数控降压电源模块DCDC| 5A，LCD显示

Posted 卓晴

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了数控降压电源模块DCDC| 5A，LCD显示相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

简 介： 本文对于从TB购买到的一款数字稳压电压进行初步测试，可以看到它的输出稳压以及限流的功能。

关键词： DCDC，数字控制电压

 

§01 基本信息

  在 第十六届全国大学生智能车竞赛线上全国总决赛裁判手册 给出了在节能信标组供电电压需要使用+24V，3.5A的限流模块。为了方面大家比赛，在公众号TSINGHUAJOKING中有同学推荐了一款之前他使用过的小巧偏移的直流电源模块。可以在TB 5A数控降压电源模块DCDC 可调恒压恒流液晶LCD多显示按键设定电压 购买到。

  这款电源模块到达手边已经有一个礼拜了，下面对其性能进行基本测试。

一、基本参数

  在模块 销售TB网页 中，给出了模块的基本参数：

  • 输入电压：6.5-36V（输入电压低于6.5V，电流精度不准，低于5.5V液晶显示不正常）

  • 输出电压：1.2-32V ，出厂默认输出5V.

  • 输出电流：能长期稳定工作在3.5A ，加强散热下可达到4.5A左右(可调限制电流最大4.2-4.5A左右)

  • 输出功率：自然散热50W(3.5A以内)，加强散热75W

  • 电压显示：分辨率0.05V，量程1.2-32V，精度±0.1V左右(对精度要求苛刻的客户慎拍！)

  • 电流显示：分辨率0.005A,量程0-4.5A左右，精度±0.05A左右(对精度要求苛刻的客户慎拍！)

  • 转换效率：94%左右

  • 工作电流：30mA左右

  • 输入反接保护：有

  • 尺寸：长宽高 70.5*48.4*28mm

  • 重量：62g

二、模块接口

  模块上显示型号为： ZK-J5X， 下面是模块的基本接口：

▲ 图1.1 电源模块接口示意图

 

§02 电路板设计

一、电路板部件

  购买到的电路板模块包括有主板以及上下外壳塑料板以及相关连接螺钉组成。

▲ 图2.1 电路板散件

1、电路板上主要芯片

(1) 主控MCU

  主控MCU的型号为 HK32F030 。曾经在 节能信标电源中使用过STM32F030的替代芯片XM32F030 ，这块 HK32F030 芯片是由深圳航顺芯片公司出品的 Cortex-M0内核的 ARM 单片机。

  留下一个问题，它的使用以及BOOTLOADER是否与STM32F030兼容呢？这一点需要在之后进行验证。

(2) 液晶控制芯片

  电路板上存在一个液晶控制芯片 TM1621 ，驱动电路板上的液晶模块。

(3) 开关电源芯片

  模块的主要电源管理芯片是 XL4015 ，它是输入电压范围是8V ~ 36V， 工作在180kHz PWM 稳压DC/DC电压转换芯片。输出电流范围5A，最高效率可以为96%。

▲ 图2.2 XL4015典型应用电路

(4) 其它电子器件

  电路板上还包括有 LM358×2，N-MOS RU3560 以及一些其它阻容器件。

2、模块组装

▲ 图2.2.1 组装好的电源模块

二、如何进行数控调压？

  如何对于XL4015进行输出电压控制呢？ 在 XL4015-ADJ 5A 大电流DC-DC原理图分享 给出了一个一个基于单片机的 的DAC输出电压控制XL4015输出电压的基本原理图，可以实现 输出 0 ~ 24V可调。

▲ 图2.3 利用单片机的DAC控制XL4015的输出电压

  图中，流过电阻 R 1 , R 2 , R 3 R_1 ,R_2 ,R_3 R1​,R2​,R3​的电流分别为： I 1 , I 2 , I 3 I_1 ,I_2 ,I_3 I1​,I2​,I3​。它们分别为： I 3 = ( V G − V D − V F B ) / R 3 I_3 = \\left( {V_G - V_D - V_{FB} } \\right)/R3 I3​=(VG​−VD​−VFB​)/R3 I 2 = ( V O U T − V F B ) / R 2 I_2 = \\left( {V_{OUT} - V_{FB} } \\right)/R_2 I2​=(VOUT​−VFB​)/R2​ I 1 = V F B / R 1 I_1 = V_{FB} /R_1 I1​=VFB​/R1​

其中：
VD：是肖特基二极管SS14的导通电压，假设其为0.4V
VFB：是XL4015稳压参考电压，1.25V

  根据 I 1 = I 2 + I 3 I_1 = I_2 + I_3 I1​=I2​+I3​，可以化简得到如下公式：
V O U T = 1.25 × ( 1 + R 2 R 1 ) − ( V G − 1.65 ) × R 2 R 3 V_{OUT} = 1.25 \\times \\left( {1 + {{R_2 } \\over {R_1 }}} \\right) - \\left( {V_G - 1.65} \\right) \\times {{R_2 } \\over {R_3 }} VOUT​=1.25×(1+R1​R2​​)−(VG​−1.65)×R3​R2​​

  根据图中关于 R 1 , R 2 , R 3 R_1 ,R_2 ,R_3 R1​,R2​,R3​的取值，可以给出具体的 V G V_G VG​的电压与输出电压 V O U T V_{OUT} VOUT​之间的关系。

 

§02 功能测试

一、静态测试

1、空载稳压测试

测试结果：
输入电压：7.5V
输入电流：29mA
输出显示电压：5.05V
输出电压：5.144V

2、负载100Ω

测试结果：
输入电压：7.5V
输入电流：67.6mA
显示电压：5.05V
输出电压：5.141V

二、输入输出电压关系

   测试条件：
输出设置：5.05V
   输入电压范围：3V ~ 24V

  输入电压直流电压源为 DH1766线性三路可编程直流电源 。

1、负载100Ω

  下面给出了输入电压从3V变化到24V输出电压的变化情况。其中可以看到在输入电压小于6V的时候，输出电压并没有进行稳压。

▲ 图2.2.1 输入电压与输出电压

  重新对于输入电压的范围进行变化，输入电压从3V变化到7V，测量输出电压：

▲ 图2.2.2 输入电压与输出电压

  从上述测量结果来看，如果维持在5.05V的输出电压，则输入电压至少需要达到6V以上。

三、输出电流与电压

  利用 带有WiFi接口的FZ35电子负载 作为模块的输出，然后测量不同负载电流下输出电压的变化。

▲ 图2.3.0 利用FZ35电阻负载测量输出电流与电压之间的关系

1、确定WiFi IP地址

  通过Tenda配置网页查看WiFi IP地址： 192.168.0.112。

▲ 图2.3.1 通过Tenda配置网页查看WiFi IP地址

2、测量结果

  通过设置FZ35不同的负载电流，测量降压电源模块的输出电流。输入电压9V。得到如下的测量结果。

▲ 图2.4.1 输出电压与输出电流

▲ 图2.4.2 输出电压与输出电流

  可以看到在输出电流超过2.7A之后，输出电压会突然降低到 1.5V 左右。这说明模块的输出有限流作用。

当输出电压降低之后，电子负载FZ35处于关断状态，所以输出电压重新恢复到5V。

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST2.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2021-04-26
#
# Note:
#============================================================
from headm import *
import socket
import socket
import socket
from tsmodule.tsvisa        import *
#------------------------------------------------------------
UDP_HOST  = '192.168.0.112'
UDP_PORT  = 8003
UDP_BUFSIZE = 0x1000
uport = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
uport.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_SNDBUF, UDP_BUFSIZE)
uport.settimeout(0.2)
def uportsend(data):
    ADDR = (UDP_HOST, UDP_PORT)
    if type(data) != str:
        data = str(data)
    data = bytes(data, 'gbk')
    uport.sendto(data, ADDR)
def uportrecv():
    try:
        data, ADDR = uport.recvfrom(UDP_BUFSIZE)
    except socket.timeout:
        printf('Meter time out.')
        data = ''
    if len(data) > 0:
        return data.decode('utf-8')
    else: return ''
def uportval():
    uportsend('MEMOS')
    splitstr = uportrecv().split(' ')
    data = []
    for val in splitstr:
        if len(val) > 1:
            data.append(eval(val))
    return data
#------------------------------------------------------------
uportsend('0.00A')
time.sleep(2)
dm3068open()
seti = linspace(0, 5, 50)
voltout = []
for c in seti:
    setstr = '%d.%02dA'%(int(c), int((c-int(c)) * 100))
    uportsend(setstr)
    time.sleep(1.5)
    volt = dm3068vdc()
    printff(setstr, volt)
    voltout.append(volt)
    tspsave('measure', seti=seti, voltout=voltout)
uportsend('0.00A')
plt.plot(seti, voltout)
plt.xlabel("Output Current(A)")
plt.ylabel("Output Voltage(V)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()
#------------------------------------------------------------
uportsend('0.00A')
time.sleep(.5)
#------------------------------------------------------------
'''
printf('\\a')
for i in range(100):
    uportsend('1.%02dA'%i)
    time.sleep(.2)
    printf(i)
'''
#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST2.PY
#============================================================

四、改变输出限流

  通过改锥调整 电流限流设定电位器：

  • 如果逆时针旋转到底，可以看到 CC LED点亮；
  • 顺时针旋转到底，将电流限制设置到最大。

1、电流设置最大

  将电流限制设置电位器顺时针旋转到底。重新进行测量。

▲ 图2.4.1 输出电压与电流之间的关系

2、将电流限制设置放置在中间位置

  调整电流限制电位器到中间位置。进行重新测量。

  下面是测试结果，可以看到此时输出电流大约为1.2A左右。

▲ 图2.4.2 输出电流与电压之间的关系

五、上电过程

测试条件：
供电电压：+9V
负载电阻：100Ω

▲ 图2.5 上电过程

 

※ 测试结论 ※

  通过对于一款数字降压电源模块进行测试，测量它的输出特性以及电流限制特性。

■ 相关文献链接: