??? 摘 ?要： 給出了一種簡單的電源調壓方法，介紹了LM2678芯片的功能結構、調壓系統(tǒng)的硬件和軟件設計，最后給出了實驗結果和分析，證明了該方法的可行性和實用性。
??? 關鍵詞： LM2678? 遙控調壓電源
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??? 隨著電子技術的飛速發(fā)展，電子元器件的種類越來越多，不同器件所需的直流電壓又各不相同，這無疑對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，利用單片機和數(shù)字電阻，通過遙控和本地控制兩種方式，對電源電壓進行調節(jié)，從而實現(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。?
?? LM2678系列產(chǎn)品具有過熱保護和限流短路保護功能。它的輸出電壓精度優(yōu)于±2％。由于電壓轉換器的內部由少量的元器件組成，并采用了高頻振蕩技術，使得該芯片的體積小、速率高、功能強。在DC/DC電源設計中，選用LM2678單片集成電路可以大大簡化設計步驟和減少外圍元器件的個數(shù)。圖1是LM2678的內部結構圖，它的各引腳定義說明如下：
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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。它除了對負載提供能量外，也為LM2678的內部電路系統(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，用于驅動PWM控制器。對于固定電壓輸出（3.3V、5V、12V輸出），將引腳6接到輸出端。對于可調電壓輸出，需接兩個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低于0.8V的電源，則可完全關斷電源輸出，關斷時，電流僅為50μA。當它接高電平時，電壓不能超過6V，此時電源有電壓輸出。不需要做開關控制時，該引腳懸空。
??? LM2678系列產(chǎn)品可分為定壓輸出和可調壓輸出兩種，本設計中用到的是可調壓輸出的LM2678-ADJ，典型的電路連接如圖2所示。
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?? 輸出電壓的調節(jié)，實際上是通過改變反饋端和輸出端之間電阻上的分壓實現(xiàn)的。反饋端通過R2和輸出電壓相連，同時通過R1與地相連。假設輸出端負載上的電壓為Vout，反饋端的電壓為Vref，器件手冊上給出的值為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)擴展用），通過DS1803的串行接口SDA和SCL對其進行編程，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 硬件設計
??? 整個可調壓直流電源的結構如圖3所示。220V的交流電經(jīng)過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LM2678的輸入電壓；另一路經(jīng)過兩個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對控制電路造成干擾，因此采用兩路5V電源分別對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。這樣，單片機8051的I/O信號P3.6和P3.7須通過光電隔離器4N25才能控制數(shù)字電阻DS1803的SDA和SCL。
??? 單片機8051的I/O口除了串口" title="串口">串口直接和上位機" title="上位機">上位機相連之外，還有P1.7和P3.2直接與鍵盤相連，響應鍵盤輸入；P1.0～P1.6則經(jīng)過驅動器74LS245后作為七段LED的段選控制信號；P3.3、P3.4和P3.5則經(jīng)過驅動器74LS245后分別作為三個LED的位選控制信號。
??? 本地操作時，單片機8051響應鍵盤的兩個按鍵，進行輸出電壓的升、降調節(jié)，并通過LED顯示輸出電壓值；遙控操作時，上位機直接通過串口向單片機8051發(fā)送控制命令，調節(jié)輸出電壓，并通過LED顯示輸出電壓值。
3 軟件設計
??? 單片機8051的主要作用是響應鍵盤并調節(jié)數(shù)字電阻DS1803的阻值。數(shù)字電阻DS1803的SDA和SCL控制信號線與I2C總線非常相似，SCL是時鐘信號線，SDA是數(shù)據(jù)線。鍵盤的響應是通過查詢的方式實現(xiàn)的，兩個按鍵一個控制升壓，一個控制降壓；LED的顯示則是用動態(tài)顯示的方式實現(xiàn)的。
??? 如圖3所示，在本地按鍵調節(jié)時，經(jīng)過查詢按鍵事件,由單片機控制數(shù)字電阻DS1803改變其輸出電阻，由此改變輸出電壓。在遙控調節(jié)的時候，直接通過上位機向單片機8051發(fā)送命令，單片機再根據(jù)上位機的命令控制數(shù)控電阻DS1803，從而改變輸出電壓。
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??? 單片機8051與數(shù)字電阻DS1803之間通信的數(shù)據(jù)格式如表1所示。控制字選通芯片，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8051調節(jié)數(shù)字電阻DS1803的流程圖如圖4所示。軟件系統(tǒng)處于按鍵查詢狀態(tài)，確認按鍵之后進行相應的調節(jié)、計算、通信和顯示操作，然后繼續(xù)查詢。
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??? 使用遙控方式改變輸出電壓時，上位機與單片機8051通信的數(shù)據(jù)格式如表2所示。協(xié)議中，通過改變地址可以控制多個可調電源，2個字節(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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??? 上位機的控制界面如圖5所示。升壓和降壓按鍵用來對輸出電壓進行微調，電壓設置可以直接指定輸出電壓值，串口設置用來設置串口的參數(shù)（波特率、奇偶校驗、停止位、數(shù)據(jù)位等）。
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4 實驗結果
??? 表3是固定電阻R2為30k?贅、輸入電壓為24V、負載為23?贅的電阻絲時，調節(jié)R1的阻值所得到的實驗數(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，實際輸出電壓值和理論輸出電壓值之間的相對誤差n不超過2.22%，并且輸出電壓越高，功率的轉換效率越高。
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??? 值得注意的是，隨著輸出電壓的增高，LM2678的發(fā)熱量越來越大，對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系,但可通過軟件對其進行線性化。同時，由于反比關系導致了輸出電壓較高時，輸出電壓值的間隔增大，這一問題可以通過串聯(lián)兩個256位的數(shù)字電阻來解決。
??? 實驗證明，利用數(shù)字電阻控制集成電路LM2678可以獲得性價比較高的可調電壓電源。
參考文獻
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