【单片机】数控可调稳压电源设计-V1.0 - 嘉立创EDA开源硬件平台

1 项目简介

大家好我是雷超林，本次我设计的电路使用STC的单片机模拟DAC通过调理电路来控制BUCK芯片的输出电压，输入电压4-32V，输出电压0-32V可调，输出电流0-3A（最大5A）。3位数码管显示实时电压和电流。此电路运用了单片机，模拟电路，高频信号处理等知识，可以很好的锻炼学生电路分析能力，难度系数中上。相关的电路知识我在本文中会详细指出，如有疏漏，望海涵

2 总体设计方案

我们要控制BUCK芯片的输出电压就要改变它的电压反馈，如何改变它的电压反馈呢？我们需要运放来控制我们阈值电压与实际比较输出，在调压的过程中运放一直处于比较状态直到电压达到稳定。同时要加入闭环采样。
根据基尔霍夫定律，改变节点电压。相应的节点电压随之会改变。这就是此电路反馈端的工作原理。这系统是处于闭环状态。由于输出电压不是线性变化，同时我们加入PID调节。
采样端通过运放。将电压缩小10倍。电流采样端通过运算将采样电阻上的电流信号放大十倍。
此电路属于BUCK电路。提高开关频率，有助于降低电压纹波。同时可以减小续流电感。此电路的效率能达到95%。最大功率50瓦。

3 原理图设计

3-1 单片机电路

本系统采用的是STC的8A8K64S4A12单片机，编程简单，支持3.3V-5V供电。贴片封装，占板体积小，引脚功能强大。

3-2 数码管显示电路

采用了2个3位红色数码管，一个数码管显示电压，另外一个数码管显示电流，由于单片机的驱动高电平能力有限，所以同时采用了74HC245来驱动数码管，提高显示效果，驱动此数码管的方式为动态扫描

3-3电压基准源电路

对核心电路进行原理分析，原理图与文字对照说明，对核心器件选型进行介绍。

基准电路采用了TL431稳压芯片，根据手册的稳压公式Vo=Vref*（1+R1/R2），Vref=2.5V，R1=5k,R2=10k,所以Vo=3.75V。此电路为单片机的ADC采样提供电压基准

3-4 复位和独立按键电路

复位电路不用我多说，独立按键采用了5个按键，两个粗调，两个细调，一个确认按键

3-5 单片机下载电路

此电路采用了USB转TTL的CH340C，不需要额外的晶振，这里我们值得注意的是CH340的供电要单独供电，否则在下载要求重新上电的时候CH340C也会重新上电，导致下载失败。

3-6 辅助供电电路

此电路采用了线性稳压芯片7805，最大电压36V，我们的输入一定不能超过7805的最大限制电压，由于此降压芯片为线性稳压，所以在芯片上会产生热量，我们一定不要用手摸

3-7 模拟DAC电路

此电路为低通滤波电路，作用是将单片机产生的PWM信号传换为电压信号，可以在0-5V之间变换。

3-8 主电源电路

上图为电源主电路，下面一部分为电流环，采样输出电流，再加以单片机控制，实现电流的闭环控制，U7.1的作用是将0.1om采样上的电流信号转换为放大10倍的电压信号，如果流出1A电流，那么U7.1的输出电压为1V。U7.2的作用是将单片机控制的电流和实际电流做比较，实现电流的控制

上图为电源主电路，上面一部分为电压环，采样输出电压，再加以单片机控制，实现电压的闭环控制，U7.3的作用是将输出电压上的电压信号转换为缩小10倍的电压信号，如果输出10V电压，那么U7.3的输出电压为1V。U7.4的作用是将单片机控制的电压和实际电压做比较输出到降压芯片的FB引脚，实现对电压的控制

3-9原理图展示

4 PCB设计

4-1 边框设计

4-2 PCB布局

对于元器件的摆放，我们要注意电源芯片的FB脚要远离电感，电感上的高频信号会干扰电压反馈，同时我们的地回路要是最短回路。功率部分的元器件要和模拟部分的元器件隔一定的距离，防止干扰。

4-3 PCB走线

在PCB的走线上，我们要注意电源功率走线要尽量的粗，同时功率地要和模拟地单点连接，尤其是电感附近，尽量少走线，防止电感的干扰。

4-4 敷铜与丝印

覆铜我们要把功率地和模拟地隔开，以达到最佳效果，电源的覆铜间距要大

5 软件介绍

5-1 软件流程图

5-2 核心代码分析

6 调试说明

6-1 硬件调试

（1）硬件焊接

在焊接上我们要注意焊电感这些功率器件的时候要把烙铁温度调高，否则会影响焊接的牢固性，造成元器件的异常，同时BUCK芯片底下有散热焊盘，我们一定要记得接

（2）硬件调试

在硬件调试上我们要注意运放的电阻的值，可以适当的调整，尤其是电流反馈这一端，可能你流过1A电流，实际在电阻采样这一端为1V，到电阻另一端采样为1.2V，这个时候就是我们的电阻取大了。当我们采集的电压不是线性变化时，就是电容取大了，这些值都要去自己适当的调整，每一块芯片性能都不一样。

6-2 软件调试

（1）软件环境

使用keil C51版本

（2）固件烧录

使用STC ISP下载的时候记得把RESET做IO口的勾去掉。

（3）代码调试

调试主要是PID调节那一块，每个板子的采样电压和电流都有微微的区别，我们要耐心的去调试每一个小参数，注意刚开始电压不要给高了

7 项目资料

7-1 实物图展示

7-2 视频演示

视频链接https://www.bilibili.com/video/BV1tL4y1G7zw?spm_id_from=333.999.0.0