[转贴]我的电子负载安装与使用心得

benxiong22 · 发表于 2009-4-13 21:44

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鉴于龙兄再次发行套件，电子负载的使用者越来越多，于是想写一个我的使用过程供需要的朋友做参考。
为了省事，文中用到一些坛友的现图，在此一并表示感谢！
1、组装篇
原理图如下：

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先照pcb上的元件标号焊接上所有元件，一个小技巧，就是先插上所有矮的元件比如电阻，再把pcb反扣压在桌面上进行焊接，这样焊出来的电阻就不会一个高一个低的不美观了。电阻焊好了再继续高一点的元件焊接。
焊接上有四个难点。一个是lcd的引脚连线，焊接错误的话，就会出现很多朋友碰到的豆腐块问题！具体接法见图：

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第二个是扩展管的连接问题。
具体接法见图：

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加上扩展板的目的主要是扩大测量的功率，单个管倒不是担心管子的功率不够，因为原配管子是60n06，此管参数为60V60A。不扩展的话主要是怕单个功率管承受太大功率，热量散出不及时导致烧毁，扩展以后用3个管同时来散热就好多了。如果加了扩展板的话，可能会碰到一个问题，就是关闭放电时，放电回路中仍然有几毫安到几十毫安的电流。这个问题不解决的话，一个晚上很可能就把电池过放造成电池损坏。产生这个问题的原因是运放零漂，解决的方法是利用TL431给运放增加一个小偏置电压。具体做法见图（原图错，现已改正）：

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扩展板我没有安装。我的做法是功率管重新选一个接触面更大的TO3P封装管以利于散热，选择管子的时候最好选择Ron较小的，这样才能进行低电压大电流放电。采用下图中的散热片+风扇后，电流最大10A，功率最大100W，如果还想更大的功率，可以接入分功电阻，够吃够用了！

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这里要补充一点！就是mos管背面的金属面和散热片最好做绝缘处理，特别是放置在金属外壳里的兄弟，不然很容易造成电池短路！电瓶的短路电流可不是好玩的，几十安到几百安。。。另外，绝缘垫片可以使用云母片或者导热硅胶片，千万不能使用塑料片！那无异于大夏天给人包床棉被，手电论坛里一个兄弟的电子负载坏了，发给我看，他居然用的是手电led上的绝缘塑料片，结果可想而知：

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第三个算不上难点，只是有些人不太明白的，就是pnp三极管的作用，因为有些人发现套件里没有这个元件，而pcb上印制有。这个是散热风扇的自动调速电路，当放电功率较大发热较多时风扇转速增大，小功率测试时自动降低转速，建议装上。三极管可以用8550、9012等常见管子。此外你还需要一个热敏电阻做温度探头，放置在散热片上。

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第四个是分功电阻的接法。首先说说分功电阻的作用，假如要给一个36V的电池组进行5A放电测试，那么电池放出的功率是36*5＝180W，这180W的功率要全部作为热量发出。没有分功电阻时，这热量主要分布在采样电阻和mos管上（mos占绝大部分），如果你的散热片不够大，或者mos管和散热片的热接触不太好，那么这180W的热量不能及时散出来的后果就是管子烧毁。为了解决这个问题，可以在放电回路里串联一个大功率的电阻，实现功率分流，让一部分功率消耗在分功电阻上。串入分功电阻后，必须把电池电压的采样点放在分功电阻靠近电池这头，否则显示的电压会不准确。可以加装一个切换开关，实现分功电阻接入和不接入的选择。

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benxiong22 · 发表于 2009-4-13 21:45

本帖最后由 benxiong22 于 2009-4-14 14:51 编辑

2、改装篇
      我的改动涉及到下面几个方面：扩大单管测量的电流范围、加装放电结束报警喇叭、改动放电电流线性不好问题、加装串口通信电平转换电路、改为四线测量等。分开来说：
（1）扩大单管测量的电流范围
      如果你是使用一个功率管的话，原电路只能支持最大4.7A左右的放电（如果你使用了扩展板的话，这里不用看了）。
      首先把R63从原来的4.7K换成10K；改后虽然能超过4.7A的放电了，但是还不能正确显示。因为原图中电流采样信号的放大电路其放大倍数设置在约10倍，采样电阻阻值是0.05欧，10A放电时压降为0.05*10＝0.5V，放大10倍后是5V，已经超过单片机2.5V的采样量程，因此第二步是改变电路的放大倍数。0.5*x＝2.5，因此放大倍数x设置在5倍左右比较合适。运放放大倍数的计算方法为：Au＝1+R58/R59，因此可以把R59从4.7k改为9.75K，当然9.75k的电阻是买不到的

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可以取10K的。
理论上这样改就行了，但是由于我后面在另一个改动里改变了电流采样信号的分压比，所以R59并没有取10K，关键记住一点就行：0.05欧*10A*Au*k<=2.5。这个K就是电流采样信号的分压比，目前这个是K＝1的。

（2）加装放电结束报警蜂鸣器
加个放电结束声音报警还是很方便使用的，好在电路里已经有该设计，所以加起来也很容易。
图中的R21～R25都可以不装，因为没用。但是如果要装蜂鸣器的话，R22要换成100～500欧的装上（取值不同音量大小不同），蜂鸣器两端接在R22的右边和地之间。启动放电后，到达截止电压就输出铃声，响声直到按任何键才停止。报警声音为400Hz的方波输出，如果嫌不好听，可以找一个有源的蜂鸣器，我的就是有源的，不过里面的声音还是不大好听，哈哈。

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(3)改动放电电流线性不好问题
首先要搞清楚一点，这里说的电流线性不好不是指按1A校正而测10A时误差大的现象，这个现象单片机的ADC决定了的，不能改变，除非是在单片机程序内进行修正。
那么我说的线性不好指的是什么呢？可能很多人的没有这个问题，但是我碰到了，也有其他的人碰到过，我还郁闷了好一阵子在群里讨论后才解决的。这里说的是这样一种现象：比如放电电流设定在3A，给维修电源放电测试，电压调节在2V时实际电流为3A，但是调节为1V或者10V时电流只有1A了，也就是说在电池电压为某些电压值的时候电流正常，而在另外一些电压时却达不到设定值！分析原因是mos的驱动不足，导致mos未进入线性工作区。解决的方法是增大运放对mcu来的pwm信号的放大倍数（原设计是深度负反馈，放大倍数为1），在358的2脚对地之间接一个1k的电阻，放大倍数变为1+2k/1k＝3倍，同时在358的2脚和1脚之间加一个470pf的瓷片电容用以消振，否则会产生下图的震荡波形(采样电阻两端所测)。

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另外，加了这个1k的电阻后，前面提到的采样信号的分压比k则从原来的1变成了1/3，考虑到0.05欧*10A*Au*k<=2.5，Au<=15，所以R59>＝2.78k

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(4)加装串口通信电平转换电路
有两种方法，一种是找一根老手机用的数据线，就是那种串口数据线，里面有电平转换电路，直接把插手机那头剪断，找出Txd和地线接到电子负载上就行了。这种方法简单快捷成本也不高，我就是这样做的。能找到这种线的推荐此法。
第二种方法就是自己焊接电平转换电路咯，好在也不复杂。也不用max232转换芯片了，稳定性差点问题不大嘿嘿。因为和计算机的通信是单向的，所以只用焊一路就可以了。图：

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验证电路是否正常，可以直接插上连线，启动我在第三篇里提供的上位机软件，如果未出现下图提示则说明工作正常了，当然出现了也不一定是焊接有问题，有可能是串口号沒插对，软件默认com1，如果你插错了口，在软件里选择正确的com口就好了。

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benxiong22 · 发表于 2009-4-13 21:45

起新楼咯。。。。。
(5)四线测量
四线测量的必要性：由于连接电子负载和电池的连线有内阻，有些同志的内阻貌似还蛮大的（18AWG的导线大概每米长度在20毫欧左右），当通过较大的电流的时候，这个内阻就会产生压降，导致导线连电子负载这头的电位比连接电池那头的电位要低不少，现象就是在放电电流为0A时电子负载显示的电压和万用表测得电池端电压一致，当放电电流设为1A时，电子负载显示的电压比万用表测得电池端电压低不少，电流越大这个差别就越大。这个电压差别对电池容量的测试值影响是微乎其微，毕竟锂电放电到3V和3.05V放出的电量基本一样。但是这50mV对电池放电平台的判断影响较大。改法如下：

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从图可以看出，在1A时差别已经在2mV了，要知道没改之前用相同这根连接线差别可是有100mV左右的

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benxiong22 · 发表于 2009-4-13 21:45

3、调试与使用篇
（1）调试
   这里我是把龙兄的调试步骤集中到这里（已经很详细了），顺便说说一件事：之前听一个坛友说，在进行放电电源电压校正的时候，放电电源的电压不能过低，过低会导致系统花费漫长的时间（好像说是用了四五个小时），害得我也都是用12V校正的，后来试了下低电压（5V）下进行校正，没发现耗时长的现象，和12V的速度一样快，一般都是一两秒钟就好了。不知道他的系统是怎么回事？
使用说明：
6个按键，UP（S10）、DOWM(S11)、步进(S20)、电流设置、电源电压显示/截止电压设置、显示选择（S21）、电流开关ON/OFF（S30）、开关电源测试开关（S31）
1、校正状态
先按住S30或S31不放再开机，则进入校正程序。[/
   校正顺序：
   电源电压 ->放电电压  ->电流
   （输入的基准电压、电流可以任意设定）
   1）、按UP（S10）、DOWM(S11) 设定要输入的基准电压、电流；
   2）、按UP（S10）、DOWM(S11))、步进(S20) 设定PWM调节基准电流；
详细校正步骤：
注意：1、Vc是单片机的系统电源电压，V0是放电电源电压
      2、J52接入大电流的可调放电电源，电流调到比要输入的基准电流大，并在回路上串上电流表
      3、J53短路

1-1、显示“Vc in= 8.000V”
1-2、按UP（S10）、DOWM（S11）、步进（S20）键设定输入实际单片机的系统电源电压；
1-3、按S30或S31；
   显示校正结果；

2-1、显示“V0 in= 8.000V”
   J52接入放电电源，并设定一定的电压；
2-2、按UP（S10）、DOWM（S11）、步进（S20）键设定将要输入的放电电源电压；
2-3、按S30或S31；
   显示校正结果；

3-1、显示“WAIT>> Iin”
   J52接入大电流的放电电源，电压调低点（减少功耗），电流调到比要输入的基准电流大，并在回路上串上电流表；
3-2、按S30或S31；
3-3、显示“PWMmin= 0.000”
   等待内部PWM和电流自动校零；
   显示PWM出现变化；

4-1、显示“I  in= 1.000A”
   J52接入大电流的放电电源，电压调低点（减少功耗），电流调到比要输入的基准电流大，并在回路上串上电流表；
4-2、按UP（S10）、DOWM（S11）、步进（S20）键设定将要输入的基准放电电流；
4-3、按S30或S31；
4-4、第二行显示“PWMout= 0.000”
4-5、按UP（S10）、DOWM（S11）、步进（S20）键调节PWM（由MOS管控制电流），直到电流表上的数据和设定电流相等；
4-6、按S30或S31；
   显示校正结果。

2、工作状态
   1）、电流/电压设置选择（S21），UP（S10）、DOWM(S11)、步进(S20)
   2）、电流开关（S30）循环按键，显示“OFF”和 ”CLEAR？AH“  -> 进入“OFF“状态  ->  显示"ON" 和 ”CLEAR？AH“ -> 进入“ON“状态。在显示状态下，按  (S20)键对容量AH值清零并显示”YES！  AH“。“ON“状态可以作为截止电压中断后的重新启动。
   这样就有两种电流工作模式。Ⅰ、连续模式：在“ON“状态下，电流是连续可调；Ⅱ、设定模式：在“OFF“状态下，电流调节只是设定没有输出，设定后按（S30）进入“ON“状态启动。

benxiong22 · 发表于 2009-4-13 21:46

（2）使用
这就简单啦，几个键的功能刚开始的时候可能不熟悉，用了几次以后就熟悉了的。
我使用电子负载主要就是三个用处：
一是当电池容量测试仪
二是用来测试电源的电流输出能力
三是设定放电电流为0时可以当作绘图仪记录电压波形，比如记录某个充电器整个充电过程的电压变化曲线。
关于我写的上位机软件的几点说明：
1、绿色软件，默认铃声是警笛声,可以自己替换；

2、如果勾选自动关机，程序在测试完成后将测试结果图片以备注行文字（包括用户输入的备注信息和本次所测容量）做文件名自动保存在程序文件所在目录下，然后延时30秒自行关机，不想关机的话请在这30秒内取消；

3、所谓的“去皮+清零”功能，可能你觉得莫名其妙.......我也想不出什么合适的名称来标明，m8电子负载有容量清零按键，但是如果你沒按的话，第二次测试的容量就会在第一次的结果上累加造成区分不清，“去皮+清零”的作用就是让你不用按m8的清零键来实现PC机上本次测试进行前的容量清零，而不用管m8上具体以前累加了多少容量；

4、“暂停绘图”按钮在按下的时候，仅仅是曲线停止绘制，容量计算仍然继续（只是界面上没有刷新），因为如果不这样处理的话结果是不准的；

5、叠加对比测试功能的用法：启动程序后点开始进行第一个电池的测试，测试完毕后，勾选“叠加第二条”再点开始，那么就会在不擦除第一条曲线的同时绘制第二条曲线用以电池配对；累计放电时间不包括第一个电池的放电时间；

6、绘出的曲线有点锯齿状不是很光滑，不要把这点和dadodo的曲线比，你要知道dadodo的测试仪最大电压量程是多少？小电压版本只能测单节锂电，大电压版本也就是测个12V电瓶，因此他的分辨率可以到1mV，而电子负载因为电压量程为60V因而分辨率只能做到6mV，这还是GandF做了“高科技”处理才有的分辨率，否者只能到12mV！同时我也在软件中对数据进行了10点平滑滤波了。

7、曲线能够拖放和放大操作，具体你用鼠标的右键试试吧

8、电源输出能力测试中的内阻测试功能仅能做一个粗糙的参考，并且其值是在点“开始绘图”10s以后才开始有效。另外这个内阻值只有在曲线的线性阶段才有意义，一旦开关电源的输出电压出现大幅跌落以后，数值不再有意义，甚至会出现负值的现象。

9、至于上位机要进行容量测试还是电源输出能力测试，这个不用设置，电子负载硬件工作在哪个状态它自己就会绘制对应工作状态下的曲线。

10、因为是编程新手写的，有不少问题，将就用用吧^_^此为最后版本，以后再无更新。

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上位机软件有500多k，传不上来。。。

bgtnhy25 · 发表于 2009-4-13 21:49

要是能有个PCB文件就好了

52500Lym · 发表于 2009-4-13 21:50

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

zokejj · 发表于 2009-4-13 21:51

这套件还有吗？？给个链接，看看不错呀！！

huangx9966 · 发表于 2009-4-13 22:01

好，支持少校的心得，很快就要用上了。

keerboboer · 发表于 2009-4-13 22:04

很强大，很详细，学习了。感谢～～

qdliuji · 发表于 2009-4-13 22:04

太长了，很详细。关于功率管散热，单管主要是热阻的原因容易烧，最好换成金封管，如没有金封管可在塑封管上加热管（原有散热片要保留）。热管的作用的传导热量，本身散热效果有限。热管可以自己做，最简单的材料是拉杆天线。拉杆天线一般是铜的，很薄。取一段粗的，弯成U型，一端先打磨，用钳子夹扁，用焊锡焊死，在管子内部加入酒精，另一端打磨、夹扁，注意夹扁的长度长一点，再用焊锡焊死，焊接时要在管子上加金属物散热。将做好的热管U端底部和功率管正面散热片接触好，涂导热硅脂，U型上部接另一块散热片，也要涂导热硅脂。注意热管方向，利用温度高的液体向上流动、温度低的液体向下流动的原理带走热量。

Jan · 发表于 2009-4-13 22:09

哇熊熊这个需要收藏啊

如果 · 发表于 2009-4-13 22:13

好贴，这个总应该设精华了吧。

cck · 发表于 2009-4-13 22:24

学习了套件还未到手

benxiong22 · 发表于 2009-4-13 22:44

这里传附件限制到120K，软件有500多k，我放到另外一个地方了，需要的请移步吧
http://bbs.yleee.net/viewthread.php?tid=886&extra=page%3D1

momoto · 发表于 2009-4-13 22:49

确实是精华，收藏了。

sogohz · 发表于 2009-4-13 23:03

指定主题或板块已成功添加到收藏夹中

sogohz · 发表于 2009-4-13 23:07

太长了，很详细。关于功率管散热，单管主要是热阻的原因容易烧，最好换成金封管，如没有金封管可在塑封管上加热管（原有散热片要保留）。热管的作用的传导热量，本身散热效果有限。热管可以自己做，最简单的材料是拉 ...
qdliuji 发表于 2009-4-13 22:04

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晕，热管也能DIY，牛啊

不在服务区 · 发表于 2009-4-13 23:08

路过

眼前一亮 · 发表于 2009-4-14 00:20

笨熊又在放毒,这水可不浅

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