一种具有LDO功能的稳压电源及漏电保护电路设计
目录
引言 5
一、电路的设计方案 5
二、主选芯片的介绍 5
2.1 STC12C5204AD单片机芯片介绍 5
2.2 TL431介绍 6
2.3 TL431的封装 7
2.4 TL431的实际参数和特性 7
2.5 TL431的内部结构 8
三、硬件电路 9
3.1 LDO线性直流稳压电源 9
3.2电流检测及负载过流保护电路设计 10
3.3 漏电保护电路设计 11
3.4 单片机控制电路 11
四、软件设计 12
五、测试结果及分析 13
结束语 13
附录 15
附录1:主要程序清单 15
附录2:原理图 30
附录3:PCB图 31
Design of a?function with the LDO?regulated power supply?and electric leakage protection?circuit
(Department of Electronics and Communication Engineering,
Suzhou Institute of industial technology , Suzhou , 215104)
Abstract:Linear?DC?stabilized?voltage?power?supply?using?C511?high?power?PNP?power?adjustment?tube,?voltage?regulator?module?TL431?compon *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
ents?for?a?wide?range?and?has?the?function?of?LDO?voltage?input,?high?stable??5?V?output?voltage. Detection of leakage current by hall sensor in and out of the current difference size, using sampling STC12C5204AD MCU and display the leakage current and the system output power, according to the size of the leakage current intelligent cut off output power to realize the leakage protection.
Keywords: regulated power supply LDO leakage protection
引言
便携式的电子产品的快速发展使得直流稳压电源的需求日趋强烈。便携式电子产品使用好的稳压电源芯片能以对电子产品能提高电池的使用效率以延长电池的续电能力。LDO低压差线性稳压器作为直流稳压芯片中的一份子，以其输出稳定、纹波电压小等特点在集成系统的应用变得更为普遍。本文介绍一种具有LDO功能的直流稳压电源及漏电保护电路的设计，采用STC12C5204AD单片机实时显示电流、电压、电功率，设计要求如下：
（1）负载电阻固定5Ω时,当直流输入5.5-27V变化,输出电压在5±0.05V，电压调整率小于0.2%。
（2）在固定直流输入5.5V，直流稳压电源输出电流由1A减小到0.01A时,负载调整率SL≤1%。
（3） 测量实时电路的实时功率、液晶显示电源输出功率并设计30mA漏电电流保护装置。
一、电路的设计方案
本系统由具有LDO功能的直流稳压电源、漏电保护电路、电流采样及负载过流保护电路组成，STC12C5204AD单片机实时采样输出的电压电流信号，并从霍尔传感器中检测漏电流大小实现漏电保护，设计框图如图1所示。
图1 系统设计框图
二、主选芯片的介绍
2.1 STC12C5204AD单片机芯片介绍
本次设计选用的单片机是由STC生产的单机器周期的单片机,根据本次电路设计的需要，它具有处理速度快，功耗低，抗干扰能力强的特点，并且完全兼容传统的8051单片机的指令代码，并且速度快了接近10倍左右,并且内部集成了专用的MAX810复位电路,还有双路PWM,同时内置8位的A/D转换功能,转换速度300K/S,以上的特性完全符合本次电路的需要。
以下是关于STC12C5204AD芯片的主要功能特性一些简单的描述：
加强型的8051单片机,单时钟周期,并且完全兼容传统的8051的单片机指令。
作为工作电压为5V的单片机,可以允许电源端输入的工作电压为3.3V-5.5V的电压输入,对于电源的输入要求较为宽松,本次前端的5V直流稳压输出正好满足了此单片机的工作。
可变的工作频率在0到35MHz之间,因为是传统的8051工作速度的10倍左右，基本等效于普通8051单片机的0到350MHz，工作速度很快。
内部拥有4K的用户应用程序空间，容量完全可以满足于本次程序的编写。
单片机内部继承了256Byte的RAM。
根据不同的情况，可以使用的通用I/O 口为27、23、15、13、11 个。
可以满足在系统可编程和在应用可编程，并且不需要专用的编程器，不需要专用的仿真器，可以通过串口P30和P30直接下载用户编好的程序，可以快速的完成一个程序的少些，非常的方便。
此次选用的芯片带有带电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，可以用来存放硬件设置的数据不会因为紧急的断电而丢失程序的功能
内部集成定时器电路,可以实现看门狗功能。
内部继承了MAX810的专用的复位电路，不需要外加复位电路，可以减少电路搭建的负担。
内部含有一个掉电检测的电路,在P12口有一个低压门槛比较器用来掉电检测
内部共内置了4个16位的定时器。
内部含有2个时钟的输出口,并且可以由T0的溢出在P34(T0)输出时钟，也可以由T1的溢出在P35(T1)输出时钟。
内部拥有外部中断I/O口6路,并且是传统的下降沿中断或低电平触发中断,并且新增了支持上升沿中断的PCA模块。
拥有PWM和PCA各2路。
内部集成了8位的A/D转换电路,转换速度可以达到300K/S(等效转换30万次/每秒)速度非常的快。
拥有通用全双工异步串行口(UART)，因为芯片是高速芯片，可以再用定时器或者是PCA软件实现多串口的功能。
工作温度范围基本涵盖了日常所能遇到的情况工业级的是-40度到80度，而商业级的工作温度是0度-75度，因为本次设计出于成本和购买便利性选择了商业级的芯片，并且单片机在工作时会出于微发热状态很难会超过75度或者低于0度，所以商业级芯片基本满足本次设计。
附录3:PCB图
单片机部分PCB图
直流稳压电源部分PCB图
引言 5
一、电路的设计方案 5
二、主选芯片的介绍 5
2.1 STC12C5204AD单片机芯片介绍 5
2.2 TL431介绍 6
2.3 TL431的封装 7
2.4 TL431的实际参数和特性 7
2.5 TL431的内部结构 8
三、硬件电路 9
3.1 LDO线性直流稳压电源 9
3.2电流检测及负载过流保护电路设计 10
3.3 漏电保护电路设计 11
3.4 单片机控制电路 11
四、软件设计 12
五、测试结果及分析 13
结束语 13
附录 15
附录1:主要程序清单 15
附录2:原理图 30
附录3:PCB图 31
Design of a?function with the LDO?regulated power supply?and electric leakage protection?circuit
(Department of Electronics and Communication Engineering,
Suzhou Institute of industial technology , Suzhou , 215104)
Abstract:Linear?DC?stabilized?voltage?power?supply?using?C511?high?power?PNP?power?adjustment?tube,?voltage?regulator?module?TL431?compon *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
ents?for?a?wide?range?and?has?the?function?of?LDO?voltage?input,?high?stable??5?V?output?voltage. Detection of leakage current by hall sensor in and out of the current difference size, using sampling STC12C5204AD MCU and display the leakage current and the system output power, according to the size of the leakage current intelligent cut off output power to realize the leakage protection.
Keywords: regulated power supply LDO leakage protection
引言
便携式的电子产品的快速发展使得直流稳压电源的需求日趋强烈。便携式电子产品使用好的稳压电源芯片能以对电子产品能提高电池的使用效率以延长电池的续电能力。LDO低压差线性稳压器作为直流稳压芯片中的一份子，以其输出稳定、纹波电压小等特点在集成系统的应用变得更为普遍。本文介绍一种具有LDO功能的直流稳压电源及漏电保护电路的设计，采用STC12C5204AD单片机实时显示电流、电压、电功率，设计要求如下：
（1）负载电阻固定5Ω时,当直流输入5.5-27V变化,输出电压在5±0.05V，电压调整率小于0.2%。
（2）在固定直流输入5.5V，直流稳压电源输出电流由1A减小到0.01A时,负载调整率SL≤1%。
（3） 测量实时电路的实时功率、液晶显示电源输出功率并设计30mA漏电电流保护装置。
一、电路的设计方案
本系统由具有LDO功能的直流稳压电源、漏电保护电路、电流采样及负载过流保护电路组成，STC12C5204AD单片机实时采样输出的电压电流信号，并从霍尔传感器中检测漏电流大小实现漏电保护，设计框图如图1所示。
图1 系统设计框图
二、主选芯片的介绍
2.1 STC12C5204AD单片机芯片介绍
本次设计选用的单片机是由STC生产的单机器周期的单片机,根据本次电路设计的需要，它具有处理速度快，功耗低，抗干扰能力强的特点，并且完全兼容传统的8051单片机的指令代码，并且速度快了接近10倍左右,并且内部集成了专用的MAX810复位电路,还有双路PWM,同时内置8位的A/D转换功能,转换速度300K/S,以上的特性完全符合本次电路的需要。
以下是关于STC12C5204AD芯片的主要功能特性一些简单的描述：
加强型的8051单片机,单时钟周期,并且完全兼容传统的8051的单片机指令。
作为工作电压为5V的单片机,可以允许电源端输入的工作电压为3.3V-5.5V的电压输入,对于电源的输入要求较为宽松,本次前端的5V直流稳压输出正好满足了此单片机的工作。
可变的工作频率在0到35MHz之间,因为是传统的8051工作速度的10倍左右，基本等效于普通8051单片机的0到350MHz，工作速度很快。
内部拥有4K的用户应用程序空间，容量完全可以满足于本次程序的编写。
单片机内部继承了256Byte的RAM。
根据不同的情况，可以使用的通用I/O 口为27、23、15、13、11 个。
可以满足在系统可编程和在应用可编程，并且不需要专用的编程器，不需要专用的仿真器，可以通过串口P30和P30直接下载用户编好的程序，可以快速的完成一个程序的少些，非常的方便。
此次选用的芯片带有带电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，可以用来存放硬件设置的数据不会因为紧急的断电而丢失程序的功能
内部集成定时器电路,可以实现看门狗功能。
内部继承了MAX810的专用的复位电路，不需要外加复位电路，可以减少电路搭建的负担。
内部含有一个掉电检测的电路,在P12口有一个低压门槛比较器用来掉电检测
内部共内置了4个16位的定时器。
内部含有2个时钟的输出口,并且可以由T0的溢出在P34(T0)输出时钟，也可以由T1的溢出在P35(T1)输出时钟。
内部拥有外部中断I/O口6路,并且是传统的下降沿中断或低电平触发中断,并且新增了支持上升沿中断的PCA模块。
拥有PWM和PCA各2路。
内部集成了8位的A/D转换电路,转换速度可以达到300K/S(等效转换30万次/每秒)速度非常的快。
拥有通用全双工异步串行口(UART)，因为芯片是高速芯片，可以再用定时器或者是PCA软件实现多串口的功能。
工作温度范围基本涵盖了日常所能遇到的情况工业级的是-40度到80度，而商业级的工作温度是0度-75度，因为本次设计出于成本和购买便利性选择了商业级的芯片，并且单片机在工作时会出于微发热状态很难会超过75度或者低于0度，所以商业级芯片基本满足本次设计。
附录3:PCB图
单片机部分PCB图
直流稳压电源部分PCB图
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