程控DC/DC升压电源

[摘 要]DC/DC变换器是将一种直流电压变换为另一种所需的直流电压（固定或可调）。这种技术被广泛应用于计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业中，变换器还需要符合上述领域的安全标准。本设计是基于 Lm2577 集成芯片的升压电源，5V输入，6V到12V输出，把“低压电源”变为“高压电源”，具有“低进高出”的作用。在规定输出范围内，效率可以达到70%以上，具有较高的转换效率，进而满足人们日常生活中需要把低压直流电源转化为高压电源的需求。

[关键词]lm2577、升压电源、效率

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0297-02

[Abstract]DC-DC converter is one DC voltage is transformed into another DC voltage required （fixed or adjustable）.This technology is widely used in computer，office automation equipment，industrial instrumentation，military，aerospace and other fields related to national economy sectors，the converter also need to meet safety standards in these areas.This design is based on Lm2577 booster power integrated chips， 5 v input， 6 v to 12 v output， the "low power" into "high power"， have the effect that "low into higher". Within the scope prescribed output， the efficiency can reach above 85%， with high conversion efficiency， and satisfy people in daily life need to convert low voltage dc power supply into the demand of high voltage power supply.

[Key words]lm2577， booster power supply， efficiency

1.背景与意义

当今时代，电作为一种不可或缺的能源，无处不在。生活中大多数稳压电源都是由高压稳成低压，但有些时候需要把低压转为高压。例如：一些都市白领在开车的时候笔记本没了，这时如果可以把汽车电瓶电源经过升压得到笔记本所需的电源电压，进而为笔记本充电，这样就可以在开车的时候充电，必然会为快节奏的都市白领节省不少宝贵的时间。

2.系统方案设计与主要模块

2.1 方案设计

采用MC9S12XS128单片机作控制电路作控制电路，驱动LCD显示输出电压，同时改变数字电位器的输出电阻，以调整输出电压。LM2577T-ADJ升压芯片构成DC/DC电源核心部分（图1）。

2.2 升压模块

采用 Lm2577集成升压芯片，该方案简单可靠，性能稳定，LM2577T-ADJ升压芯片构成DC/DC电源核心部分。

2.3 显示器模块

使用LCD显示。LCD具有轻薄短小，可视面积大，方便的显示汉字数字，分辨率高，抗干扰能力强，功耗小，设计简单，且用12864串行接法会大大简化电路。

2.4 键盘模块

采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线，每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。

电压值步进步减调整，实际需要的按键只有四个。

2.5 控制器模块

考虑低功耗的单片机，在保证高精度计算能力的前提下尽量降低功耗，本作品采用Freescale XS128芯片，该芯片是Freescale公司开发的16位单片机，除此之外MC9S12XS128 把 CPU、RAM、ROM 以及 I/O 口统统集成在一个电路芯片中，一个完整的最小系统必须包括这几个部分：供电电路、时钟电路、复位电路、串口通信端口和 BDM 接口。

3.系统硬件

系统硬件由以下四个部分组成：DC/DC升压电路，降压电路，显示电路，继电器开关电路。

3.1 降压电路

LM2596降压电路：电路图如图2所示

如图2所示：有Vo=Vref（1+R2/R1） 当Vref=1.23V 有R2=R1（Vo/Vref-1） 其中Vref为DC/DC开关稳压器内部自带的基准电压或者用户外接的基准电压，R1、R2构成输出电压采样电路，用于设置输出电压的大小。当输出电压Vout因负载变化而变化时， 反馈电压Vf也随着变化，DC/DC稳压器内部的控制电路根据反馈电压Vf（采样电压）与Vref差值的大小来适当调整功率变换电路的控制参数（如PWM的占空比等），使输出电压稳定在一个固定的值，达到稳压的目的。

本设计要求的输出电流较大。一般的7805稳压电路根本就不能实现。最终方案采用基于LM2596 的DC-DC模块来实现降压。

3.2 升压电路（图3）

①利用BOOST变换器升压原理，将5V电压升高到12V。

②输出电压计算公式：Vout=1.23V*（1+R1/R2）

③图中R1为数字电位器，单片机控制其阻值大小来改变输出电压。

④LM2577的2脚（FEED-BACK）为反馈取样电压输入引脚，与R1、R2构成闭环反馈网络来稳定输出电压。

⑤LM2577的1脚（COMP）接补偿电容与补偿电阻。

3.3 控制电路

①MC9S12XS128单片机作主控制芯片，同时用24C02记忆芯片实现断电输出电压数据不丢失功能，IIC总线与单片机连接。

②数字电位器采用MCP41010，为256抽头线性调节数字电位器，SPI总线与单片机连接，阻值调节范围为0-10K，有足够高的精度满足电路的需要（图4）。

3.4 LCD显示电路

为了节省引脚以及保证电路的简洁性，采用12864串行接法（图5）。

3.5 继电器开关电路（图6）

原理：单片机通过三极管的开关来控制继电器的吸合，当单片机的引脚输出低电平的时候，三极管导通，继电器吸合；当单片机的这个引脚高电平时，三极管截止，继电器断开，从而起到开关的作用。

4.测试结果

4.1 输出电压范围测试

测试条件：空载

按“+”键电压可调至+10.5V，按“-”键电压可调至6.0V。测试符合要求（表1）。

4.2 电流显示准确性测试

测试条件：输出电压为9V

调节负载，在输出电流分别为0.3A、0.5A、0.7A、1A时，测量电流显示值与实际值的差异。经测试误差不大。输出电流的最大值达1.2A。

4.3 电源效率测试

根据公式P=UI=I^2R=U^2/R 计算，在电源输入电路和输出电路中断开电路，将万用表串入电路测量电流，或者在干路中串联1欧姆的采样电阻，测量电压，并联在电路中测量输入和输出电压效率η=UoIo（输出功率）/UiIi（输入功率）。

测试条件：输出电压9V，负载电流1A（表2）

4.4 纹波电压测试

测试条件：输出电压为9V，输出电流为1A

用交流毫伏表并接在输出电压两端测得（表3）

4.5 过流保护功能测试

在电压输出电路中，串接2A的自恢复保险，当线路发生短路或过载时，流经自恢复保险丝的大电流产生的热量使聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。故障排除后，自恢复保险丝重新冷却结晶，体积收缩，导电粒子重新形成导电通路，自恢复保险丝恢复为低阻状态，从而完成对电路的保护，无须人工更换。

5.结语

本系统以MC9S12XS128单片机为核心部件，改变MCP41010数字电位器的阻值实现了设计要求。在系统设计过程中，力求硬件电路参数合理，线路简单，发挥软件编程灵活的特点，通过多次调试，不断提高系统的精度和电流的稳定性，来满足系统设计的要求。该系统还有许多值得改进的地方，会进一步研究。

参考资料

[1] 戴和权，陈月敏. 《程控DC/DC升压电源》设计报告.

[2] 郭天祥.51单片机C语言教程―入门、提高、开发、拓展全攻略. 北京：电子工业出版社，2009.

[3] T浩强.C程序设计[M].北京：清华大学出版社，2005.

[4] 邱关源.《电路》.高等教育出版社，2006.

[5] 童诗白.《模拟电子技术》.高等教育出版社，2006.

[6] 孙同景.Freescale 9S12十六位单片机原理及嵌入式开发技术.机械工业大学出版社.2010.

作者简介

孙元龙，男，本科在读，主要从事自动化方面的学习和研究。