一种新型的开关电源教学装置的制作方法

1.本实用新型属于电学教学装置技术领域，尤其涉及一种新型的开关电源教学装置。


背景技术：

2.教育是民族振兴、社会进步的重要基石。新时代新形势，改革开放和社会主义现代化建设、促进人的全面发展和社会全面进步对教育和学习提出了新的更高的要求。为满足内容的科学性、先进性，加强与工程实际应用的联系，“十四五规划教材”《电子技术基础：模拟部分(第七版)》中进行了较大变动，包括增加开关式稳压电路内容，因此需要一种可灵活多变的实验装置达到各种实验要求，但是现有的教学装置一般是在特定的电源下进行实验，每种实验装置进行特定的实验，大大提高各个学校的实验成本。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种新型的开关电源教学装置，可根据使用者的需要，可以使用不同类型、不同数量的芯片与元器件自行搭建实验装置，从而达到“因地制宜”进行教学的目的。同时，可以根据实验教学及电路设计开发的实际需求，为本装置添加新的功能电路单元。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种新型的开关电源教学装置，该新型的开关电源教学装置包括输出可调直流稳压电源模块、基于芯片lm2596的开关电源教学装置、电流电压采集装置、a/d转换模块、单片机最小系统电路、显示电路，所述可调直流稳压电源模块包括0v-24v的可调直流电压电路和5v的固定直流电压电路；
5.所述基于芯片lm2596的开关电源教学装置包括lm2596开关电压调节电路、可调节输出负载，所述lm2596开关电压调节电路与输出可调直流稳压电源模块连接；
6.所述电流电压采集装置包括输入电压、输出电压、开关电压采集电路、输入电流、输出电流、开关电流采集电路；
7.lm2596开关电压调节电路与电流电压采集装置、a/d转换模块、单片机最小系统电路、显示电路依次连接。
8.进一步的，所述0v-24v的可调直流电压电路包括交流电源输入端j1、整流桥、去耦电路、输出端j2，交流电源输入端j1连接在整流桥的输入两端，去耦电路两端并接在整流桥的正负极与输出端j2之间，其中去耦电路中还并接有保险丝f1、双色led指示灯d3、双色led指示灯d4。
9.进一步的，所述5v的固定直流电压电路包括交流电源输入端j3、整流桥、去耦电路、输出端j4，交流电源输入端j3连接在整流桥的输入两端，去耦电路两端并接在整流桥的正负极与输出端j4之间。
10.进一步的，所述lm2596开关电压调节电路包括集成稳压芯片lm2596-adj、输入电容cin2、cin3、输出电容cout2、cout3，集成稳压芯片lm2596-adj一端连接有可调直流稳压
电源输入端j12，可调直流稳压电源输入端j12与集成稳压芯片lm2596-adj之间并接有电容接入端j8、j9、j10、j11、电容接入端j5、j6、j7，集成稳压芯片lm2596-adj另一端连接有实验测量点tp1-tp9。
11.进一步的，所述开关电压采集电路包括电阻r10、电阻r12，r10与r12电阻串联分压，分压后连接a/d转换模块。
12.进一步的，所述开关电流采集电路包括电阻r14、r16、单路运算放大器lm358a、电阻r15、电阻r17，r14和r16串联连接至单路运算放大器lm358a，电阻r15和电阻r17并联连接，并联后连接至单路运算放大器lm358a正负极处理，处理信号连接至a/d转换模块。
13.进一步的，所述a/d转换模块包括电阻r11、电阻r13、ad转换芯片u7，电阻r11、电阻r13并联一端连接至电流电压采集装置，另一端连接至ad转换芯片u7。
14.进一步的，所述单片机最小系统电路包括stc89c52rc单片机、复位系统电路、晶振系统电路，所述stc89c52rc单片机的rst/vpd引脚连接复位系统电路，复位系统电路包括并接的电容c17和电阻r9，xtal1、xtal2引脚连接晶振系统电路，晶振系统电路包括并联连接的电容c18、电容c19，还包括分别连接在电容c18正极、电容c19负极的u6。
15.进一步的，所述显示电路包括芯片lcd1602、电位器rp4，芯片lcd1602的ao引脚连接至电位器rp4。
16.本实用新型的有益效果是：该新型的开关电源教学装置，采用可调降压开关型集成稳压芯片lm2596-adj，该器件仅需要4个外接元件，极大简化了开关电源教学装置，且具有降频限流保护电路与过温保护电路两个自我保护电路，可避免部分实验过程中的芯片损坏，延长实验装置的寿命，减少实验器材的更换；且本装置内部的单片机、电源、a/d转换模块均可进行替换，同时可进行多种实验，满足教学需要，达到灵活多变地适应各个学校实验条件的目的。
附图说明
17.图1是本实用新型提供的一种新型的开关电源教学装置的结构框图；
18.图2是本实用新型提供的一种新型的开关电源教学装置的输出可调直流稳压电源模块电路图；
19.图3是本实用新型提供的一种新型的开关电源教学装置的lm2596开关电压调节电路电路图；
20.图4是本实用新型提供的一种新型的开关电源教学装置的电流电压采集装置电路图，其中从左至右为电压检测电路、电流检测电路；
21.图5是本实用新型提供的一种新型的开关电源教学装置的a/d转换模块电路图；
22.图6是本实用新型提供的一种新型的开关电源教学装置的单片机最小系统电路图；
23.图7是本实用新型提供的一种新型的开关电源教学装置的显示电路图。
具体实施方式
24.为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
25.请同时参考图1至图7，下面将结合附图对本实用新型实施例的新型的开关电源教学装置作详细说明。
26.该新型的开关电源教学装置包括输出可调直流稳压电源模块、基于芯片lm2596的开关电源教学装置、电流电压采集装置、a/d转换模块、单片机最小系统电路、显示电路，所述可调直流稳压电源模块包括0v-24v的可调直流电压电路和5v的固定直流电压电路；
27.所述基于芯片lm2596的开关电源教学装置包括lm2596开关电压调节电路、可调节输出负载，所述lm2596开关电压调节电路与输出可调直流稳压电源模块连接；
28.所述电流电压采集装置包括输入电压、输出电压、开关电压采集电路、输入电流、输出电流、开关电流采集电路；
29.lm2596开关电压调节电路与电流电压采集装置、a/d转换模块、单片机最小系统电路、显示电路依次连接。
30.具体的，0v-24v的可调直流电压电路包括交流电源输入端j1、整流桥、去耦电路、输出端j2，交流电源输入端j1连接在整流桥的输入两端，去耦电路两端并接在整流桥的正负极与输出端j2之间，其中去耦电路中还并接有保险丝f1、双色led指示灯d3、双色led指示灯d4。
31.具体的，5v的固定直流电压电路包括交流电源输入端j3、整流桥、去耦电路、输出端j4，交流电源输入端j3连接在整流桥的输入两端，去耦电路两端并接在整流桥的正负极与输出端j4之间。
32.在上述实施例中，0v-24v的可调直流电压可给基于芯片lm2596开关电源教学装置提供可调输入电压，5v的固定直流电压可给单片机、显示电路等提供5v固定电压。j1、j3为本电源模块交流电源输入端，j2、j4为本电源模块的输出端。针对可调直流电源，加入f1作为此电源模块的保险丝，当输出端短路或过流时，保险丝会熔断以保护电路安全。d3、d4为双色led指示灯，当电路正常工作时，指示灯程绿色，当保险丝熔断后，指示灯变为红色。rp1用于调节输出电压。
33.基于上述，采用上述电路，可以输出1路0v-24v的可调直流电压及1路5v的固定直流电压，每一路最大输出电流1.0a，负载调整率＜1％，输出纹波＜10mvpp，同时可根据实际情况，可使用df1704s稳压电源直接供电。
34.具体的，lm2596开关电压调节电路包括集成稳压芯片lm2596-adj、输入电容cin2、cin3、输出电容cout2、cout3，集成稳压芯片lm2596-adj一端连接有可调直流稳压电源输入端j12，可调直流稳压电源输入端j12与集成稳压芯片lm2596-adj之间并接有电容接入端j8、j9、j10、j11、电容接入端j5、j6、j7，集成稳压芯片lm2596-adj另一端连接有实验测量点tp1-tp9。
35.在上述实施例中，基于芯片lm2596开关电源教学电路可以完成对开关电源包括以下的四个实验内容：
36.1.探索开关电源输出电压调节原理。
37.2.探索输入电压与输出电流对开关效率与损耗的影响。
38.3.探索输入、输出电容对电路质量的影响。
39.4.探索电感对电路质量的影响。
40.其中，集成稳压芯片lm2596-adj作为模块主体，输入电压范围可到40v，输出电压
可调范围为1.2v-37v且特定输入电压和输出负载条件下误差保持在
±
4％范围内，开关频率为固定150khz。
41.如图3所示，j12为可调直流稳压电源输入端，实验中输入电压所需范围为10v-20v，j13为开关电源输出端，输出电压调节范围为3v-7v。rp2为阻值为5kω的电位器，与r8、cf1组成反馈回路，将反馈电压送回芯片lm2596-adj以进行输出电压的调节，输出电压调节范围为3v-7v，以进行实验1.探索开关电源输出电压调节原理的教学工作。
42.rp3为阻值为500ω的电位器，用以调节输出电流。实验中输出电流所需范围为100ma-1.5a，与可调输入电压一起进行实验2.探索输入电压与输出电流对开关效率与损耗的影响的教学工作。
43.j8、j9为输入电容cin2、cin3接入点，j10、j11为输出电容cout2、cout3接入点。通过j8-j11的连接与断开，可选择不同的输入电容与输出电容，通过测试输出电压与输入电流的纹波进行实验3.探索输入、输出电容对电路质量的影响的教学工作。其中，cin2、cout2为电路正常工作。若接入cin3或cout2，因输入电容或输出电容容量减小，输入电流与输出电压的波纹增大。
44.j5-j7为电感接入点，通过j5-j7的连接与断开，可选择不同的电感l1、l2，通过测试电感纹波进行实验4.探索电感对电路质量的影响的教学工作。需注意j5、j6与j6、j7不能同时断开。其中，l1为电路正常工作。若接入l2，因电感较小，电感电流纹波与输出电压纹波均增大。
45.tp1-tp9均为实验测量点。tp1测量输入电流，tp2、tp8测量输入电压，tp3、tp7测量开关电压，tp4测量电感电流，tp5测量输出电流，tp6、tp9测量输出电压。
46.在实验与实验教学中，可根据实际教学情况进行电路设计，如无法进行电流波形的测量，可取消实验3、4，电容、电感部分仅保留输入电阻cin2、输出电阻cout2、电感l1，以进行实验1、2的教学工作。如有电流探头，则可直接测量电流波形，不需要使用单片机进行电流电压的测量。以此可满足各个学校实验教学的需求。
47.具体的，开关电压采集电路包括电阻r10、电阻r12，r10与r12电阻串联分压，分压后连接a/d转换模块。
48.开关电流采集电路包括电阻r14、r16、单路运算放大器lm358a、电阻r15、电阻r17，r14和r16串联连接至单路运算放大器lm358a，电阻r15和电阻r17并联连接，并联后连接至单路运算放大器lm358a正负极处理，处理信号连接至a/d转换模块。
49.电压检测电路由r10与r12电阻串联分压，分压后信号将送入a/d转换模块。电流检测电路采用芯片lm358，lm358芯片内部具有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器。电流信号通过r16小电阻采样转换为电压信号，再通过单路运算放大器lm358a将信号放大，放大倍数由r15、r17确定。处理后信号送入a/d转换模块。
50.具体的，a/d转换模块包括电阻r11、电阻r13、ad转换芯片u7，电阻r11、电阻r13并联一端连接至电流电压采集装置，另一端连接至ad转换芯片u7。
51.ad转换模块具有8路独立的ad转换功能，用于检测电路电压采集装置的输出信号。u7是本模块采用的ad转换芯片，为单片、单电源低功耗8位a/d和d/a转换器芯片pcf8591。使用pcf8591可将采集到的电压和电流的模拟量转换为可显示的数字量，即可对开关电源的实验测量数据实时监测控制。ain0-ain3为4路模拟输入，a0-a2为地址引脚用于编程硬件地
址。scl引脚为i2c总线时钟线，sda为i2c总线数据线，需接入单片机最小模块进行数据处理。
52.具体的，单片机最小系统电路包括stc89c52rc单片机、复位系统电路、晶振系统电路，所述stc89c52rc单片机的rst/vpd引脚连接复位系统电路，复位系统电路包括并接的电容c17和电阻r9，xtal1、xtal2引脚连接晶振系统电路，晶振系统电路包括并联连接的电容c18、电容c19，还包括分别连接在电容c18正极、电容c19负极的u6。
53.a/d口采集数据值需通过单片机计算后送显示电路进行显示。本系统采用stc89c52rc单片机，为新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，工作电压5v，工作频率上限为40mhz，通用i/o口32个，具有eeprom功能与看门狗功能。p0-p3口为4组8位的可编程i/o口，每个口有8位(8根引脚)。rst/vpd为复位引脚，外接复位系统。按键s1按下时，电容c17被短路开始放电，电阻r9两端的电压增大，rst引脚接收高电平，单片机系统自动复位。xtal1、xtal2引脚为外接晶振引脚，外接晶振系统，晶振结合单片机内部电路产生单片机所需要的时钟频率。本系统使用11.0592mhz时钟频率
54.具体的，显示电路包括芯片lcd1602、电位器rp4，芯片lcd1602的ao引脚连接至电位器rp4。
55.采用芯片lcd1602，显示容量为16
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2个字符，工作电压为5v。其中，ao引脚为液晶显示器对比度调整端，使用时外接rp4的电位器调整对比度。d0～d7为8位双向数据线。lcd1602液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作通过指令编程来实现。
56.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。