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936 温控板的再改进(软件开关电源)
maxtch
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发表于Fri Oct 13 01:25:15 CST 2017   |  只看该作者 1# 电梯直达

论坛上有个帖子:白光 936 温控板(B2319)的两项改进。我觉得这块板子改得不够彻底。我自己的安泰信 907 烙铁之前坏了,为了救急买了把新的,现在我多出了一把 907 烙铁没有焊台可用,索性自己做一个改进更彻底的控制板吧。这块控制板会比较破费,但是温度控制做的更精密了,可以焊接一些温度要求高,比较娇贵的器件。(之前用过一个 NXP 的传感器,要求使用某特定品牌型号的焊料,精确控温 217 摄氏度且在氮气中焊接……这也够娇贵的)

这块控制板的核心是一个软件控制的三相同步整流电流模式降压开关电源。烙铁发热芯功率大,光靠一个简单降压开关电源输入电流峰值太大,供电模块驾驭不了,因此设计上改用了三相同步整流,每一相的功率器件只需要承担 1/3 的输出电流,也能降低上游电源模块的输出电流摆幅。

控制板的核心是 STM32F334C8T6 数字开关电源微控制器。STM32F334C8T6 内置高频 PWM 发生器 HRTIM1、三路高速模拟比较器、ADC 和 DAC。HRTIM1 的时基信号频率可以高达 4.6GHz,PWM 输出频率也可登上 1MHz。三路模拟比较器的反相(基准)输入内部连接到 DAC 的输出,输出则连接到 HRTIM1 的三路输出触发器。HRTIM1 的一组输出触发器,搭配一路模拟比较器、片外的栅极驱动器、功率晶体管、功率电感和电感检流电路构成开关电源的一相。每一组输出在内部触发后打开开关晶体管,关断续流晶体管,电感电流上升;当电感电流到达由片内 DAC 设定的阈值时,比较器输出高电平,输出反转关断开关晶体管,打开续流晶体管,电感电流下降,直到下一周期内部触发。以上是电流模式开关电源的工作流程。通过调整 DAC 输出电压,这个电路可以控制电感电流,借此控制输出功率。HRTIM1 有三组完全相同的输出触发器,在配置为间隔 1/3 周期触发,搭配三组完全相同的模拟比较器和外围电路,且比较器的反相(基准)输入一致时,三组输出可以简单并联,构成三相开关电源。

如上所述,软件可以通过设置 DAC 输出电压来控制功率输出级的输出功率。因此软件中通过 ADC 读取烙铁当前温度,使用一个 PID 闭环控制 DAC 输出,可以精确锁定目标温度。

在我的设计中,除了烙铁温度闭环外,我还加入了输出电压和输出电流的检测电路。这些电路起到了软件保护和设计通用化的双重的作用:软件可以通过这些额外的反馈信号测量烙铁的实际功率,并且在功率失控时及时停机避免烧毁烙铁头。同时通过替换软件,这块电路板还可用作 15V/10A/60W 通用开关电源模块使用。这块电路板还包括与电脑通信的 USB 虚拟串口,可以用于远程控制和固件更新。


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