Как работает прошивка DPS

STM32F100

Сверху изображено назначение выводов процессора в блоках питания DPS (ревизия печатной платы, купленной в 2020 году).

Выводы обозначенные NC_  не используются (Not Connected).

PWR_OFF (PC13) – включение-выключение выходного напряжения. Используется только в моделях DPS5015/5020. Логическая 1 на этом выходе блокирует работу выходного каскада.

i2c_   Шина I2C для связи с EEPROM и опциональными датчиками

BTN_  Кнопки и энкодер

DAC1_Vset(PA4) – Выход ЦАП заданного напряжения

DAC2_Iset (PA5)- Выход ЦАП заданного тока

TempSens_Pin(PA6)  – Вход АЦП аналогового датчика температуры. Используется только в моделях DPS5015/5020.

Iout_Pin(PA7) – Вход АЦП измерения выходного тока

Vin_Pin(PB0) – Вход АЦП измерения входного напряжения

Vout_Pin(PB1) – Вход АЦП измерения выходного напряжения

FAN_OUT(PB11) – Выход включения встроенного вентилятора. Используется только в моделях DPS5015/5020.

LCD_  ЖК дисплей

USART1_ Порт для подключения внешних блоков USB или Bluetooth

TMS_SWDIO и TCK_SWCLK – Порт для внутрисхемного программирования и отладки

ICOR1(PA15) и ICOR2(PB3) – Подключены в схеме. Назначение не известно. Не используются в прошивках версии 3.6-3.7

TIM4_CH2(PB7) – Выход ШИМ яркости подсветки дисплея

Рассмотрим работу АЦП и ЦАП контроллера на примере DPS3003.  В других моделях ( 5005/5015/5020) этот принцип аналогичен, нумерация микросхем и резисторов совпадают.

DPS3003_Sch_3

При включении выходного напряжения кнопкой ON/OFF прошивка выставляет на выходах ЦАП напряжения, соответствующие заданным напряжению и току.

С выхода DAC1_Vset(PA4) – Выход ЦАП заданного напряжения – напряжение через резисторы R01 и R0 поступает на вход 1IN-  микросхемы TL594. В тоже время на вход 1IN+ поступает напряжение обратной связи от выходного напряжения (Vout) через делитель R3R4 и операционный усилитель U2A. Кроме этого с выхода ОУ U2A через резисторы R34R33 напряжения поступает на вход АЦП процессора Vout_Pin для измерения и отображения фактического выходного напряжения.

С выхода DAC2_Iset (PA5)- Выход ЦАП заданного тока – напряжение через резисторный делитель  R8R10 поступает на вход 2IN-  микросхемы TL594. В тоже время на вход 2IN+ через резистор R6 поступает напряжение обратной связи с шунта, через который протекает выходной ток. Кроме этого с шунта через резистор R25 напряжение поступает на вход ОУ U2B  и далее через резистор R30 напряжения поступает на вход АЦП процессора Iout_Pin для измерения и отображения фактического выходного тока.

Входы АЦП Vout_Pin и Iout_Pin служат только для измерения и отображения фактического выходного напряжения и тока. Эти входы ни как не влияют на выходное напряжение, не участвуют програмно в формировании DAC1_Vset и DAC2_Iset. В прошивке обратная связь между фактическим значением и заданным значением ОТСУТСТВУЕТ.  Вся обратная связь происходит аппаратно в микросхеме U8 TL594.

Номиналы резисторов R3 R4 R31 R35 различны для 30 и 50 вольтовых DPS. R3R4 образуют делитель выходного напряжения. R31R36 определяют коэффициент усиления каскада U2A.

ВАЖНО: Замыкание выходов ЦАП приводит к выходу их из строя !!!

Назначение выходов ICOR1 и ICOR2 мне не известно и не понятно. Теоретически они могут незначительно корректировать выходной ток. Однако, исследуя работу китайской прошивки, я не заметил чтобы они использовались.  В моих прошивках версий 3.6-3.7 эти выводы не используются и все время находятся в состоянии логического 0.  Если кто-то знает их назначение, прошу сообщить в комментариях.

Отключение выходного каскада DPS5015/5020

В моделях DPS5015/5020, кроме описанного выше, используется дополнительный механизм блокировки выходного каскада. 

DPS5020_Sch_pwroff

Работает это следующим образом:  При появлении на выходе контроллера PWR_OFF(PC13) логической 1, высокое напряжение через диод D09 поступает на вход DTC микросхемы U8 TL594 и блокирует её работу. Кроме этого напряжение с выхода PWR_OFF(PC13) открывает транзистор Q5, который своим коллектором (стоком)  блокирует работу U02 LM5106 и отключает выходной каскад.  Транзистор Q5 на схеме обозначен как биполярный и это не верно, очевидно что Q5 это МОП-транзистор, так как на китайской прошивке на его затворе напряжение меняется от 0 до 3.3 вольта. Таким образом, при включении выходного напряжения кнопкой ON/OFF прошивка выставляет на выходе PWR_OFF(PC13) логический ноль и разрешает работу выходного каскада.  А при отключении кнопкой ON/OFF прошивка выставляет на выходе PWR_OFF(PC13) логическую единицу.

В моих прошивках 3.6 -3.8 выход PWR_OFF(PC13) настроен как обычный выход GPIO Output Push Pull (No pull-up No pull-down) с тем, чтобы уверенно открывать затвор Q5.

Аппаратные особенности DPS3003/3005/5005

В данных моделях каскад на U4, Q1, R1 служит для создания постоянного стекающего тока в нагрузке 5 мА. Этот каскад включен до измерительного шунта и, следовательно, не оказывает влияние на значение выходного тока.  Этот каскад не управляется програмно, он включен аппаратно всегда. Это каскад служит двум целям:

  • Микросхема U8 TL594 всегда работает в стабильном режиме.
  • Плавно разряжает выходные конденсаторы при отключении выхода.

Аппаратные особенности DPS5015/5020

В данных моделях каскад на U6, Q6, R39 служит для создания постоянного стекающего тока в нагрузке 5 мА. Этот каскад включен до измерительного шунта и, следовательно, не оказывает влияние на значение выходного тока.  Этот каскад не управляется програмно, он включен аппаратно всегда. Это каскад служит двум целям:

  • Микросхема U8 TL594 всегда работает в стабильном режиме.
  • Плавно разряжает выходные конденсаторы при отключении выхода.

Кроме этого, другой каскад на U10, Q7, R50 служит для быстрого разряда выходных конденсаторов, если выходное напряжение значительно превысило заданное. Этот каскад не управляется програмно, он включен аппаратно всегда.  

ВАЖНО:  Из-за особенностей выходного каскада, подключение напрямик аккумуляторов к выходу может вывести выходные каскады из строя!!! Так как при отключенном выходном напряжении, большой ток от аккумулятора будет протекать через выходные каскады. Обязательно используйте разделительный диод, чтобы избежать проблем!!!

Фотографии плат и схемы находятся здесь:  Фото и схемы.