任秀榮+陳瑞友+任廣軍

摘 要 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于數(shù)字電流源的應(yīng)用也越來越廣泛，目前數(shù)字電流源設(shè)計(jì)較復(fù)雜，元器件多。文章以LM2576穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)，基于STC12C5A60S單片機(jī)控制，使用D/A進(jìn)行電流設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了一種無須進(jìn)行復(fù)雜設(shè)計(jì)的小型、低成本和高度集成的數(shù)字電流源設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞 數(shù)字電流源；電流設(shè)定；單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TM44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）03-0029-02

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電源在生產(chǎn)、研發(fā)和生活中應(yīng)用的越來越廣泛，數(shù)字電源由于其效率高、穩(wěn)定性高、體積小、使用方便性及高精度，逐步替代了線性電源。數(shù)字電流源作為數(shù)字電源中的一部分，應(yīng)用也越來越廣泛，但由于數(shù)字電流源設(shè)計(jì)復(fù)雜、元器件多等原因，不利于數(shù)字電流源的快速設(shè)計(jì)和應(yīng)用。本文基于LM2576穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)輸出最高電壓分為5 V和15 V兩檔，最大輸出電流3 A，通過按鍵可對(duì)輸出電流進(jìn)行步進(jìn)調(diào)節(jié)，步進(jìn)值為100 mA。

1 設(shè)計(jì)總體方案

圖1 系統(tǒng)框圖

本設(shè)計(jì)總體方案如圖1所示，主要包括：AC/DC轉(zhuǎn)換電路、LM2576穩(wěn)壓器電路、電流采樣、電壓采樣、輸出電流控制、電壓切換電路、A/D電路、D/A電路、看門狗電路、液晶顯示、STC12C5A60S單片機(jī)電路和鍵盤等部分。

AC/DC部分采用UC3842反激電源設(shè)計(jì)，由于LM2576輸出功率管的最大飽和電壓降為2 V，所以設(shè)計(jì)AC/DC輸出電壓19 V。

電壓采樣和電流采樣電路分別對(duì)輸出電壓和電流進(jìn)行采樣，通過A/D轉(zhuǎn)換電路將電壓和電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)將采集到的電壓和電流顯示在液晶上。

單片機(jī)通過D/A將需要設(shè)定的數(shù)字電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流設(shè)定值，電流設(shè)定值與電流采樣值輸入到輸出電流控制電路，輸出電流控制電路控制LM2576輸出需要的輸出電流。

為了減少單片機(jī)與D/A和A/D電路的使用端口，本設(shè)計(jì)采用同時(shí)SPI通信接口的D/A芯片DAC8552和A/D芯片ADS1118。

為保證整體電路的可靠性，加入看門狗電路，單片機(jī)需要時(shí)刻對(duì)看門狗電路進(jìn)行操作，當(dāng)單片機(jī)死機(jī)或程序跑飛時(shí)，看門狗電路對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作。

鍵盤電路上設(shè)有電流設(shè)定+按鍵、電流設(shè)定-按鍵、電壓切換按鍵、啟動(dòng)按鍵和停止按鍵，當(dāng)按動(dòng)電流設(shè)定+按鍵時(shí)，電流設(shè)定會(huì)按照100 mA數(shù)值步進(jìn)增加，當(dāng)按動(dòng)電流設(shè)定-按鍵時(shí)，電流設(shè)定會(huì)按照100 mA數(shù)值步進(jìn)減。

2 LM2576穩(wěn)壓器電路

圖2 LM2576ADJ穩(wěn)壓器電路圖

LM2576穩(wěn)壓器內(nèi)部包含52 kHz振蕩器、1.23 V基準(zhǔn)穩(wěn)壓器、熱關(guān)斷電路、電流限制電路、開關(guān)管、放大器、比較器及內(nèi)部穩(wěn)定電路，利用該器件只需要極少的外圍器件便可以構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。

LM2576穩(wěn)壓器電路圖如2所示，LM2576的1腳為正電源輸入，2腳為開關(guān)輸出端，3腳為地，4腳為電壓反饋端，5腳為待機(jī)控制端。

三極管Q1的控制信號(hào)start連接至單片機(jī)，當(dāng)start信號(hào)為低時(shí)，Q1關(guān)斷，LM2576的5腳為高電平，LM2576處于待機(jī)狀態(tài)當(dāng)start信號(hào)為高時(shí)，LM2576工作。

三極管Q2、繼電器K1、電位器RP1、R6和R8構(gòu)成電壓切換控制電路。三極管Q2的控制信號(hào)V_switch連接至單片機(jī)，當(dāng)V_switch為低時(shí)，Q2斷開，繼電器K1斷開，此時(shí)LM2576最高輸出電壓為VOUT=1.23×（1+R8/R6）≈15 V；當(dāng)V_switch為高時(shí)，K1閉合，調(diào)節(jié)電位器RP1，時(shí)輸出達(dá)到5 V，從而實(shí)現(xiàn)輸出最高電壓5 V和15 V切換。

電阻RS1為輸出電流采樣電阻，阻值為50 mΩ，電阻R4、R5、R9、R10和運(yùn)放U2A構(gòu)成差分放大器，放大比例為20，當(dāng)輸出最大電流為3 A時(shí)，運(yùn)放U2A輸出電壓為3 V，為提高電流采樣精度，此處運(yùn)放最好選用高精度運(yùn)放；I_set為電流設(shè)定值，該信號(hào)為單片機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)化得出，電流設(shè)定值3 V對(duì)應(yīng)最大輸出電流3 A；R7、C2、C3和運(yùn)放U2B構(gòu)成PID調(diào)節(jié)器，運(yùn)放U2A和U2B及相關(guān)器件組成了輸出電流控制電路，電流設(shè)定值和電流反饋值比較，得出控制信號(hào)，經(jīng)過二極管輸出到LM2576的反饋引腳4，當(dāng)輸出電流大于設(shè)定電流時(shí)，運(yùn)放U2A輸出大于設(shè)定值，U2B輸出增加，LM2576的反饋電壓升高，LM2576內(nèi)部調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)輸出電壓降低，輸出電流降低，從而調(diào)節(jié)輸出電流達(dá)到設(shè)定值。

3 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)充分利用了LM2576的內(nèi)部資源，并將其進(jìn)行了擴(kuò)展應(yīng)用。根據(jù)LM2576技術(shù)文件，計(jì)算工作參數(shù)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證該設(shè)計(jì)可靠，達(dá)到設(shè)計(jì)目的，輸出電壓5 V和15 V可切換，輸出最大電流達(dá)到3 A，電流設(shè)定精度達(dá)到1%，具有過流保護(hù)功能。

參考文獻(xiàn)

[1]王明順.基于LM2576的高可靠MCU電源設(shè)計(jì)[J].國外電子元器件，2004（11）：12-14.

[2]LM2576/LM2576HV Series SIMPLE SWITCHER 3A Step-Down Voltage Regulator.National Semiconductor.2004.

[3]趙珂，李佳，劉映秋.基于LM2576_ADJ數(shù)控開關(guān)電源的設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2008（11）：11-12.

作者簡(jiǎn)介

任秀榮（1980-），女，天津人，助理工程師，本科，研究方向：醫(yī)療電子產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)工藝。endprint

摘 要 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于數(shù)字電流源的應(yīng)用也越來越廣泛，目前數(shù)字電流源設(shè)計(jì)較復(fù)雜，元器件多。文章以LM2576穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)，基于STC12C5A60S單片機(jī)控制，使用D/A進(jìn)行電流設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了一種無須進(jìn)行復(fù)雜設(shè)計(jì)的小型、低成本和高度集成的數(shù)字電流源設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞 數(shù)字電流源；電流設(shè)定；單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TM44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）03-0029-02

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電源在生產(chǎn)、研發(fā)和生活中應(yīng)用的越來越廣泛，數(shù)字電源由于其效率高、穩(wěn)定性高、體積小、使用方便性及高精度，逐步替代了線性電源。數(shù)字電流源作為數(shù)字電源中的一部分，應(yīng)用也越來越廣泛，但由于數(shù)字電流源設(shè)計(jì)復(fù)雜、元器件多等原因，不利于數(shù)字電流源的快速設(shè)計(jì)和應(yīng)用。本文基于LM2576穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)輸出最高電壓分為5 V和15 V兩檔，最大輸出電流3 A，通過按鍵可對(duì)輸出電流進(jìn)行步進(jìn)調(diào)節(jié)，步進(jìn)值為100 mA。

1 設(shè)計(jì)總體方案

圖1 系統(tǒng)框圖

本設(shè)計(jì)總體方案如圖1所示，主要包括：AC/DC轉(zhuǎn)換電路、LM2576穩(wěn)壓器電路、電流采樣、電壓采樣、輸出電流控制、電壓切換電路、A/D電路、D/A電路、看門狗電路、液晶顯示、STC12C5A60S單片機(jī)電路和鍵盤等部分。

AC/DC部分采用UC3842反激電源設(shè)計(jì)，由于LM2576輸出功率管的最大飽和電壓降為2 V，所以設(shè)計(jì)AC/DC輸出電壓19 V。

電壓采樣和電流采樣電路分別對(duì)輸出電壓和電流進(jìn)行采樣，通過A/D轉(zhuǎn)換電路將電壓和電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)將采集到的電壓和電流顯示在液晶上。

單片機(jī)通過D/A將需要設(shè)定的數(shù)字電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流設(shè)定值，電流設(shè)定值與電流采樣值輸入到輸出電流控制電路，輸出電流控制電路控制LM2576輸出需要的輸出電流。

為了減少單片機(jī)與D/A和A/D電路的使用端口，本設(shè)計(jì)采用同時(shí)SPI通信接口的D/A芯片DAC8552和A/D芯片ADS1118。

為保證整體電路的可靠性，加入看門狗電路，單片機(jī)需要時(shí)刻對(duì)看門狗電路進(jìn)行操作，當(dāng)單片機(jī)死機(jī)或程序跑飛時(shí)，看門狗電路對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作。

鍵盤電路上設(shè)有電流設(shè)定+按鍵、電流設(shè)定-按鍵、電壓切換按鍵、啟動(dòng)按鍵和停止按鍵，當(dāng)按動(dòng)電流設(shè)定+按鍵時(shí)，電流設(shè)定會(huì)按照100 mA數(shù)值步進(jìn)增加，當(dāng)按動(dòng)電流設(shè)定-按鍵時(shí)，電流設(shè)定會(huì)按照100 mA數(shù)值步進(jìn)減。

2 LM2576穩(wěn)壓器電路

圖2 LM2576ADJ穩(wěn)壓器電路圖

LM2576穩(wěn)壓器內(nèi)部包含52 kHz振蕩器、1.23 V基準(zhǔn)穩(wěn)壓器、熱關(guān)斷電路、電流限制電路、開關(guān)管、放大器、比較器及內(nèi)部穩(wěn)定電路，利用該器件只需要極少的外圍器件便可以構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。

LM2576穩(wěn)壓器電路圖如2所示，LM2576的1腳為正電源輸入，2腳為開關(guān)輸出端，3腳為地，4腳為電壓反饋端，5腳為待機(jī)控制端。

三極管Q1的控制信號(hào)start連接至單片機(jī)，當(dāng)start信號(hào)為低時(shí)，Q1關(guān)斷，LM2576的5腳為高電平，LM2576處于待機(jī)狀態(tài)當(dāng)start信號(hào)為高時(shí)，LM2576工作。

三極管Q2、繼電器K1、電位器RP1、R6和R8構(gòu)成電壓切換控制電路。三極管Q2的控制信號(hào)V_switch連接至單片機(jī)，當(dāng)V_switch為低時(shí)，Q2斷開，繼電器K1斷開，此時(shí)LM2576最高輸出電壓為VOUT=1.23×（1+R8/R6）≈15 V；當(dāng)V_switch為高時(shí)，K1閉合，調(diào)節(jié)電位器RP1，時(shí)輸出達(dá)到5 V，從而實(shí)現(xiàn)輸出最高電壓5 V和15 V切換。

電阻RS1為輸出電流采樣電阻，阻值為50 mΩ，電阻R4、R5、R9、R10和運(yùn)放U2A構(gòu)成差分放大器，放大比例為20，當(dāng)輸出最大電流為3 A時(shí)，運(yùn)放U2A輸出電壓為3 V，為提高電流采樣精度，此處運(yùn)放最好選用高精度運(yùn)放；I_set為電流設(shè)定值，該信號(hào)為單片機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)化得出，電流設(shè)定值3 V對(duì)應(yīng)最大輸出電流3 A；R7、C2、C3和運(yùn)放U2B構(gòu)成PID調(diào)節(jié)器，運(yùn)放U2A和U2B及相關(guān)器件組成了輸出電流控制電路，電流設(shè)定值和電流反饋值比較，得出控制信號(hào)，經(jīng)過二極管輸出到LM2576的反饋引腳4，當(dāng)輸出電流大于設(shè)定電流時(shí)，運(yùn)放U2A輸出大于設(shè)定值，U2B輸出增加，LM2576的反饋電壓升高，LM2576內(nèi)部調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)輸出電壓降低，輸出電流降低，從而調(diào)節(jié)輸出電流達(dá)到設(shè)定值。

3 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)充分利用了LM2576的內(nèi)部資源，并將其進(jìn)行了擴(kuò)展應(yīng)用。根據(jù)LM2576技術(shù)文件，計(jì)算工作參數(shù)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證該設(shè)計(jì)可靠，達(dá)到設(shè)計(jì)目的，輸出電壓5 V和15 V可切換，輸出最大電流達(dá)到3 A，電流設(shè)定精度達(dá)到1%，具有過流保護(hù)功能。

參考文獻(xiàn)

[1]王明順.基于LM2576的高可靠MCU電源設(shè)計(jì)[J].國外電子元器件，2004（11）：12-14.

[2]LM2576/LM2576HV Series SIMPLE SWITCHER 3A Step-Down Voltage Regulator.National Semiconductor.2004.

[3]趙珂，李佳，劉映秋.基于LM2576_ADJ數(shù)控開關(guān)電源的設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2008（11）：11-12.

作者簡(jiǎn)介

任秀榮（1980-），女，天津人，助理工程師，本科，研究方向：醫(yī)療電子產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)工藝。endprint

摘 要 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于數(shù)字電流源的應(yīng)用也越來越廣泛，目前數(shù)字電流源設(shè)計(jì)較復(fù)雜，元器件多。文章以LM2576穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)，基于STC12C5A60S單片機(jī)控制，使用D/A進(jìn)行電流設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了一種無須進(jìn)行復(fù)雜設(shè)計(jì)的小型、低成本和高度集成的數(shù)字電流源設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞 數(shù)字電流源；電流設(shè)定；單片機(jī)

中圖分類號(hào)：TM44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）03-0029-02

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電源在生產(chǎn)、研發(fā)和生活中應(yīng)用的越來越廣泛，數(shù)字電源由于其效率高、穩(wěn)定性高、體積小、使用方便性及高精度，逐步替代了線性電源。數(shù)字電流源作為數(shù)字電源中的一部分，應(yīng)用也越來越廣泛，但由于數(shù)字電流源設(shè)計(jì)復(fù)雜、元器件多等原因，不利于數(shù)字電流源的快速設(shè)計(jì)和應(yīng)用。本文基于LM2576穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)輸出最高電壓分為5 V和15 V兩檔，最大輸出電流3 A，通過按鍵可對(duì)輸出電流進(jìn)行步進(jìn)調(diào)節(jié)，步進(jìn)值為100 mA。

1 設(shè)計(jì)總體方案

圖1 系統(tǒng)框圖

本設(shè)計(jì)總體方案如圖1所示，主要包括：AC/DC轉(zhuǎn)換電路、LM2576穩(wěn)壓器電路、電流采樣、電壓采樣、輸出電流控制、電壓切換電路、A/D電路、D/A電路、看門狗電路、液晶顯示、STC12C5A60S單片機(jī)電路和鍵盤等部分。

AC/DC部分采用UC3842反激電源設(shè)計(jì)，由于LM2576輸出功率管的最大飽和電壓降為2 V，所以設(shè)計(jì)AC/DC輸出電壓19 V。

電壓采樣和電流采樣電路分別對(duì)輸出電壓和電流進(jìn)行采樣，通過A/D轉(zhuǎn)換電路將電壓和電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)將采集到的電壓和電流顯示在液晶上。

單片機(jī)通過D/A將需要設(shè)定的數(shù)字電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流設(shè)定值，電流設(shè)定值與電流采樣值輸入到輸出電流控制電路，輸出電流控制電路控制LM2576輸出需要的輸出電流。

為了減少單片機(jī)與D/A和A/D電路的使用端口，本設(shè)計(jì)采用同時(shí)SPI通信接口的D/A芯片DAC8552和A/D芯片ADS1118。

為保證整體電路的可靠性，加入看門狗電路，單片機(jī)需要時(shí)刻對(duì)看門狗電路進(jìn)行操作，當(dāng)單片機(jī)死機(jī)或程序跑飛時(shí)，看門狗電路對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作。

鍵盤電路上設(shè)有電流設(shè)定+按鍵、電流設(shè)定-按鍵、電壓切換按鍵、啟動(dòng)按鍵和停止按鍵，當(dāng)按動(dòng)電流設(shè)定+按鍵時(shí)，電流設(shè)定會(huì)按照100 mA數(shù)值步進(jìn)增加，當(dāng)按動(dòng)電流設(shè)定-按鍵時(shí)，電流設(shè)定會(huì)按照100 mA數(shù)值步進(jìn)減。

2 LM2576穩(wěn)壓器電路

圖2 LM2576ADJ穩(wěn)壓器電路圖

LM2576穩(wěn)壓器內(nèi)部包含52 kHz振蕩器、1.23 V基準(zhǔn)穩(wěn)壓器、熱關(guān)斷電路、電流限制電路、開關(guān)管、放大器、比較器及內(nèi)部穩(wěn)定電路，利用該器件只需要極少的外圍器件便可以構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。

LM2576穩(wěn)壓器電路圖如2所示，LM2576的1腳為正電源輸入，2腳為開關(guān)輸出端，3腳為地，4腳為電壓反饋端，5腳為待機(jī)控制端。

三極管Q1的控制信號(hào)start連接至單片機(jī)，當(dāng)start信號(hào)為低時(shí)，Q1關(guān)斷，LM2576的5腳為高電平，LM2576處于待機(jī)狀態(tài)當(dāng)start信號(hào)為高時(shí)，LM2576工作。

三極管Q2、繼電器K1、電位器RP1、R6和R8構(gòu)成電壓切換控制電路。三極管Q2的控制信號(hào)V_switch連接至單片機(jī)，當(dāng)V_switch為低時(shí)，Q2斷開，繼電器K1斷開，此時(shí)LM2576最高輸出電壓為VOUT=1.23×（1+R8/R6）≈15 V；當(dāng)V_switch為高時(shí)，K1閉合，調(diào)節(jié)電位器RP1，時(shí)輸出達(dá)到5 V，從而實(shí)現(xiàn)輸出最高電壓5 V和15 V切換。

電阻RS1為輸出電流采樣電阻，阻值為50 mΩ，電阻R4、R5、R9、R10和運(yùn)放U2A構(gòu)成差分放大器，放大比例為20，當(dāng)輸出最大電流為3 A時(shí)，運(yùn)放U2A輸出電壓為3 V，為提高電流采樣精度，此處運(yùn)放最好選用高精度運(yùn)放；I_set為電流設(shè)定值，該信號(hào)為單片機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)化得出，電流設(shè)定值3 V對(duì)應(yīng)最大輸出電流3 A；R7、C2、C3和運(yùn)放U2B構(gòu)成PID調(diào)節(jié)器，運(yùn)放U2A和U2B及相關(guān)器件組成了輸出電流控制電路，電流設(shè)定值和電流反饋值比較，得出控制信號(hào)，經(jīng)過二極管輸出到LM2576的反饋引腳4，當(dāng)輸出電流大于設(shè)定電流時(shí)，運(yùn)放U2A輸出大于設(shè)定值，U2B輸出增加，LM2576的反饋電壓升高，LM2576內(nèi)部調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)輸出電壓降低，輸出電流降低，從而調(diào)節(jié)輸出電流達(dá)到設(shè)定值。

3 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)充分利用了LM2576的內(nèi)部資源，并將其進(jìn)行了擴(kuò)展應(yīng)用。根據(jù)LM2576技術(shù)文件，計(jì)算工作參數(shù)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證該設(shè)計(jì)可靠，達(dá)到設(shè)計(jì)目的，輸出電壓5 V和15 V可切換，輸出最大電流達(dá)到3 A，電流設(shè)定精度達(dá)到1%，具有過流保護(hù)功能。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

任秀榮（1980-），女，天津人，助理工程師，本科，研究方向：醫(yī)療電子產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)工藝。endprint