??? 摘 ?要： 給出了一種簡(jiǎn)單的電源調(diào)壓方法，介紹了LM2678芯片的功能結(jié)構(gòu)、調(diào)壓系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，最后給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析，證明了該方法的可行性和實(shí)用性。
??? 關(guān)鍵詞： LM2678? 遙控調(diào)壓電源
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??? 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子元器件的種類(lèi)越來(lái)越多，不同器件所需的直流電壓又各不相同，這無(wú)疑對(duì)直流電源供電電壓的范圍提出了更高要求。本文提出一種方法，以集成電路LM2678為核心，利用單片機(jī)和數(shù)字電阻，通過(guò)遙控和本地控制兩種方式，對(duì)電源電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了電源電壓從1.2V到30.2V的連續(xù)變化。
1 LM2678電壓變換器介紹
?? LM2678單片集成電路" title="單片集成電路">單片集成電路[1]是一種電壓變換器，它有較高的變換效率，最大輸出電流可達(dá)5A，輸出電壓" title="輸出電壓">輸出電壓可以為固定電壓3.3V、5V、12V或可調(diào)。?
?? LM2678系列產(chǎn)品具有過(guò)熱保護(hù)和限流短路保護(hù)功能。它的輸出電壓精度優(yōu)于±2％。由于電壓轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部由少量的元器件組成，并采用了高頻振蕩技術(shù)，使得該芯片的體積小、速率高、功能強(qiáng)。在DC/DC電源設(shè)計(jì)中，選用LM2678單片集成電路可以大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)步驟和減少外圍元器件的個(gè)數(shù)。圖1是LM2678的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，它的各引腳定義說(shuō)明如下：
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??? 引腳1——電壓輸出" title="電壓輸出">電壓輸出端。?
??? 引腳2——電源電壓輸入端。它除了對(duì)負(fù)載提供能量外，也為L(zhǎng)M2678的內(nèi)部電路系統(tǒng)提供偏壓，輸入電壓在8V～40V之間。
??? 引腳3——升壓電容端，一般使用情況下此電容值為0.01μF。
??? 引腳4——接地。?
??? 引腳5——空腳。
??? 引腳6——反饋端。反饋電壓輸入到雙向高增益放大器，用于驅(qū)動(dòng)PWM控制器。對(duì)于固定電壓輸出（3.3V、5V、12V輸出），將引腳6接到輸出端。對(duì)于可調(diào)電壓輸出，需接兩個(gè)外部電阻器以控制直流輸出電壓。?
??? 引腳7——電源輸出控制端，此引腳連接到地或任何一個(gè)低于0.8V的電源，則可完全關(guān)斷電源輸出，關(guān)斷時(shí)，電流僅為50μA。當(dāng)它接高電平時(shí)，電壓不能超過(guò)6V，此時(shí)電源有電壓輸出。不需要做開(kāi)關(guān)控制時(shí)，該引腳懸空。
??? LM2678系列產(chǎn)品可分為定壓輸出和可調(diào)壓輸出兩種，本設(shè)計(jì)中用到的是可調(diào)壓輸出的LM2678-ADJ，典型的電路連接如圖2所示。
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?? 輸出電壓的調(diào)節(jié)，實(shí)際上是通過(guò)改變反饋端和輸出端之間電阻上的分壓實(shí)現(xiàn)的。反饋端通過(guò)R2和輸出電壓相連，同時(shí)通過(guò)R1與地相連。假設(shè)輸出端負(fù)載上的電壓為Vout，反饋端的電壓為Vref，器件手冊(cè)上給出的值為1.21V，則根據(jù)圖2可得到等式：
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從而得:
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??? 根據(jù)公式(2)可知，只要按照一定比例設(shè)置電阻R1和R2的阻值，就可以得到需要的輸出電壓。
??? 本系統(tǒng)中取定值電阻30kΩ作為R2，選擇數(shù)字電阻DS1803-050作為R1。DS1803-050是低功耗的兩只獨(dú)立的數(shù)字電阻，電阻最大值分別為50k?贅(本系統(tǒng)中只用其中的一只電阻，另一只作為系統(tǒng)擴(kuò)展用），通過(guò)DS1803的串行接口SDA和SCL對(duì)其進(jìn)行編程，8位的串行碼可以將其阻值分為256等分，從而得到從195Ω到50kΩ、增量為195Ω的任意阻值。
2 硬件設(shè)計(jì)
??? 整個(gè)可調(diào)壓直流電源的結(jié)構(gòu)如圖3所示。220V的交流電經(jīng)過(guò)AC/DC變壓器變?yōu)?6V的直流電；36V直流電分兩路，一路直接作為L(zhǎng)M2678的輸入電壓；另一路經(jīng)過(guò)兩個(gè)DC/DC變換器得到兩路5V直流電，其中一路5V電源作為數(shù)字電阻的電源，另一路5V電源作為控制電路的電源。
??? 由于電壓輸出電路會(huì)對(duì)控制電路造成干擾，因此采用兩路5V電源分別對(duì)輸出電路和控制電路供電，將控制電路與電壓輸出電路隔離開(kāi)。這樣，單片機(jī)8051的I/O信號(hào)P3.6和P3.7須通過(guò)光電隔離器4N25才能控制數(shù)字電阻DS1803的SDA和SCL。
??? 單片機(jī)8051的I/O口除了串口" title="串口">串口直接和上位機(jī)" title="上位機(jī)">上位機(jī)相連之外，還有P1.7和P3.2直接與鍵盤(pán)相連，響應(yīng)鍵盤(pán)輸入；P1.0～P1.6則經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器74LS245后作為七段LED的段選控制信號(hào)；P3.3、P3.4和P3.5則經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器74LS245后分別作為三個(gè)LED的位選控制信號(hào)。
??? 本地操作時(shí)，單片機(jī)8051響應(yīng)鍵盤(pán)的兩個(gè)按鍵，進(jìn)行輸出電壓的升、降調(diào)節(jié)，并通過(guò)LED顯示輸出電壓值；遙控操作時(shí)，上位機(jī)直接通過(guò)串口向單片機(jī)8051發(fā)送控制命令，調(diào)節(jié)輸出電壓，并通過(guò)LED顯示輸出電壓值。
3 軟件設(shè)計(jì)
??? 單片機(jī)8051的主要作用是響應(yīng)鍵盤(pán)并調(diào)節(jié)數(shù)字電阻DS1803的阻值。數(shù)字電阻DS1803的SDA和SCL控制信號(hào)線與I2C總線非常相似，SCL是時(shí)鐘信號(hào)線，SDA是數(shù)據(jù)線。鍵盤(pán)的響應(yīng)是通過(guò)查詢(xún)的方式實(shí)現(xiàn)的，兩個(gè)按鍵一個(gè)控制升壓，一個(gè)控制降壓；LED的顯示則是用動(dòng)態(tài)顯示的方式實(shí)現(xiàn)的。
??? 如圖3所示，在本地按鍵調(diào)節(jié)時(shí)，經(jīng)過(guò)查詢(xún)按鍵事件,由單片機(jī)控制數(shù)字電阻DS1803改變其輸出電阻，由此改變輸出電壓。在遙控調(diào)節(jié)的時(shí)候，直接通過(guò)上位機(jī)向單片機(jī)8051發(fā)送命令，單片機(jī)再根據(jù)上位機(jī)的命令控制數(shù)控電阻DS1803，從而改變輸出電壓。
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??? 單片機(jī)8051與數(shù)字電阻DS1803之間通信的數(shù)據(jù)格式如表1所示?？刂谱诌x通芯片，命令字選定兩只電阻中的一只，數(shù)據(jù)字代表所需要的阻值。
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??? 單片機(jī)8051調(diào)節(jié)數(shù)字電阻DS1803的流程圖如圖4所示。軟件系統(tǒng)處于按鍵查詢(xún)狀態(tài)，確認(rèn)按鍵之后進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)、計(jì)算、通信和顯示操作，然后繼續(xù)查詢(xún)。
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??? 使用遙控方式改變輸出電壓時(shí)，上位機(jī)與單片機(jī)8051通信的數(shù)據(jù)格式如表2所示。協(xié)議中，通過(guò)改變地址可以控制多個(gè)可調(diào)電源，2個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)分別表示電壓的整數(shù)位和小數(shù)位。
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??? 上位機(jī)的控制界面如圖5所示。升壓和降壓按鍵用來(lái)對(duì)輸出電壓進(jìn)行微調(diào)，電壓設(shè)置可以直接指定輸出電壓值，串口設(shè)置用來(lái)設(shè)置串口的參數(shù)（波特率、奇偶校驗(yàn)、停止位、數(shù)據(jù)位等）。
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4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
??? 表3是固定電阻R2為30k?贅、輸入電壓為24V、負(fù)載為23?贅的電阻絲時(shí)，調(diào)節(jié)R1的阻值所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表中的Vout和Iout是輸出的電壓和電流，理論Vout是利用公式2計(jì)算出的理論輸出電壓，Iin是輸入電流，Pout和Pin分別是輸出功率和輸入功率。由表3可以看出，實(shí)際輸出電壓值和理論輸出電壓值之間的相對(duì)誤差n不超過(guò)2.22%，并且輸出電壓越高，功率的轉(zhuǎn)換效率越高。
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??? 值得注意的是，隨著輸出電壓的增高，LM2678的發(fā)熱量越來(lái)越大，對(duì)芯片的散熱也提出了較高的要求。由于本系統(tǒng)中是固定R2(公式2中的分子)，調(diào)節(jié)R1(公式2中的分母)，因此得到的輸出電壓變化與數(shù)字電阻DS1803的阻值變化不成線性關(guān)系,但可通過(guò)軟件對(duì)其進(jìn)行線性化。同時(shí)，由于反比關(guān)系導(dǎo)致了輸出電壓較高時(shí)，輸出電壓值的間隔增大，這一問(wèn)題可以通過(guò)串聯(lián)兩個(gè)256位的數(shù)字電阻來(lái)解決。
??? 實(shí)驗(yàn)證明，利用數(shù)字電阻控制集成電路LM2678可以獲得性?xún)r(jià)比較高的可調(diào)電壓電源。
參考文獻(xiàn)
[1] 張登峰.LM2678單片集成電路及其應(yīng)用. 電子元器件應(yīng)用，2001,(8).
[2] 胡桂陽(yáng)，盧月瓊，李昌禧.用單片機(jī)制作的直流穩(wěn)壓可調(diào)電源.電子世界，2005,(12).
[3] 馮靜亞，于強(qiáng)，呂朝暉，等.虛擬示波器的軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007,(1).
[4] LM2678 simple switcher?high efficeency 5A Step-down?voltage regulator. National Semiconductor, April 2005.