这时旋钮调节的就是对应的位的模拟量。
(原文件名:焊接完的面板正面.jpg) 引用图片
(原文件名:焊接完面板背面.jpg) 引用图片
5.关于交流电压切换
上一版电源网友 yanjian 提出:“变压器抽头更多一些.继电器更多一些. 这样就可以更好的解决调整管散热的问题. ”,其实我也 发现功耗确实太大了,所以我这次交流输出电压用了4个绕组,通过4个继电器切换电压,4组电压分别是2V,4V,8V,16V,用4个继 电器实现各种电压切换组合,实现0V- 30V每2V步进调节,就是送给功率管的电压先来个粗调,保持调整管输入电压始终比输出高几V, 很好的解决了调整管散热的问题。
4个继电器都不吸合时输出电压0V,保证保护时和刚上电时切断供电保护后级。继电器吸合时对应的绕组输出电压,和其它的绕组串 联,需要注意的是变压器输出绕组串联时相位要对应,相连的两个绕组的端子的电压相位是相反的,就能保证串联起来电压是各个 绕组之和。
(原文件名:交流电压切换原理图.jpg) 引用图片
6.功率管选用
选用大功率PNP达林顿管TIP147,两个管子并联,TIP147的放大倍数是1000,这样我们输出最大电流是4A,4A/1000 = 4mA 就是说 4mA的驱动电流就可以输出4A电流了,不过考虑到资料里标称的1000倍是静态参数,动态时增益会下降,我们把余量开大点,给它个 30mA的最大驱动电流足够了,驱动它的管子就可以不加散热片了。用PNP管子有个原因就是Ib电流是不经过负载直接流向地的,很好 驱动,做到最低1V的压差还可以工作,就不像NPN型管子需要比输出端高几V的电压来驱动,得单独提供高电压
(原文件名:TIP147.png) 引用图片
(原文件名:并联后的调整管.jpg) 引用图片
7.运放选取
上一版电源一个骚包的AD620就20多块钱,实在是浪费,这次就给它给去掉了,这次只用一片4运放TL084就够用了,连OP07都省了, 虽然有些参数TL084比不上AD620或OP07,不过在这个系统里面足够了。
8.防止上电和断电时电压失控的措施
在上电时,运放和CPU都还没供电正常时,整个电路状态非常不确定,这是很容易输出一个短暂的高压脉冲出来,对负载可是个不
小的冲击,所以我加入了光耦构成的调整管Ib电流开关电路,光耦驱动是3.3V电源供给的,就是说3.3V电源没加电时光耦不导通,调 整管关断,输出电压为0,CPU复位前IO口是高阻状态,光耦没有驱动电流,输出电压也为0,CPU复位后,进入正常工作后检测来 自91脚正常的交流电过零脉冲后才拉低光耦使能调整管的Ib电流,打开输出。在系统突然断电时由于主电源滤波电容有10000uF,运 放和ARM供电首先下降,这时也容易使输出电压失控而出现一个短暂的高压脉冲,不过因为有91脚的交流电过零脉冲检测,在突然断电 时,这个脉冲就没了,当CPU检测不到连续的脉冲时就认为是断电了,就立即关断光耦,切断输出不至于在断电时出现高压脉冲而冲击 负载。
(原文件名:光耦构成的关断输出电路.jpg) 引用图片
9.串口功能
加入串口方便通信,用光耦隔离,隔离外部的干扰,同时也不与总线共地。
波特率由主板上面的拨码开关设置.
串口主要要实现的功能是:设定电压电流值,读回当前电压电流值,控制开机关机等功能,还可以给CPU烧录程序。
(原文件名:隔离的串口接口电路.jpg) 引用图片
10.散热系统
九州风神的贝塔10是电脑CPU的散热器,散个100W的功率完全没问题,余量充足,用在这里我们用CPU控制,CPU有温度检测系统, 热敏电阻贴在散热片上面,当检测温度过高时,CPU启动风扇吹散热片,这时散热效率相当的高,如果电流很小,散热片温升很低 时,风扇不会启动,也能少制造点噪音,同时也延长了风扇的寿命。
调整管是垫了硅脂就直接装到散热片上面的,有利于减少热阻,加一个硅胶垫或云母垫会有10℃的温差,而且散热片和别的电路也 没有连接,整流桥虽然也在散热片上,可是整流桥是绝缘封装的,所以这样管子更安全了。本电源最大电流4A,整流桥有2V压降, 整流桥就消耗8W(2V*4A=8W)的功耗,显然必须得加散热片,就同功率管一块安装到散热片上面了。
(原文件名:散热片1.jpg) 引用图片
(原文件名:散热片2.jpg) 引用图片
(原文件名:给散热片攻牙.jpg) 引用图片
11.环牛
总功率150W,输出有6个绕组
2V、4V、8V、16V绕组:电源的主供电绕组,本电源输出就是由这个绕组供给 双14V绕组: 绕组供给运放电源及CPU系统等电路
8V绕组: 供给串口隔离部分
(原文件名:变压器原理图.jpg) 引用图片
(原文件名:环牛1.jpg) 引用图片
(原文件名:环牛2.jpg) 引用图片
12.过热保护
热敏电阻安装在散热片上面,CPU采集热敏电阻上面的电压来采集温度,用来确定是否打开风扇和是否进入过热保护状态,一般超过 60℃的温度就开启风机,超过85℃就关闭输出和切断交流输入。
(原文件名:热敏电阻.jpg) 引用图片
调试接口是SWD接口,只要4根线
(原文件名:SWD连接.jpg) 引用图片
(原文件名:把功率管安装到散热片上面,要涂硅脂.jpg) 引用图片
(原文件名:调整管和整流桥散热片安装面.jpg) 引用图片
(原文件名:空PCB1.jpg) 引用图片
(原文件名:空PCB2.jpg) 引用图片
(原文件名:主板还没焊完.jpg) 引用图片
(原文件名:焊好的板子背面.jpg)
引用图片
(原文件名:焊接完正面.jpg)
引用图片
(原文件名:主板焊接完背面.jpg)
引用图片
(原文件名:4个继电器.jpg)
引用图片
(原文件名:主板后面.jpg)
引用图片
(原文件名:整体安装位置.jpg)
引用图片
买不起电子负载,就买了个电位器做负载
(原文件名:150W-12R电位器.jpg)
引用图片
原理图:
点击此处下载 ourdev_556047.pdf(文件大小:311K) (原文件名:CF-power2-MAIN.pdf) 点击此处下载 ourdev_556048.pdf(文件大小:128K) (原文件名:CF-power2-KB.pdf)
接下来的调试过程我会陆续上传,包括源程序。
常用二极管资料
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散热设计研究:散热片制作,计算,材料选用专题. 各种材料热传导系数比较
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这位老大真好,感谢老大支持. 黑色与白色氧化铝的导热特性是一样的,只是颜色不同.但不同的厂家做出来的性能参数就不一定相同啦,因配方不同,技术水平高低而有所不同.一般我们的导热系数为:20-28W/mK.
散热片与开关管之间绝缘片的特性介绍:
常用的普通材料有:硅胶片、矽胶片、矽胶布、硅胶布、软矽胶垫、绝缘粒、云母片、矽胶帽套、导热绝缘矽胶套管. 矽胶片和云母片常见规格有:TO-220 TO-3P1 TO-3P TO-3PL TO-3等,同时可根据客户需求定做各种特殊规格. 绝缘粒常见规格有:TO-220 TO-220A TO-220B T0-220D TO-3. 矽胶帽套常见规格有:220A 220B 220C 3PA 3PB .
矽胶布常见规格有:0.19、0.2 0.23 0.25 0.3 0.5 0.8mm*300mm*50m. LED专用导热垫常见规格有:0.5 0.8 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0(最厚可做到12mm).
导热绝缘矽胶套管常见规格有:直径10mm 14mm 16mm(分别用于220和3p封装功率管上). 以上矽胶材料导热系数为:0.8-2.5W/mK,其中云母片导热系数为:0.43-4.5W/mK,但易碎. 以上材料比较适宜小功率,发热不严重,要求不高的机种,价格较便宜,有一定的市场. 普通常用矽胶片/矽胶布(以图说明): 可依用途任意改变规格尺寸,形状.
厚 度: 0.23MM 0.3MM 0.45MM 0.8MM 电 压: 3-3.5KV 3.5KV 6KV 8KV 热电阻: 0.4 0.4 0.4 0.4 温度范围:-60--+180度 UL: 94V-0 普通常用矽胶布: 普通常用矽胶片: 普通常用云母片:
厚度:0.1-0.4MM (+/-0.03MM) 温度:600度 电压:3000V/0.1MM 导热系数:0.43-4.5W/M.K
普通常用的元器件用绝缘胶粒:
用于紧固螺丝与金属片绝缘,它可以不导热,但一定要求绝缘好,耐电压,要不高压过不了,絕緣粒(锁螺絲絕緣外套). 常见规格有:TO-220 TO-220A TO-220B TO-220C T0-220D TO-3. 软性导热硅胶片:导热系数1.0~3.0W/M.K 你说的黑色,应该就是阳极氧化处理.
那个只能增加辐射散热的能力,对于HS自己内部的导热好像没有什么帮助. 另外,阳极氧化处理比较增加成本,意义不是很大.只是表面上好看一点
通常散热器的表面颜色制成银白色(铝本色)、黑色、金黄色及其他鲜艳的颜色;由于黑色的热辐射能力最强,在自然对流的条件下,黑色的散热器比银白色的散热能力提高5%左右;而金黄色及其他鲜艳的颜色,则不会增加散热能力或增加极小,但对表面能起到保护作用.在强制冷却(如风冷)条件下,散热器表面颜色对散热性能没有影响.
通体的黑色,在很多铝金属原色的散热器里面显得与众不同.此种黑色散热片是用阳极+电镀的方式加工而成的.阳极主要去除散热片加工过程中可能粘在散热片上的铝屑,避免因铝屑掉落在主板上而引起的短路.基本上所有的散热片均需要阳极加工处理.而电镀则可以让散热片的外观更加完美、时尚,达到外观与性能的完美统一.
散热片表面处理:散热片表面做耐酸铝(Alumite)或阳极处理可以增加辐射性能而增加散热片的散热效能;一般而言,颜色是白色或黑色关系不大.表面突起的处理可增加散热面积,但是在自然对流的场合,反而可能造成空气层的阻碍,降低效率.
从图表中可以看出,导热系数依次为:银--铜--金--石墨粉--氧化铍--铝--氮化铝--碳化矽--六方氮化硼--铁--氧化铝--不锈钢.其中铜,铝,铁为最常用的散热材料,但不绝缘,价格铝最便宜.氧化铍,氮化铝,氧化铝都是绝缘材料,且导热不错,能耐高压,耐高温.在大功率发热元器件,氧化铝做为导热绝缘坠片,是理想的选材. 电源设计都要考虑效率与散热问题,此公式供大家参考: T=(P/Fm)^0.8 *539/A P : 损耗(热量); Fm: 散热面积;
A :散热校正系数,与散热材料有关; T :温升.
黄铜做散热器,表面很容易变黑,尽量用渡镍的铜做,可在散热片上加防氧化层.
任何器件在工作时都有一定的损耗,大部分的损耗变成热量.小功率器件损耗小,无需散热装置.而大功率器件损耗大,若不采取散热措施,则管芯的温度可达到或超过允许的结温,器件将受到损坏.因此必须加散热装置,最常用的就是将功率器件安装在散热器上,利用散热器将热量散到周围空间,必要时再加上散热风扇,以一定的风速加强冷却散热.在某些大型设备的功率器件上还采用流动冷水冷却板,它有更好的散热效果. 散热计算就是在一定的工作条件下,通过计算来确定合适的散热措施及散热器.功率器件安装在散热器上.它的主要热流方向是由管芯传到器件的底部,经散热器将热量散到周围空间.
采用什么方式散热以及散热片要多大,由以下条件决定: 1、元件损耗 2、元件散热环境 3、元件最高允许温度
如果要进行散热设计,上面的三个条件必须提供,然后才能进行估算.
大部分TO-220三极管,一般中间那个脚是C,它又跟管子本身的金属片相连,也有不相连的.散热片与金属片那个脚相连,所以一些高压,绝缘不良的问题要主意啦,要留有一定的距离,或选好的绝缘材料. 以7805为例说明问题.
设I=350mA,Vin=12V,则耗散功率Pd=(12V-5V)*0.35A=2.45W
按照TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,温升是132℃,设室温25℃,那么将会达到7805的热保护点150℃,7805会断开输出. 正确的设计方法是:
首先确定最高的环境温度,比如60℃,查出7805的最高结温TJMAX=125℃,那么允许的温升是65℃.要求的热阻是65℃/2.45W=26℃/W.再查7805的热阻,TO-220封装的热阻θJA=54℃/W,均高于要求值,都不能使用,所以都必须加散热片,资料里讲到加散热片的时候,应该加上4℃/W的壳到散热片的热阻.
计算散热片应该具有的热阻也很简单,与电阻的并联一样,即54//x=26,x=50℃/W.其实这个值非常大,只要是个散热片即可满足.
国际化标准组织ISO规定:确定散热器的传热系数K值的实验,应在一个长( 4±0.2 )m×宽( 4±0.2 )m×高( 2.8±0.2 )m的封闭小室内,保证室温恒定下进行,散热器应无遮挡,敞开设置. 散热器的传热系数是表示:当散热器内热媒平均温度与室内空气温度的差为1℃时,每 ㎡ 散热面积单位时间放出的热量.单位为W/㎡.℃. 散热量单位为W.传热系数与散热量成正比.
影响散热器传热系数的最主要因素是热媒平均温度与室内空气温度的温差△T,散热器的材质、几何尺寸、结构形式、表面喷涂、热媒温度、流量、室内空气温度、安装方式、片数等条件都会影响传热系数的大小.
散热器性能检测标准工况(当△T=64.5℃时),即:热媒进口温度95℃,出口温度70℃,空气基准温度18℃. 安规要求:
对初/次级距离有三种方式: 1.爬电距离达到要求. 2.空间距离达到要求. 3.采用绝缘材料:
a.用大于0.4mm厚的绝缘材料.
b.用能达到耐压要求的多层安规绝缘材料距离可小于0.4mm 如变压器中用三层黄胶纸. 散热器的计算:
总热阻RQj-a=(Tjmax-Ta)/Pd Tjmax :芯组最大结温150℃ Ta :环境温度85℃ Pd : 芯组最大功耗 Pd=输入功率-输出功率
={24×0.75+(-24)×(-0.25)}-9.8×0.25×2 =5.5℃/W
总热阻由两部分构成,其一是管芯到环境的热阻RQj-a,其中包括结壳热阻RQj-C和管壳到环境的热阻RQC-a.其二是散热器热阻RQd-a,两者并联构成总热阻.管芯到环境的热阻经查手册知 RQj-C=1.0 RQC-a=36 那么散热器热阻RQd-a应
按现有散热器考虑,d=1.0 A=17.6×7+17.6×1×13 算得 散热器热阻RQd-a=4.1℃/W,