摘  要： 给出了一种简单的电源调压方法，介绍了LM2678芯片的功能结构、调压系统的硬件和软件设计，最后给出了实验结果和分析，证明了该方法的可行性和实用性。
    关键词： LM2678  遥控调压电源

    随着电子技术的飞速发展，电子元器件的种类越来越多，不同器件所需的直流电压又各不相同，这无疑对直流电源供电电压的范围提出了更高要求。本文提出一种方法，以集成电路LM2678为核心，利用单片机和数字电阻，通过遥控和本地控制两种方式，对电源电压进行调节，从而实现了电源电压从1.2V到30.2V的连续变化。
1 LM2678电压变换器介绍
   LM2678单片集成电路" title="单片集成电路">单片集成电路^[1]是一种电压变换器，它有较高的变换效率，最大输出电流可达5A，输出电压" title="输出电压">输出电压可以为固定电压3.3V、5V、12V或可调。 
   LM2678系列产品具有过热保护和限流短路保护功能。它的输出电压精度优于±2％。由于电压转换器的内部由少量的元器件组成，并采用了高频振荡技术，使得该芯片的体积小、速率高、功能强。在DC/DC电源设计中，选用LM2678单片集成电路可以大大简化设计步骤和减少外围元器件的个数。图1是LM2678的内部结构图，它的各引脚定义说明如下：
                                    

    引脚1——电压输出" title="电压输出">电压输出端。 
    引脚2——电源电压输入端。它除了对负载提供能量外，也为LM2678的内部电路系统提供偏压，输入电压在8V～40V之间。
    引脚3——升压电容端，一般使用情况下此电容值为0.01μF。
    引脚4——接地。 
    引脚5——空脚。
    引脚6——反馈端。反馈电压输入到双向高增益放大器，用于驱动PWM控制器。对于固定电压输出（3.3V、5V、12V输出），将引脚6接到输出端。对于可调电压输出，需接两个外部电阻器以控制直流输出电压。 
    引脚7——电源输出控制端，此引脚连接到地或任何一个低于0.8V的电源，则可完全关断电源输出，关断时，电流仅为50μA。当它接高电平时，电压不能超过6V，此时电源有电压输出。不需要做开关控制时，该引脚悬空。
    LM2678系列产品可分为定压输出和可调压输出两种，本设计中用到的是可调压输出的LM2678-ADJ，典型的电路连接如图2所示。

                         
   输出电压的调节，实际上是通过改变反馈端和输出端之间电阻上的分压实现的。反馈端通过R2和输出电压相连，同时通过R1与地相连。假设输出端负载上的电压为V_out，反馈端的电压为V_ref，器件手册上给出的值为1.21V，则根据图2可得到等式：
  　

从而得:
   

    根据公式(2)可知，只要按照一定比例设置电阻R1和R2的阻值，就可以得到需要的输出电压。
    本系统中取定值电阻30kΩ作为R2，选择数字电阻DS1803-050作为R1。DS1803-050是低功耗的两只独立的数字电阻，电阻最大值分别为50k?赘(本系统中只用其中的一只电阻，另一只作为系统扩展用），通过DS1803的串行接口SDA和SCL对其进行编程，8位的串行码可以将其阻值分为256等分，从而得到从195Ω到50kΩ、增量为195Ω的任意阻值。
2 硬件设计
    整个可调压直流电源的结构如图3所示。220V的交流电经过AC/DC变压器变为36V的直流电；36V直流电分两路，一路直接作为LM2678的输入电压；另一路经过两个DC/DC变换器得到两路5V直流电，其中一路5V电源作为数字电阻的电源，另一路5V电源作为控制电路的电源。
    由于电压输出电路会对控制电路造成干扰，因此采用两路5V电源分别对输出电路和控制电路供电，将控制电路与电压输出电路隔离开。这样，单片机8051的I/O信号P3.6和P3.7须通过光电隔离器4N25才能控制数字电阻DS1803的SDA和SCL。
    单片机8051的I/O口除了串口" title="串口">串口直接和上位机" title="上位机">上位机相连之外，还有P1.7和P3.2直接与键盘相连，响应键盘输入；P1.0～P1.6则经过驱动器74LS245后作为七段LED的段选控制信号；P3.3、P3.4和P3.5则经过驱动器74LS245后分别作为三个LED的位选控制信号。
    本地操作时，单片机8051响应键盘的两个按键，进行输出电压的升、降调节，并通过LED显示输出电压值；遥控操作时，上位机直接通过串口向单片机8051发送控制命令，调节输出电压，并通过LED显示输出电压值。
3 软件设计
    单片机8051的主要作用是响应键盘并调节数字电阻DS1803的阻值。数字电阻DS1803的SDA和SCL控制信号线与I2C总线非常相似，SCL是时钟信号线，SDA是数据线。键盘的响应是通过查询的方式实现的，两个按键一个控制升压，一个控制降压；LED的显示则是用动态显示的方式实现的。
    如图3所示，在本地按键调节时，经过查询按键事件,由单片机控制数字电阻DS1803改变其输出电阻，由此改变输出电压。在遥控调节的时候，直接通过上位机向单片机8051发送命令，单片机再根据上位机的命令控制数控电阻DS1803，从而改变输出电压。

                            
    单片机8051与数字电阻DS1803之间通信的数据格式如表1所示。控制字选通芯片，命令字选定两只电阻中的一只，数据字代表所需要的阻值。

                           
    单片机8051调节数字电阻DS1803的流程图如图4所示。软件系统处于按键查询状态，确认按键之后进行相应的调节、计算、通信和显示操作，然后继续查询。

                            
    使用遥控方式改变输出电压时，上位机与单片机8051通信的数据格式如表2所示。协议中，通过改变地址可以控制多个可调电源，2个字节的数据分别表示电压的整数位和小数位。

                                
    上位机的控制界面如图5所示。升压和降压按键用来对输出电压进行微调，电压设置可以直接指定输出电压值，串口设置用来设置串口的参数（波特率、奇偶校验、停止位、数据位等）。

                            
4 实验结果
    表3是固定电阻R2为30k?赘、输入电压为24V、负载为23?赘的电阻丝时，调节R1的阻值所得到的实验数据。表中的Vout和Iout是输出的电压和电流，理论Vout是利用公式2计算出的理论输出电压，Iin是输入电流，Pout和Pin分别是输出功率和输入功率。由表3可以看出，实际输出电压值和理论输出电压值之间的相对误差n不超过2.22%，并且输出电压越高，功率的转换效率越高。

                            
    值得注意的是，随着输出电压的增高，LM2678的发热量越来越大，对芯片的散热也提出了较高的要求。由于本系统中是固定R2(公式2中的分子)，调节R1(公式2中的分母)，因此得到的输出电压变化与数字电阻DS1803的阻值变化不成线性关系,但可通过软件对其进行线性化。同时，由于反比关系导致了输出电压较高时，输出电压值的间隔增大，这一问题可以通过串联两个256位的数字电阻来解决。
    实验证明，利用数字电阻控制集成电路LM2678可以获得性价比较高的可调电压电源。
参考文献
[1] 张登峰.LM2678单片集成电路及其应用. 电子元器件应用，2001,(8).
[2] 胡桂阳，卢月琼，李昌禧.用单片机制作的直流稳压可调电源.电子世界，2005,(12).
[3] 冯静亚，于强，吕朝晖，等.虚拟示波器的软件设计与应用.计算机工程与设计，2007,(1).
[4] LM2678 simple switcher high efficeency 5A Step-down voltage regulator. National Semiconductor, April 2005.