一种基于单片机系统的便携式数字稳压电源设计

杜江淮

(安徽职业技术学院　电气工程系，安徽　合肥　230011)



一种基于单片机系统的便携式数字稳压电源设计

杜江淮

(安徽职业技术学院电气工程系，安徽合肥230011)

摘要：文章以STC12C5410AD型单片机为基础设计一种数字稳压电源电路，该电路可通过键盘进行电压的调整，效率高，适用性好，方便实用，便于携带。

关键词：单片机；键盘控制；数字稳压电源

稳压电源是用电器必不可少的能源动力,一般要求其有较高的稳定性和实用性。现代生活中，稳压电源既要能满足各种场合的使用，也要便于携带，所以针对不同的低压用电器要设计不同的输出接口，实现一源多用。在旅行中可能遇到不同的交流电网，在设计中还要考虑其适应较宽的电源波动范围，并能在多种电压范围内实现调控。[1]以单片机为基础的数字电路具有快捷的传输特性,具有非常强的可调性，也方便控制，特别是单片机的技术成熟，市场应用广，价格低廉，因而制作成本也很低廉。

1系统结构设计

要设计出性能优良的开关电源，提高其功率器件的工作效率显得十分必要。传统的电路结构和控制技术，受制于功率器件的性能，电源效率并不高。随着更高开关频率的电力电子器件的涌现，通过采用新型的电路拓扑和控制技术，使功率开关工作在零电压或零电流状态，大大提高了开关电源的效率。[2]

1.1数字稳压电源的方框图

图1为基于STC12C5410AD的数字稳压电源的方框图，该电路主要由DC/DC转换器、滤波器、LM7805、STC12C5410AD型单片机、四位数码管显示器、键盘控制等几部分组成。其中STC12C5410AD型单片机自带A/D采样、PWM系统的STC12C5410AD型单片机，利用A/D采样检测系统可以随时对输出的电流电压进行检测，改变PWM中的方波脉冲的占空比从而控制输出电压。向电路中输入24V的直流电压，再经过DC/DC转换器将24V的直流电压转换成5-10V的直流电压。滤波器对输出的电压的纹波、噪声进行改善。线性变换开关LM7805输出电压+5V为单片机提供正常工作电压，稳压电源的输出电压用四位数码管来显示。

图1数字稳压电源的方框图

1.2数字稳压电源的原理图

1.2.1辅助电源和DC/DC转换电路

图2是辅助电源和DC/DC转换电路，因为本系统采用+5V电源供电，由三端稳压器LM7805稳压输出经滤波得到直流+5V电源。C1、C2的作用是滤除输入24V电压的纹波，C7的作用是滤除输出电压的纹波；C5、C6则是滤除电路中的高频噪声。DC/DC转换电路主要是利用大功率晶体管TIP147来实现的，VT1是工作在开关状态的，由于其导通角小因而其效率高(可达75%以上)，耗损低，管子发热量小。电路的工作过程是：当PWM信号为高电平时，VT1导通，保证了VT2的导通条件，电流从VT2的集电极流出对电感L1，电容C4充电并对负载供电，当PWM低电平时，VT1、VT2停止，此时电感L1和电容C4放电向负载供电，通过续流二极管SB560形成闭合回路。[3]

图2辅助电源和DC/DC转换电路

1.2.2滤波电路

1.2.3电压采样电路

图3的电压检测电路采用同相跟随运放构成，考虑到电路输出5～10V，而单片机采样最高值为5V，所以在输入端通过R8、R9进行分压衰减，采样值范围为1～2V。

图3电压检测电路

1.2.4电流采样电路

图4是电流监控采样电路，当负载电流为1A时，其在采样电阻R11、R12上产生的压降为0.1V，当负载电流为2A时，采样电压为0.2V，电路放大倍数为25倍，满足了A/D取样的要求。

图4电流检测电路

1.2.5数码显示电路

本设计采用四位共阴数码显示电路，为了增加单片机的驱动能力，使用了74HC245芯片。数码管位驱采用四个NPN晶体管。

1.2.6控制系统

为了最大程度利用单片机系统资源，我们选择了集PWM控器和A/D转换于一体的STC12C5410AD增强型单片机。系统控制如图5所示。其中四个按键KEY0～KEY3分别实现电压和电流切换显示、设置PWM寄存器初始值以及实现占空比的增减，主要实现：

(1)通过输出一定占空比的PWM信号控制输出电压。

(2)通过对输出电压和负载工作电流的采样，监控电压、电流的波动，实时调整PWM信号维持输出电压的稳定，系统过流保护。

(3)根据键盘输入指令，完成电压的手动调整。

(4)驱动一组共阴极的四位数码管实时显示电压/电流值。[4]

2软件编程

本设计电路的关键程序有：A/D采样，显示按键查询，中断服务，PWM信号产生等，由于篇幅有限，现给出PWM程序框图及参考程序代码如下：

图5单片机系统部分

2.1PWM流程图

2.2PWM输出C语言示例

void main(void)

{

CMOD=0x02;//Setup PCA timer

CL=0x00;

CH=0x00;

CCAP0L=0xc0;//Set the initial value same as CCAP0H

CCAP0H=0xc0;//25% Duty Cycle

CCAPM0=0x42;//0100,0010 Setup PCA module 0 in PWM mode

CR=1;//Start PCA Timer.

while(1);

}

3测试结果

参考文献：

[1]陈永真，孟丽因.高效率开关电源设计与制作[M].北京：中国电力出版社，2008：511.

[2]陈顺举，钟川源.集成专用驱动器在开关电源中的应用[J].现代电子技术，2007(20)：35.

[3]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2004：3.

[4]赵秋.电子产品设计与制作教程(第2版)[M].南京：南京大学出版社，2003：99.

[5]刘凯.基于Atmega16的数控步进电源的设计[J].电源技术应用，2012(6)：40.

(责任编辑：杨阳)

收稿日期：2016—05—08

基金项目：2015年省级质量工程教学研究项目“基于CDIO模式下现代电子类实训课程教学改革与实践”(2015jyxm549)

作者简介：杜江淮(1974—)，男，安徽合肥人，安徽职业技术学院电气工程系实验师，硕士，研究方向：电气自动化。

中图分类号：TN86

文献标识码：A

文章编号：1672—9536(2016)02—0018—04

Abstract：Based on the type STC12C5410AD microcontroller we designed a digital stabilized voltage supply circuit.The circuit can adjust the voltage with the keyboard，and it has the advantage of high efficiency，good applicability，convenient and being portable.

Key words：MCU; keyboard control; digital regulated power supply