具有恒流保護(hù)功能的便攜式開關(guān)電源

趙洋洋　李川　包妍　孟祥斌

摘 要：文章介紹了具有恒流保護(hù)功能的便攜式開關(guān)電源的整體電路設(shè)計(jì)，分析了電路的工作原理，給出了關(guān)鍵性電路。在設(shè)計(jì)中采用了宏晶科技公司的單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了可以進(jìn)行負(fù)載限流設(shè)定、輸出電壓可調(diào)整、可以顯示的功能。由于采用鋰電池儲(chǔ)存電能，本電源可以充電和移動(dòng)，同時(shí)體積小、造價(jià)低。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；過(guò)載保護(hù)；PWM

開關(guān)電源由于其效率高、安全可靠、應(yīng)用廣泛，所以是高等學(xué)校理工類專業(yè)實(shí)驗(yàn)室常備的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。對(duì)于高等學(xué)校理工類的弱電專業(yè)，如通信類、電子信息類等，教師在課堂教學(xué)中經(jīng)常要做一些演示實(shí)驗(yàn)，需要電源給電子電路通電，通常情況下電路需要的電壓和電流的等級(jí)都較小，一個(gè)小型輕便的直流電源就能滿足要求[1]。本文所設(shè)計(jì)開發(fā)的電源小型輕便、方便攜帶、輸出電壓電流連續(xù)可調(diào)、具有過(guò)流保護(hù)功能、價(jià)格低，為高等學(xué)校的師生的工作和學(xué)習(xí)提供了便利。

1 電路整體框圖

整機(jī)電路主要由電池組充電及啟動(dòng)電路、單片機(jī)控制電路、PWM波產(chǎn)生電路、DC—DC變換主電路、采樣反饋及恒流保護(hù)電路等組成。如圖1所示。

2 電池組充電及啟動(dòng)電路

本設(shè)備采用了2 600 mAh的鋰電池組，額定工作電壓14.8 V，電池的工作限制電流6 A。這樣的參數(shù)能夠保證教師和學(xué)生在做常規(guī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，電池工作10天以上而不用充電。充電單元采用了以集成芯片XL4501為核心的設(shè)計(jì)思路。

該電路自帶內(nèi)置恒流環(huán)路，輸入DC 8～36 V，最大輸出電流5 A，是一款常用的芯片。由該芯片組成的充電及啟動(dòng)電路如圖2所示。未標(biāo)的電阻均為1 MΩ，R3等于100 mΩ（大于0.5 W）。

在XL4501為核心的DC-DC變換及恒流充電電路中，電阻R1、R2的分壓決定了輸出電壓的大小，電阻R3設(shè)定了充電電流。啟動(dòng)按鍵按下時(shí)T1導(dǎo)通，再按下時(shí)T1截止。

3 單片機(jī)控制電路

本裝置控制單元的核心器件采用了宏晶科技的單片機(jī)STC12C5A16S2。利用了內(nèi)置的4個(gè)ADC管腳完成了輸出電壓設(shè)給定，過(guò)載保護(hù)電流設(shè)給定，負(fù)反饋的采樣，負(fù)反饋電流的采樣。利用了兩個(gè)ADC管腳完成了輸出電壓和輸出電流的采集。IO口完成了兩路四位LED顯示輸出電流及電壓[2]。

4 PWM波產(chǎn)生電路

PWM波產(chǎn)生電路采用了TI公司的TL494集成電路，該芯片外圍器件少，PWM波的占空比控制簡(jiǎn)單，具有內(nèi)置運(yùn)放的反饋及保護(hù)管腳，較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)輸出能力[3]。

5 DC-DC變換主電路

如圖3所示，場(chǎng)效應(yīng)管T1是開關(guān)管，導(dǎo)通及截止受TL494的輸出端子控制。為提高開關(guān)電源的效率，本電路還采用了由電阻R1、R2、電容C3、肖特基二極管D3、D4、三極管T2、T3組成的自舉充放電回路，來(lái)加快開關(guān)管的導(dǎo)通和截止。

6 采樣反饋及恒流保護(hù)電路

如圖4所示，集成電路IC1、IC2組成了對(duì)輸出電壓的采樣和比較。電源的輸出電壓由電位器RW1來(lái)調(diào)整設(shè)給定。比較后IC2輸出的積分電壓TPFB送給TL494的3管腳，完成了PWM波占空比的調(diào)整。

集成電路IC3、IC4組成了對(duì)輸出電流的采樣和比較。當(dāng)電源的輸出端VOUT+、VOUT-發(fā)生短路或過(guò)流時(shí)D1為截止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)IC4的輸出端電壓送入TL494，使電源工作在設(shè)定的恒流值上。運(yùn)放采用了VNOW，INOW，VSET，ISET，VFB，IFB反饋給單片機(jī)，分別用于當(dāng)前的電壓顯示、電流顯示、輸出電壓設(shè)定、過(guò)載電流設(shè)定、恒壓指示、恒流指示。

7 結(jié)語(yǔ)

本機(jī)經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)輸出電壓可調(diào)范圍0?～20 V，最大過(guò)載保護(hù)電流3.4 A，最大輸出功率40 W，幾乎無(wú)可測(cè)出紋波，開關(guān)管無(wú)明顯發(fā)熱現(xiàn)象。

[參考文獻(xiàn)]

[1]溫建華.便攜式小型高壓開關(guān)電源設(shè)計(jì)分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（2）：235.

[2]向敏，趙星宇.一種便攜式通信設(shè)備開關(guān)電源設(shè)計(jì)[J].科技視界，2014（2）：54-55.

[3]蔣方國(guó).關(guān)于便攜式船舶通導(dǎo)開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與探討[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2018（1）：119-120.