實(shí)用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源競(jìng)賽文件

1、<p>　　實(shí)用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 摘要…………………………………………………………………………2</p><p>　　2 方案論證與描述……………………………………………………………3</p><p>　　2.1方案比較與論證………………………

2、………………………………3</p><p>　　2.1.1 DC-DC主回路拓?fù)洹?</p><p>　　2.1.2 控制方法及實(shí)現(xiàn)方案……………………………………………3</p><p>　　2.2總方案描述……………………………………………………………3</p><p>　　2.2.1總體思路………………

3、…………………………………………3</p><p>　　2.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框……………………………………………………3</p><p>　　2.2.3抗干擾措施………………………………………………………4</p><p>　　3 參數(shù)計(jì)算……………………………………………………………………4</p><p>　　3.1 推挽式升壓電路的參數(shù)

4、計(jì)算…………………………………………4</p><p>　　3.2 變換器效率計(jì)算………………………………………………………5</p><p>　　3.3 電感和電容的選取……………………………………………………5</p><p>　　3.3.1電壓的計(jì)算……………………………………………………5</p><p>　　3.3.2 占空比的計(jì)算

5、……………………………………………………5</p><p>　　3.3.3 電感電流連續(xù)時(shí)電感L的計(jì)算…………………………………5</p><p>　　3.3.4電容的選取………………………………………………………5</p><p>　　4 主要電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………5</p><p>　　4.1 輔助電路…

6、……………………………………………………………5</p><p>　　4.2 主要流程圖及PWM電路………………………………………………6</p><p>　　4.2.1主要流程圖………………………………………………………6</p><p>　　4.2.2 PWM控制電路及D/A所用芯片………………………………… 6</p><p>　　4.

7、3 保護(hù)電路…………………………………………………………………7</p><p>　　4.3.1 反向保護(hù)…………………………………………………………7</p><p>　　4.3.2 過(guò)流過(guò)壓保護(hù)……………………………………………………8</p><p>　　4.4 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………9</p><p>

8、;　　5 系統(tǒng)測(cè)試……………………………………………………………………9</p><p>　　5.1 測(cè)試方案與條件………………………………………………………9</p><p>　　5.1.1 測(cè)試儀器…………………………………………………………9</p><p>　　5.1.2 測(cè)試方案…………………………………………………………9</p><

9、p>　　5.2 測(cè)試結(jié)果與數(shù)據(jù)………………………………………………………9</p><p>　　5.2.1 電壓調(diào)整率測(cè)試…………………………………………………9</p><p>　　5.2.2 負(fù)載調(diào)整率測(cè)試…………………………………………………10</p><p>　　5.2.3 DC-DC變換器效率測(cè)試…………………………………………10</p&g

10、t;<p>　　5.2.4輸出噪聲紋波電壓測(cè)試…………………………………………10</p><p>　　5.3測(cè)試結(jié)果分析…………………………………………………………11</p><p>　　6 總結(jié)………………………………………………………………………11</p><p><b>　　摘要</b></p><

11、;p>　　本系統(tǒng)以開(kāi)關(guān)電源控制芯片SG3525為核心，采用MSP430F149低功耗單片機(jī)為主控制器，降低損耗率。采用兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管MOSLRF540N，肖特基二極管FR307以及電感斬波升壓電路，單片機(jī)根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)D/A信號(hào)做出調(diào)整，進(jìn)行閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。系統(tǒng)輸出直流電壓20至30V可調(diào)，電壓可以通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整，最大輸出電流達(dá)到1.5A，電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率都小于5%，DC-DC變換器的效率達(dá)到89%。并能對(duì)

12、輸入電壓、輸出電壓和輸出電流進(jìn)行測(cè)量和顯示。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞： </b></p><p>　　升壓拓?fù)潆娐?單片機(jī) 信號(hào)發(fā)生器</p><p><b>　　Abstract </b></p><p>　　This system to switch power supply c

13、ontrol SG3525 chip as the core, and adopting the MSP430F149 MCU is low power controller, reduce attrition rate. The two MOSLRF540N drive FR307 and inductance constitute A push-pull booster circuit, SCM according to the f

14、eedback signal to the D/A signal to make adjustments, closed loop control, so as to realize the output voltage. The system output DC voltage 20 to 30 v adjustable, voltage can through the keyboard Settings and stepping a

15、djustment, maximum outpu</p><p>　　Keywords: booster topological circuit MCU signal generator </p><p>　　2 方案論證與描述 </p><p>　　2.1方案比較與論證 </p><p>　　2.1.

16、1 DC-DC主回路拓?fù)?lt;/p><p>　　方案一：采用推挽拓?fù)洹?lt;/p><p>　　一方面推挽拓?fù)湟蚱渥儔浩涔ぷ髟陔p端磁化情況下而應(yīng)用在低壓大電流的小功率的場(chǎng)合。但推挽電路中的高頻變壓器若在在繞制中兩臂不對(duì)稱(chēng)，變壓器就會(huì)因磁通不平衡而飽和，從而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管燒毀。另一方面是由于電路中需要兩個(gè)開(kāi)關(guān)管，系統(tǒng)的損耗會(huì)增加。</p><p>　　方案二：采用單端反激拓?fù)?

17、lt;/p><p>　　單端反激電路結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，輸出端也無(wú)需濾波電感，常被應(yīng)用在大電壓小功率的場(chǎng)合。可以滿(mǎn)足本題中輸出功率的要求，但由于輸入電壓很小，使得輸入電流峰值很大，對(duì)高頻變壓器設(shè)計(jì)要求較高。</p><p>　　方案三：采用Boost升壓拓?fù)?lt;/p><p>　　Boost電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元件少，損耗少，轉(zhuǎn)換效率高。而且Boost電路能實(shí)現(xiàn)升壓。</p&g

18、t;<p>　　論證方案：在以上方案中，方案一與方案二不僅在電路結(jié)構(gòu)上會(huì)復(fù)雜化，制作也會(huì)增加難度。而方案三的電路轉(zhuǎn)換率高；而本系統(tǒng)只需輸出電壓升壓，所以選擇方案三Boost升壓電路作為本系統(tǒng)的主回路拓?fù)洹?lt;/p><p>　　2.1.2 控制方法及實(shí)現(xiàn)方案</p><p>　　方案一：用PWM專(zhuān)用芯片產(chǎn)生PWM控制信號(hào)。此方法容易實(shí)現(xiàn)，工作也穩(wěn)定，但不容易用鍵盤(pán)的設(shè)定和步進(jìn)的

19、調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的控制，且價(jià)格較貴。</p><p>　　方案二：是由SG3525AN產(chǎn)生PWM控制信號(hào)。單片機(jī)采樣電路，并根據(jù)所反饋的情況對(duì)PWM信號(hào)做出調(diào)整以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。這種方案可以針對(duì)本系統(tǒng)具體優(yōu)化。</p><p>　　綜合比較，選擇方案二。</p><p><b>　　2.2總方案描述</b></p><p&

20、gt;<b>　　2.2.1總體思路</b></p><p>　　系統(tǒng)由主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路組成。主電路輸入的直流電會(huì)經(jīng)過(guò)濾波，以減少干擾。再經(jīng)過(guò)Boost DC-DC電路輸出的電壓可調(diào)的20V至30V直流電；控制電路由單片機(jī)控制系統(tǒng)組成，單片機(jī)通過(guò)A/D對(duì)輸出的電壓、電流進(jìn)行采樣測(cè)量，實(shí)現(xiàn)D/A控制,對(duì)輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)節(jié)，并通過(guò)鍵盤(pán)輸入來(lái)設(shè)定輸出電壓大小；驅(qū)動(dòng)是用兩個(gè)LR

21、F540N開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)，提高效率；保護(hù)電路檢測(cè)輸出電流的大小，電壓的大小，實(shí)現(xiàn)過(guò)流過(guò)壓保護(hù)。一旦出現(xiàn)故障，立即封鎖驅(qū)動(dòng)電路的輸出，關(guān)斷開(kāi)關(guān)管，切斷DC-DC主電路，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)電路的目的。</p><p>　　2.2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框</p><p>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖如下圖所示。</p><p>　　2.2.3抗干擾措施</p><p>　

22、　1）不同級(jí)之間的電路盡量縮短連接線(xiàn)長(zhǎng)度。</p><p>　　2）萬(wàn)用板精心布局，PCB采用手工工藝，盡量減少分布參數(shù)的影響。</p><p><b>　　3 參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　3.1 升壓電路參數(shù)計(jì)算</p><p>　　升壓電路包括雙MOS管驅(qū)動(dòng)電路和升壓基本電路，如下圖所示。</p>

23、;<p>　　當(dāng)=15V，=30V，=1.5A時(shí),</p><p><b>　　==45W。</b></p><p>　　當(dāng)效率η取60%時(shí)，</p><p><b>　　=/η=75W</b></p><p><b>　　=/=5A。</b></p>

24、<p>　　3.2 變換器效率計(jì)算 </p><p>　　當(dāng)=20V， =30，=0.5 時(shí)，用萬(wàn)用表測(cè)的輸入電壓 輸入電流,同樣用萬(wàn)用表測(cè)輸出電壓輸出電流。</p><p>　　則效率P=/*100/%</p><p>　　3.3 電感和電容的選取</p><p>　　3.3.1電壓的計(jì)算：的變化范圍為15V至25V，

25、由=**0.9，得的變化范圍為19.09至31.82V。</p><p>　　3.3.2占空比的計(jì)算：輸出電壓的變化范圍為20至30V，在電路中由公式/=1/1-D,得D的變化范圍為-0.59至0.337.</p><p>　　3.3.3電感電流連續(xù)時(shí)電感L的計(jì)算：</p><p><b>　　==400uh</b></p>&l

26、t;p>　　3.3.4電容的選?。?lt;/p><p>　　△=D/RC,計(jì)算濾波電容C，得出C為4700uF。</p><p><b>　　4 主要電路設(shè)計(jì)：</b></p><p><b>　　4.1 輔助電路</b></p><p>　　4.2 主要程序流程圖及PWM電路</p>

27、<p>　　4.2.1 主要程序流程圖</p><p>　　4.2.2 PWM控制電路及D/A所用芯片</p><p><b>　　4.3 保護(hù)電路</b></p><p>　　在升壓電路前加入防反接保護(hù)。過(guò)流過(guò)壓保護(hù)。硬件設(shè)計(jì)如下圖所示。 </p><p>　　4.3.1 反向保護(hù)</p&g

28、t;<p>　　另外就是保護(hù)電路采用軟、硬結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。對(duì)采樣電阻上信號(hào)進(jìn)行濾波放大后，通過(guò)比較器與設(shè)定的保護(hù)動(dòng)作值進(jìn)行比較，若比設(shè)定的保護(hù)動(dòng)作的值高則會(huì)通過(guò)軟件檢測(cè)過(guò)流信號(hào)的高電平，繼而使繼電器動(dòng)作切除負(fù)載，同時(shí)封鎖PWM輸出。當(dāng)電流恢復(fù)正常后，會(huì)判斷過(guò)流的故障是否已排除。軟件設(shè)計(jì)通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)當(dāng)過(guò)流故障排除后，電源自動(dòng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。如下圖：</p><p>　　4.3.2過(guò)流過(guò)壓保護(hù)電路&

29、lt;/p><p>　　4.4 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)通過(guò)A/D對(duì)輸出的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采樣，并通過(guò)液晶顯示電壓、電流的數(shù)值，并在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)數(shù)字D/A的增量式調(diào)節(jié)，進(jìn)而對(duì)PWM的占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，以確保在輸入直流電壓改變或負(fù)載改變過(guò)程中輸出電壓的恒定。并通過(guò)鍵盤(pán)輸入所需的的值實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。在電流采樣電路中利用了電感，這使采樣控制電路與后級(jí)相互隔離。</p>

30、<p><b>　　5 系統(tǒng)測(cè)試</b></p><p>　　5.1 測(cè)試方案與條件</p><p>　　5.1.1 測(cè)試儀器 </p><p>　　5.1.2 測(cè)試方案</p><p>　　輸入電壓和輸出電壓給一個(gè)定值，然后用萬(wàn)用表測(cè)量分別測(cè)出輸入的實(shí)際電壓電流和實(shí)際輸出的電壓電流，多測(cè)幾次，記錄下來(lái)即可

31、。</p><p>　　5.2 測(cè)試結(jié)果與數(shù)據(jù)</p><p>　　5.2.1 電壓調(diào)整率測(cè)試（電流為0.5A）</p><p>　　電壓調(diào)整率是指一次電壓保持不變（比如為額定值），在某一個(gè)負(fù)載性質(zhì)（功率因數(shù)）某一個(gè)負(fù)載電流時(shí)，二次的空載電壓與負(fù)載電壓之差除以空載電壓的百分?jǐn)?shù) 。</p><p>　　測(cè)試方法：調(diào)整負(fù)載保持輸出電流=0.5A,

32、兩組交流輸入電壓 從15V變到25V，并用數(shù)字表測(cè)輸出電壓的變化范圍，記錄其數(shù)值，并計(jì)算出其電壓調(diào)整率。數(shù)據(jù)如下表所示。</p><p><b>　　電壓調(diào)整率測(cè)試數(shù)據(jù)</b></p><p>　　由上面的數(shù)據(jù)可知電壓調(diào)整率。</p><p>　　5.2.2 負(fù)載調(diào)整率測(cè)試(電壓為18V)</p><p>　　負(fù)載調(diào)整率

33、是輸出電流從0變化到額定最大電流時(shí)，輸出電壓的變化量和輸出電壓的百分比。</p><p>　　測(cè)試方法：輸入電壓18V保持不變，通過(guò)對(duì)負(fù)載的調(diào)整使得電流由0至0.5A之間緩慢變換，分別記錄在不同電流情況下的數(shù)值，并在此條件下計(jì)算出負(fù)載調(diào)整率。具體的數(shù)值如下圖表所示。</p><p><b>　　負(fù)載調(diào)整率測(cè)試數(shù)據(jù)</b></p><p>　　

34、由上面的數(shù)據(jù)可知負(fù)載調(diào)整率為0.6%。</p><p>　　5.2.3 DC-DC變換器效率測(cè)試</p><p>　　測(cè)試條件是=20V， =30V，=0.5A 。測(cè)得電流為0.9A.</p><p><b>　　由P=/得，</b></p><p>　　P=0.85即效率為85%。 </p><p

35、>　　5.2.4輸出噪聲紋波電壓測(cè)試</p><p>　　波紋是在額定負(fù)載電流下，輸出紋波的有效值與輸出直流電壓之比。</p><p>　　當(dāng)=20V， =30V，=0.5A時(shí)，測(cè)得的峰峰值為270mv </p><p><b>　　5.3測(cè)試結(jié)果分析</b></p><p><b>　　6 總結(jié)<

36、/b></p><p>　　總結(jié)這次的制作的過(guò)程，主要收獲有：在設(shè)計(jì)方面，我們使用A/D與D/A的轉(zhuǎn)化，并使用了兩個(gè)開(kāi)關(guān)管來(lái)驅(qū)動(dòng)，在一定程度上提高了效率。用單片機(jī)采樣，對(duì)電流和電壓進(jìn)行檢測(cè)分析，并可通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)計(jì)電壓的大小。在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)習(xí)到的就是團(tuán)結(jié)，團(tuán)結(jié)是一個(gè)團(tuán)隊(duì)必須要具備的基本精神，然后就是分工合作的必要性。另外就是平時(shí)要多動(dòng)腦，多動(dòng)手，多看書(shū)，多積累，理論和實(shí)際操作結(jié)合，才能有更貼切、更真實(shí)的體會(huì)。