基于STM32的数控稳压电源的设计与实现
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摘要：本论文提出了一种数控开关电源的设计方案，以LM2576为主要稳压IC，结合电压采集、运放减法器反馈闭环实现定点稳压，利用stm32的DAC输出并运放放大产生电压基准，实现了一款高效能、精密可控式数字开关电源。开关电源可以实现1.2～24V线性精确可控输出，分辨率至少0.1V（受限于测量设备）。
关键词：LM2596 STM32 反馈闭环 数控开关电源 远程控制
中图分类号：Tp302 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）04-0080-02
1 数控开关电源的方案设计及电路设计
本设计中的数控开关电源[1，2]主要为了输出1.2～24V，负载电流不低于3A，并且实现连续精确可调，调整分辨率不低于0.1V。通常，一个开关电源需要接入220V交流电，并通过变压器AC/DC整流转换，以输出低压直流电，然后再利用反馈型降压稳压开关芯片进行控制和电压调整。由于市场上现有的220V转24V技术已经非常成熟，比如常见的开关电源和电源适配器，因此本设计中将着重设计后端数控降压部分，前段整流部分将用常用开关电源替代。为了实现输出电压的数字控制，必须使用单片机来控制降压稳压开关芯片，单片机再通过串口跟PC主机通信。单片机将使用目前较为流行的32位单片机STM32。
1.1 反馈脚的数控设计
由于单片机主要完成的工作是对比功能，即将LM2596的输出电压值与所需值对比，然后进行相应的反馈脚控制，因此，可以使用运放来替代这部分工作。可以使用运放减法器电路来实现对比做差。由于一般单片机的DAC输出不会高过工作电压，如5V或3.3V，因此在运放减法器前，还必须进行线性放大，也可以使用运放搭建。
1.2 LM2596与运放[4]构成的电路
其中，LM2596引脚1接24V开关电源输入，右端端子JP2的1，2分别接单片机DAC输出以及开关OFF控制。
1.3 STM32最小系统
系统中的STM32单片机最小系统包括STM32单片机芯片、复位电路、石英晶振时钟电路。
除此之外，最小系统中还包含JTAG仿真、下载电路，用于程序测试仿真以及下载；4个LED灯电路，用于显示STM32运行状态，或者其他需要显示的用途。
2 下位机程序设计
本设计中的下位机STM32所需完成的功能主要为以下几个：
（1）与PC主机串口通信[3]；
（2）控制LM2596输出的开和关；
（3）控制LM2596输出的电压值；
（4）保存和读取设定的电压值，以便下一次启动后默认输出电压为关机前的输出电压；
（5）由于电源需要很高的可靠性，而STM32也有可能会死机，因此需要加入看门狗，让它死机自动重启[5]。
对于功能1，采用MAX232进行电平转换，然后用串口转USB线转为USB接入PC机。单片机通过该串口即可进行通信。由于串口属于底层的通信方式，因此单片机软件中需要做串口数据的校验、格式对准、自动应答等功能。
对于功能2，采用一个单片机IO管脚和一个开关三极管来控制LM2596的ON/OFF管脚，即可实现输出控制。
对于功能3，根据前一章电路设计的原理，单片机只要改变相连DAC的电压输出，即可直接改变LM2596的输出电压。这里需要注意，并不是所有STM32都有DAC输出，需要选择具体的型号。本设计中，使用的是STM32F103RC，带有两个DAC输出。
对于功能4，由于没有外接片外EEPROM芯片，因此只能利用STM32片内的FLASH进行数据掉电保存。同时，FLASH中也会保存有程序本身，因此必须要将两块数据区域隔离开，否则会进行数据覆盖。通常，程序数据从FLASH的低段开始写入，因此保存的数据可以写入在FLASH最高段，这样就不会互相覆盖。同时，烧录程序时，也需注意不要将整个FLASH擦除，否则烧录前保存的数据也会被擦除。
对于功能5，可以打开STM32的独立开门狗，并设置喂狗时间，超时后自动重启。
当DAC的参考电压为VREF的时候，DAC的输出电压是线性的从0～VREF，12位模式下DAC输出电压与VREF以及DORx的计算公式如下：
DACx输出电压=
3 测试结果与分析
由上述分析可得VOUT与数字量DA中间的关系表达式：
实际输出电压如图4所示，为20.5V，与理论值很接近。
证明该电路设计输出电压精度已达到设计要求。
参考文献
[1]琦玮，李树华.开关电源的原理与设计[J].内蒙古大学学报（自然科学版），2003，（04）：15-20.
[2]降靖，魏琳.开关电源基本原理、发展和趋势[J].光盘技术，2008，（08）：8-10.
[3]卢超.单片机同PC机通信的一种新方法田.矿山机械[J]，2007.04.
[4]王昊，李昕.集成运放应用电路设计360例[M].电子工业出版社，2007.07.
[5]郭天祥.5l单片机C语言教程[M].电子工业出版社，2009.03.