智能数控开关电源的设计的制作方法
【专利摘要】本发明涉及开关电源的数控调节技术和上位机的数据显示、远程控制。它包括架体、电源主板、高精度AD采样电路、温控电路以及嵌入式微控制器模块、液晶模块、串口通信模块、数字输入模块、报警电路组成，设计了嵌入式微控制系统、电源系统等硬件电路。本发明可以远程控制、利用计算机实时观察负载特性变化曲线，提高了电源的精准度，方便了电路的分析，使科研及工厂测试、科教变得更加方便。智能数控开关电源的设计具有以下功能：1.使用编码开关调节0-50V/10A输出。2.使用按键选择通讯协议，用以连接计算机或其他便携设备实现远程控制和数据监测。3.使用嵌入式微控制器进行电源关键参数的智能检测。4.过压过流保护、LCD显示、数据存储功能。
【专利说明】
智能数控开关电源的设计
技术领域
[0001] 本发明涉及开关电源的数控调节技术和多功能的应用。有着很重大的实用意义。
【背景技术】
[0002] 在工厂生产测试、教学实验中，电源的性能是一项最关键的指标。目前我国绝大部 分厂家生产的稳压电源多为线性电源和固定输出的开关电源，绝大多数的厂家生产可调电 源均为线性电源，且通过手动方式调节旋钮来调节输出。其存在以下两方面的问题，一是使 用起来不方便，步骤较多，还需反复旋钮来调节；二是线性电源相比开关电源在相同功率下 体积庞大、效率低、功率小；三是随着科技的发展，各种需求的增加，在电源使用过程中，计 算机的远程监控和数据分析是未来发展的趋势。而本发明则是要针对这种情况予以改进和 创新。
【发明内容】
[0003] 本发明采用嵌入式微控制器，集成PffM控制芯片作为控制的两大核心，由于使用 数控的基本理念，使用者只需要通过编码开关设定所需的基本电压电流，不再是多次繁琐 的调节旋钮，实现简单高效精准的调节；同时拥有丰富的第二功能一一远程控制、数据监控 与数据分析等。一方面可以解决传统电源误差大、操作步骤多、电位器失效造成的输出失控 等弊端，解决企业实际操作中存在多年的老问题，能够极大地提高工作效率，提升操作的便 捷性，具有非常重大的实用意义；另一方面，该电源采用先进的采样分析系统、智能处理与 存储系统，将采集到的信号处理加以算法分析直观的显示出来，让操作者有着零距离的操 作体验，并且综合了误差自补偿、系统自校正与单片机程序看门狗、过压过流自动断电等功 能，研究结果具有较强的实用效果。将电源交流插头插入市电中，打开前面板电源开关，电 源开机指示灯亮，过压过流故障指示灯缓慢熄灭，蜂鸣器发出"嘀嘀"两次声音，电源通过开 机自检，此时设定电压、电流，电源内部的嵌入式微控制器检测系统自动根据负载情况选择 恒压（CV)模式或者恒流（CC)模式，对应的状态指示灯亮，操作者可使用数据交换功能，选 择通讯模式（RS-232和RS-485)，默认使用的是RS-232通信标准，通过使用USB电缆连接 电源和计算机，打开计算机上自主开发的上位机软件，即可实时观察电压电流曲线变化，同 时可以计算机远程设定电压电流、指定开机时间、改变输出参数等，电源液晶显示屏同步显 示。系统采用了液晶显示模块，内部集成掉电不丢失存储器可记录4组常用电压电流，方 便操作者快速调用、以及开机保持上次电压记忆等。控制系统的键盘由10个按键和1个 编码开关组成，包括：常用电压存储、调用按键（0 - 4)、向左（Left)、向右（Right)、过流保 护按键（Over Current Protection)、过压保护按键（Overv Oltage Protection)、锁定按 键（Lock)、通讯选择按键（Communication Option)、输出（Out)、电压电流调节的编码开关 (Adjust)。系统操作简单。一.智能数控开关电源的设计具有以下功能：1.使用编码开关 调节0-50V/10A输出。2.使用按键选择通讯协议，用以连接计算机或其他便携设备实现远 程控制和数据监测。3.使用嵌入式微控制器进行电源关键参数的智能检测。4.过压过流 保护、IXD显示、数据存储功能。二.技术参数：输出电压：0-50V 输出电流：〇-1〇Α输入电压：AC220V產:10% 60Hz/50Hz电压显示精度：0. 5电流显示 精度： it: 0. 5%显示分辨率：电压0.0 OlV电流0.0 OlA效率：85%纹波与噪声（P-P) :20mV通 信速率：9600bps以下即对上面所述，结合附图详细说明较佳的实施例。
【附图说明】
[0004] 附图所示为依据本发明较佳实施例的内部构造的方框图。
【具体实施方式】
[0005] 附图所示为依据本发明较佳实施例的内部构造的方框图。于图中，该电源包括EMI 抗干扰电路1 ;高压整流滤波电路2 ;开关功率电路3 ;高频功率变压器4 ;输出整流电路5 ; 多级滤波电路6 ;外部接口单元7 ;辅助电源电路8 ;集成PffM控制模块9 ;电压采样电路10 ; 电流采样电路11 ;温控风扇电路12 ;过流保护电路13 ;数字输入模块14 ;嵌入式微控制器 模块15 ;串口通讯模块16 ;液晶模块17 ;报警电路18。参见附图，交流市电220V输入经过 EMI抗干扰电路1防止电磁干扰，经高压整流滤波电路2产生310V直流电，加载到开关功 率电路3等待。用户通过数字输入模块14输入所需电压电流后经嵌入式微控制器模块15 处理转化为模拟信号送入集成PWM控制模块9,产生PffM占空比。随后高频功率变压器4开 始工作，经输出整流电路5转化为脉动的直流电，采用多级滤波电路6进行滤波，输出至外 部接口单元7供用户使用。与此同时，电压采样电路10和电流采样电路11经从外部接口 单元7,采集到的信号送入集成PffM控制模块9进行反馈闭环调节，保持输出稳定；采集到 的信号同时送入嵌入式微控制器模块15进行计算，经过计算后的数据显示在液晶模块17， 同时如果用户开启了串口通讯功能，串口通讯模块16与外部设备(这里通常指计算机)进行 数据通信，当输出电压电流大于设定安全值后嵌入式微控制器15发送报警信号至报警电 路18发出报警提示音，同时电压电流过流保护电路13动作锁定集成PffM控制模块9,停止 主电路工作进入保护状态，所有输出关闭，此时过压过流故障指示灯亮。待故障排除后方可 恢复输出，以防止事故的发生和进一步扩大。温控风扇电路12检测电源内部温度，大于45 度时风扇自动启动，防止电源过热。辅助电源电路8为集成PffM控制模块9提供待机电源。 此电源具有完整的保护系统，高性能、智能化等特点。
【主权项】
1. 集成PWM控制电路，用以生成占空比和实时反馈形成闭环控制。2. 电压采样电路，用以采集输出电压信号的大小。3. 电流采样电路，用以采集输出电流信号的大小。4. 过压保护电路，用以检测电压大小保护主电路。5. 过流保护电路，用以检测电流大小保护主电路。6. 液晶模块，用以显示电压、电流、输出功率、负载电阻等多功能的相关数据。7. 嵌入式微控制器模块，控制集成PWM控制模块、采集相关信号、液晶模块的显示及数 据存储。
【文档编号】H02M7/12GK106033938SQ201510118747
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月18日
【发明人】刘鹏宇, 贾海瀛
【申请人】天津市职业大学