CN206294092U - 一种可调的升压开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种可调的升压开关电源，其包括：电源稳压电路，升压电路，电流采集电路，电压采集电路，单片机控制电路，显示电路，以及数字电位器；其中，电源稳压电路输出18V、+12V、+5V直流电；升压电路控制输出电压；电流采集电路用于采集升压电路输出的电流值；电压采集电路用于采集升压电路输出的电压值；单片机控制电路用于接收电流采集电路输出的电流值，电压采集电路输出的电压值，以及用于通过数字电位器调节升压电路芯片的输出占空比；显示电路用于显示升压电路输出的电流值和电压值。具有调整速度快，精度高，能对输入电压、输出电压和输出电流进行测量和显示，并且电压调整率低，负载调整率低，输出纹波小，效率高等优点。

Description

一种可调的升压开关电源

技术领域

本实用新型的实施例涉及开关电源领域，具体而言，涉及一种可调的升压开关电源。

背景技术

开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。

开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。所以经常使用在板载电源和汽车电子设备中，并广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热等领域。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种可调的升压开关电源，其调整速度快，精度高，效率高，并且能对输入电压、输出电压和输出电流进行测量和显示。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种可调的升压开关电源，其包括：电源稳压电路，升压电路，电流采集电路，电压采集电路，单片机控制电路，显示电路，以及数字电位器；其中，电源稳压电路与升压电路和单片机控制电路耦合，并输入220V交流电，输出18V、+12V、+5V直流电；升压电路输入18V直流电，其包括升压开关电源电路，该升压开关电源电路包括升压电路芯片，功率三极管，电感，以及续流二极管，升压电路芯片产生PWM波形并控制功率三极管的导通和截止，电感用于储电和放电，续流二极管用于防止电压电流突变，提供通路；电流采集电路用于采集升压电路输出的电流值，其包括第一双运放，其第3脚与负载耦合，第2脚接地，第1脚与单片机控制电路耦合；电压采集电路用于采集升压电路输出的电压值，其包括第二双运放，其第5脚与负载耦合，第6脚接地，第7脚与单片机控制电路耦合；单片机控制电路分别与电流采集电路、电压采集电路、数字电位器耦合，用于接收电流采集电路输出的电流值，电压采集电路输出的电压值，以及用于通过数字电位器调节升压电路芯片的输出占空比；显示电路与单片机控制电路耦合，用于显示升压电路输出的电流值和电压值。

此外，本实用新型还提供如下附属技术方案：

电源稳压电路包括变压器，整流滤波器，第一稳压器，以及第二稳压器；变压器用于将220V交流电降压，整流滤波器用于将变压器次极端电压整流滤波输出18V直流电，第一稳压器输入18V直流电，输出+12V直流电，第二稳压器输入+12V直流电，输出+5V直流电。

升压电路还包括保护电路，保护电路耦合在电源稳压电路与升压开关电源电路之间，用于过流、过压、过热保护，其包括开关，四个相互并联的滤波电容，保险丝，与保险丝串联的热敏电阻。

升压开关电源电路还包括滤波电阻,滤波电容，以及快恢复二极管，滤波电阻和滤波电容相互并联并组成一滤波单元，该滤波单元耦合在电感的输入端和快恢复二极管的阴极之间，快恢复二极管的阳极与功率三极管的漏极耦合，滤波单元用于消除毛刺信号。

电流采集电路还包括三个分流电阻，该三个分流电阻相互之间并联，并且一端与升压电路输出负载端耦合，另一端接地。

电压采集电路还包括与升压电路输出负载端依次串联的第一偏置电阻、可调电位器、和第二偏置电阻，第二双运放的第5脚与可调电位器的中心触头端耦合。

单片机控制电路包括单片机以及6个输入按键，单片机为STC89C51系列，6个输入按键分别用于增加输出电压、减小输出电压、切换显示电路为电压显示模式，切换显示电路为电流显示模式、确认、单片机复位。

显示电路为1602字符型液晶。

升压电路芯片为MC34063芯片，所述功率三极管为MOSFET管IRF630；升压电路芯片的第6脚电压输入，第5脚与数字电位器耦合，第2脚与功率三极管的栅极耦合，功率三极管的源极接地，漏极耦合在电感输出端和续流二极管阳极之间。

数字电位器为MCP41100数字电位器，其第1、2、3脚分别连接单片机P2.4、P2.3、P2.2口，第4脚接地，第5脚接地，第6、7脚连接升压电路芯片的第五脚，并控制调整输出电压，第8脚接+5V电压。

相比于现有技术，本实用新型的优势在于：调整速度快，精度高，能对输入电压、输出电压和输出电流进行测量和显示，并且电压调整率低，负载调整率低，输出纹波小，效率高等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，并非对本实用新型的限制。

图1是本实用新型实施例的可调的升压开关电源的模块连接框图。

图2是电源稳压电路电路图。

图3是保护电路电路图。

图4是升压开关电源电路电路图。

图5是电流采集电路和电压采集电路电路图。

图6是单片机控制电路和显示电路电路图。

图7是数字电位器电路图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细描述。

见图1，可调的升压开关电源主要包括电源稳压电路1，升压电路2，电流采集电路3，电压采集电路4，单片机控制电路5，显示电路6，以及数字电位器7。电源稳压电路1输入220V交流电，输出18V、+12V、+5V直流电；升压电路2采用了升压电路芯片(MC34063)和功率三极管(IRF630)，该电路输入18V直流电，经过控制调节升压输出电压可在20～35V之间调整；电流采集电路3和电压采集电路4均采用了双运算放大器(LM358)，分别用于采集升压电路2输出电流值和电压值，并送给单片机控制电路5，并由显示电路6显示出来；单片机控制电路5还通过数字电位器7(MCP41100)调节升压电路2的输出占空比，从而调节其输出电压。具体地，

见图2，电源稳压电路1包括相互耦合的变压器(图未示)，整流滤波器(图未示)，第一稳压器U1，以及第二稳压器U2。变压器为降压器，接入220V工频电压，并对其进行降压；整流滤波器为桥式整流滤波电路，接入变压器次极端，并将次极端电压整流滤波输出18V直流电；第一稳压器U1为LM7812三段稳压集成电路IC芯片，其输入18V直流电，输出+12V直流电，该+12V直流电供给电流采集电路3；第二稳压器U2为LM7805三段稳压集成电路IC芯片，输入+12V直流电，输出+5V直流电，该+5V直流电供给单片机控制电路5，显示电路6，以及数字电位器7。

升压电路2包括保护电路和升压开关电源电路。

保护电路用于过流、过压、过热保护；过流保护是以避免发生包括输出端子上的短路在内的过负载输出电流对电源和负载的损坏；过压保护是一种对输出端子间过大电压进行负载保护的功能，一般规定为输出电压的130％～150％，输出电压的可变范围大时，要考虑加以规定，以不致发生上限以上的误动作等；过热保护是当电源内部发生异常或因使用方法不当时，热敏电阻就会变大，使的电路中电压变小过不去，从而保护了后面电路元件。因此见图3，保护电路主要包括开关S1，四个相互并联的滤波电容C7、C8、C9、C10，与该四个滤波电容串联的保险丝F1，与保险丝F1串联的热敏电阻RT。开关S1接入整流滤波器，按下开关S1后总电路通电，指示灯D1亮起表示通电，四个滤波电容提供足够稳定电源给输出达到所需要工作电流，保险丝F1的最大电流限值为3A，热敏电阻RT为10D391K，热敏电阻RT做“软”启动，吸收开机时的瞬间大电流，待自身温度升高后，电阻迅速降低到很小，而当电源内部发生异常或因使用方法不当时，热敏电阻RT就会变大。热敏电阻RT之后还串联有肖特基快速恢复二极管D4(P6A0)，肖特基二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点，用于降低损耗和低压应用。

见图4，升压开关电源电路主要包括升压电路芯片IC1，功率三极管U3，电感L1，续流二极管D6，滤波电阻R4，滤波电容C13，以及快恢复二极管D5。升压电路芯片为MC34063，功率三极管为IRF630，升压电路芯片的第6脚电压输入，第5脚与数字电位器耦合，第2脚与功率三极管的栅极耦合，功率三极管的源极接地，漏极耦合在电感输出端和续流二极管阳极之间；滤波电阻和滤波电容相互并联并组成一滤波单元，该滤波单元耦合在电感的输入端和快恢复二极管的阴极之间，快恢复二极管的阳极与功率三极管U3的漏极耦合。升压电路芯片产生PWM波形并控制功率三极管的导通和截止，电感用于储电和放电，续流二极管用于防止电压电流突变，提供通路，滤波单元用于消除毛刺信号。

本实施例中，当升压电路芯片第5脚电压大于1.25V时，芯片经过内部RS触发器动作，使得第2脚输出低电平，功率三极管导通，此时电感存储能量；当升压电路芯片第5脚电压少于1.25V的时候，芯片经过内部RS触发器动作，使得第2脚输出高电平，功率三极管截止，此时电感放电，将电压与18V叠加输出供给负载。

见图5，电流采集电路3主要包括第一双运放IC2A，以及三个分流电阻R11、R12、R13。第一双运放IC2A采用LM358，其第3脚通过一电阻R14后与升压电路输出负载端耦合，第2脚接地，第1脚与单片机控制电路耦合，通过单片机控制电路输送一个模数转换给第一双运放第3脚采集电路中电压输出负载的电流，通过第一双运放的放大电流信号经过单片机模数转换后显示。三个分流电阻均为0.22欧姆、2瓦，其相互之间并联，并且分别与升压电路负载输出端耦合，在电路中三个分流电阻起到分流作用，避免电流过大烧坏第一双运放。

见图5，电压采集电路4主要包括第二双运放IC2B，第一偏置电阻R9，可调电位器RT1，以及第二偏置电阻R10。第一偏置电阻R9、可调电位器RT1、和第二偏置电阻R10依次串联，并且与升压电路输出负载端耦合，第二双运放IC2B的第5脚与可调电位器RT1的中心触头端耦合，第6脚接地，第7脚与单片机控制电路耦合。单片机控制电路内部输送一个模数转换给第二双运放的第5脚然后通过电路中第一偏置电阻R9和第二偏置电阻R10，在这两个偏置电阻两端加了一个可调电位器作用就是为了更好采集电路中输出负载的精准电压，以确保采集到的电压减少误差和对比。

见图6，单片机控制电路5主要包括单片机IC3，以及6个输入按键K1、K2、K3、K4、K5、K6。单片机为STC89C51系列，6个输入按键分别用于增加输出电压、减小输出电压、切换显示电路为电压显示模式，切换显示电路为电流显示模式、确认、单片机复位。第一双运放IC2A的第1脚与单片机P1.4脚耦合，第二双运放IC2B的第7脚与单片机P1.3脚耦合。显示电路6与单片机IC3耦合，用于显示电流值和电压值，本实施例显示电路6采用1602字符型液晶。

见图7，数字电位器7为MCP41100数字电位器，其第1、2、3脚分别连接单片机IC3的P2.4、P2.3、P2.2口，第4脚接地，第5脚接地，第6、7脚连接升压电路芯片的第五脚，并控制调整输出电压，第8脚接+5V电压。单片机IC3调节数字电位器7的输出，继而控制升压电路芯片的输出占空比，再控制功率三极管的通断频率，因此改变了电感L1的充放电时间，就改变了电感放电压叠加在原始18V电压上面的值，由此改变输出电压。

综上所述，本实用新型实施例的可调的升压开关电源主要由最小单片机系统，控制PWM信号的升压电路芯片，功率三极管升压主回路，具有调整速度快，精度高，DC-DC变换器的效率达高，能对输入电压、输出电压和输出电流进行测量和显示，并且电压调整率低，负载调整率低，输出纹波小，效率高等优点。

需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调的升压开关电源，其特征在于其包括：电源稳压电路，升压电路，电流采集电路，电压采集电路，单片机控制电路，显示电路，以及数字电位器；其中，

电源稳压电路与升压电路和单片机控制电路耦合，并输入220V交流电，输出18V、+12V、+5V直流电；

升压电路输入18V直流电，其包括升压开关电源电路，该升压开关电源电路包括升压电路芯片(IC1)，功率三极管(U3)，电感(L1)，以及续流二极管(D6)，升压电路芯片产生PWM波形并控制功率三极管的导通和截止，电感用于储电和放电，续流二极管用于防止电压电流突变，提供通路；

电流采集电路用于采集升压电路输出的电流值，其包括第一双运放(IC2A)，其第3脚与负载耦合，第2脚接地，第1脚与单片机控制电路耦合；

电压采集电路用于采集升压电路输出的电压值，其包括第二双运放(IC2B)，其第5脚与负载耦合，第6脚接地，第7脚与单片机控制电路耦合；

单片机控制电路分别与电流采集电路、电压采集电路、数字电位器耦合，用于接收电流采集电路输出的电流值，电压采集电路输出的电压值，以及用于通过数字电位器调节升压电路芯片的输出占空比；

显示电路与单片机控制电路耦合，用于显示升压电路输出的电流值和电压值。

2.根据权利要求1所述的可调的升压开关电源，其特征在于：所述电源稳压电路包括变压器，整流滤波器，第一稳压器，以及第二稳压器；变压器用于将220V交流电降压，整流滤波器用于将变压器次极端电压整流滤波输出18V直流电，第一稳压器(U1)输入18V直流电，输出+12V直流电，第二稳压器(U2)输入+12V直流电，输出+5V直流电。

3.根据权利要求1所述的可调的升压开关电源，其特征在于：所述升压电路还包括保护电路，保护电路耦合在电源稳压电路与升压开关电源电路之间，用于过流、过压、过热保护，其包括开关(S1)，四个相互并联的滤波电容，保险丝(F1)，与保险丝串联的热敏电阻(RT)。

4.根据权利要求1所述的可调的升压开关电源，其特征在于：所述升压开关电源电路还包括滤波电阻(R4),滤波电容(C13)，以及快恢复二极管(D5)，滤波电阻和滤波电容相互并联并组成一滤波单元，该滤波单元耦合在电感(L1)的输入端和快恢复二极管的阴极之间，快恢复二极管的阳极与功率三极管(U3)的漏极耦合，滤波单元用于消除毛刺信号。

5.根据权利要求1所述的可调的升压开关电源，其特征在于：所述电流采集电路还包括三个分流电阻，该三个分流电阻相互之间并联，并且一端与升压电路输出负载端耦合，另一端接地。

6.根据权利要求1所述的可调的升压开关电源，其特征在于：所述电压采集电路还包括与升压电路输出负载端依次串联的第一偏置电阻(R9)、可调电位器(RT1)、和第二偏置电阻(R10)，第二双运放(IC2B)的第5脚与可调电位器的中心触头端耦合。

7.根据权利要求1所述的可调的升压开关电源，其特征在于：所述单片机控制电路包括单片机以及6个输入按键，单片机为STC89C51系列，6个输入按键分别用于增加输出电压、减小输出电压、切换显示电路为电压显示模式，切换显示电路为电流显示模式、确认、单片机复位。

8.根据权利要求7所述的可调的升压开关电源，其特征在于：所述显示电路为1602字符型液晶。

9.根据权利要求7所述的可调的升压开关电源，其特征在于：所述升压电路芯片(IC1)为MC34063芯片，所述功率三极管(U3)为MOSFET管IRF630；升压电路芯片的第6脚电压输入，第5脚与数字电位器耦合，第2脚与功率三极管(U3)的栅极耦合，功率三极管的源极接地，漏极耦合在电感(L1)输出端和续流二极管(D6)阳极之间。

10.根据权利要求9所述的可调的升压开关电源，其特征在于：所述数字电位器为MCP41100数字电位器，其第1、2、3脚分别连接单片机P2.4、P2.3、P2.2口，第4脚接地，第5脚接地，第6、7脚连接升压电路芯片的第五脚，并控制调整输出电压，第8脚接+5V电压。