數控開關穩壓電源制造技術

本實用新型專利技術公開了一種數控開關穩壓電源，包括降壓電路，兩端分別連接降壓電路的輸出端和負載的LC濾波器，其特征在于，還包括用于反饋的電阻網絡、DAC和調節DAC的輸出端電壓的微控制單元，電阻網絡內的三端分別連接到LC濾波器的輸出電壓端、降壓電路的帶有反饋端的可調輸出降壓電源芯片內的通用誤差放大器反向節點和DAC的輸出端從而構成反饋網絡。采用電阻網絡代替運算放大器，微控制單元不參與電路的反饋，它的控制信號只是以誤差信號的方式進入主降壓電路，而且數控調壓方式利用了DAC控制變壓芯片，這樣更利于電路的穩定；采用基于開源硬件平臺Arduino為微控制核心的微控制單元，使得整個開關電源電路簡單、可靠、變換效率高。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種電源，尤其是一種數控開關穩壓電源。
技術介紹
穩壓電源是常用的電子設備，能保證電網電壓波動或負載發生變化時，輸出穩定的電壓。現有的常規的數控開關穩壓電源，一般采用控制數控電位器改變電阻來改變輸出電壓的方式，如圖I所示，為現有的數控開關穩壓電源，市電通過濾波整流電路后得到波動較大的直流電，電壓變換電路將高壓直流電轉換為期望得到的直流電壓對直流負載供電，可通過按鍵顯示等對輸出電壓進行預設，單片機將輸出電壓運算為反饋電阻值從而輸出控制點好控制數字電位器電阻值改變為計算值，進而改變控制電路反饋端電壓，控制電路將 反饋電壓與基準電壓進行比較，改變PWM波形的占空比，完成輸出電壓的調整，其中光耦隔離實現了電路輸入/輸出端隔離，使輸出端對地較低電位從而保證輸出直流電壓負極對人體安全。上述這種數控開關電源，數控電位器電路簡單但是容易損壞，PWM控制受限于單片機工作速度，電路響應過慢，如果采用高速器件則會導致成本上升；交流-直流的轉換需要運算放大器對輸入輸出電壓進行調節，由此會帶來不必要的噪聲和誤差，以及成本的上升。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題是提供一種電路結構簡單，可靠，變換效率高的數控開關穩壓電源。本技術解決上述技術問題所采用的技術方案為一種數控開關穩壓電源，包括降壓電路，兩端分別連接所述降壓電路的輸出端和負載的LC濾波器，其特征在于，還包括用于反饋的電阻網絡、DAC和調節所述DAC的輸出端電壓的微控制單元，所述電阻網絡內的三端分別連接到所述LC濾波器的輸出電壓端、所述降壓電路的帶有反饋端的可調輸出降壓電源芯片內的通用誤差放大器反向節點和所述DAC的輸出端從而構成反饋網絡。所述電阻網絡包括第一電阻、第二電阻和第三電阻，所述第一電阻一端接地，另一端連接到所述可調輸出降壓電源芯片內的通用誤差放大器反向節點；所述第二電阻一端連接到所述可調輸出降壓電源芯片內的通用誤差放大器反向節點，另一端連接到所述DAC的輸出端；所述第三電阻一端連接到所述可調輸出降壓電源芯片內的通用誤差放大器反向節點，另一端連接到所述LC濾波器的輸出電壓端，所述DAC的輸出端電壓高于所述通用誤差放大器反向節點電壓，微控制單元的控制信號以誤差信號的方式進入到降壓電路，電路響應快且穩定。所述微控制單元采用Arduino平臺，由于Arduino平臺的高度開放性,可以降低軟件開發周期，降低成本。還包括人機交互界面，所述人機交互界面包括對所述微控制單元輸入指令的4X3的矩陣鍵盤和顯示電壓的LCD，所述矩陣鍵盤上設置有十個數字按鍵和兩個步進按鍵，從而通過按鍵輸入設置預置電壓，并且可在IXD上顯示預置電壓與實時電壓。作為整流濾波電路的所述LC濾波器，包括濾波電容和電感，所述濾波電容的一端連接到所述降壓電路的芯片的啟動引腳，另一端連接到所述電感的一端，所述電感的另一端為所述輸出電壓端。優選的，所述電感為由坡莫合金制作的高頻罐裝一體化貼片電感，所述濾波電容為小容量并聯的超低內阻的貼片鉭電容，可以減小輸出電壓波紋。與現有技術相比，本技術的優點在于采用電阻網絡代替運算放大器，微控制單元不參與電路的反饋，它的控制信號只是以誤差信號的方式進入主降壓電路，而且數控調壓方式利用了 DAC控制變壓芯片，這樣更利于電路的穩定；采用基于開源硬件平臺Arduino為微控制核心的微控制單元，使得整個開關電源電路簡單、可靠、變換效率高。附圖說明圖I為現有技術的穩壓電源系統框圖；圖2為本技術的穩壓電源系統框圖；圖3為本技術的降壓電路圖；圖4為本技術的電阻網絡電路圖；圖5為本技術的穩壓電源控制流程圖；圖6為本技術的電源滿載輸出電壓波紋圖；圖7為本技術的穩壓電源效率與負載電流之間的曲線關系圖。具體實施方式以下結合附圖實施例對本技術作進一步詳細描述。參見圖2，一種數控開關穩壓電源，包括降壓電路1，LC濾波器2，電阻網絡3，數模轉換器4(DAC)，以及微控制單元5，市電通過降壓電路I得到降低的期望得到的直流電壓，經過LC濾波器2濾波后輸出到負載，電阻網絡3對LC濾波器2輸出的電壓通過微控制單元5控制DAC4來改變DAC4的輸出電壓并進入降壓電路I的反饋網絡來完成調節。在上述的整個過程中微控制單元5沒有參與反饋，只是和用戶交互并將數據采集處理輸入到DAC4中，簡化了電路的同時也減少了系統的出錯。參見圖3，為降壓電路I的電路圖，在該電路中，可以使用任何帶有反饋端的可調輸出降壓電源芯片，既可以是工作在線性模式下的LM317，也可以是開關模式下的LM2596-ADJ等。在本實施例中，優選采用德州儀器的TPS54332芯片，該芯片是開關型降壓穩壓器，和外圍的電感和續流二極管構成了拓撲結構。該芯片內部集成了一個低內阻的高位開關MOS管，自帶柵極升壓電路，能連續通過3. 5A的電流，并且提供了良好的過壓、欠壓、過流、過熱保護；該芯片具有3. 5V到28V的寬輸入電壓范圍，最大占空比95%，內部誤差放大器的參考電壓為O. 8V，因此工作在本電源系統中能使整個電源系統最低輸出電壓下潛到O. 8V，提高了整個電源系統的電壓輸出范圍。它的開關頻率達到了 1MHz，高速開關頻率能有效減少輸出電感及輸出電容的體積和容量，減小了電路體積的同時也降低了輸出紋波。當負載比較輕時，TPS54332芯片能自動降頻工作，減少開關損耗而導致的效率降低。在本電源系統中，降壓部分的效率在最高電壓輸出時能超過95%。TPS54332芯片的緩啟動引腳SS通過電容Cl接地，以減少上電震蕩；使能引腳EN通過第四電阻R4連接到電壓輸入端VIN，并通過第五電阻R5接地，實現外部過壓與欠壓保護；啟動引腳BOOT連接到LC濾波器2，包括濾波電容C2和電感L，啟動引腳BOOT連接到濾波電容C2，濾 波電容C2連接到電感L的一端，電感L的另一端為輸出電壓端V0UT，由于TPS54332芯片開關頻率非常高，在電感L的選用上，鐵氧體磁芯已經無法滿足IMHz的超高速開關頻率，本電源系統選用了由坡莫合金制作的高頻罐裝一體化貼片電感，最大連續通過直流電流7A，超高速的開關頻率有效減少了電感L的體積和容量，能將整個電感L的大小控制在I平方厘米以下；濾波電容C2則選用超低內阻的貼片鉭電容和NichiconHD系列開關電源專用濾波電容，并采用小容量并聯的方式減少等效內阻，有效抑制輸出紋波。參見圖4，采用DAC4輸出特定的電壓值，通過電阻網絡3轉換后影響降壓電路I的芯片的內部環路的方式來達到控制總輸出電壓的目的。相比于采用單片機產生PWM控制開關管的方案，本技術利用了輸出可調降壓芯片自身反饋保持輸出電壓的優點的同時，大大減輕了單片機的負擔。而相比于采用控制數控電位器來改變反饋輸出電壓的方式，數控電位器很容易因為浪涌過流等原因損壞，故DAC4具有更高的穩定性。對于較高精度的數控電源，使用DAC4控制電壓方式比數控電位器能更好的完成要求。電阻網絡3包括第一電阻R1，其一端接地，另一端連接到芯片的通用誤差放大器反向節點VSENCE腳；第二電阻，其一端連接到VSENCE腳，另一端連接到DAC4的輸出端OUTPUT ；以及第三電阻，其一端連接到VSENCE腳，另一端連接到輸出電壓端VOUT，第一電阻Rl和第本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種數控開關穩壓電源，包括降壓電路(1)，兩端分別連接所述降壓電路(1)的輸出端和負載的LC濾波器(2)，其特征在于，還包括用于反饋的電阻網絡(3)、DAC(4)和調節所述DAC(4)的輸出端(VOUTPUT)電壓的微控制單元(5)，所述電阻網絡(3)內的三端分別連接到所述LC濾波器(2)的輸出電壓端(VOUT)、所述降壓電路(1)的帶有反饋端的可調輸出降壓電源芯片內的通用誤差放大器反向節點(VSENCE)和所述DAC(4)的輸出端(VOUTPUT)從而構成反饋網絡。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：何澤驊，
申請(專利權)人：何澤驊，
類型：實用新型
國別省市：