本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种便携式数控直流稳压电源。
背景技术：
STM32F103C8T6单片机是一款应用十分广泛的32位单片机，集成定时器、串口通信、外部中断等多个外设，能以IIC、SPI等多种通信方式与包括A/DC、D/AC、OLED液晶屏等在内的多种外部设备进行通信，接收外设发送的数据并对数据进行进一步处理，按照设定程序向外设发送命令，完成指定功能，从而实现对整个系统的控制。
数控直流稳压电源是传统可调式串联型稳压电源的改进型。在传统可调式串联型稳压电源中，电路通过反馈网络拾取输出电压值的一部分，送到比较器中与预设的基准电压值进行比较，得到差值信号，差值信号经放大器放大后送到调整电路，使调整电路产生相反的变换来抵消输出电压的改变，从而维持输出电压的稳定。该传统电源全部建立在模拟电路基础上，精度、稳定度和适用度都不能满足日益发展的电子技术的要求，数控电源应运而生。数控电源采取数字控制的方式，将反馈网络和基准电路等利用数字电路实现，并提供人机交互等多种实用功能，已经被人们广泛使用。
虽然已经有大量的数控直流稳压电源在市面上出售，但是由于售价过高、体积庞大等多种问题，该类电源不适合个人在电子设计开发的时候使用。因此设计并实现一种价格低廉、功能实用的数控直流稳压电源具有重要的现实意义。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种价格低廉、功能实用、满足一般稳定度和精确度的便携式数控直流稳压电源。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种便携式数控直流稳压电源，包括电源和控制两大部分，
其中，所述电源部分包括电源输入模块、电源隔离模块、继电器开关、5V独立电源、±12V数字电源、串联型稳压电路和电源输出模块，所述电源输入模块、电源隔离模块、继电器开关、串联型稳压电路、电源输出模块依次连接；
所述控制部分包括主控MCU，模数转换器、数模转换器、基准电压源、小信号放大器、OLED屏幕、按键，所述模数转换器、数模转换器、OLED屏幕、按键均与主控MCU连接，所述基准电压源、串联型稳压电路均通过模数转换器与主控MCU连接，所述主控MCU通过数模转换器与小信号放大器连接，所述小信号放大器与串联型稳压电路连接，所述主控MCU还与继电器开关连接；
所述±12V数字电源分别与电源隔离模块、继电器开关、串联型稳压电路、小信号放大器、基准电压源、数模转换器及模数转换器连接，所述电源隔离模块与5V独立电源连接，所述5V独立电源分别与主控MCU、OLED屏幕连接。
其中，所述电源输入模块、电源输出模块，采用2.54mm的接线柱；所述电源输入模块采用的插头P2的输出端1的输出电压是+30V，输出端2的输出电压是+12V，输出端3的输出电压是-15V，输出端4接地。
其中，所述电源隔离模块包括型号为HER308的两个整流二极管，分别为整流二极管D1、整流二极管D3，所述整流二极管D1的一端与电源输入模块的输出端1连接，所述整流二极管D3的一端与电源输入模块的输出端2连接，所述整流二极管D1、整流二极管D3的最大平均整流电流3A，最大直流反向电流10uA，快速开关恢复时间75ns。
其中，所述主控MCU包括型号为STM32F103C8T6的单片机U1A和外围电路，所述外围电路包括SWD接口电路P1，所述SWD接口电路P1的输出端1连接3.3V电压，所述SWD接口电路P1的输出端2连接单片机U1A的引脚34，所述SWD接口电路P1的输出端3连接单片机U1A的引脚37，所述SWD接口电路P1的输出端4接地；还包括电阻R1、开关S1，所述开关S1的一端连接3.3V电压，所述开关S1的另一端分别连接电阻R1的一端和单片机U1A的引脚44，所述电阻R1的另一端接地；还包括开关S2、电容C7、电阻R10，所述电阻R10的一端接地，所述电阻R10的另一端分别连接单片机U1A的引脚7、电容C7的一端、开关S2的一端，所述电容C7的另一端分别与开关S2的另一端、3.3V电压连接；还包括电容C13、电容C14、晶振X1，所述电容C13的一端、电容C14的一端均接地，所述电容C13的另一端分别连接晶振X1的一端、单片机U1A的引脚3，所述电容C14的另一端分别连接晶振X1的另一端、单片机U1A的引脚4；还包括电容C12、电容C15、晶振X2，所述电容C12的一端、电容C15的一端均接地，所述电容C12的另一端分别连接晶振X2的一端、单片机U1A的引脚5，所述电容C15的另一端分别连接晶振X2的另一端、单片机U1A的引脚6；还包括型号为ASM1117的稳压器U3、电容C16、电容C17，所述电容C16的负极、电容C17的一端均接地，所述电容C17的另一端分别连接3.3V电压、电容C16的正极、稳压器U3的输出端，所述稳压器U3的输入端连接电源VCC，所述稳压器U3的接地端接地。
其中，所述继电器开关包括继电器RL1、继电器RL2、二极管D2、二极管D7、三极管Q4、三极管Q5、电阻R16、电阻R17，所述继电器RL1控制端并联二极管D2，并接三极管Q5集电极，其中二极管D2反接；所述继电器RL2控制端并联二极管D7，接三极管Q4集电极，其中二极管D7反接；所述继电器RL1电源端、继电器RL2电源端、二极管D2正极、二极管D7正极均连接+12V电压，所述三极管Q4的发射极、三极管Q5的发射极均接地，所述三极管Q4的基极连接电阻R16的一端，所述电阻R16的另一端连接单片机U1A的引脚18，所述三极管Q5的基极连接电阻R17的一端，所述电阻R17的另一端连接单片机U1A的引脚19。
其中，所述串联型稳压电路包括电容C5、电容C6、电阻R2、电阻R6、电阻R7、三极管Q2、三极管Q1、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2、电感L1、二极管D4、二极管D5、电阻R8、电阻R14、三极管Q3、电阻R13、电阻R15、电阻R18、电容C4、电容C3、电阻R3、运算放大器U2、电容C11、电容C10、电阻R9、电阻R12、电阻R11、电容C8、电容C9、二极管D6，所述电容C5的一端接地，所述电容C5的另一端分别连接继电器RL1、继电器RL2、电容C6的一端、电阻R2的一端、三极管Q1的发射极，所述电容C6的另一端接地，所述电阻R2的另一端分别连接电阻R6的一端、电阻R7的一端、三极管Q1的基极，所述电阻R6的另一端与电阻R7的另一端、三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q1的集电极分别连接电阻R4的一端、电阻R5的一端、电容C1的一端、电容C2的正极、电感L1的一端，所述电阻R4的另一端与电阻R5的另一端、-15V电压连接，所述电容C1的另一端与电容C2的负极连接并接地，所述电感L1的另一端分别连接电容C3的一端、电阻R3的一端、电容C8的正极、电容C9的一端、二极管D6的负极、电源输出模块的输入端1，所述电容C3的另一端分别与电阻R3的另一端、电阻R9的一端、电容C10的一端、运算放大器U2的端口2连接，电阻R9的另一端连接电阻R12的一端，所述电阻R12的另一端分别连接电容C8的负极、电容C9的另一端、二极管D6的正极、电源输出模块的输入端2,、电阻R18的一端，所述电阻R18的另一端分别连接电阻R15的一端、三极管Q3的发射极并接地，所述电阻R15的另一端分别连接三极管Q3的基极、电阻R13的一端，所述三极管Q3的集电极分别连接二极管D4的正极、二极管D5的负极，所述二极管D4的负极分别连接三极管Q2的基极、电阻R14的一端，所述电阻R14的另一端接地，所述二极管D5的正极连接电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端分别连接运算放大器U2的端口6、电容C10的另一端，所述运算放大器U2的端口3连接电阻R11的一端，所述运算放大器U2的端口4分别连接电容C11的一端、-12V电压，所述电容C11的另一端接地，所述运算放大器U2的端口7分别连接电容C4的一端、+12V电压，所述电容C4的另一端接地；所述三极管Q1采用的是型号为2SB817的大功率三极管，所述三极管Q1的集电极-发射极电压最大140V，集电极最大电流12A，总最大耗散功率100W。
其中，所述基准电压源采用型号为MC1403的基准电压芯片U10，输出电压为2.5V，输出电压误差±1％，温度系数为10ppm/℃，该芯片作为基准电源源为模数转换器提供参考电压；
所述模数转换器采用型号为AD7705的模数转换芯片U9、晶振Y1、电容C33、电容C34、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电容C42、电容C45、电阻R25、电容C44，所述模数转换芯片U9的引脚1连接单片机U1A的引脚14，所述模数转换芯片U9的引脚2分别连接晶振Y1的一端、电容C33的一端，所述晶振Y1的另一端分别连接模数转换芯片U9的引脚3、电容C34的一端，所述电容C34的另一端连接电容C33的另一端并接地，所述模数转换芯片U9的引脚4接地，所述模数转换芯片U9的引脚5连接单片机U1A的引脚15，所述模数转换芯片U9的引脚6连接电阻R20的一端，所述电阻R20的另一端连接所述串联型稳压电路中的电阻R13的另一端，所述模数转换芯片U9的引脚7连接电阻R21的一端，所述电阻R21的另一端连接所述串联型稳压电路中的电阻R9的另一端，所述模数转换芯片U9的引脚8连接电阻R22的一端，所述电阻R22的另一端接地，所述模数转换芯片U9的引脚9分别连接基准电压芯片U10的引脚2、电容C44的一端，所述基准电压芯片U10的引脚1连接电源VCC，所述基准电压芯片U10的引脚3接地，所述电容C44的另一端分别连接模数转换芯片U9的引脚10、电阻R25的一端、并接地，所述电阻R25的另一端连接模数转换芯片U9的引脚11，所述模数转换芯片U9的引脚12连接单片机U1A的引脚16，所述模数转换芯片U9的引脚13连接单片机U1A的引脚17，所述模数转换芯片U9的引脚14连接单片机U1A的引脚29，所述模数转换芯片U9的引脚15分别连接电容C45的一端、电容C42的正极、电源VCC，所述电容C45的另一端分别连接所述模数转换芯片U9的引脚16、电容C42的负极，并接地。
其中，所述数模转换器采用型号为MAX531的数模转换芯片U7、电容C43、电容C37、电容C32、电容C35；
所述小信号放大器采用型号为AD620的放大器U11、电容C36、电容C46、电阻R23、电阻R24、电阻R26,；
所述放大器U11的端口6连接所述串联型稳压电路中的电阻R11的另一端，所述放大器U11的端口5连接电容C36的一端并接地，所述电容C36的另一端分别连接所述放大器U11的端口4、-12V电源，所述放大器U11的端口7分别连接电容C46的一端、+12V电源，所述电容C46的另一端接地，所述放大器U11的端口1连接电阻R23的一端，所述电阻R23的另一端连接所述放大器U11的端口8，所述放大器U11的端口2连接电阻R24的一端，所述放大器U11的端口3连接电阻R26的一端，所述数模转换芯片U7的引脚1分别连接所述数模转换芯片U7的引脚7、电阻R24的另一端、所述数模转换芯片U7的引脚8、所述数模转换芯片U7的引脚11、电容C37的负极、电容C32的一端、电容C35的负极，所述电容C37的正极分别连接所述数模转换芯片U7的引脚9、所述数模转换芯片U7的引脚10，所述电容C32的另一端分别连接电容C35的正极、电源VCC、所述数模转换芯片U7的引脚3、所述数模转换芯片U7的引脚13，所述所述数模转换芯片U7的引脚12分别连接所述数模转换芯片U7的引脚14、电阻R26的另一端、电容C43的一端，所述电容C43的另一端接地，所述数模转换芯片U7的引脚2连接所述串联型稳压电路中的单片机U1A的引脚30，所述数模转换芯片U7的引脚4连接所述串联型稳压电路中的单片机U1A的引脚31，所述数模转换芯片U7的引脚5连接所述串联型稳压电路中的单片机U1A的引脚32。
其中，所述±12V数字电源包括二极管D8、电容C23、电容C28、二极管D10、电容C24、电容C29、三端稳压芯片U5、三端稳压芯片U6、电容C35、电容C30、电容C26、电容C31，所述二极管D8的正极接+15V电压，所述二极管D8的负极分别连接电容C23的正极、电容C24的一端、三端稳压芯片U6的输入端口1，所述电容C23的负极连接电容C24的另一端、电容C28的正极并接地，所述电容C28的负极分别连接二极管D10的正极、三端稳压芯片U6的输入端口2、电容C29的一端，所述二极管D10的负极接-15V电压，所述电容C29的另一端连接电容C24的另一端并接地，所述三端稳压芯片U5的接地端口2与三端稳压芯片U6的接地端口1连接并接地，所述三端稳压芯片U5的输出端口3分别连接电容C25的正极、电容C26的一端、+12V电压，所述电容C25的负极连接电容C26的另一端并接地，所述三端稳压芯片U6的输出端口3分别连接电容C30的负极、电容C31的一端、-12V电压，所述电容C30的正极连接电容C31的另一端并接地；所述三端稳压芯片U5采用三端稳压芯片L7812，所述三端稳压芯片U6采用三端稳压芯片L7912，其中，三端稳压芯片L7812产生+12V，三端稳压芯片L7912产生-12V；
所述5V独立电源包括二极管D12、二极管D13、二极管D15、二极管D16、电容C38、电容C39、二极管D11、二极管D14、电容C40、电容C41、型号为LM7805的稳压集成芯片U8、插座J1、插座J2，所述稳压集成芯片U8的输入端口1分别连接电容C39的一端、电容C38的正极、二极管D13的负极、二极管D12的负极、二极管D11的负极，所述电容C39的另一端分别连接电容C38的负极、二极管D16的正极、二极管D15的正极，所述二极管D15的负极分别连接插座J1的端口1、二极管D13的正极，所述二极管D16的负极分别连接二极管D12的正极、插座J1的端口2，所述二极管D11的正极分别连接稳压集成芯片U8的输出端口3、二极管D14的负极、电容C40的正极、电容C41的一端，插座J2的端口2，所述二极管D14的正极分别连接所述稳压集成芯片U8的接地端口2、电容C39的另一端、电容C40的负极、电容C41的另一端、插座J2的端口1；
5V的所述VCC电源采用型号为L7805的三端稳压芯片U4、电容C27、电容C18，所述三端稳压芯片U4的输入端1连接+15V电压，所述三端稳压芯片U4的输出端3分别连接电容C27的正极、电容C18的一端，电源VCC、+5V电压，所述电容C27的负极分别连接电容C18的另一端、三端稳压芯片U4的接地端2并接地。
其中，所述按键包括开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电容C47，所述开关S3的一端、开关S4的一端、开关S5的一端、开关S6的一端均接地，所述开关S3的另一端连接电阻R27的一端，所述电阻R27的另一端分别连接电阻R28的一端、电阻R29的一端、电阻R30的一端、3.3V电源，所述电阻R28的另一端连接开关S4的另一端，所述电阻R29的另一端连接开关S5的另一端，所述电阻R30的另一端连接开关S6的另一端，所述3.3V电源连接电容C47的一端，所述电容C47的另一端接地；
所述OLED屏幕的大小为0.96英寸，分辨率为128*64，驱动芯片采用的是型号为SSD1306的驱动芯片，128*64点阵OLED显示面板，内部集成128x 64位SRAM显示缓冲器。
有益效果：
本实用新型所述的一种便携式数控直流稳压电源，实现一种价格较低、功能实用、稳定度和精确度满足一般要求的便携式数控直流稳压电源。本实用新型主要有以下优点：(1)成本较低，价格低廉；(2)电路简单，工作效率较高，输出功率大，性能优良；(3)体积较小，功能实用(5)良好的人机交互。
附图说明
图1是本实用新型的组成模块框图。
图2是电源输入模块、电源隔离模块、继电器开关的电路图。
图3是串联型稳压电路和电源输出模块的电路图。
图4是主控MCU的电路图。
图5是模数转换器的电路图。
图6是小信号放大器、数模转换器的电路图。
图7是±12V数字电源的电路图。
图8是5V独立电源的电路图。
图9是5V的VCC电源模块的电路图。
图10按键的电路图。
图11是OLED屏幕的电路图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本实用新型作进一步说明：
如图1所示，本实用新型的一种便携数控直流稳压电源，主要包括电源和控制两大部分，其中，所述电源部分包括电源输入模块、电源隔离模块、继电器开关、5V独立电源、±12V数字电源、串联型稳压电路和电源输出模块，所述电源输入模块、电源隔离模块、继电器开关、串联型稳压电路、电源输出模块依次连接；
所述控制部分包括主控MCU，模数转换器、数模转换器、基准电压源、小信号放大器、OLED屏幕、按键，所述模数转换器、数模转换器、OLED屏幕、按键均与主控MCU连接，所述基准电压源、串联型稳压电路均通过模数转换器与主控MCU连接，所述主控MCU通过数模转换器与小信号放大器连接，所述小信号放大器与串联型稳压电路连接，所述主控MCU还与继电器开关连接；
所述±12V数字电源分别与电源隔离模块、继电器开关、串联型稳压电路、小信号放大器、基准电压源、数模转换器及模数转换器连接，所述电源隔离模块与5V独立电源连接，所述5V独立电源分别与主控MCU、OLED屏幕连接。
如图2、图3所示，所述电源输入模块、电源输出模块，采用2.54mm的接线柱，目的是方便与外部供电和负载进行连接。
如图2所示，所述电源隔离模块采用的是高效快恢复整流二极管HER308，目的是使输入电流单向流动，防止电流倒灌。
如图2所示，继电器开关采用微型功率继电器和小功率三极管8050，目的是接收单片机指令，控制整个电路的电源开关。
如图8所示，5V独立电源采用三端稳压芯片L7805，目的是提供一组独立电源，为外部和内部数字TTL电路供电。
如图7所示，±12V数字电源采用三端稳压芯片L7812和L7912，其中，L7812产生+12V，L7912产生-12V，该组电源是为该电路中包括继电器，数模转换器等在内的芯片供电。
如图3所示，串联型稳压电路主要采用大功率三极管2SB817、TIP41、小功率三极管8050以及运算放大器OP07等，目的是根据控制部分发送来的控制电压值调节输出电压，并为负载提供大功率。
如图4所示，控制部分的主控MCU采用STM32F103C8T6单片机，该单片机能对外设发送来的信号进行处理，并发送控制指令，目的是对整个数控电源进行控制。
如图5所示，模数转换器采用模数转换芯片AD7705，目的是将模拟输出电压值转换为数字信号，送入单片机，进行进一步处理。
如图5所示，基准电压源采用基准电压芯片MC1403，目的是为AD7705提供基准电压值。
如图6所示，数模转换器采用数模转换芯片MAX531，目的是将单片机发送的预设电压值数字信号转换为模拟信号。
如图6所示，小信号放大器采用仪表放大器AD620，目的是将MAX531输出的电压值放大后送入串联型稳压电路做基准电压。
图7是±12V数字电源的电路图。
图8是5V独立电源的电路图。
图9是5V的VCC电源模块的电路图，为电路中模数转换器、数模转换器、基准电压源和3.3V降压芯片提供5V的电源。
如图11所示，OLED屏幕采用是大小为0.96英寸，分辨率为128*64的OLED显示屏，目的是提供人机交互界面，显示输出电压实际值和预设值、输出电流值。图11中P4是连接OLED屏幕的接口。
如图10所示，按键采用的是普通微动按键，目的是设定输出电压值。
该数控直流稳压电源的数控部分采用ST公司的STM32F103C8T6做为主控MCU，对整个系统各数字模块进行控制。电源输入为+30V和±15V直流，并使用高效整流二极管HER308做隔离，防止电流倒灌，实现电路保护。继电器开关采用微型功率继电器，具有体积较小和通过电流较大的特点，主控MCU发送的控制信号通过小功率三极管8050后驱动该继电器，从而可以控制整个电路的电源开关。用户通过键盘输入设定电压值，该设定电压值将即时在OLED屏幕上显示。同时，单片机将设定的数字量电压值通过串行通信的方式发送给数模转换器MAX531转换成模拟量。该模拟量电压值通过仪表放大器AD620放大后接入串联型稳压电路中运算放大器OP07的正向输入端，作为设定的基准电压。串联型稳压电路的反馈网络拾取输出电压的一部分送至OP07的反向输入端，作为输出比较电压。OP07工作在差分放大模式，将两部份量的差模信号放大后作为修正值，送至功率管TIP41的基级。TIP41的集电极-发射极电压受基级电压控制，从而控制大功率管2SB817的基级电压，进一步控制了2SB817的集电极-发射极电压，最终实现对输出电压的控制。其中，反馈网络为负反馈，即当输出比较电压值大于设定的基准电压值时，差模输出信号为负值，使2SB817的基级电位增加，集电极-发射极电压增加，从而使输出电压值减小。当输出比较电压值小于设定的基准电压值时，差模输出信号为正值，使2SB817的基级电位减小，集电极-发射极电压减小，从而使输出电压值增大。通过这种负反馈维持输出电压的稳定，使该款数控电源的稳定度满足电子设计开发的一般要求。基准电压源MC1403为模数转换器AD7705提供非常精确2.5V参考电压。AD7705通过取样网络拾取输出电压和电流的部分值，转换成数字量后送入单片机，单片机对该数字量进行一定处理后显示在OLED屏幕上，使用户能时刻关注电源状况，同时单片机根据采样值再次修正输出值，进一步提高输出的稳定度和精确度。OLED屏幕采用的是大小为0.96英寸，分辨率为128*64的OLED液晶屏，该屏通过IIC串行通信协议与单片机进行通信，完成上文中提到的显示功能。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。