CN213637498U - 一种蓝牙控制的Boost型开关电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种蓝牙控制的Boost型开关电源系统，包括：直流供电输入端、辅助电源模块、保护电路模块、DC‑DC变换模块、电流电压采样模块、控制模块、PID控制模块、显示模块、蓝牙模块、键盘模块、直流供电输出端。本实用新型通过控制模块作为控制核心，并配合蓝牙模块，使系统能够远程无线控制电路的通断；输出电压也可以远程调整，最大限度保护操作人员安全；采用DC‑DC变换模块，受控间歇导通的开关管减小了传统电路中续流二极管一直导通带来的功率损耗，提升了系统效率；通过保护电路模块实现过流过压保护，通过显示模块实时显示系统工作状态的功能。

Description

一种蓝牙控制的Boost型开关电源系统

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种蓝牙控制的Boost型开关电源系统。

背景技术

开关电源是一种调节直流电压的变压装置，它把输入的直流电压通过开关管控制后得到另一电压值的直流电压输出。在现代生产中，开关电源被广泛使用，包括在通讯、航空航天、军用、医疗、工业以及民用等相关领域。Boost型开关电源能实现低压到高压的转换，因其简单易用，效率较高，使用范围很广，尤其在民用和工业领域使用十分广泛。

随着数字电子技术的发展，目前数字式开关电源系统占据了开关电源最大的市场，但目前市场上的产品大多数是依赖单片机按键控制的开关电源，其需要操作人员近距离控制单片机对系统进行调整，然而Boost型开关电源一般使用在大电流、高电压的场景中，人员接近存在一定安全风险。此外，目前市场上的大部分Boost型开关电源仍存在输出电压值不够稳定，负载调整率不够好的问题，且很少有设计过流过压保护和显示工作状态的功能，人机交互性不够好。因此有必要设计一种可以远程控制、制作简单、输出电压稳定、负载调整率低、效率高且人机交互性良好的开关电源。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了设计一种可以远程控制，输出电压稳定并且高效率的Boost型开关电源系统，能够调节输出电压，实时显示工作状态，并且具有过流过压保护功能。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种蓝牙控制的Boost型开关电源系统，其特征在于，包括：

直流供电输入端、辅助电源模块、保护电路模块、DC-DC变换模块、电流电压采样模块、控制模块、PID控制模块、显示模块、蓝牙模块、键盘模块、直流供电输出端；

所述直流供电输入端分别与所述的辅助电源模块、保护电路模块通过有线方式依次连接；

所述辅助电源模块分别与所述的保护电路模块、DC-DC变换模块、电流电压采样模块、PID控制模块、控制模块、显示模块、蓝牙模块、键盘模块通过有线方式依次连接；

所述的保护电路模块、DC-DC变换模块、电流电压采样模块通过有线方式依次串联连接；

所述的控制模块、PID控制模块、DC-DC变换模块通过有线方式依次串联连接；

所述控制模块分别与所述的、显示模块、蓝牙模块、键盘模块通过有线方式依次串联连接。

所述直流供电输入端用于输入直流电源，分别输出至所述的辅助电源模块、保护电路模块；

所述辅助电源模块用于将直流电源转换为系统电源，分别为所述的保护电路模块、DC-DC变换模块、电流电压采样模块、PID控制模块、控制模块、显示模块、蓝牙模块、键盘模块供电；

所述保护电路模块根据所述控制模块输出的闭合控制信号将直流电源输出至所述DC-DC变换模块，根据所述控制模块输出的断开控制信号停止将直流电源输出至所述DC-DC变换模块；

所述DC-DC变换模块用于根据所述PID控制模块输出的Boost转换脉冲信号，将直流电源通过Boost转换得到电压调整后直流电源，通过所述直流电源输出端子输出电压调整后直流电源；

所述电流电压采样模块用于采样电压调整后直流电源的电压信号、电压调整后直流电源的电流信号，并传输至所述控制模块；

所述控制模块将电压设定信号、电压调整后直流电源的电压信号输出至所述 PID控制模块；所述控制模块判断接收的电路通断控制信号若为电路闭合控制信号，则输出闭合控制信号至所述保护电路模块；所述控制模块判断接收的电路通断控制信号若为电路断开控制信号，则输出断开控制信号至所述保护电路模块；

所述PID控制模块用于根据电压设定信号、电压调整后直流电源的电压信号产生Boost转换脉冲信号，并输出至所述DC-DC变换模块；

所述显示模块用于显示电压设定信号、调整后直流电源的电压信号和调整后直流电源的电流信号；

所述蓝牙模块用于接收用户手机终端发出的电路通断控制信号、电压设定信号，并输出至所述控制模块；

所述键盘模块用于将用户的按键输入转换为电压调整信号，并传输至所述控制模块；

所述直流供电输出端用于输出电压调整后直流电源。

本实用新型的有益效果：

通过控制模块作为控制核心，并配合蓝牙模块，使系统能够远程无线控制电路的通断；输出电压也可以远程调整，最大限度保护操作人员安全；采用DC-DC 变换模块，受控间歇导通的开关管减小了传统电路中续流二极管一直导通带来的功率损耗，提升了系统效率；并有过流过压保护功能和实时显示系统工作状态的功能。

附图说明

图1：是本实用新型的一个实施例系统总体结构框图；

图2：是本实用新型的一个实施例蓝牙控制模块连接示意图

图3：是本实用新型的一个实施例DC-DC变换模块主电路图；

图4：是本实用新型的一个实施例DC-DC变换模块半桥电路图；

图5：是本实用新型的一个实施例电流电压采样模块电路图；

图6：是本实用新型的一个实施例12V辅助电源模块电路图；

图7：是本实用新型的一个实施例5V辅助电源模块电路图；

图8：是本实用新型的一个实施例3.3V辅助电源模块电路图；

图9：是本实用新型的一个实施例保护电路模块电路图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相关领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示为本实用新型的系统框图，一种蓝牙控制的Boost型开关电源系统，其特征在于，包括：

直流供电输入端、辅助电源模块、保护电路模块、DC-DC变换模块、电流电压采样模块、控制模块、PID控制模块、显示模块、蓝牙模块、键盘模块、直流供电输出端；

所述直流供电输入端分别与所述的辅助电源模块、保护电路模块通过有线方式依次连接；

所述辅助电源模块分别与所述的保护电路模块、DC-DC变换模块、电流电压采样模块、PID控制模块、控制模块、显示模块、蓝牙模块、键盘模块通过有线方式依次连接；

所述的保护电路模块、DC-DC变换模块、电流电压采样模块通过有线方式依次串联连接；

所述的控制模块、PID控制模块、DC-DC变换模块通过有线方式依次串联连接；

所述控制模块分别与所述的、显示模块、蓝牙模块、键盘模块通过有线方式依次串联连接。

下面结合图1至图9介绍本实用新型的具体实施方式为：

所述直流供电输入端用于输入直流电源，分别输出至所述的辅助电源模块、保护电路模块；

所述辅助电源模块用于将直流电源转换为系统电源，分别为所述的保护电路模块、DC-DC变换模块、电流电压采样模块、PID控制模块、控制模块、显示模块、蓝牙模块、键盘模块供电；

所述保护电路模块根据所述控制模块输出的闭合控制信号将直流电源输出至所述DC-DC变换模块，根据所述控制模块输出的断开控制信号停止将直流电源输出至所述DC-DC变换模块；

所述DC-DC变换模块用于根据所述PID控制模块输出的Boost转换脉冲信号，将直流电源通过Boost转换得到电压调整后直流电源，通过所述直流电源输出端子输出电压调整后直流电源；

所述电流电压采样模块用于采样电压调整后直流电源的电压信号、电压调整后直流电源的电流信号，并传输至所述控制模块；

所述控制模块将电压设定信号、电压调整后直流电源的电压信号输出至所述 PID控制模块；所述控制模块判断接收的电路通断控制信号若为电路闭合控制信号，则输出闭合控制信号至所述保护电路模块；所述控制模块判断接收的电路通断控制信号若为电路断开控制信号，则输出断开控制信号至所述保护电路模块；

所述PID控制模块用于根据电压设定信号、电压调整后直流电源的电压信号产生Boost转换脉冲信号，并输出至所述DC-DC变换模块；

所述显示模块用于显示电压设定信号、调整后直流电源的电压信号和调整后直流电源的电流信号；

所述蓝牙模块用于接收用户手机终端发出的电路通断控制信号、电压设定信号，并输出至所述控制模块；

所述键盘模块用于将用户的按键输入转换为电压调整信号，并传输至所述控制模块；

所述直流供电输出端用于输出电压调整后直流电源。

进一步，蓝牙模块由HC-05蓝牙接收器、MSP430F6638超低功耗单片机、 OLED屏和矩阵键盘构成，蓝牙接收器接收手机发送的控制指令并传送给单片机，单片机根据指令控制输入端继电器通断或调整输出电压设定值；同时单片机还根据电流电压采样模块得到的电压值进行PWM波的生成和过流过压的判断。

进一步，DC-DC变换模块主电路是由两只开关管、电感以及输出滤波电容组成的同步Boost型升压开关电源电路；传统Boost电路中的续流二极管用一只受控MOS管替代。

进一步，DC-DC变换模块包括2个高功率开关管CSD19536和1个半桥驱动芯片UCC27211，半桥驱动芯片UCC27211采用12V电源供电，其输入端HIN和 LIN接单片机产生两路反相的PWM波，其HO和LO输出端分别与半桥中两组开关管相连。

进一步，电流电压采样模块包括康铜丝采样电阻、高精度电流分析监控芯片INA282以及16位数模转换芯片ADS1118；康铜丝串接在电路的输出端。

进一步，辅助电源模块包括3.3V、5V和12V辅助电源，3.3V电源采用线性稳压电源LM1117-3.3产生，5V和12V电源采用Buck型降压芯片LM5164产生； 12V辅助电源为半桥驱动芯片UCC27211供电，5V辅助电源为射极跟随器和保护电路中的继电器供电，3.3V辅助电源为MSP430F6638单片机、INA282电流分析监控芯片以及ADS1118模数转换芯片供电。

进一步，保护电路模块包括继电器和驱动三极管，其受单片机的控制，并通过控制继电器控制主电路直流输入是否接通控制DC-DC变换模块的工作状态；当单片机收到蓝牙断开信号或检测到系统电流或电压超过阈值时，单片机输出高电平使继电器工作，断开主电路直流输入，从而实现过流过压保护。

如图2所示，本实施例的蓝牙模块包括HC-05蓝牙模块和MSP430F6638单片机，其中HC-05通过蓝牙协议与手机端控制软件通信，接受手机发送的通断指令和电压设置指令；HC-05蓝牙模块通过UART协议与MSP430F6638单片机通信，将控制指令传递给单片机；单片机将根据控制指令输出相应继电器控制信号或调节设定电压。另外单片机还将根据采样模块得到的电压值控制PID模块调节PWM 波占空比，进而对输出电压进行调节，使输出电压稳定在设定值。

如图3所示，本实施例的DC-DC变换模块主电路是由两只高功率开关管31 和32、电感和输出滤波电容组成的同步Boost型升压开关电源电路。其中电感串接在直流供电输入端后。

如图4所示，本实施例的DC-DC变换模块半桥电路由两只高功率开关管CSD1953641和42、半桥驱动芯片UCC2721143组成。图4中开关管41和42即图3中的开关管31和32。驱动芯片43的HI、LI分别与单片机产生PWM驱动波形的两极相连，并通过二极管和自举电容构成自举电路，使能够驱动高侧开关管； 43的HO和LO端经过驱动电阻和保护电阻分别与开关管42和41的栅极相连，开关管的高侧管的漏极与直流输入电压相连，低侧管的源极接地，高侧管的源极与低侧管的漏极相连作为半桥电路的输出端。

如图5所示，本实施例的电流电压采样模块包括电压采样电路51、电流采样电路52、模数转换电路53，其中电压采样电路是在输出端与地间串联分压电阻、经过射极跟随器后得到成比例缩小的电压输出，输出电压经过滤波后输入到 ADS1118模数转换芯片的AIN0管脚；电流采样电路是在输出点串联康铜丝电阻 R6，高精度电流分析监控芯片检测采样电阻两端的电压差并将其放大一定倍数后以电压的形式输出，输出电压经过滤波后输入到ADS1118模数转换芯片的AIN1 管脚；ADS1118通过串行通信与单片机进行通信，将采样电流和电压的大小传入到单片机中。

如图6所示，本实施例的12V辅助电源模块采用Buck型降压芯片LM5164。其内部基准电压为1.2V，故需要输出电压为12V时选定R1＝453kΩ，R2＝49.9kΩ。 +12V辅助电源为半桥驱动芯片UCC27211供电。

如图7所示，本实施例的5V辅助电源模块采用Buck型降压芯片LM5164，其内部基准电压为1.2V，故需要输出电压为5V时选定R1＝316kΩ，R2＝100kΩ； +5V辅助电源为射极跟随器和保护电路中的继电器供电。

如图8所示，本实施例的3.3V辅助电源模块采用线性稳压电源LM1117-3.3。在芯片VIN端输入5V电压即可在VOUT端得到3.3V电压输出。+3.3V辅助电源为MSP430F6638单片机、INA282电流分析监控芯片以及ADS1118模数转换芯片供电。

如图9所示，本实施例的保护电路模块电路图包括继电器电路91和三极管驱动电路92，当检测到电流、电压超过阈值或收到电路断开指令后，单片机输出一个高电平时，三极管发射极导通，使集电极有电流流过，继电器内部衔铁接到另一侧，将电路断开；保护电路模块通过控制主电路直流输入是否接通实现过流过压保护功能。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种蓝牙控制的Boost型开关电源系统，其特征在于，包括：

直流供电输入端、辅助电源模块、保护电路模块、DC-DC变换模块、电流电压采样模块、控制模块、PID控制模块、显示模块、蓝牙模块、键盘模块、直流供电输出端；

所述直流供电输入端分别与所述的辅助电源模块、保护电路模块通过有线方式依次连接；所述辅助电源模块分别与所述的保护电路模块、DC-DC变换模块、电流电压采样模块、PID控制模块、控制模块、显示模块、蓝牙模块、键盘模块通过有线方式依次连接；所述的保护电路模块、DC-DC变换模块、电流电压采样模块通过有线方式依次串联连接；所述的控制模块、PID控制模块、DC-DC变换模块通过有线方式依次串联连接；所述控制模块分别与所述的、显示模块、蓝牙模块、键盘模块通过有线方式依次串联连接。

2.根据权利要求1所述的蓝牙控制的Boost型开关电源系统，其特征在于：

所述直流供电输入端用于输入直流电源，分别输出至所述的辅助电源模块、保护电路模块；

所述辅助电源模块用于将直流电源转换为系统电源，分别为所述的保护电路模块、DC-DC变换模块、电流电压采样模块、PID控制模块、控制模块、显示模块、蓝牙模块、键盘模块供电。

3.根据权利要求1所述的蓝牙控制的Boost型开关电源系统，其特征在于：

所述保护电路模块根据所述控制模块输出的闭合控制信号将直流电源输出至所述DC-DC变换模块，根据所述控制模块输出的断开控制信号停止将直流电源输出至所述DC-DC变换模块。

4.根据权利要求1所述的蓝牙控制的Boost型开关电源系统，其特征在于：

所述DC-DC变换模块用于根据所述PID控制模块输出的Boost转换脉冲信号，将直流电源通过Boost转换得到电压调整后直流电源，通过所述直流电源输出端子输出电压调整后直流电源。

5.根据权利要求1所述的蓝牙控制的Boost型开关电源系统，其特征在于：

所述电流电压采样模块用于采样电压调整后直流电源的电压信号、电压调整后直流电源的电流信号，并传输至所述控制模块。

6.根据权利要求1所述的蓝牙控制的Boost型开关电源系统，其特征在于：

所述控制模块将电压设定信号、电压调整后直流电源的电压信号输出至所述PID控制模块；所述控制模块判断接收的电路通断控制信号若为电路闭合控制信号，则输出闭合控制信号至所述保护电路模块；所述控制模块判断接收的电路通断控制信号若为电路断开控制信号，则输出断开控制信号至所述保护电路模块；

所述PID控制模块用于根据电压设定信号、电压调整后直流电源的电压信号产生Boost转换脉冲信号，并输出至所述DC-DC变换模块。

7.根据权利要求1所述的蓝牙控制的Boost型开关电源系统，其特征在于：

所述蓝牙模块用于接收用户手机终端发出的电路通断控制信号、电压设定信号，并输出至所述控制模块。

8.根据权利要求1所述的蓝牙控制的Boost型开关电源系统，其特征在于：

所述显示模块用于显示电压设定信号、调整后直流电源的电压信号和调整后直流电源的电流信号；所述键盘模块用于将用户的按键输入转换为电压调整信号，并传输至所述控制模块；所述直流供电输出端用于输出电压调整后直流电源。

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