具有恒流保护功能的便携式开关电源

赵洋洋　李川　包妍　孟祥斌

摘 要：文章介绍了具有恒流保护功能的便携式开关电源的整体电路设计，分析了电路的工作原理，给出了关键性电路。在设计中采用了宏晶科技公司的单片机，实现了可以进行负载限流设定、输出电压可调整、可以显示的功能。由于采用锂电池储存电能，本电源可以充电和移动，同时体积小、造价低。

关键词：开关电源；过载保护；PWM

开关电源由于其效率高、安全可靠、应用广泛，所以是高等学校理工类专业实验室常备的实验设备。对于高等学校理工类的弱电专业，如通信类、电子信息类等，教师在课堂教学中经常要做一些演示实验，需要电源给电子电路通电，通常情况下电路需要的电压和电流的等级都较小，一个小型轻便的直流电源就能满足要求[1]。本文所设计开发的电源小型轻便、方便携带、输出电压电流连续可调、具有过流保护功能、价格低，为高等学校的师生的工作和学习提供了便利。

1 电路整体框图

整机电路主要由电池组充电及启动电路、单片机控制电路、PWM波产生电路、DC—DC变换主电路、采样反馈及恒流保护电路等组成。如图1所示。

2 电池组充电及启动电路

本设备采用了2 600 mAh的锂电池组，额定工作电压14.8 V，电池的工作限制电流6 A。这样的参数能够保证教师和学生在做常规实验时，电池工作10天以上而不用充电。充电单元采用了以集成芯片XL4501为核心的设计思路。

该电路自带内置恒流环路，输入DC 8～36 V，最大输出电流5 A，是一款常用的芯片。由该芯片组成的充电及启动电路如图2所示。未标的电阻均为1 MΩ，R3等于100 mΩ（大于0.5 W）。

在XL4501为核心的DC-DC变换及恒流充电电路中，电阻R1、R2的分压决定了输出电压的大小，电阻R3设定了充电电流。启动按键按下时T1导通，再按下时T1截止。

3 单片机控制电路

本装置控制单元的核心器件采用了宏晶科技的单片机STC12C5A16S2。利用了内置的4个ADC管脚完成了输出电压设给定，过载保护电流设给定，负反馈的采样，负反馈电流的采样。利用了两个ADC管脚完成了输出电压和输出电流的采集。IO口完成了两路四位LED显示输出电流及电压[2]。

4 PWM波产生电路

PWM波产生电路采用了TI公司的TL494集成电路，该芯片外围器件少，PWM波的占空比控制简单，具有内置运放的反馈及保护管脚，较强的驱动输出能力[3]。

5 DC-DC变换主电路

如图3所示，场效应管T1是开关管，导通及截止受TL494的输出端子控制。为提高开关电源的效率，本电路还采用了由电阻R1、R2、电容C3、肖特基二极管D3、D4、三极管T2、T3组成的自举充放电回路，来加快开关管的导通和截止。

6 采样反馈及恒流保护电路

如图4所示，集成电路IC1、IC2组成了对输出电压的采样和比较。电源的输出电压由电位器RW1来调整设给定。比较后IC2输出的积分电压TPFB送给TL494的3管脚，完成了PWM波占空比的调整。

集成电路IC3、IC4组成了对输出电流的采样和比较。当电源的输出端VOUT+、VOUT-发生短路或过流时D1为截止状态，同时IC4的输出端电压送入TL494，使电源工作在设定的恒流值上。运放采用了VNOW，INOW，VSET，ISET，VFB，IFB反馈给单片机，分别用于当前的电压显示、电流显示、输出电压设定、过载电流设定、恒压指示、恒流指示。

7 结语

本机经过实测输出电压可调范围0?～20 V，最大过载保护电流3.4 A，最大输出功率40 W，几乎无可测出纹波，開关管无明显发热现象。

[参考文献]

[1]温建华.便携式小型高压开关电源设计分析[J].电子技术与软件工程，2018（2）：235.

[2]向敏，赵星宇.一种便携式通信设备开关电源设计[J].科技视界，2014（2）：54-55.

[3]蒋方国.关于便携式船舶通导开关电源的设计与探讨[J].自动化应用，2018（1）：119-120.