CN203645543U - 一种基于运算放大器的可编程宽输入稳压电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于运算放大器的可编程宽输入稳压电源，包括单片机，其输出端分别与用于输出设定电流信号的第一数模转换电路、用于输出设定电压信号的第二数模转换电路的输入端相连，第一数模转换电路的输出端与第一运放电路的输入端相连，第二数模转换电路的输出端与第二运放电路的输入端相连，第一、二运放电路的输出端均与升压与降压电路的输入端相连，升压与降压电路的输出端分别与电流采样电路、电压采样电路的输入端相连，电流采样电路、电压采样电路的输出端均与单片机的输入端相连。本实用新型基于运算放大器而设计，电路响应速度快；即使输入电压有较大波动，也能保证输出电压的稳定；可编程的特性方便工厂减少产品种类，有益于大规模制造。
Description
技术领域
本实用新型涉及稳压电源技术领域，尤其是一种基于运算放大器的可编程宽输入稳压电源。
背景技术
随着社会飞速发展，用电设备与日俱增，由于电力输配设备的老化以及发展滞后，造成末端用户的电压较低而源端用户的电压偏高，对用电设备尤其是对电压要求严格的设备会造成严重伤害。不稳定的电压会给设备造成致命伤害或者误动作，影响安全生产的进行，同时还会加速设备的老化，影响其使用寿命，甚至会造成器件的损毁，给使用者带来维修的困扰或更换设备的烦恼，因此设备的供电使用稳压电源是非常必要的。
现有的稳压电源，通常是通过采样电路获得输出电压，将此输出电压和基准电压比较，如果输出电压小于基准电压，则将误差值经过放大器放大后送入调节器的输出端，经过调节器使输出电压增加，直到和基准电压相等；如果输出电压大于基准电压，则通过调节器使输出电压减小。通常，这些稳压电源只能工作在输入电压高于输出电压的条件下，相反，输入电压较低时，输出电压无法达到额定值，这就造成有时输入电压波动较大时，输出电压无法保持稳定。同时，即使正常工作，它们的输出额定电压也是固定的、不可调的。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种输入范围宽且输出状态可编程，即使输入电压有较大波动，输出电压依然稳定，能够满足用户对不同输出电压需求的基于运算放大器的可编程宽输入稳压电源。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种基于运算放大器的可编程宽输入稳压电源，包括单片机，其输出端分别与用于输出设定电流信号的第一数模转换电路、用于输出设定电压信号的第二数模转换电路的输入端相连，第一数模转换电路的输出端与第一运放电路的输入端相连，第二数模转换电路的输出端与第二运放电路的输入端相连，第一、二运放电路的输出端均与升压与降压电路的输入端相连，升压与降压电路的输出端分别与电流采样电路、电压采样电路的输入端相连，电流采样电路、电压采样电路的输出端均与单片机的输入端相连。
基准电压产生电路的输出端分别与单片机、第一运放电路、第二运放电路的输入端相连。
所述第一数模转换电路包括电阻R61，其一端分别与电阻R62、电阻R68相连，电阻R68的另一端分别与电阻R69、电阻R63相连，电阻R69的另一端分别与电阻R610、电阻R64相连，电阻R610的一端分别与电阻R612、电阻R65相连，电阻R612的一端分别与电阻R613、电阻R66相连，电阻R613的一端分别与电阻R614、电阻R67相连，电阻R614的一端与第一运放电路的输入端相连；电阻R62、电阻R63、电阻R64、电阻R65、电阻R66、电阻R67的另一端分别对应与单片机的数字信号输出端口DA0.0、DA0.1、DA0.2、DA0.3、DA0.4、DA0.5相连。
所述第二数模转换电路包括电阻RA71，其一端分别与电阻R78、电阻R72相连，电阻R78的另一端分别与电阻79、电阻R73相连，电阻R79的另一端分别与电阻R710、电阻R74相连，电阻R710的一端分别与电阻R712、电阻R75相连，电阻R712的一端分别与电阻R713、电阻R76相连，电阻R713的一端分别与电阻R714、电阻R77相连，电阻R714的一端与第二运放电路的输入端相连；电阻R72、电阻R73、电阻R74、电阻R75、电阻R76、电阻R77的另一端分别对应与单片机的数字信号输出端口DA1.0、DA1.1、DA1.2、DA1.3、DA1.4、DA1.5相连。
所述基准电压产生电路包括运放U3B，其正相输入端分别与电阻R81、稳压二极管Z81的阴极相连，其反相输入端分别与电阻R82、电阻R83相连，其输出端通过电阻R84与三极管Q84的集电极相连，三极管Q84的发射极与二极管D82的阴极相连，二极管D82的阳极分别与电阻R85、稳压二极管Z82的阴极相连，三极管Q84的集电极与三极管Q81的基极相连，三极管Q81的集电极通过电阻R86与三极管Q82的基极相连，三极管Q82的集电极与三极管Q83的基极相连，三极管Q83的发射极与电感L81的一端相连，电容C84、电容C86和电容C85并联，其并联端与电感L81的另一端相连，且该并联端作为基准电压产生电路的输出端，基准电压产生电路的输出端分别与三极管Q84的基极、运放U3B的供电端相连。
所述第一运放电路包括运放U1B，其正相输入端与电阻R614相连，其反相输入端与电流采样电路的输出端相连,其输出端与二极管D61的阳极相连，二极管D61的阴极与电阻R618的一端相连，电阻R618的另一端与升压与降压电路的输入端相连；所述电流采样电路包括电容C95，其与电容C96、电容C97并联，且该并联端的一端通过电阻R911接地，并联端的另一端与电阻R615的一端相连，电阻R615的另一端与运放U1A的反相输入端相连，运放U1A的正相输入端接地，运放U1A的输出端通过电阻R617与运放U1B的反相输入端相连，运放U1A的输出端与单片机的模拟信号采样口AD0.0相连。
所述第二运放电路包括运放U2B，其正相输入端与电阻R714相连，其反相输入端与电压采样电路的输出端相连,其输出端与二极管D71的阳极相连，二极管D71的阴极与电阻R718的一端相连，电阻R718的另一端与升压与降压电路的输入端相连；所述电压采样电路包括电阻R715和电阻R716，运放U2B的反相输入端接在电阻R715和电阻R716之间，单片机的模拟信号输出端口AD0.1接在电阻R715和电阻R716之间。
由上述技术方案可知，本实用新型基于运算放大器而设计，电路响应速度快；较宽的电压输入范围使得即使输入电压有较大波动，也能保证输出电压的稳定，同时，输入电压的范围宽，方便了用户使用多种供电方式；采用单片机，可编程的特性方便工厂减少产品种类，只需出厂后编程即可获得需要的输出电压，有益于大规模制造，同时，用户也可以自己调节输出电压与输出限流值，方便在不同场合的应用。
附图说明
图1为本实用新型的电路框图；
图2为图1中的基准电压产生电路的电路原理图；
图3为图1中除基准电压产生电路之外的其他电路的电路原理图；
图4为本实用新型的工作流程图。
具体实施方式
一种基于运算放大器的可编程宽输入稳压电源，包括单片机，其输出端分别与用于输出设定电流信号的第一数模转换电路2、用于输出设定电压信号的第二数模转换电路4的输入端相连，第一数模转换电路2的输出端与第一运放电路6的输入端相连，第二数模转换电路4的输出端与第二运放电路7的输入端相连，第一、二运放电路的输出端均与升压与降压电路的输入端相连，升压与降压电路的输出端分别与电流采样电路1、电压采样电路5的输入端相连，电流采样电路1、电压采样电路5的输出端均与单片机的输入端相连，如图1所示。
如图1所示，基准电压产生电路3的输出端分别与单片机、第一运放电路6、第二运放电路7的输入端相连。基准电压产生电路3为单片机、第一运放电路6和第二运放电路7提供基准电压，电压采样电路5和电流采样电路1将采样升压与降压电路的输出电压和输出电流，与单片机内设定的电压值与限流值分别输入到第一运放电路6和第二运放电路7，第一运放电路6和第二运放电路7的输出控制升压与降压电路中开关管的导通状态。单片机通过用户接口接入输入/输出设备，使得用户可以通过修改第一数模转换电路2与第二数模转换电路4的输入值来改变升压与降压电路的输出状态。
如图3所示，所述第一数模转换电路2包括电阻R61，其一端分别与电阻R62、电阻R68相连，电阻R68的另一端分别与电阻R69、电阻R63相连，电阻R69的另一端分别与电阻R610、电阻R64相连，电阻R610的一端分别与电阻R612、电阻R65相连，电阻R612的一端分别与电阻R613、电阻R66相连，电阻R613的一端分别与电阻R614、电阻R67相连，电阻R614的一端与第一运放电路6的输入端相连；电阻R62、电阻R63、电阻R64、电阻R65、电阻R66、电阻R67的另一端分别对应与单片机的数字信号输出端口DA0.0、DA0.1、DA0.2、DA0.3、DA0.4、DA0.5相连。
如图3所示，所述第二数模转换电路4包括电阻RA71，其一端分别与电阻R78、电阻R72相连，电阻R78的另一端分别与电阻79、电阻R73相连，电阻R79的另一端分别与电阻R710、电阻R74相连，电阻R710的一端分别与电阻R712、电阻R75相连，电阻R712的一端分别与电阻R713、电阻R76相连，电阻R713的一端分别与电阻R714、电阻R77相连，电阻R714的一端与第二运放电路7的输入端相连；电阻R72、电阻R73、电阻R74、电阻R75、电阻R76、电阻R77的另一端分别对应与单片机的数字信号输出端口DA1.0、DA1.1、DA1.2、DA1.3、DA1.4、DA1.5相连。
如图2所示，所述基准电压产生电路3包括运放U3B，其正相输入端分别与电阻R81、稳压二极管Z81的阴极相连，其反相输入端分别与电阻R82、电阻R83相连，其输出端通过电阻R84与三极管Q84的集电极相连，三极管Q84的发射极与二极管D82的阴极相连，二极管D82的阳极分别与电阻R85、稳压二极管Z82的阴极相连，三极管Q84的集电极与三极管Q81的基极相连，三极管Q81的集电极通过电阻R86与三极管Q82的基极相连，三极管Q82的集电极与三极管Q83的基极相连，三极管Q83的发射极与电感L81的一端相连，电容C84、电容C86和电容C85并联，其并联端与电感L81的另一端相连，且该并联端作为基准电压产生电路3的输出端，基准电压产生电路3的输出端分别与三极管Q84的基极、运放U3B的供电端相连。
如图2所示，稳压二极管Z81采用TL431可控精密稳压芯片，TL431芯片为运放U3B的同相输入端提供+2.5V电压基准，运放U3B的反相输入端接输出电压经电阻分压后的电压反馈信号，运放U3B作为比较器使用，也可用比较器替代。由电阻R82和电阻R83的比值决定输出电压，当电阻R82与电阻R83相等时，若电路的输出端电压小于5V，运放U3B同相输入端电压高于反相输入端电压，使得运放U3B输出高电平，三极管Q81导通，三极管Q82导通，三极管Q83导通；反之，当电路的输出端电压高于5V时，运放U3B输出低电平，三极管Q81关断，三极管Q82关断，三极管Q83关断，使得输出电压保持在+5V。
如图3所示，所述第一运放电路6包括运放U1B，其正相输入端与电阻R614相连，其反相输入端与电流采样电路1的输出端相连,其输出端与二极管D61的阳极相连，二极管D61的阴极与电阻R618的一端相连，电阻R618的另一端与升压与降压电路的输入端相连；所述电流采样电路1包括电容C95，其与电容C96、电容C97并联，且该并联端的一端通过电阻R911接地，并联端的另一端与电阻R615的一端相连，电阻R615的另一端与运放U1A的反相输入端相连，运放U1A的正相输入端接地，运放U1A的输出端通过电阻R617与运放U1B的反相输入端相连，运放U1A的输出端与单片机的模拟信号采样口AD0.0相连。
如图3所示，所述第二运放电路7包括运放U2B，其正相输入端与电阻R714相连，其反相输入端与电压采样电路5的输出端相连,其输出端与二极管D71的阳极相连，二极管D71的阴极与电阻R718的一端相连，电阻R718的另一端与升压与降压电路的输入端相连；所述电压采样电路5包括电阻R715和电阻R716，运放U2B的反相输入端接在电阻R715和电阻R716之间，单片机的模拟信号输出端口AD0.1接在电阻R715和电阻R716之间。
如图3所示，输出电压经过电压采样电路5的分压网络按比例减小后，成为电压采样信号，电压采样信号输入给运放U2B的同时，也输入到单片机的模拟信号采样口AD0.1。单片机根据设定的电压值，输出相应的数字信号DA1.0～ DA1.5至第二数模转换电路4，第二数模转换电路4输出的信号与电压采样信号在运放U2B内比较后通过二极管输入到升压与降压电路中。同时，输出电流经过一个高精度小阻值的电阻R911，使得该电阻两端有电势差，该电势差会输入到运放U1A进行放大，成为电流采样信号，同时，电流采样信号输入到单片机的模拟信号采样口AD0.0，单片机根据电流设定，输出相应的数字信号DA0.1～DA0.5至第一数模转换电路2，第一数模转换电路2输出的电流设定信号与运放U1A的输出分别输入到运放U1B，比较后的结果通过二极管输入到升压与降压电路中，控制升压与降压电路中功率管的工作状态。
如图4所示，电路上电后，单片机初始化；单片机与第一数模转换电路2、第二数模转换电路4相连的端口输出默认的数字信号；单片机通过输出接口将工作状况输出到外界的输出设备上；单片机检测是否有输入设备操作，若有操作，执行相应的操作；判断升压与降压电路是否稳定，是否过压，是否过载，若“是”，跳入电路保护程序，若“否”，使单片机与第一数模转换电路2、第二数模转换电路4相连的端口输出默认的数字信号，如此循环下去。
综上所述，本实用新型基于运算放大器而设计，电路响应速度快；较宽的电压输入范围使得即使输入电压有较大波动，也能保证输出电压的稳定，同时，输入电压的范围宽，方便了用户使用多种供电方式；采用单片机，可编程的特性方便工厂减少产品种类，只需出厂后编程即可获得需要的输出电压，有益于大规模制造，同时，用户也可以自己调节输出电压与输出限流值，方便在不同场合的应用。
Claims (7)
1.一种基于运算放大器的可编程宽输入稳压电源，其特征在于：包括单片机，其输出端分别与用于输出设定电流信号的第一数模转换电路（2）、用于输出设定电压信号的第二数模转换电路（4）的输入端相连，第一数模转换电路（2）的输出端与第一运放电路（6）的输入端相连，第二数模转换电路（4）的输出端与第二运放电路（7）的输入端相连，第一、二运放电路的输出端均与升压与降压电路的输入端相连，升压与降压电路的输出端分别与电流采样电路（1）、电压采样电路（5）的输入端相连，电流采样电路（1）、电压采样电路（5）的输出端均与单片机的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的基于运算放大器的可编程宽输入稳压电源，其特征在于：基准电压产生电路（3）的输出端分别与单片机、第一运放电路（6）、第二运放电路（7）的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的基于运算放大器的可编程宽输入稳压电源，其特征在于：所述第一数模转换电路（2）包括电阻R61，其一端分别与电阻R62、电阻R68相连，电阻R68的另一端分别与电阻R69、电阻R63相连，电阻R69的另一端分别与电阻R610、电阻R64相连，电阻R610的一端分别与电阻R612、电阻R65相连，电阻R612的一端分别与电阻R613、电阻R66相连，电阻R613的一端分别与电阻R614、电阻R67相连，电阻R614的一端与第一运放电路（6）的输入端相连；电阻R62、电阻R63、电阻R64、电阻R65、电阻R66、电阻R67的另一端分别对应与单片机的数字信号输出端口DA0.0、DA0.1、DA0.2、DA0.3、DA0.4、DA0.5相连。
4.根据权利要求1所述的基于运算放大器的可编程宽输入稳压电源，其特征在于：所述第二数模转换电路（4）包括电阻RA71，其一端分别与电阻R78、电阻R72相连，电阻R78的另一端分别与电阻79、电阻R73相连，电阻R79的另一端分别与电阻R710、电阻R74相连，电阻R710的一端分别与电阻R712、电阻R75相连，电阻R712的一端分别与电阻R713、电阻R76相连，电阻R713的一端分别与电阻R714、电阻R77相连，电阻R714的一端与第二运放电路（7）的输入端相连；电阻R72、电阻R73、电阻R74、电阻R75、电阻R76、电阻R77的另一端分别对应与单片机的数字信号输出端口DA1.0、DA1.1、DA1.2、DA1.3、DA1.4、DA1.5相连。
5.根据权利要求2所述的基于运算放大器的可编程宽输入稳压电源，其特征在于：所述基准电压产生电路（3）包括运放U3B，其正相输入端分别与电阻R81、稳压二极管Z81的阴极相连，其反相输入端分别与电阻R82、电阻R83相连，其输出端通过电阻R84与三极管Q84的集电极相连，三极管Q84的发射极与二极管D82的阴极相连，二极管D82的阳极分别与电阻R85、稳压二极管Z82的阴极相连，三极管Q84的集电极与三极管Q81的基极相连，三极管Q81的集电极通过电阻R86与三极管Q82的基极相连，三极管Q82的集电极与三极管Q83的基极相连，三极管Q83的发射极与电感L81的一端相连，电容C84、电容C86和电容C85并联，其并联端与电感L81的另一端相连，且该并联端作为基准电压产生电路（3）的输出端，基准电压产生电路（3）的输出端分别与三极管Q84的基极、运放U3B的供电端相连。
6.根据权利要求3所述的基于运算放大器的可编程宽输入稳压电源，其特征在于：所述第一运放电路（6）包括运放U1B，其正相输入端与电阻R614相连，其反相输入端与电流采样电路（1）的输出端相连,其输出端与二极管D61的阳极相连，二极管D61的阴极与电阻R618的一端相连，电阻R618的另一端与升压与降压电路的输入端相连；所述电流采样电路（1）包括电容C95，其与电容C96、电容C97并联，且该并联端的一端通过电阻R911接地，并联端的另一端与电阻R615的一端相连，电阻R615的另一端与运放U1A的反相输入端相连，运放U1A的正相输入端接地，运放U1A的输出端通过电阻R617与运放U1B的反相输入端相连，运放U1A的输出端与单片机的模拟信号采样口AD0.0相连。
7.根据权利要求4所述的基于运算放大器的可编程宽输入稳压电源，其特征在于：所述第二运放电路（7）包括运放U2B，其正相输入端与电阻R714相连，其反相输入端与电压采样电路（5）的输出端相连,其输出端与二极管D71的阳极相连，二极管D71的阴极与电阻R718的一端相连，电阻R718的另一端与升压与降压电路的输入端相连；所述电压采样电路（5）包括电阻R715和电阻R716，运放U2B的反相输入端接在电阻R715和电阻R716之间，单片机的模拟信号输出端口AD0.1接在电阻R715和电阻R716之间。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140611 Termination date: 20141219 |
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