CN102832818B - 一种基于单片机的恒压电源电路及恒压电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电源领域，提供了一种基于单片机的恒压电源电路及恒压电源装置，该电源电路包括电池和电感，还包括：单片机，调控PWM信号的输出；开关单元，根据PWM信号控制电感进行电能转换，并通过电感输出升压信号；滤波整流单元，对升压信号进行平滑处理，输出高压直流信号；反馈单元，对高压直流信号进行采样，输出反馈信号；单片机根据反馈信号调整PWM信号的占空比，对高压直流信号进行进一步稳压。在本发明提供的基于单片机的恒压电源电路中，通过控制单片机输出PWM信号的占空比，实现了恒压电源的智能化、数字化控制；同时，电源电路进入休眠状态时，单片机停止输出PWM信号，从而降低了电源电路的功耗。

Description

一种基于单片机的恒压电源电路及恒压电源装置

技术领域

本发明属于电源领域，尤其涉及一种基于单片机的恒压电源电路及恒压电源装置。

背景技术

众所周知，任何电子系统都离不开电源，而目前大多数电子产品都采用DC/DC芯片或是低压差线性稳压器(low dropout regulator，LDO)作为电源，以产生恒定电压源供电子系统使用。

但是由于DC/DC芯片或LDO芯片，必须通过硬件调节技术参数，可控程度低，并且无法实现多种电压输出，难以实现智能化，功能单一。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于单片机的恒压电源电路，旨在解决目前电源电路的可控程度低，难以实现智能化，功能单一的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种基于单片机的恒压电源电路，包括电池和电感L1，所述电感L1串联连接在所述恒压电源电路的正极，且所述电感L1的电流输入端与所述电池的正极连接，其特征在于，所述电源电路还包括：

单片机，所述单片机的电源引脚与所述电池的正极连接，所述单片机的接地引脚接地，所述单片机的复位引脚通过上拉电阻R8与所述电池的正极连接，所述单片机用于输出PWM信号，并于休眠时停止输出PWM信号；

开关单元，所述开关单元的控制端与所述单片机的输出引脚连接，所述开关单元的电流输入端与所述电感L1的电流输出端连接，所述开关单元用于根据所述PWM信号控制所述电感进行电能转换，并通过所述电感L1输出升压信号；

滤波整流单元，所述滤波整流单元的输入端与所述电感L1的电流输出端连接，所述滤波整流单元的输出端与负载的正极连接，所述滤波整流单元用于对所述升压信号进行平滑处理，输出高压直流信号；以及

反馈单元，所述反馈单元的输入端与所述滤波整流单元的输出端连接，所述反馈单元的输出端与所述单片机的输入引脚连接，所述反馈单元用于对所述高压直流信号进行采样，输出反馈信号，以供所述单片机根据所述反馈信号调整所述PWM信号的占空比，对所述高压直流信号进行进一步稳压；

所述电源电路还包括：

过压保护单元，所述过压保护单元的输入端与所述滤波整流单元的输出端连接，所述过压保护单元的输出端与所述开关单元的控制端连接，用于当所述高压直流信号电压过高时，控制所述开关单元关断，以降低所述高压直流信号的电压；

所述过压保护单元包括：

开关管Q2、电阻R6、电阻R7以及稳压二极管D2；

所述稳压二极管D2的阴极为所述过压保护单元的输入端，所述稳压二极管D2的阳极通过所述电阻R6与所述开关管Q2的控制端连接，所述开关管Q2的控制端通过所述电阻R7接地，所述开关管Q2的电流输出端接地，所述开关管Q2的电流输入端为所述过压保护单元的输出端。

本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述电源电路的恒压电源装置。

在本发明提供的基于单片机的恒压电源电路中，通过控制单片机输出PWM信号的占空比，实现了恒压电源的智能化、数字化控制。

附图说明

图1为本发明基于单片机的恒压电源电路的结构方框图；

图2为本发明一实施例提供的基于单片机的恒压电源电路的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明利用温控开关在高温时对LED做断电处理，同时报警并记录断电时间，有效地保护LED的安全，并可根据断电时间对光衰规律以及老化试验的其他检测数据做进一步修正，大大提高了老化试验数据的准确度。

图1示出了本发明基于单片机的恒压电源电路的结构方框图，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

该恒压电源电路可以应用于各种结构的恒压电源装置中。

作为本发明的基于单片机的恒压电源电路，如图1所示，包括电池BT1和电感L1，该电感L1串联连接在恒压电源电路的正极，且电感L1的电流输入端与电池BT1的正极连接，该电源电路还包括：

单片机U1，该单片机U1的电源引脚Vcc与电池BT1的正极连接，单片机U1的接地引脚GND接地，单片机U1的复位引脚RET通过上拉电阻R8与电池BT1的正极连接，该单片机U1用于输出脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)信号，并于休眠时停止输出PWM信号；

开关单元11，该开关单元11的控制端与单片机U1的输出引脚P1连接，开关单元11的电流输入端与电感L1的电流输出端连接，该开关单元11用于根据PWM信号控制电感L1进行电能转换，并通过电感L1输出升压信号；

滤波整流单元12，该滤波整流单元12的输入端与电感L1的电流输出端连接，滤波整流单元12的输出端与负载15的正极连接，用于对升压信号进行平滑处理，输出高压直流信号；以及

反馈单元13，该反馈单元13的输入端与滤波整流单元12的输出端连接，反馈单元13的输出端与单片机U1的输入引脚P2连接，该反馈单元13用于对高压直流信号进行采样，输出反馈信号；

单片机U1根据反馈信号调整PWM信号的占空比，对高压直流信号进行进一步稳压。

在本发明提供的基于单片机的恒压电源电路中，通过控制单片机输出PWM信号的占空比，实现了恒压电源的智能化、数字化控制；同时，电源电路进入休眠状态时，单片机停止输出PWM信号，从而降低了电源电路的功耗。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细说明。

图2示出本发明一实施例提供的基于单片机的恒压电源电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

在本发明实施例中，开关单元11包括：开关管Q1和电阻R5，该开关管Q1的控制端为开关单元11的控制端，所述开关管Q1的控制端通过电阻R5接地，开关管Q1的电流输入端为开关单元11的电流输入端，开关管Q1的电流输出端接地。

作为本发明一实施例，开关管Q1为N型MOS管。

滤波整流单元12包括：二极管D1、电容C1和电容C2，二极管D1的阳极为滤波整流单元12的输入端，二极管D1的阴极为滤波整流单元12的输出端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地，二极管D1与电容C1的连接端又通过电容C2接地。

反馈单元13包括：电阻R1、电阻R3和电阻R4，电阻R1的一端为反馈单元13的输入端，电阻R1的另一端通过电阻R4接地，电阻R1与电阻R4的连接端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端为反馈单元13的输出端。

作为本发明一实施例，单片机U1的输出引脚P1可通过限流电阻R2与开关单元11的控制端连接，单片机U1为低电平复位，上拉电阻R8防止单片机U1的复位引脚RET。单片机U1的复位引脚RET被干扰复位。

作为本发明一优选实施例，该电源电路还可以包括：

过压保护单元14，该过压保护单元14的输入端与滤波整流单元12的输出端连接，过压保护单元14的输出端与开关单元11的控制端连接，用于当高压直流信号电压过高时，控制开关单元关断，以降低高压直流信号的电压。

过压保护单元14包括：开关管Q2、电阻R6、电阻R7以及稳压二极管D2，稳压二极管D2的阴极为过压保护单元14的输入端，稳压二极管D2的阳极通过电阻R6与开关管Q2的控制端连接，开关管Q2的控制端通过电阻R7接地，开关管Q2的电流输出端接地，开关管Q2的电流输入端为过压保护单元14的输出端。

在本发明实施例中，通过软件控制单片机输出一定占空比的PWM信号，电阻R2用于限流，当PWM信号为高电平时，开关管Q1导通，电感L1将电场能转换为磁场能储存起来完成充电，当PWM信号为低电平时，开关管Q1截止，电感L1将磁场能释放为电场能，并且该电场能与电池BT1输出的电源电压叠加完成放电，输出的升压信号，升压信号由PWM占空比决定，占空比为50％时，输出升压信号的电压为输入电压的两倍。二极管D1、电容C1和电容C2，对该升压信号进行整流、滤波，输出平滑的高压直流信号，其中电容C1是电解电容作为储能电容为负载15提供能量，而电容C2的可滤除高频纹波。

此时，该高压直流信号通过电阻R1和电阻R4分压采样，将反馈信号反馈给单片机U1，电阻R3用于限流，单片机U1上电初始化后根据反馈信号控制PWM信号的占空比，从而控制输出电压，当反馈信号小于设定目标电压时，单片机U1控制增大PWM信号的占空比，以增加电感L1的充电时间，进而升高输出高压直流信号的电压值；当反馈信号大于设定目标电压时，单片机U1控制减小PWM信号的占空比，以减少电感L1的充电时间，进而降低输出高压直流信号的电压值，控制输出的高压直流信号电压保持恒定。

当开关闭合后，电感将电能转换为磁场能储存起来，当开关断开后电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载15，由于这个电压是输入电源电压和电感的磁砀能转换为电能的叠加后形成的，所以输出电压高于输入电压，既升压过程的完成。

在本发明的基于单片机的恒压电源电路的实际设计当中，通过改变单片机U1，输出不同占空比的PWM信号，达到改变电感L1的充电时间，进而改变设定的升压信号幅值，实现多种电压转换。

另外，当电路或单片机U1出现异常时，会引起电路电压不断升高，直至烧坏电路；对此，本发明实施例通过过压保护单元14实现保护。当输出高压直流信号的电压高于5.6V时，二极管D2反向导通，驱动开关管Q2工作，电阻R6用于限流，电阻R7为下拉电阻，开关管Q2导通后将开关管Q1的栅极拉至低电平，开关管Q1截止，电感L1无法进行升压转换，从而达到避免输出电压过高，电路烧毁。

当单片机U1进入休眠程序时，单片机U1不输出PWM信号，该电源电路也进入休眠状态，电路功耗进一步降低，当重新给单片机U1输入启动信号后，单片机U1重新工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于单片机的恒压电源电路，包括电池和电感L1，所述电感L1串联连接在所述恒压电源电路的正极，且所述电感L1的电流输入端与所述电池的正极连接，其特征在于，所述电源电路还包括：

单片机，所述单片机的电源引脚与所述电池的正极连接，所述单片机的接地引脚接地，所述单片机的复位引脚通过上拉电阻R8与所述电池的正极连接，所述单片机用于输出PWM信号，并于休眠时停止输出PWM信号；

开关单元，所述开关单元的控制端与所述单片机的输出引脚连接，所述开关单元的电流输入端与所述电感L1的电流输出端连接，所述开关单元用于根据所述PWM信号控制所述电感进行电能转换，并通过所述电感L1输出升压信号；

滤波整流单元，所述滤波整流单元的输入端与所述电感L1的电流输出端连接，所述滤波整流单元的输出端与负载的正极连接，所述滤波整流单元用于对所述升压信号进行平滑处理，输出高压直流信号；以及

反馈单元，所述反馈单元的输入端与所述滤波整流单元的输出端连接，所述反馈单元的输出端与所述单片机的输入引脚连接，所述反馈单元用于对所述高压直流信号进行采样，输出反馈信号，以供所述单片机根据所述反馈信号调整所述PWM信号的占空比，对所述高压直流信号进行进一步稳压；

所述电源电路还包括：

过压保护单元，所述过压保护单元的输入端与所述滤波整流单元的输出端连接，所述过压保护单元的输出端与所述开关单元的控制端连接，用于当所述高压直流信号电压过高时，控制所述开关单元关断，以降低所述高压直流信号的电压；

所述过压保护单元包括：

开关管Q2、电阻R6、电阻R7以及稳压二极管D2；

所述稳压二极管D2的阴极为所述过压保护单元的输入端，所述稳压二极管D2的阳极通过所述电阻R6与所述开关管Q2的控制端连接，所述开关管Q2的控制端通过所述电阻R7接地，所述开关管Q2的电流输出端接地，所述开关管Q2的电流输入端为所述过压保护单元的输出端。

2.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述开关单元包括：

开关管Q1和电阻R5；

所述开关管Q1的控制端为所述开关单元的控制端，所述开关管Q1的控制端通过所述电阻R5接地，所述开关管Q1的电流输入端为所述开关单元的电流输入端，所述开关管Q1的电流输出端接地。

3.如权利要求2所述的电源电路，其特征在于，所述开关管Q1为N型MOS管。

4.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述滤波整流单元包括：

二极管D1、电容C1和电容C2；

所述二极管D1的阳极为所述滤波整流单元的输入端，所述二极管D1的阴极为所述滤波整流单元的输出端与所述电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端接地，所述二极管D1与所述电容C1的连接端又通过所述电容C2接地。

5.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述反馈单元包括：

电阻R1、电阻R3和电阻R4；

所述电阻R1的一端为所述反馈单元的输入端，所述电阻R1的另一端通过所述电阻R4接地，所述电阻R1与所述电阻R4的连接端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端为所述反馈单元的输出端。

6.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述单片机的输出引脚通过限流电阻R2与所述开关单元的控制端连接。

7.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述开关管Q2为N型MOS管。

8.一种恒压电源装置，其特征在于，所述恒压电源装置的电源电路为如权利要求1至7任一项所述的电源电路。