CN210954768U - 一种直流可编程大功率电压调节器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直流可编程大功率电压调节器，包括STM8S系列单片机、串口通讯模块、LED显示器、风速调节模块、键盘控制模块、调压模块、电流取样模块，STM8S系列单片机连接串口通讯模块，STM8S系列单片机的输入端连接键盘控制模块，STM8S系列单片机的输出端分别连接LED显示器、风速调节模块、NE555集成电路的输入端，NE555集成电路的输出端连接调压模块，调压模块的输出端连接电流取样模块的输入端，电流取样模块的输出端连接STM8S系列单片机的输入端，且与键盘控制模块相连；本实用新型能够实现直流供电系统中每个独立用电单元电压可独立调节、输出、保护，且每个独立单元输出电压精确稳定。

Description

一种直流可编程大功率电压调节器

[技术领域]

本实用新型涉及电器控制技术领域，具体地说是一种直流可编程大功率电压调节器。

[背景技术]

目前，单独的直流电源都具有电压调节功能，但在直流供电系统中，当某个独立的用电单元需要调节电压时，只能对整个直流供电系统的电压进行调节，从而影响了直流供电系统中的其它独立用电单元的供电电压，从而每个用电单元需配置电压电流测量设备，同电路保护装置，以防止电路故障引起危险。

[实用新型内容]

本实用新型的目的就是要解决上述的不足而提供一种直流可编程大功率电压调节器，能够实现直流供电系统中每个独立用电单元电压可独立调节、输出、保护，且每个独立单元输出电压精确稳定。

为实现上述目的设计一种直流可编程大功率电压调节器，包括STM8S系列单片机1、串口通讯模块2、LED显示器3、风速调节模块4、键盘控制模块5、NE555集成电路6、调压模块7、电流取样模块8，所述STM8S系列单片机1连接串口通讯模块2，所述STM8S系列单片机1的输入端连接键盘控制模块5的输出端，所述STM8S系列单片机1的输出端分别连接LED显示器3、风速调节模块4、NE555集成电路6的输入端，所述NE555集成电路6的输出端连接调压模块7的输入端，所述调压模块7的输出端连接电流取样模块8的输入端，所述电流取样模块8的输出端连接STM8S系列单片机1的输入端，且电流取样模块8与键盘控制模块5相连。

进一步地，所述键盘控制模块5包括向上翻页键9、向下翻页键10、MEMORY存储调用键11、SET选择键12、OUTPUT/OK确认键13、FUNCTION功能旋钮键14，所述向上翻页键9用于向上翻页以快速设定电压电流值，所述向下翻页键10用于向下翻页以快速设定电压电流值，所述MEMORY存储调用键11为光标左右移动按键，所述SET选择键12用于设定参数选择，所述OUTPUT/OK确认键13用于输出确认，所述FUNCTION功能旋钮键14用于选择设备内存贮在STM8S系列单片机1内的功能并设置相应参数值。

进一步地，所述键盘控制模块5设置所需要的工作模式，并通过键盘控制模块5的OUTPUT/OK确认键13确定输出，所述调压模块7包括开关管、储能电感、整流电路，所述整流电路依次连接开关管、储能电感，所述调压模块7用于实现电压调节输出，所述NE555集成电路6控制调压模块7中的开关管实现电压输出稳定。

进一步地，所述电压调节器内设有温度检测传感器，所述温度检测传感器通过STM8S系列单片机1调节风速调节模块4的电压和电流。

进一步地，所述串口通讯模块2具有TTL串口通讯协议，所述串口通讯模块2通过通讯协议与STM8S系列单片机1相连接，并通过串口与电脑通讯连接，以实现数据的采集。

进一步地，所述键盘控制模块5设置在电压调节器的前面板15上，所述电压调节器的前面板15还设有LED显示器3、指示灯17、开关键18，所述LED显示器3、指示灯17、开关键18分别连接电压调节器内部的显示器排线端子、指示灯排线端子、开关排线端子，所述指示灯17用于指示不同模式下的输出状态。

进一步地，所述电压调节器的后面板16上设有INPUT插口19和RS232串口20，所述INPUT插口19、RS232串口20分别连接电压调节器内部的INPUT端子、RS232串口通讯端子，所述INPUT插口19用于作为直流电源的输入，所述RS232串口20用于作为电压调节器与电脑之间的通讯。

进一步地，所述电压调节器内设置有过温保护OTP模块、上限电压保护OVP模块、上限电流保护OCP模块、上限功率保护OPP模块、过充电容量保护OAH模块、超时保护OFFTIME模块。

本实用新型同现有技术相比，具有如下优点：

(1)本实用新型实现了直流供电系统中，每个独立用电单元电压可独立调节、输出、保护，且每个独立单元输出电压精确稳定，有效的防止了供电系统由于布线引起的电压降低，该设备内部高精度电压电流采样电路实现了输出精度高，其电压显示精度可达10mV，电流可达10mA；

(2)本实用新型自带电压电流校准功能，当电压电流显示值与测量值有偏差时，可通过“SET U_CAL”电压校准，“SET I_CAL”电流校准进行校准，其电压校准点为5V同28V，电流校准点为1A同8A，确保了设备参数的精准性；

(3)本实用新型内设置有多重保护功能，如过温保护OTP、上限电压保护OVP、上限电流保护OCP、上限功率保护OPP、过充电容量保护OAH、超时保护OFFTIME，以确保设备运行同测试过程中的安全；

(4)本实用新型内智能温度控制模块可实现5级智能调节风扇转速，从而控制设备的发热温度；

(5)本实用新型设有RS232串口通讯端子，实现了与电脑的连接通讯与控制，从而能够实时记录测量电参数值，并支持二次开发。

(6)本实用新型采用PWM脉宽调制，基于BUCK降压架构的开关电源技术，具有安全稳定性高，响应速度快，输出精度高和保护功能完善的优点，该设备内部带10组参数设定，可自定义存贮设置，方便调用，值得推广应用。

[附图说明]

图1是本实用新型的前面板结构示意图；

图2是本实用新型的侧面整体结构示意图；

图3是本实用新型的后面板结构示意图；

图4是本实用新型的侧面结构示意图；

图5是本实用新型的内部顶面结构示意图；

图6是本实用新型的内部侧面结构示意图；

图7是本实用新型的原理框图；

图中：1、STM8S系列单片机 2、串口通讯模块 3、LED显示器 4、风速调节模块 5、键盘控制模块 6、NE555集成电路 7、调压模块 8、电流取样模块 9、向上翻页键 10、向下翻页键 11、MEMORY存储调用键 12、SET选择键 13、OUTPUT/OK确认键 14、FUNCTION功能旋钮键15、前面板 16、后面板 17、指示灯 18、开关键 19、INPUT插口 20、RS232串口。

[具体实施方式]

本实用新型提供了一种直流可编程大功率电压调节器，包括STM8S系列单片机1、串口通讯模块2、LED显示器3、风速调节模块4、键盘控制模块5、NE555集成电路6、调压模块7、电流取样模块8，STM8S系列单片机1连接串口通讯模块2，STM8S系列单片机1的输入端连接键盘控制模块5的输出端，STM8S系列单片机1的输出端分别连接LED显示器3、风速调节模块4、NE555集成电路6的输入端，NE555集成电路6的输出端连接调压模块7的输入端，调压模块7的输出端连接电流取样模块8的输入端，电流取样模块8的输出端连接STM8S系列单片机1的输入端，且电流取样模块8与键盘控制模块5相连。

其中，键盘控制模块5包括向上翻页键9、向下翻页键10、MEMORY存储调用键11、SET选择键12、OUTPUT/OK确认键13、FUNCTION功能旋钮键14，向上翻页键9用于向上翻页以快速设定电压电流值，向下翻页键10用于向下翻页以快速设定电压电流值，MEMORY存储调用键11为光标左右移动按键，SET选择键12用于设定参数选择，OUTPUT/OK确认键13用于输出确认，FUNCTION功能旋钮键14用于选择设备内存贮在STM8S系列单片机1内的功能并设置相应参数值。键盘控制模块5设置所需要的工作模式，并通过键盘控制模块5的OUTPUT/OK确认键13确定输出，调压模块7包括开关管、储能电感、整流电路，整流电路依次连接开关管、储能电感，调压模块7用于实现电压调节输出，NE555集成电路6控制调压模块7中的开关管实现电压输出稳定。

本实用新型中，串口通讯模块2具有TTL串口通讯协议，串口通讯模块2通过通讯协议与STM8S系列单片机1相连接，并通过串口与电脑通讯连接，以实现数据的采集。键盘控制模块5设置在电压调节器的前面板15上，电压调节器的前面板15还设有LED显示器3、指示灯17、开关键18，LED显示器3、指示灯17、开关键18分别连接电压调节器内部的显示器排线端子、指示灯排线端子、开关排线端子，指示灯17用于指示不同模式下的输出状态。电压调节器的后面板16上设有INPUT插口19和RS232串口20，INPUT插口19、RS232串口20分别连接电压调节器内部的INPUT端子、RS232串口通讯端子，INPUT插口19用于作为直流电源的输入，RS232串口20用于作为电压调节器与电脑之间的通讯。电压调节器内设有温度检测传感器，温度检测传感器通过STM8S系列单片机1调节风速调节模块4的电压和电流。电压调节器内还设置有过温保护OTP模块、上限电压保护OVP模块、上限电流保护OCP模块、上限功率保护OPP模块、过充电容量保护OAH模块、超时保护OFFTIME模块。

本实用新型所述的直流可编程大功率电压调节器采用PWM脉宽调制，基于BUCK降压架构的开关电源技术，工作频率高达150kHz，直流输入电压12-60伏，输入电压范围宽，输出直流电压0-60伏，具有安全稳定性高、响应速度快、输出精度高和保护功能完善的优点；该设备内部可带10组参数设定，从而可自定义存贮设置，方便调用。

如附图1前面板、附图3后面板，前面板上的显示器排线连接内部的显示器排线端子，显示测量的参数值同功能等。前面板上的“CV”“CC”“ON”指示灯排线连接内部的指示灯排线端子，用于指示不同模式下的状态，等同于输出状态指示灯。前面板上的“FUNCTION”功能旋钮连接内部的功能旋钮端子，用于选择设备的不同功能，等同于编码器调节旋钮。前面板上“MEMORY”“SET”“Output”等按键排线连接内部的按键排线端子，用于选设置输出，等同于操作按键。前面板上的“Output”端子连接到设备内部的输出端子，输出设置的输出的电压。前面板上的开关键连接到设备内部的开关键端子，用于设备的开关功能，等同于电源开关。后面板上的“INPUT”端子，连接到设备内部的输入端子，作为直流电源的输入。后面板上的“RS232”端子连接到设备内部的串行通讯接口，用于设备与电脑之间的通讯。直流供电系统电源端子接在附图3中的后面板“Input”端子，通过前面板的设置按键或通过RS232串口设置所需的工作模式同电压，设备通过前面板上的“OUTPUT”端子输出。

如附图7所示，为本实用新型的工作原理框图，由图可见，本实用新型由STM8S系列单片机、串口通讯模块、LED显示器、风速调节模块、键盘控制模块、调压模块、电流取样模块等组成，采用PWM脉宽调制同降压式开关电源原理。其中，

(1)电压输出调节：通过键盘控制设置所需要的工作模式同电压电流，通过键盘的“OK”键确定输出，调压模块由开关管75652G、储能电感、整流电路，实现电压调节输出，监测输出电压值，与设定电压值进行比较，当输出的电压与设定的电压偏差时，调节PWM脉冲宽度，通过NE555控制调压模块中的开关管实现电压输出稳定。

(2)电流测量：当电压通过调压模块输出时，电流经过5mΩ的高精度低阻值的采样电阻R5时，监测5mΩ上的电压信号，反馈到电流测量模块，进行电流测量。

(3)风速调节：设备内有智能温度检测，检测传感器跟据设备输出功率的大小，设备的发热情况通过单片机STM8S00调节风速模块的电压同电流，达到散热风扇5级转速调节，降低设备的发热。

(4)串口通讯：设备具有TTL串口通讯协议，通过串口，可实现电脑与设备的通讯连接，实现数据的采集，输出模式参数的控制。电压，电流，功率等电参数通过测量电路返回到单片机STM8S00，通讯模块通过通讯协议与单片机相连接，读取测量值。

(5)键盘控制：通过键盘的功能旋钮键选择设备内存贮在单片机内的功能，设置相应的参数值，在使用过程中达到设定值或功能时，单片机STM8S00发出控制命令进行相应控制，设备功能如下表所示：

附图1通过按键设置参数，如下表格：

本实用新型设定所需要的电压电流参值：在开机状态下，按下“SET”键，光标停在电压设定值，旋转“FUNCTION”设置电压参数，再次按“SET”光标移到电流设定值，旋转“FUNCTION”设置输出电流值，再次按下“SET”键，光标消失，旋转“FUNCTION”到显示屏显示“SAVE DATA Press<OK>Enter”此时按“OUTPUT/OK”键，保存设置，再次按“OUTPUT/OK”键，设备输出设定的电参数值。当再次按“OUTPUT/OK”键，设备停止输出。

下面结合具体实施例对本实用新型作以下进一步说明：

以直流供电系统中的一个独立用电单元为移动电充电为例，移动电源铭牌上的电参数为5V1.5A，设置设备输出参数为5V2A输出为其充电。

直流供电系统电源连接到附图3后面板的“INPUT”端子，将移动电源的输入端连接在附图1中“OUTPUT”端子上，打开设备面板上的开关键，设备开机；按“SET”按键，光标在电压栏闪烁，“FUNCTION”移动光标到设置的电压位，通过向上翻页键和向下翻页键，设置电压为5V；按“SET”键，光标移动到电流位，“FUNCTION”移动光标到设置的电流位，通过向上翻页键和向下翻页键，设置电流为2A；再次按下“SET”键，退出电压电流设置模式，光标消失，旋动“FUNCTION”到显示屏显示“SAVE DATA Press<OK>Enter”按下“OK”键，此时设置参数5V2A保存在设备内的存贮器中，按下“OK”键，设备在“Output”端子输出5V电压。此时设备为移动电源进行充电，并显示输入电压，电流，功率等参数。

本实用新型并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种直流可编程大功率电压调节器，其特征在于：包括STM8S系列单片机(1)、串口通讯模块(2)、LED显示器(3)、风速调节模块(4)、键盘控制模块(5)、NE555集成电路(6)、调压模块(7)、电流取样模块(8)，所述STM8S系列单片机(1)连接串口通讯模块(2)，所述STM8S系列单片机(1)的输入端连接键盘控制模块(5)的输出端，所述STM8S系列单片机(1)的输出端分别连接LED显示器(3)、风速调节模块(4)、NE555集成电路(6)的输入端，所述NE555集成电路(6)的输出端连接调压模块(7)的输入端，所述调压模块(7)的输出端连接电流取样模块(8)的输入端，所述电流取样模块(8)的输出端连接STM8S系列单片机(1)的输入端，且电流取样模块(8)与键盘控制模块(5)相连。

2.如权利要求1所述的直流可编程大功率电压调节器，其特征在于：所述键盘控制模块(5)包括向上翻页键(9)、向下翻页键(10)、MEMORY存储调用键(11)、SET选择键(12)、OUTPUT/OK确认键(13)、FUNCTION功能旋钮键(14)，所述向上翻页键(9)用于向上翻页以快速设定电压电流值，所述向下翻页键(10)用于向下翻页以快速设定电压电流值，所述MEMORY存储调用键(11)为光标左右移动按键，所述SET选择键(12)用于设定参数选择，所述OUTPUT/OK确认键(13)用于输出确认，所述FUNCTION功能旋钮键(14)用于选择设备内存贮在STM8S系列单片机(1)内的功能并设置相应参数值。

3.如权利要求2所述的直流可编程大功率电压调节器，其特征在于：所述键盘控制模块(5)设置所需要的工作模式，并通过键盘控制模块(5)的OUTPUT/OK确认键(13)确定输出，所述调压模块(7)包括开关管、储能电感、整流电路，所述整流电路依次连接开关管、储能电感，所述调压模块(7)用于实现电压调节输出，所述NE555集成电路(6)控制调压模块(7)中的开关管实现电压输出稳定。

4.如权利要求3所述的直流可编程大功率电压调节器，其特征在于：所述电压调节器内设有温度检测传感器，所述温度检测传感器通过STM8S系列单片机(1)调节风速调节模块(4)的电压和电流。

5.如权利要求4所述的直流可编程大功率电压调节器，其特征在于：所述串口通讯模块(2)具有TTL串口通讯协议，所述串口通讯模块(2)通过通讯协议与STM8S系列单片机(1)相连接，并通过串口与电脑通讯连接，以实现数据的采集。

6.如权利要求5所述的直流可编程大功率电压调节器，其特征在于：所述键盘控制模块(5)设置在电压调节器的前面板(15)上，所述电压调节器的前面板(15)还设有LED显示器(3)、指示灯(17)、开关键(18)，所述LED显示器(3)、指示灯(17)、开关键(18)分别连接电压调节器内部的显示器排线端子、指示灯排线端子、开关排线端子，所述指示灯(17)用于指示不同模式下的输出状态。

7.如权利要求6所述的直流可编程大功率电压调节器，其特征在于：所述电压调节器的后面板(16)上设有INPUT插口(19)和RS232串口(20)，所述INPUT插口(19)、RS232串口(20)分别连接电压调节器内部的INPUT端子、RS232串口通讯端子，所述INPUT插口(19)用于作为直流电源的输入，所述RS232串口(20)用于作为电压调节器与电脑之间的通讯。

8.如权利要求7所述的直流可编程大功率电压调节器，其特征在于：所述电压调节器内设置有过温保护OTP模块、上限电压保护OVP模块、上限电流保护OCP模块、上限功率保护OPP模块、过充电容量保护OAH模块、超时保护OFFTIME模块。

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