王平

摘要：本論文提出了一種數(shù)控開關電源的設計方案，以LM2576為主要穩(wěn)壓IC，結合電壓采集、運放減法器反饋閉環(huán)實現(xiàn)定點穩(wěn)壓，利用STM32的DAC輸出并運放放大產(chǎn)生電壓基準，實現(xiàn)了一款高效能、精密可控式數(shù)字開關電源。開關電源可以實現(xiàn)1.2～24V線性精確可控輸出，分辨率至少0.1V（受限于測量設備）。

關鍵詞：LM2596 STM32 反饋閉環(huán) 數(shù)控開關電源 遠程控制

中圖分類號：Tp302 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）04-0080-02

1 數(shù)控開關電源的方案設計及電路設計

本設計中的數(shù)控開關電源[1，2]主要為了輸出1.2～24V，負載電流不低于3A，并且實現(xiàn)連續(xù)精確可調(diào)，調(diào)整分辨率不低于0.1V。通常，一個開關電源需要接入220V交流電，并通過變壓器AC/DC整流轉(zhuǎn)換，以輸出低壓直流電，然后再利用反饋型降壓穩(wěn)壓開關芯片進行控制和電壓調(diào)整。由于市場上現(xiàn)有的220V轉(zhuǎn)24V技術已經(jīng)非常成熟，比如常見的開關電源和電源適配器，因此本設計中將著重設計后端數(shù)控降壓部分，前段整流部分將用常用開關電源替代。為了實現(xiàn)輸出電壓的數(shù)字控制，必須使用單片機來控制降壓穩(wěn)壓開關芯片，單片機再通過串口跟PC主機通信。單片機將使用目前較為流行的32位單片機STM32。

1.1 反饋腳的數(shù)控設計

由于單片機主要完成的工作是對比功能，即將LM2596的輸出電壓值與所需值對比，然后進行相應的反饋腳控制，因此，可以使用運放來替代這部分工作?？梢允褂眠\放減法器電路來實現(xiàn)對比做差。由于一般單片機的DAC輸出不會高過工作電壓，如5V或3.3V，因此在運放減法器前，還必須進行線性放大，也可以使用運放搭建。

1.2 LM2596與運放[4]構成的電路

其中，LM2596引腳1接24V開關電源輸入，右端端子JP2的1，2分別接單片機DAC輸出以及開關OFF控制。

1.3 STM32最小系統(tǒng)

系統(tǒng)中的STM32單片機最小系統(tǒng)包括STM32單片機芯片、復位電路、石英晶振時鐘電路。

除此之外，最小系統(tǒng)中還包含JTAG仿真、下載電路，用于程序測試仿真以及下載；4個LED燈電路，用于顯示STM32運行狀態(tài)，或者其他需要顯示的用途。

2 下位機程序設計

本設計中的下位機STM32所需完成的功能主要為以下幾個：

（1）與PC主機串口通信[3]；

（2）控制LM2596輸出的開和關；

（3）控制LM2596輸出的電壓值；

（4）保存和讀取設定的電壓值，以便下一次啟動后默認輸出電壓為關機前的輸出電壓；

（5）由于電源需要很高的可靠性，而STM32也有可能會死機，因此需要加入看門狗，讓它死機自動重啟[5]。

對于功能1，采用MAX232進行電平轉(zhuǎn)換，然后用串口轉(zhuǎn)USB線轉(zhuǎn)為USB接入PC機。單片機通過該串口即可進行通信。由于串口屬于底層的通信方式，因此單片機軟件中需要做串口數(shù)據(jù)的校驗、格式對準、自動應答等功能。

對于功能2，采用一個單片機IO管腳和一個開關三極管來控制LM2596的ON/OFF管腳，即可實現(xiàn)輸出控制。

對于功能3，根據(jù)前一章電路設計的原理，單片機只要改變相連DAC的電壓輸出，即可直接改變LM2596的輸出電壓。這里需要注意，并不是所有STM32都有DAC輸出，需要選擇具體的型號。本設計中，使用的是STM32F103RC，帶有兩個DAC輸出。

對于功能4，由于沒有外接片外EEPROM芯片，因此只能利用STM32片內(nèi)的FLASH進行數(shù)據(jù)掉電保存。同時，F(xiàn)LASH中也會保存有程序本身，因此必須要將兩塊數(shù)據(jù)區(qū)域隔離開，否則會進行數(shù)據(jù)覆蓋。通常，程序數(shù)據(jù)從FLASH的低段開始寫入，因此保存的數(shù)據(jù)可以寫入在FLASH最高段，這樣就不會互相覆蓋。同時，燒錄程序時，也需注意不要將整個FLASH擦除，否則燒錄前保存的數(shù)據(jù)也會被擦除。

對于功能5，可以打開STM32的獨立開門狗，并設置喂狗時間，超時后自動重啟。

當DAC的參考電壓為VREF的時候，DAC的輸出電壓是線性的從0～VREF，12位模式下DAC輸出電壓與VREF以及DORx的計算公式如下：

DACx輸出電壓=

3 測試結果與分析

由上述分析可得VOUT與數(shù)字量DA中間的關系表達式：

實際輸出電壓如圖4所示，為20.5V，與理論值很接近。

證明該電路設計輸出電壓精度已達到設計要求。

參考文獻

[1]琦瑋，李樹華.開關電源的原理與設計[J].內(nèi)蒙古大學學報（自然科學版），2003，（04）：15-20.

[2]降靖，魏琳.開關電源基本原理、發(fā)展和趨勢[J].光盤技術，2008，（08）：8-10.

[3]盧超.單片機同PC機通信的一種新方法田.礦山機械[J]，2007.04.

[4]王昊，李昕.集成運放應用電路設計360例[M].電子工業(yè)出版社，2007.07.

[5]郭天祥.5l單片機C語言教程[M].電子工業(yè)出版社，2009.03.