专利名称：数控开关稳压电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源，尤其是一种数控开关稳压电源。
背景技术：
稳压电源是常用的电子设备，能保证电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。现有的常规的数控开关稳压电源，一般采用控制数控电位器改变电阻来改变输出电压的方式，如图I所示，为现有的数控开关稳压电源，市电通过滤波整流电路后得到波动较大的直流电，电压变换电路将高压直流电转换为期望得到的直流电压对直流负载供电，可通过按键显示等对输出电压进行预设，单片机将输出电压运算为反馈电阻值从而输出控制点好控制数字电位器电阻值改变为计算值，进而改变控制电路反馈端电压，控制电路将反馈电压与基准电压进行比较，改变PWM波形的占空比，完成输出电压的调整，其中光耦隔 离实现了电路输入/输出端隔离，使输出端对地较低电位从而保证输出直流电压负极对人体安全。上述这种数控开关电源，数控电位器电路简单但是容易损坏，PWM控制受限于单片机工作速度，电路响应过慢，如果采用高速器件则会导致成本上升；交流-直流的转换需要运算放大器对输入输出电压进行调节，由此会带来不必要的噪声和误差，以及成本的上升。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电路结构简单，可靠，变换效率高的数控开关稳压电源。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种数控开关稳压电源，包括降压电路，两端分别连接所述降压电路的输出端和负载的LC滤波器，其特征在于，还包括用于反馈的电阻网络、DAC和调节所述DAC的输出端电压的微控制单元，所述电阻网络内的三端分别连接到所述LC滤波器的输出电压端、所述降压电路的带有反馈端的可调输出降压电源芯片内的通用误差放大器反向节点和所述DAC的输出端从而构成反馈网络。所述电阻网络包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻一端接地，另一端连接到所述可调输出降压电源芯片内的通用误差放大器反向节点；所述第二电阻一端连接到所述可调输出降压电源芯片内的通用误差放大器反向节点，另一端连接到所述DAC的输出端；所述第三电阻一端连接到所述可调输出降压电源芯片内的通用误差放大器反向节点，另一端连接到所述LC滤波器的输出电压端，所述DAC的输出端电压高于所述通用误差放大器反向节点电压，微控制单元的控制信号以误差信号的方式进入到降压电路，电路响应快且稳定。所述微控制单元采用Arduino平台，由于Arduino平台的高度开放性,可以降低软件开发周期，降低成本。还包括人机交互界面，所述人机交互界面包括对所述微控制单元输入指令的4X3的矩阵键盘和显示电压的LCD，所述矩阵键盘上设置有十个数字按键和两个步进按键，从而通过按键输入设置预置电压，并且可在IXD上显示预置电压与实时电压。作为整流滤波电路的所述LC滤波器，包括滤波电容和电感，所述滤波电容的一端连接到所述降压电路的芯片的启动引脚，另一端连接到所述电感的一端，所述电感的另一端为所述输出电压端。 优选的，所述电感为由坡莫合金制作的高频罐装一体化贴片电感，所述滤波电容为小容量并联的超低内阻的贴片钽电容，可以减小输出电压波纹。与现有技术相比，本发明的优点在于采用电阻网络代替运算放大器，微控制单元不参与电路的反馈，它的控制信号只是以误差信号的方式进入主降压电路，而且数控调压方式利用了 DAC控制变压芯片，这样更利于电路的稳定；采用基于开源硬件平台Arduino为微控制核心的微控制单元，使得整个开关电源电路简单、可靠、变换效率高。
图I为现有技术的稳压电源系统框图；图2为本发明的稳压电源系统框图；图3为本发明的降压电路图；图4为本发明的电阻网络电路图；图5为本发明的稳压电源控制流程图；图6为本发明的电源满载输出电压波纹图；图7为本发明的稳压电源效率与负载电流之间的曲线关系图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。参见图2，一种数控开关稳压电源，包括降压电路1，LC滤波器2，电阻网络3，数模转换器4(DAC)，以及微控制单元5，市电通过降压电路I得到降低的期望得到的直流电压，经过LC滤波器2滤波后输出到负载，电阻网络3对LC滤波器2输出的电压通过微控制单元5控制DAC4来改变DAC4的输出电压并进入降压电路I的反馈网络来完成调节。在上述的整个过程中微控制单元5没有参与反馈，只是和用户交互并将数据采集处理输入到DAC4中，简化了电路的同时也减少了系统的出错。参见图3，为降压电路I的电路图，在该电路中，可以使用任何带有反馈端的可调输出降压电源芯片，既可以是工作在线性模式下的LM317，也可以是开关模式下的LM2596-ADJ等。在本实施例中，优选采用德州仪器的TPS54332芯片，该芯片是开关型降压稳压器，和外围的电感和续流二极管构成了拓扑结构。该芯片内部集成了一个低内阻的高位开关MOS管，自带栅极升压电路，能连续通过3. 5A的电流，并且提供了良好的过压、欠压、过流、过热保护；该芯片具有3. 5V到28V的宽输入电压范围，最大占空比95%，内部误差放大器的参考电压为0. 8V，因此工作在本电源系统中能使整个电源系统最低输出电压下潜到0. 8V，提高了整个电源系统的电压输出范围。它的开关频率达到了 1MHz，高速开关频率能有效减少输出电感及输出电容的体积和容量，减小了电路体积的同时也降低了输出纹波。当负载比较轻时，TPS54332芯片能自动降频工作，减少开关损耗而导致的效率降低。在本电源系统中，降压部分的效率在最高电压输出时能超过95%。TPS54332芯片的缓启动引脚SS通过电容Cl接地，以减少上电震荡；使能引脚EN通过第四电阻R4连接到电压输入端VIN，并通过第五电阻R5接地，实现外部过压与欠压保护；启动引脚BOOT连接到LC滤波器2，包括滤波电容C2和电感L，启动引脚BOOT连接到滤波电容C2，滤波电容C2连接到电感L的一端，电感L的另一端为输出电压端V0UT，由于TPS54332芯片开关频率非常高，在电感L的选用上，铁氧体磁芯已经无法满足IMHz的超高速开关频率，本电源系统选用了由坡莫合金制作的高频罐装一体化贴片电感，最大连续通过直流电流7A，超高速的开关频率有效减少了电感L的体积和容量，能将整个电感L的大小控制在I平方厘米以下；滤波电容C2则选用超低内阻的贴片钽电容和Nichicon HD系列开关电源专用滤波电容，并采用小容量并联的方式减少等效内阻，有效抑制输出纹波。 参见图4，采用DAC4输出特定的电压值，通过电阻网络3转换后影响降压电路I的芯片的内部环路的方式来达到控制总输出电压的目的。相比于采用单片机产生PWM控制开关管的方案，本发明利用了输出可调降压芯片自身反馈保持输出电压的优点的同时，大大减轻了单片机的负担。而相比于采用控制数控电位器来改变反馈输出电压的方式，数控电位器很容易因为浪涌过流等原因损坏，故DAC4具有更高的稳定性。对于较高精度的数控电源，使用DAC4控制电压方式比数控电位器能更好的完成要求。电阻网络3包括第一电阻R1，其一端接地，另一端连接到芯片的通用误差放大器反向节点VSENCE脚；第二电阻，其一端连接到VSENCE脚，另一端连接到DAC4的输出端OUTPUT ；以及第三电阻，其一端连接到VSENCE脚，另一端连接到输出电压端VOUT，第一电阻Rl和第三电阻R3是必须的反馈电阻。由于VSENCE脚接入芯片内集成的误差放大器，根据误差放大器虚短的特性，VSENCE脚的电压Vsmse是稳定的，为内部参考电压源的值0. 8V。根据芯片手册，可得整个输出电压，即LC滤波器2的输出电压端VOUT的电压Vs。为
(Ri\
Fm =0.8 I+—
L Mj(1)当DAC4输出电压Vd。大于Vsense时，DAC4的输出端OUTPUT和VSENCE脚之间会产生一个流过第二电阻R2的电流。又由于误差放大器虚断的特性，电流不会流入降压电路I的芯片的管脚，也不会流向电势更高的第三电阻R3，只会流入到接地的第一电阻Rl中。此时，流过第一电阻Rl的电流由来自流过第三电阻R3的电流和DAC4的输出流过第二电阻R2的电流组成，得到公式IE2+IE3=IE1 ⑵转换成电压和电阻的关系后可得
V, -V J -V V
do_sense _j_ so_seme _ ^ense
~R2~ ~AS~ ~ ~lu~⑶这个万程的右端是一个常数，因此Vd。和Vs。是一个相互制约的关系。Vd。的增大会带来Vs。的减少。匹配输出范围，可得两个方程
权利要求
1.一种数控开关稳压电源，包括降压电路(I)，两端分别连接所述降压电路(I)的输出端和负载的LC滤波器(2)，其特征在于，还包括用于反馈的电阻网络(3)、DAC(4)和调节所述DAC(4)的输出端(VOUTPUT)电压的微控制单元(5)，所述电阻网络(3)内的三端分别连接到所述LC滤波器(2)的输出电压端(V0UT)、所述降压电路(I)的带有反馈端的可调输出降压电源芯片内的通用误差放大器反向节点(VSENCE)和所述DAC(4)的输出端(VOUTPUT)从而构成反馈网络。
2.如权利要求I所述的数控开关稳压电源，其特征在于，所述电阻网络(3)包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)，所述第一电阻(Rl) —端接地，另一端连接到所述可调输出降压电源芯片内的通用误差放大器反向节点(VSENCE);所述第二电阻(R2) —端连接到所述可调输出降压电源芯片内的通用误差放大器反向节点(VSENCE)，另一端连接到所述DAC(4)的输出端(OUTPUT);所述第三电阻(R3) —端连接到所述可调输出降压电源芯片内的通用误差放大器反向节点(VSENCE)，另一端连接到所述LC滤波器(2)的输出电压端(VOUT)，所述DAC (4)的输出端(OUTPUT)电压高于所述通用误差放大器反向节点(VSENCE) 电压。
3.如权利要求I或2所述的数控开关稳压电源，其特征在于，所述微控制单元(5)采用Arduino 平台。
4.如权利要求3所述的数控开关稳压电源，其特征在于，还包括人机交互界面(6)，所述人机交互界面(6)包括对所述微控制单元(5)输入指令的4X3的矩阵键盘和显示电压的LCD，所述矩阵键盘上设置有十个数字按键和两个步进按键。
5.如权利要求I或2所述的数控开关稳压电源，其特征在于，所述LC滤波器(2)包括滤波电容(C2)和电感(L)，所述滤波电容(C2)的一端连接到所述降压电路⑴的芯片的启动引脚(BOOT)，另一端连接到所述电感(L)的一端，所述电感(L)的另一端为所述输出电压端(VOUT)。
6.如权利要求5所述的数控开关稳压电源，其特征在于，所述电感(L)为由坡莫合金制作的高频罐装一体化贴片电感，所述滤波电容(C2)为小容量并联的超低内阻的贴片钽电容。
全文摘要
本发明公开了一种数控开关稳压电源，包括降压电路，两端分别连接降压电路的输出端和负载的LC滤波器，其特征在于，还包括用于反馈的电阻网络、DAC和调节DAC的输出端电压的微控制单元，电阻网络内的三端分别连接到LC滤波器的输出电压端、降压电路的带有反馈端的可调输出降压电源芯片内的通用误差放大器反向节点和DAC的输出端从而构成反馈网络。采用电阻网络代替运算放大器，微控制单元不参与电路的反馈，它的控制信号只是以误差信号的方式进入主降压电路，而且数控调压方式利用了DAC控制变压芯片，这样更利于电路的稳定；采用基于开源硬件平台Arduino为微控制核心的微控制单元，使得整个开关电源电路简单、可靠、变换效率高。
文档编号G05F1/46GK102736653SQ201210224278
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月28日 优先权日2012年6月28日
发明者何泽骅 申请人:何泽骅