基于STM32程控电源的硬电路设计

王越1，张冠华1,刘真真2

摘要：电源作为任何地电子产品的动力源泉，其性能优良直接关系着产品的可靠性；本文采用STM32作为主控制芯片，利用ZigBee无线传输技术搭建主从机，从机利用AD7705采集程控电源的电压与电流参数信息，主通过ZigBee接受从机传输的电源参数信息进行信息识别与处理，从而使得从机可以利用PWM信号调控程控电源。

关键词：STM32  程控电源 ZigBee

1.引言

伴随着材料工程和通讯工程的发展，传统的数字电源正从单一的，笨重的的设计转变为多功能，便携性的设计。在保证了传统数字电源的调节范围广、纹波低的特性后，又添加了轻便。高效的设计。这样的新型数字电源设计不经能够大大减少数字电源在正常工作时产生的异常次数，并且随着数字电源的体积和重量的减少。这样设计出来的新型电子产品的体积和重量会大大减少。本设计为新型的数字电源设计提供了一种无线控制解决的方案。具有很大的研究意义。

2系统方案设计

如图2.1，本设计首先将220V市电通过整流电路转变成直流电，同时利用BUCK电路降压获得可被程序设计控制的直流电；其次，采用分压与康电阻采样电阻，对程控电源的输出电压及电流进行采集；通过ZigBee无线传输技术，主机将从机采集的电压与电流信号加以提取和分析，利用数字PID算法合理的控制从机的输出电压，并最后在从机的OLED屏幕上显示出当前的电压与电流信号。

图1  系统方案设计图

3. 硬件的电路设计

3.1 STM32最小系统电路

STM32单片机最小系统如图2所示。时钟电路采用低电平将STM32单片机程序复位。晶振旁的等效电容保证了晶振震荡的稳定性并且还能防止晶振损坏，使晶振一直工作在高增益的工作区。

图2 TM32最小系统电路图

3.2BUCK-BOOT电路的搭建与设计

BUCK电路也称降压式交换电路如图3所示，本设计采用的BUCK电源拓扑电路主要分为PWM信号驱动电路和BUCK电路，PWM信号驱动电路主要是将单片机产生的PWM信号进行功率放大，放大到能够驱动后面BUCK的电路的MOS管，NPN三极管的发射极接电源正，PNP三极管的集电极接GND。这样连接的功率放大电路就能保证当PWM信号处于高电平时，NPN三极管导通，该电路通过NPN三极管对PWM信号进行功率放大。当PWM信号处于低电平时，PNP三极管导通，该电路通过PNP三极管对PWM信号进行功率放大。PWM信号进行了功率放大就可以推动后面的大功率BUCK电路对输入电压进行降压处理。

图3  BUCK电源拓扑电路

3.3采集电路的硬件设计

电压直接使用AD7705端口进行采集，电流用康铜丝电阻搭建的采样电路采集如图4所示。

图4  电压采集电路

电流参数信息的采集大致分为两种方法，一种是利用霍尔器件，通过电磁感应产生的感应电势的大小来判断电流的大小，这种方法通常不需要外接导线，只需将导线穿过磁圈即可测试，但是这种测试方法抗干扰能力低，极容易受到现场的电磁干扰，所以本设计采用采样电阻的方法采集电流参数信息，挑选一枚热稳定系数、电阻率系数低的康电阻作为采样电阻。如图5为康电阻电流采样电路。

图5 电流采集电路

3.4 OLED显示屏驱动电路

OLED显示方式不同与传统的LCD显示方式，OLED无需背光灯，无需像之前LCD那样连接一个滑动变阻器调节对比度。而是采用一种非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，这些有机材料只要电流通过就会发光。而且OLED显示屏可以做的更轻更薄，可视角度更大，并且能够显著节省电能。如图5为OLED驱动电路采用SPI协议与STM32进行通讯可以更加可靠和稳定。

图5  OLED驱动电路

结论

本设计STM32F103芯片作为MCU使用，通过Zigbee优良的组网特性与稳定性。主机可以根据从机采集的电源参数信息及时调控PWM信号的占空比，同时用Zigbee的组网特性可以很快的搭建起主从机的传输通道。结果表明基于Zigbee无线传输的程控电源可以很好的通过BUCK电源调控输出端的电源参数。

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