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首先声明，个人非常尊敬春风，本文只是从纯技术的角度进行讨论，言语不当之处敬请海涵，认识错误之处也请各位指正，各路高手们都不要潜水了，现身吧！ 首先需要指出的是，春风这一款开源电源是非常成功的，无数的成功的复制案例也有力地支持了春风的方案，春风的开源精神以及对网友不厌烦的帮助问题也令人敬佩，但是小弟在学习春风的电源设计方案的同时，也发现了很多疑问，或许是我知识浅陋，也有可能是没有明白春风设计的初衷，但不管怎么样，本着交流学习的态度，我将我的疑问一一写出来，不当之处望海涵，欢迎发帖揭露小弟的浅薄。下面就我对春分电源的疑问一一道来。 1. 本文讨论的对象为春风的2.1版本的原理图，由于我还没有放置，只是看了硬件部分的设计，所以本文主要针对硬件部分的设计。先从电源的主控制部分说起，先说变压器，电源变压器部分用了四个独立绕组，但是从春风的电路设计上来看，这四个绕组完全没有必要设计成独立绕组，设计成抽头就可以了，这样可以将变压器的连线减少3条，根据我的经验，变压器抽头太多厂家一般会多收钱，我咨询过我经常定做变压器的厂家，如果使用抽头，按照春风的标准，一个变压器不超过100元。小结：变压器应不使用独立绕组而应使用抽头。 2. 调整管春风使用的是IRFP250，这个器件应该是选用的比较恰当的，这个MOS管的导通电阻为85毫欧姆，电流为33A，允许功耗为150W，足以满足我们的要求。但是问题是这个春风使用了两只，这是完全没有必要的，首先系统最大的电流为4A，不足33A的15%，其次IRFP250上的最大功耗不超过4A*2V*1.2=9.6W，不足150W的10%，就算用世界上最严格的标准来设计，一只管子也是足以满足系统要求的。也许有人说两只管子可以减少发热量，但是调整管部分的发热量跟跟管子的个数是没有关系的，增加管子只是将发热分配到了各个管子而已（当然这个很没有必要）。小结：Q3，Q4应该去掉其中一个。 3. R29和R30这个两个电阻的作用我百思不得其解，我觉得是白白浪费功耗，我不不知道春风是不是为了提高系统的热稳定性，我想应该不会的，整个系统采用闭环控制，热漂移的速度远远低于单片机的控制速度，所以整个系统的热稳定性决定于STM32内部的基准源的热稳定性。小结：R29，R30应该去掉。 4. 关于取样电阻R42，春风使用的DALE的电阻，这的确是个好电阻，但是其热稳定性远不如康铜丝，续流能力也不及康铜丝，价格方面还不知道，如果是我的话，这儿我肯定会使用康铜丝，康铜丝几乎是电流采样应用的标准。另外，0.05欧姆有点小了，这对小电流的精度不利，一般使用0.1欧姆或者0.2欧姆。小结：R42建议使用康铜丝绕成的0.1欧姆电阻。 5. 关于C31也C49，C31在线性电源中起到了非常关键的作用，可以提高电源的反应速度。在这里是必须的，但是这儿的值取得太小，我参考了很多电源的设计，一般都在100pF到1000pF之间，显然这里22pF太小。另外，既然C31能够提高电源的反应速度，C49就只会降低电源的反应速度，这两个电容是矛盾的，不能共存，我从来没有讲过在C49的位置加电容。这应该是春风的设计失误。小结：C31改成330pF，C49去掉。 6. 关于R5，R37，R38。我不太明白春风为什么要把100K的R5和24K的R37串联起来，为什么不直接用一个120K的电阻呢？另外，这三个电阻完全没有必要使用0.1%的，因为整个系统有一个校准的过程，只要有校准的过程，电阻初始精度就变得不重要了，重要的而是电阻的稳漂，而一般0.1%的金属膜电阻和5%的金属电阻稳漂是一致的，这里使用5%的电阻一点问题也没有，还可以省成本。小结：R5，R37用120K的电阻代替（同样的道理，R6个R39合并，R12和R40合并，），同时这三个电阻使用5%精度的足以。 7. 关于R3，R49，R20，R24这四个电阻，这四个电阻都是串在输入和运放的同相输入端的，众所周知，运放同相输入端的电阻是无穷大的，在负反馈的情况下在同相端串联一个电阻除了浪费物质之外将无任何作用（用的还是1%的，心痛啊。。。）（PS：在同相端串联电阻唯一合理的情况是，当运放用在比较器的时候，防止两个输入端之间的压差太大损坏输入级的差模箝位二极管，这儿是线性应用，不属于此应用范畴）。小结，这四个电阻应该统统删除。 8. 关于R21和C9以及R25和C16，这四个元件完全是多余的，U11B的输出端的交流等效模型是交流地，这样一来C9就会等效成U11A的输入电容，众所周知，在运放的输出端和反相输入端增加对地的电容会引起运放的振荡。所以C9不但是无用，反而是有害。但是为什么众多网友在调试的时候没有发现振荡的现象呢？这完全是C29的功劳，C29降低了高频噪声的增益，这样就相当于降低了甚至抵消了C29的作用。至于R21，也是有害无益，只会减缓的系统的反应能。综述：R21，C9，R25，C16都应该去掉。顺便提一句，C29应该使用1000pF比较合理。 9. C48和C33的作用是相互矛盾的。C48会等效成输入电容，会跟反馈电阻形成一个极点，幸亏有C33，否则肯定振荡得一塌糊涂，原因上面已经说过，这儿就不多说了。应该去掉，顺便把C48改成100pF。 10. R22和C12是完全没有必要的，其实仔细审视春风的设计，发现很多地方其实是相互矛盾的。很明显，R22和C12的作用是LPF，这会降低系统的反应速度，但是春风又在采样电阻上面并联一个C31来提升反应速度，真是百思不得其解。这里R22和C12应该去掉。明眼人应该一眼看到，这个系统存在了太多的零点，但是系统中有一个零点远远低于其他零点，以至于其他的都可以忽略，至于是哪个我先卖个关子。小结。R22和C12去掉，同理R19和C10去掉，R26和C13去掉，R23和C11去掉。 11. 关于输入晶体管，这个应该是整个系统中又一欠考虑的地方。场效应管的栅极电阻是非常之大的，几乎不吸取任何电流，运放开环完全可以驱动，实际上，在这个电路中，运放的负载电阻是R34，运放的最大灌电流为（12V-0.7V-0.3V-4V）/1K=7mA，这个完全在运放的正常工作范围之内，根本没有必要加驱动三极管。可能有人要说，虽然栅极的直流电阻很大，但是输入电容很大，能高达2000pF，运放直接驱动的运放会震荡。我说，非也，一是栅极串联了一个10欧姆的电阻（实际上一般串100欧姆比较合适，10欧姆太小了），使运放的等效负载电容变小了，同时运放跟栅极还有一个二极管隔离，负载电容的影响进一步降低了。可能又有人会说，静态电流跟动态电流是两码事，在输出变化时，运放的输出可能有大范围的波动，这时候的动态电流可能会超出运放的提供能力，那我们就来计算一下运放输出可能的最大电流。最大电流为C*SR=2000pF（源自IRFP250的数据手册）*13000V/S（源于TL084的数据手册）=26mA，依然在可以接受的范围之内。综上所述：这两个驱动晶体管完全可以去掉，但是栅极的串联电阻应该增大到100欧姆到330欧姆左右。另外，这个电路还有很大的一个缺陷，就是栅极没有泄放电阻，如果运放先行掉电，栅极上的电荷将无法释放，这样会造成开机时候的振铃，应该增加一个1K的电阻倒地。 12. 关于继电器的供电电压，本设计中使用了一个7812（U13）经行稳压，这是完全没有必要的，继电器对电压非常不敏感，在-30%~+70%的电压范围之内都能够工作。完全可以用整流器滤波后的直接电压进行供电（PS：很多成熟的产品上都是如此设计的）。小结：去掉U13,继电器直接采用整流后的电压供电。 13. 另外，给单片机供电采用的LM317，而输入电压确实12V，压差达到了9V，发热量可想而知，可能是春风惧怕开关电源的噪声影响模拟电路的精度，其实开关电源并不是洪水猛兽，只要布线合理，噪声完全可以抑制到50mVpp以下，这对后面电路的影响是微乎其微的。另外，就算你用线性电源给单片机供电，但是单片机本身是数字的，还是会向外辐射噪声，甚至会比开关电源的噪声更大。小结：3.3V供电采用开关稳压芯片，如LM2576。 14. 又，纵观整个系统，+5V的电源只是单独为Max232供电，真是太浪费了，完全可以使用一片3.3V的MAX3232，这样就可以和单片机公用一个3.3V的电源，从而省略78L05。其实本系统完全可以只使用一个+12V的电源而不用-12V的电源，但是需要改动几个地方，限于篇幅的原因，在此不再详述，等后面再说。 15. 关于RS232部分，首先，这个不是高电压系统，输出完全不需要光耦隔离。就算是需要用光耦隔离，也不应该是这个隔离法，在这个设计中，两侧的根本没有隔离，因为光耦的两个电源一个是VCC一个是+5V，都是板上的电源，而并非独立的电源，虽然春分有意识的对地进行了分割，但是应该看到，VCC和GND其实是一回事，所以实际上没有隔离，这个光耦就是个摆设。小结：去掉光耦。 今天先写到这儿，后续的再补充。 2010-10-9 22:59于北京。 作者：BBSIDKING QQ：402161786 Form BUPT，热烈欢迎各路人士的口水战。 --------------------------------------我是可爱的分割线----------------------------------------------------------- 早上起来看大家的回复，基本上都是很中肯的，没有所谓的“高手”故弄玄虚，大家都是实实在在的高手。 根据大家的批评，我也认识到许多自己的错误，有的是原理性错误，有的是没有理解春分的设计意图，在此，向各位网友提出感谢的同时，也向春风致以真挚的歉意。为了保证讨论的公平公正，原帖在整个过程中我将一字不改，下面就我的一些错误进行说明： 6，有网友指出（编辑此文档的时候不能看到回复，不方便查阅是哪位网友，见谅），串联电阻可以有效利用ADC的FS，这么做是正确的。但是关于有没有必要用0.1%电阻，大家可以讨论，我任然对此存有疑问（也有不少网友跟我存有相同观点的）。对此网友表示感谢。 14，春风的设计意图是用单独的电源为RS232供电，提高隔离性，这是我没有想到的，向春风表示歉意。 15，我电路理解错误，无话可说，直接认错。 下面罗列一下几个焦点问题： 1.一个调整管到底够不够？ 2.同相端到底有没有必要串联电阻？ 3.电流采样电阻到底用什么？ 4.RS232到底需不需要这么严格的隔离？有见过因为没有隔离损坏设备的吗？ 2010-10-10 09:00于北京。 作者：BBSIDKING QQ：402161786 Form BUPT，热烈欢迎各路人士的口水战。 -------------------------------我是悲剧的分割线----------------------------------------------------------------- 很明显，事情并没有按照我的预期发展。 讨论已经变了味。 继续下去意义不大。 我也只能用实际东西来证明自己的分析了。 本人笨，学东西慢，功课紧，不会STM32，短时间可能还拿不出手像样的东西，即便拿出了也可能问题重重。 但是我会为自己说过的话负责。 我会给大家一个交代的。 这句由春风插入：既然来论坛讨论那就不要私底下说，在论坛上说大家都能看到，是非黑白自有大家定论，再说讨论技术也没什么秘密可言的。 --------我哪儿说要私底下说了？我不介意你更改我的帖子，但是你这样把我的帖子分割的太凌乱了，还是分成两部分吧。 2010-10-10 12:30于北京。 作者：BBSIDKING QQ：402161786 ---------------------------以下是春风大哥的回复------------------------------------------------------- 楼主不反对我把我的讨论也更新到楼主位吧，方便大家查看啊，如果楼主认为不合适可以删掉。 感谢楼主这么详细分析并抽时间和大家讨论，那我也回复我的观点。  （1）.变压器使用4个独立绕组是为了更精确的实现2V步进，为了很好的降低功率管功耗，楼主说的“连线减少3条”好处只是减少了抽头，但是带来的问题是电压调节太粗，根本达不到2V步进了。  楼主说的抽头多了几个涉及到的制作成本问题其实不是问题，因为我每次只做10个不是1K，价格上她都一样的，你说的100元我也做不下来的，因为厂家不一样，差价很大，山寨小厂也不敢用的。  （2）.功率管的电流选取不只是考虑功率管的极限电流的，极限电流的测试条件和我们的工作条件也是有很大差别的，33A工作是在1.5V以下工作才行的，不能直接作为参考依据，我们这里显然压降会远远超过1.5V，至于功耗150W也是散热最好的条件下测试的理论值，那么我们使用两个管子就是为了分散功耗的，不是说你使用了巨大的散热器，然后功率就能使用到功率管的极限的，实际应用要考虑热阻的，假如功率管突然有140W的功耗（就是输出30V，输出短路时，35V * 4A = 140W），那么功率管产生的热量能不能充分的传导到散热器上，这就看热阻了，由于热阻存在就会有散热器和功率管的温差，为了安全考虑，我使用两只管子，那么热阻就是一只管子的一半了，温差也降低了一半，其实是对安全考虑的，如果不能保证安全的工作，那节省那么一点点成本是得不偿失的。  （3）.其实这个问题有些简单了，并联的功率管会由于VGS差异会导致电流不平均衡，那么这两个电阻的加入就给每个功率管加入了个电流负反馈，使两个管子的电流保持基本一致，绝对不能去掉的。  （4）.关于R42和使用DALE电阻和康铜丝的问题我之前也考虑过的，而且康铜丝我也买了几十米，为什么没用，因为我测试了温漂比我买的DALE电阻还大两倍，一般市场上买到的康铜丝都是材料配比严重不合适的，实际温漂都很大，DALE电阻我拆开过，里面是金属片电火花加工的，我想材料一定是优质的康铜材料了，因为康铜也不是昂贵的金属。  另外康铜丝也有缺点，就是康铜丝由于铜表面暴漏在空气中，长时间发热在空气中会氧化，氧化了阻值就会变大，使用DALE电阻就没有这个问题了。  另外我们应用中假如康铜丝和DALE电阻有一样的温漂，那么温升是由表面积决定的，体积大的表面积大的温升低，温升低就意味着更低的漂移，如果使用好材料的康铜丝达到和DALE电阻同样的效果，那么就得很粗很长的康铜丝，实际使用特别不便。  其实很多场合使用康铜丝主要目的是节省成本，因为同样的温漂下，康铜丝非常低廉，但是很多人忽略了市场上大部分康铜温漂比理论值大了好多。  其实这个电阻的取值我觉得0.05R是比较合适了，如果增大到0.1R，因为阻值增加到2倍，功耗就加大到2倍，由于温升引起的漂移就增大了1倍，何来的精度提高呢。  另外我们这里是12位的AD采集系统，运放只放大了12.4倍，更是没必要改大电阻了。  结论是：根本没必要改康铜丝。  （5）.关于C31也C49，电容的选取也不是你理论分析的那简单的，因为实际应用要兼顾考虑反应速度，稳定性，能应付各种负载在各个电压电流下可靠的工作而最终确定的，这里我是照搬安捷伦的电路，你我都没能力推翻。  （6）.两个电阻串联代替一个电阻就是为了搭配合适的阻值的，只有买不到合适阻值的电阻才会这样干的，因为为了尽量保证多利用AD和DA的控制范围，就要电阻尽量精确，电阻误差大就意味着浪费更多的AD和DA有效范围，校准虽然能补偿误差，但是由于电阻误差丢失的范围就拿不会来了。  你说的“而一般0.1%的金属膜电阻和5%的金属电阻稳漂是一致的”这个说法是错的，0.1%的电阻温漂都是25ppm的居多，5%的电阻温漂都是100ppm以上的，而且现在5%的金属膜电阻几乎是没人用了，因为5%误差的和1%误差的价格几乎是一样的，现在市场上都是1%的居多，那么，如果温漂都有100ppm了，还做0.1%的误差还有什么意义呢，温度稍微变一点点就超标了，所以现在高精度和低温漂是同时存在的，就是有必然性。  那结论是：还得串联使用，并且不能使用5%精度的，而且25ppm温漂也非常有必要的。  可以参考73楼的贴图，我就不贴了。 （7）.运放工作在负反馈放大时的输入阻抗是趋于无穷大的，这时可以认为基本没有输入电流，所以输入端串联电阻就是多此一举了，不过呢，电路也不一定一直都是工作在线性放大状态的，比如突然短路或上电和断电时就不是放大状态了，但是加了电阻除了增加成本是没有害处的，串联个电阻也是防止外部浪涌冲击运放输入端的，有保护作用，另外运放也是有输入电容的，有时运放在放大状态如果信号直接耦合进去也会容易震荡的，可能这几个电阻不加也完全可以稳定工作了，但是省了8分钱冒个险也不值得啊，我一般是在不十分确定时尽量多为安全可靠考虑，毕竟不是搞艺术。  借机会灌个水：  勤俭节约是中华民族的传统美德，我不节约那也是在败坏美德呀，不过也不能太极端，几分钱的电阻没必要冒险的。  大家都知道日本的仪器和美国的仪器相比各有特点，日本的仪器用料好，但是出不了好性能，美国的仪器用料一般，但是性能出众，售价也比日本的高很多，看看美国的台式万用表和日本的台式万用表的做工就能发现。那么，就很容易理解，日本人由于开发能力不如美国人，所以用好料不出好产品，其实日本是全世界公认的最最节俭的民族，那用那么好的材料就是因为他们根本没有十足把握保证可靠性，所以就得浪费了，那我们和日本人的情况差不多，在没把握保证可靠性时，就必须得浪费。  家用电器和工业设备就有很大区别，一台家用空调厂家可以只赚300元而终身保修，那工业设备那么高额的利润也不敢终身保修，为什么，就是因为家电厂家已经全面的掌握了所有材料的性能和寿命，可以非常合理的控制成本。工业上的设备看似很先进很高级，但是由于开发能力太差资金不足，人员不足，周期太短，导致高成本不出好性能。  你说的R49是你弄错了吧，R49是IIC的上拉电阻，不能去掉的。  （8）其实你的想法和我最开始想法差不多，C29和C9就是矛盾的存在关系，因为但是看了安捷伦的电源里面有这个电容就加上了。  调试时好像不加也不行，因为调试麻烦，每修改一个原件都要做各种测试，比如各种负载下的纹波和上升下降速度，等有时间我再做个试验验证下。  但是R21.R25绝对不能去掉，如果去掉了那么C29和C32的补偿就乱套了，另外这两个电阻也是前后级的耦合电阻，可以更好的使后级稳定工作。  C29改1000P不合适的，把电压控制的增益带宽限制的太低了，会导致严重的过冲的，你如果有理论依据，那欢迎详细分析下，不能一句“1000P合适”下定论。 （参考115楼的图） （9）这个我也是参考了安捷伦的电路的，（参考115楼的图）。 （10）R22和C12是低通滤波器没错，这个主要是滤除STM32的数字噪声的，加了这个滤波确实拖慢了设定电压的速度，可是你没仔细看图，这只是控制电压输出的一个基准，并没有参与反馈，跟电源的反应速度没关系的，注意，这只是影响设定电压速度，希望你能仔细分析下帖子，那么电流也是的同样的道理。  至于AD输入加滤波就是为了滤掉高频，使读数更稳定，读数是几百毫秒每次的，加了这个电容怎么会影响反应速度呢？如你所说把它去掉，那么有很高的频率纹波进入AD，那么由于AD采样速度不足，数字滤波也难滤掉这噪声。  结论就是：一个都不能少。 （11）在低频应用中一般认为MOS管输入是电阻无穷大的，那运放驱动十个MOS管都可以直接驱动的，可是我们这里虽然是直流应用，我们要考虑2个问题，纹波和反应速度，如果不能快速的控制MOS管那么纹波就很大，另外输出在向上调整时的过冲是和反应速度有关的，如果不能很快的控制MOS管放电，那么输出会有过冲，这个请参照下2.0版的帖子，已经详细讨论了这个问题，过冲大了会烧毁负载，这个问题非常严重。  你计算的26mA还是不够用的，泻放电流和过冲时间是成反比的，我做实验验证了加了三极管扩流会有更好相应，更低的过冲，2.0版的帖子里有波形图，希望能看下帖子。  MOS管的栅极串联电阻加大到100R那加扩展电流的三极管就多余了，就会使MOS管的GS电荷泻放时间拉长很多倍，就使输出过冲更严重了，所以绝对不能改100R。  关于栅极泻放电阻这个问题我们在帖子里甚至材料清单里都有说明的，说明你只是看了楼主位的图而没仔细看帖子，有详细的说明这个电阻的，我也没必要重复贴了，你自己再回去看看吧。  另外加电阻加1K也显然是不合适，如果1K那么会导致上拉电压不足，别忘了上面还有个电阻和光耦呢，大家一起为MOS管服务的，可靠的控制MOS管是前提条件啊。  （12）你说的继电器对电压不敏感是你自己实际通电测试看能否吸合的出的结论吧。“在-30%~+70%的电压范围之内都能够工作”是你的结论。  那么请看欧姆龙是怎么说的：     (原文件名:2.jpg)  引用图片 看到了吧，是额定电压90% - 110% 和你说的-30%~+70%相差甚远了。  你所谓的“很多成熟产品都在用整流器滤波后的直接电压进行供电”，我感觉是不成熟的产品，因为本身市电的变化范围都超过90% - 110% 了，怎么能保证继电器可靠工作呢。  更何况整流滤波后的电压还不是理论计算的市电的比例值，实际情况是空载和带载电压波动很大，还受电容的容量影响。  结论就是：绝对不能不稳压直接整流滤波给继电器供电，必须要稳压。   （13）单片机系统使用3.3V供电，用12V降压得到3.3V功耗确实大了，从效率上确实很低了，当时也考虑了这个问题，但是开关电源的纹波我至今讨厌，也看到很多仪器仪表里面都不用开关电源，就更不敢随便用了，毕竟性能第一位的，阿莫买的价值1万多元的电源里面都没使用开关电源，安捷伦宁可用可控硅斩波都不用开关电源，不是安捷伦没能力开发低噪声的开关电源，而是噪声和可靠性确实没线性的好，而且得差好几倍。  本来想再加个绕组给单片机系统供电了，可是想想变压器已经那么多绕组了，在加也不忍心了，就牺牲点效率了。  你说的数字电路向外辐射噪声比开关电源更大是错的，照你这理论16位以上的AD都不能使用SPI接口了，因为数字端口比开关电源辐射还大。  小结：效率低点又有什么呢？换来的低噪声和高可靠性非常值得的。  （14）你说两侧没有隔离，我怀疑你是没看图就下定论，就是不看图我网络表导到PCB里面时布线也会连啊，而且这里是5V，和3.3V并联那不是更严重了吗？  “VCC和GND其实是一回事”这句话不知你是耍大家开心还是嫌弃我没事干，我无话可说了。  结论就是：你得动动脑子想我会犯这么低级的错误吗。  -----------------------------------------我是淫_荡的分割线------------------------------------------- -------------------对“春分”的“回复”的回复------------------------------------------------------- 不一定有时间一一回复 先把位置占着。。。。 ------------------------------------再现淫_荡的分割线------------------------------------------------ 本贴被 bbsidking 编辑过,最后修改时间：2010-10-10,19:04:40.

__________________________ 实践是检验真理的唯一标准。