全国电子设计大赛——开关稳压电源报告
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全国大学生电子设计大赛稳压电源设计报告稳压电源摘要:本稳压电源,由变压器次级绕组接入,通过桥式整流和电容滤波,经过LM7812、LM7912稳压,形成典型的双电源稳压电路,输出±12V 100mA电流。
桥式整流后的电压,经过LM2576降压后,输出+5V电压,给后一级的LDO稳压电路供电,AS1117在满载(800mA)时,压差仅1.2V。
用+5V供电,可以保证其工作在线性状态,3.3V输出稳定。
关键字:LM7812、LM7912、LM2576、AS1117Abstract:The regulated power supply, the transformer secondary windings access, through the bridge rectifier and capacitor filter, through the LM7812, LM7912 voltage regulator, the formation of double power supply circuit, the output current of the 100mA + 12V. After the bridge rectifier voltage, through the LM2576 step-down, output +5V voltage, LDO voltage regulator circuit power level to, AS1117 at full load (800mA), pressure difference is only 1.2V. With +5V power supply, can ensure that the work in the linear state, the 3.3V output stability.Keywords: LM7812、LM7912、LM2576、AS1117目录一、前言 (1)二、方案论证与比较 (1)方案一 (1)方案二 (1)方案三 (2)方案四 (2)三、单元模块的设计 (3)1、前级稳压电路的设计 (3)2、5V稳压电路的设计 (3)3、后级稳压电路的设计 (4)四、系统调试: (5)五、系统功能与指示参数: (6)六、检测输出电压和电流: (7)1、检测方法 (7)2、测试方案 (7)3、检测仪器 (8)4、测试结果与分析 (8)七、设计总结 (8)八、参考文献: (10)九、附: (10)1、系统原理图: (10)2、PCB图: (10)一、前言本电源是专门为电子竞赛设计的,主要用于电子竞赛中设计的电子系统供电。
2007年全国大学生电子设计竞赛一等奖作品开关稳压电源发布时间: 2007-11-27 20:27:22作者:责任编辑:开关稳压电源作者:陈国贞陈涛李强一等奖作品摘要:使用PWM控制器SG3524设计并制作了一种推挽型DC/DC变换器,输出电压可在30~36V可调,系统效率可以达到92%。
整个变换器由C8051F020型单片机作为控制核心,可以将输入输出电压、电流和系统效率显示出来,并可以对输出电压预设和步进调整,还可以实现过流保护和过压欠压指示,完成了基本部分和发挥部分的所有要求。
关键词:推挽 SG3524 C8051F020Abstract: Using PWM controller SG3524, we designed and produced a push-pull DC/DC converter ,whose output voltage can be adjustable from 30V to 36V .The system efficiency can reach 92%.The converter uses C8051f020 as a controller .The input and output voltage ,input and output current ,and system efficiency can be displayed . It also has over-current protection ,over-voltage and under-voltage instructions. You can preset and step the output voltage. The converter realizes all the basic part and exertion part requirements.Keywords:push-pull SG3524 C8051F020一、系统方案选择与论证1.主回路拓扑方案选择与论证方案一:非隔离式升压型DC/DC变换器(图省)如图1,功率开关管和负载直接与整流电路串联,输出电压可以通过公式一求得,该方案简单,调整方便,可靠性高,但是在大功率输出时效率提到很高则变得非常困难,而且输入输出之间没有电的隔离。
全国大学生电子设计大赛稳压电源设计报告学校:河南机电高等专科学校组别:第一组参赛学生:指导老师:日期: 2013年7月摘要:本设计是一个输出多种伏值的稳压电源,它以LM7812、LM7912、LM2576和AS1117为基础,通过变压器将交流220V电源变成±15V电源,再经二极管整流、电容滤波和稳压块稳压而成.元器件选择比较恰当,电路布局比较合理,实现了相应的功能,但是输出结果还有些误差,还需进一步更正修改。
关键词:稳压电源;LM7812;LM7912;LM2576;AS1117Abstract:T he design is a voltage-stabilized source which couldoutput a variety of amplitude .It is based on LM7812、LM7912、LM2576 and AS1117,through the transformer will be the AC 220V power supply into ±15V power supply, through diode rectifier、capacitance filter and voltage regulator tube voltage regulator and become. The component selection is appropriate, the circuit layout is reasonable and realize the corresponding function ,but the output has some error, still need further correction of the change.Keywords: voltage-stabilized source LM7812 LM7912 LM2576 AS1117目录全国大学生电子设计大赛 (1)稳压电源设计报告 (1)1.方案论证与比较 (1)1.1 方案一 (1)1.2 方案二 (1)1.3 方案三 (2)1.4 方案四 (3)2.方案分析比较与确定 (3)3.系统设计 (3)3.1 总体设计 (3)3.2 单元电路设计 (4)3.2.1 ±12V电压输出模块 (4)3.2.2 +5V电压输出模块 (5)4.系统调试 (5)5.系统功能、指标参数 (6)6.设计总结 (6)7.参考文献 (6)8.附录 (7)附录1 电路原理图 (7)附录2 PCB板电路图 (7)附录3 元器件清单 (8)1.方案论证与比较1.1 方案一采用开关稳压电源。
开关稳压电源设计报告摘要 本设计是对2007年全国大学生电子竞赛的E 题。
电路的设计是利用并联型开关稳压电源的拓扑结构,通过分析以ICTL494芯片为核心的PWM 控制器的工作原理,实现了DC —DC 变换。
得出适合于设计要求的主电路的结构,并在此基础上设计出控制电路、保护电路、驱动电路。
运用调节占空比的大小自动控制输出电压,并对各部分电路的原理进行分析。
设计出电路的闭环控制系统,使电源工作在一个稳定的系统,并留出20%较大的控制余量。
根据设计要求以及主电路的结构,对电路中各参数进行计算。
最后对电路进行测试,并根据其进行改进。
关键词:开关稳压电源 PWM ICTL494芯片 驱动电路1.题目分析与方案论证:R LU 1=开关稳压电源图1 电源框图a. 题目分析: 题目给出的框图如图1所示。
该方案是通过变压器降压,再经过整流电路、滤波电路得到直流电,再经过DC-DC 的变换控制电路,得到要求的直流电。
要使电路能达到设计要求,DC-DC 变换的关键是PWM 控制。
它是开关电源的核心部分,由功率变换和高频整流两部分组成。
题目需要将直流电源转换成大于输入电压的稳定的输出电压。
串联型稳压电路是降压型的电路,并联型稳压电路是升压型的电路。
所以我们采用的并联型开关稳压,通过升压电路,能使得输出电压大于输入电压。
通过调节占空比使输出电压为30V-36V 可调。
图2 方案一框图图3 方案二框图方案一的电路简单,清晰,易于操作调试。
且PWM的的外围参数设置方法多样。
易控制方案二的优点是线性可调,但是高频变压器绕制要求较高,整体配置调试难度大。
因此,我们选择方案一。
2.桥式整流电路与电容滤波电路图4 桥式整流电路与电容滤波电路首先把交流电转化成直流电。
这里采用桥式整流。
桥式整流与半波整流的相比,输出电压的脉动小很多。
由于还需要进行DC-DC的确变换,对直流的要求不是很高,所以在整流后只加上一个电容进行滤波,以减小整流后直流电中的脉动成分。
开关稳压电源(E)题设计报告摘要基于现代电力电子变换和控制理论,采用移相全桥零电压零电流软开关等先进技术,实现了开关稳压电源。
软开关技术的采用降低了开关损耗,提高了效率。
控制电路以移相全桥软开关专用芯片UC3875为核心组成,外围器件少,实现简单;以MOSFET 作为功率开关器件,可以使变换器工作在较高的开关频率;采用脉冲变压器作为驱动,减少了所需的驱动电源;以UC3842构成的开关电源作为控制电路的电源,进一步提高了电路的效率。
数字设定及显示电路由单片机C8051来实现,通过键盘可以对输出电压进行设定和调整,并能够直观方便显示各种主要参数。
测试结果表明,设计的开关稳压各项技术指标达到或超过设计要求。
电源具有输出电压控制精度高、纹波小、效率高,工作可靠等优点。
一、方案论证本电路的设计主要分为DC-DC主回路拓扑和控制电路两大主要部分。
1.DC-DC变换器主回路拓扑的选择DC-DC变换器主电路拓扑主要有单端式、推挽式、半桥式、全桥式几种结构型式,前三种拓扑结构适用小功率的应用场合,可以满足本题中输出功率的设计要求。
但考虑题目对效率提出了较高的要求,故本设计采用了便于实现软开关的全桥式拓扑结构。
采用移相全桥软开关的工作模式,可以降低功率器件的开关损耗,提高变换效率。
采用的全桥式主电路拓扑结构如图1所示。
LR2图1 全桥式开关电源主电路拓扑结构2.控制方法及实现方案对于全桥式拓扑变换结构,目前最常用的为两种方式:一种为常规的脉宽调制(PWM)控制方式,另一种为移相(phase-shifting-control)PWM控制方式。
Q 1Q 2Q 3Q 4(a) 双极性控制方式Q 1Q 2Q 3Q 4(b) 移相控制方式常规PWM 控制方式中,斜对角功率开关管Q 1、Q 4为一组,同时导通或截止;Q 2、Q 3为另一组,也同时导通或截止。
在这种控制方式中,功率变换是通过中断功率流和控制占空比的方法实现的,工作频率恒定。
双向DC-DC变换器(A题)【本科组】摘要本作品设计了一个电池储能装置的双向DC-DC变换器,实现电池的充放电功能;其中,双向DC/DC电源模块采用IR2110直接驱动功率开关管IRFS3607进行设计;并双向DC/DC电源模块是以BUCK/BOOST拓扑为基础;通过低功耗的ARM微处理器Cotex M3控制芯片输出互补的PWM波来控制IR2110,从而控制功率开关管,实现自动切换BOOST电路或BUCK电路,同时,设定按键,来实现电池的充放电,并且利用按键来调节步进值。
经过测试,在充电过程中,当U2=30V时,电池恒流充电,电流控制精度Eic取平均值为1.7%。
当设定I1=2A,在U2=30V条件下,效率n1为93.5%,在放电模式时,保持U2=30V, 效率n1为96.55%。
本作品已经均达到题目的要求。
关键词:双向DC-DC变换器、双向拓扑、PWM技术、ACS712-21系统方案本系统主要由双向DC-DC变换模块、辅助电源模块、测控电路模块、电池组、直流稳压电源模块组成,下面分别论证这几个模块的选择。
1.1 双向DC-DC变换模块的论证与选择方案一:采用双全桥式拓扑,利用IR2110来驱动二个功率开关管IRF540。
但是,双全桥式拓扑结构比较复杂,IRF540内阻值较大,损耗较大。
在测试中,效率较低。
方案二:采用BUCK/BOOST式拓扑,利用IR2110来驱动二个功率开关管IRFS3067。
方案分析:方案一的电路复杂,损耗大,效率较低。
方案二电路结构简单,效率高,容易制作。
综合以上二种方案,选择方案二。
1.2 测控电路模块的论证与选择方案一:采用直接分阻分压的采集电压,测量的电压误差很大。
电流采集选用INA209来采集电流,比较难采集。
控制芯片STC89C52。
方案二:通过接LM358运放,再分阻分压的采集电压,测量的电压更加精准。
电流采集选用ACS712-5A来采集电流,测量精度比较准确。
开关稳压电源设计报告<1)摘要基于电路设计的要求,开关稳压电源电路主要由隔离变压、整流滤波、DC -DC变换器、控制系统、显示等电路模块组成。
选择了Boost升压变换器实现DC-DC变换,电路结构简单,转换效率高;选用小导通电阻、高开关速度的IRF640管为开关管,选用快速恢复二极管RHRP15120整流,减少反向导通时间,降低损耗。
控制系统选用单片机ADuC812和脉宽调制控制器SG3525通过双闭环回路共同控制DC-DC变换电路,实现输出电压稳定、可调;SG3525产生高频脉冲控制DC-DC变换,ADuC812实现显示、A/D和D/A转换、过流保护、处理电压反馈信号、对ADuC812进行控制、显示和人机交换等功能。
通过实验验证电路实现了设计要求的全部基本指标,并且DC-DC变换效率达到85%。
电路设计还有很多不足,各项设计指标还有待进一步提高。
1系统方案设计与论证1.1 设计思路基于题目的基本要求,可以采用图1所示的方案。
系统主要由隔离变压、整流滤波、DC—DC变换器、控制系统、显示等电路模块组成。
隔离变压模块实现220VAC变压为1 8VAC,再经整流滤波电路转换为直流电压;控制器模块实现数码管显示、A/D和D/A转换、过流保护、DC—DC电压输出控制和稳压、显示、人机交换等功能。
过流保护电路实现输出电流过流保护功能;同时,电压负反馈电路进一步对负载电压进行精确控制。
1.2方案的论证1.2.1 DC-DC主回路拓扑设计的要求是进行升压变换,选择了Boost变换器。
Boost换器电路结构简单,由开关管、二极管、电感、电解电容等元件组成,便于进行电路设计,稳压性能优,并且转换效率高。
原理图如图2所示。
开关稳压电源设计报告<2)[接<1)]1.2.2控制方法及实现方案控制系统有两种设计方案:(1> 方案一:单片机来实现整个系统的控制。
该方案的优点:布线简单,硬件设计节省时间;该方案的缺点:⒈控制软件编程工作量大、难度大;⒉所有的控制都由单片机来实现,对单片机的硬件资源要求很高;⒊该设计要求对DC-DC变换器实现PWM控制的开关频率至少要为100KHZ,这是单片机难于实现的。
开关稳压电源摘要:本系统以直流电压源为核心,MSP430F149单片机为主控制器,通过键盘来设置直流电源的输出电压,设置步进。
并可由LED显示实际输出电压值。
本系统由单片机程控输出数字信号,经过D/A转换器输出,实现数字给定。
实现数控可调稳压。
单片机系统还兼顾对恒压源进行实时监控,输出电压经过采样后,通过A/D转换芯片,实时把模拟量转化为数据量,再经单片机分析处理,通过数据形式的反馈环节,使电压更加稳定,这样构成稳定的电压源。
关键词:数控恒压源闭环控制一.设计任务及要求1.设计任务: 设计制作具有一定电压范围和功能的数控电源.2.设计要求在电阻负载条件下,使电源满足下述要求:1.基本要求(1)输出电压U O可调范围:30V~36V;(2)最大输出电流I Omax:2A;(3)U2从15V变到21V时,电压调整率S U≤2%(I O=2A);(4)I O从0变到2A时,负载调整率S I≤5%(U2=18V);(5)输出噪声纹波电压峰-峰值U OPP≤1V(U2=18V,U O=36V,I O=2A);(6)D C-DC变换器的效率η≥70%(U2=18V,U O=36V,I O=2A);(7)具有过流保护功能,动作电流I O(th)=2.5±0.2A;2.发挥部分(1)进一步提高电压调整率,使S U≤0.2%(I O=2A);(2)进一步提高负载调整率,使S I≤0.5%(U2=18V);(3)进一步提高效率,使η≥85%(U2=18V,U O=36V,I O=2A);(4)排除过流故障后,电源能自动恢复为正常状态;(5)能对输出电压进行键盘设定和步进调整,步进值1V,同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。
(6)其他。
二、总体方案论证与比较方案一:采用51系列单片机作为整机的控制单元,通过改变输入数字量来改变给定信号间接地改变输出电压的大小。
为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小,可以经过ADC进行模数转换,间接用单片机实时对电压进行采样,然后进行数据处理及显示。
开关稳压电源全国大学生电子设计竞赛全国一等奖摘要:本系统从使用简单、测试方便、功能完备、成本低廉,用户界面友好出发,以Boost DC/DC变换器作为主要功能模块,通过电压反馈实现电压的稳定输出。
采用Atmaga16单片机,开发了全程中文菜单操作环境,具有全中文提示和电压电流显示,通过键盘实现输出电压的步进调整,并且有时间和温度显示。
输出电压30-36V可调,最大输出电流达2A,并且具有过流保护和自动恢复的功能。
输出噪声纹波电压峰-峰值小于1V,变换器效率超过85%。
关键词:开关电源,电压可调,过流保护,高效率。
Abstract:We design our system at the standing point of the use of simple, convenient testing, a fully functioning, low-cost and user-friendly. The key function module of our system is a Boost DC / DC converter, and it achieved stable output voltage through voltage feedback. We developed a wholly Chinese developing and operating environment using a ATmaga16 MCU. The system can display the value of output current and voltage, and the output voltage can be adjusted from 30V to 36V through the keyboard, and the maximum output current is 2A. The system has a function of over-current protection, and it can return to the normal state automatically when the current is under the threshold value. The output-voltage ripple noise of the system is lower than 1V, and the converter efficiency of over 85%.Keywords:Switching Power Supply, Voltage adjustable, Over-current protection, High efficiency1. 方案论证根据设计要求,本系统主要由前级滤波部分、交流降压部分、整流滤波部分、DC/DC转换部分、PWM产生及输出反馈部分、控制部分、保护部分等组成。
开关稳压电源1.方案论证本设计是根据本次电子竞赛题目的基本要求所制作的开关稳压电源,系统分为AC-DC变换电路、DC-DC变换电路、数字设定与显示电路、保护和测量电路等四部分。
现对系统重要部分作方案论证。
1.1 DC-DC主回路拓扑的选择根据题目要求D C-DC变换器由以下两种方案可实现:1)采用Boos t型拓扑结构变换器实现;2)采用推挽型拓扑结构变换器实现。
Boost变换器容易实现,且技术成熟;推挽变换器中可能出现单向偏磁饱和,容易使开关管损坏。
经比较,决定主回路拓扑结构采用B oost型拓扑结构变换器。
1.2 控制方法方案一脉冲宽度控制脉冲宽度控制是指开关工作频率(即开关周期)固定的情况下直接通过改变导通时间来控制输出电压大小的一种方式。
因为改变开关导通时间就是改变开关控制电压的脉冲宽度,因此又称脉冲宽度调制(P WM)控制。
方案二脉冲频率控制脉冲频率控制是指开关控制电压的脉冲宽度不变的情况下,通过改变开关工作频率(改变单位时间的脉冲数,即改变T)而达到控制输出电压大小的一种方式,又称脉冲频率调制(PFM)控制。
PWM控制方式因为采用了固定的开关频率,因此,设计滤波电路时就简单方便,而脉冲频率控制方式开关频率不确定,滤波电路较复杂,对硬件要求高。
所以采用方案一作为控制方法。
1.3提高效率的方法提高开关电源的效率方法:(1)采用软开关PWM变换控制技术提高效率;(2)改进驱动电路及优选参数提高效率;(3)改进缓冲吸收电路及参数选取提高效率;(4)改进磁性部件的设计提高效率;(5)正确选取功率器件,降低损耗提高效率等。
本设计采用提高效率的方法有:(1)改进缓冲吸收电路及参数选取提高效率;(2)改进磁性部件的设计提高效率;(3)正确选取功率器件,降低开关损耗提高效率。
开关稳压电源摘要:本设计的开关电源由隔离变压器、整流滤波和DC—DC变换网络组成。
设计的关键是DC~DC变换器,它包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器等所有功率器件和控制模块,而控制模块的设计又是DC/DC的核心,我们使用PWM调制的专用芯片UC3842来实现DC/DC变换的控制模块。
芯片内部集成了振荡器(由外接电阻电容来决定频率),误差比较器,PWM调制器等,有保护电路和驱动电路。
为达到电源数字化,显示实时电压值和使用按键步进输出电压值,采用了单片机AT89S52控制UC3842开关电源模块的方法来实现。
关键字:整流滤波 PWM调制 boost升压 DC-DC变换器一、引言电源是所有用电设备的心脏.为设备提供动力。
而直流开关电源是各种电源中应用范围最广和市场最大的一种,包括AC/DC和DC/DC。
直流开关电源经过几十年的发展,集中了许多高新技术,包括新型功率半导体器件、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术,已经形成了具有高工作频率、高效率、高功率密度、高可靠性等特征的现代直流开关电源。
1.1基本要求在电阻负载条件下,使电源满足下述要求:(1)输出电压U O可调范围:30V~36V;(2)最大输出电流I Omax:2A;(3)U2从15V变到21V时,电压调整率S U≤2%(I O=2A);(4)I O从0变到2A时,负载调整率S I≤5%(U2=18V);(5)输出噪声纹波电压峰-峰值U OPP≤1V(U2=18V,U O=36V,I O=2A);(6)DC-DC变换器的效率 ≥70%(U2=18V,U O=36V,I O=2A);(7)具有过流保护功能,动作电流I O(th)=2.5±0.2A;二、系统设计2.1方案选择方案一:单片机来实现整个系统的控制。
布线简单,硬件设计节省时间;控制软件编程工作量大、难度大;所有的控制都由单片机来实现,对单片机的硬件资源要求很高,这是单片机难于实现的。
方案二:DC-DC主回路拓扑采用BOOST型DC-DC升压方式,如图1。
使用单开关管,能降低开关管损耗,且控制容易,电路较为简洁,但在功率较高的情况下,电感设计要求较高,经验成分多,设计不好会造成过大的冲击电流,影响效率也容易使开关管损坏。
采用集成的开关电源控制芯片UC3842,外围器件少,PWM波形精确,性能良好。
图1 BOOST升压电路综合考虑,UC3842 是高性能固定频率电流模式控制器,专为离线和直流至直流变化器应用而设计,可具有可微调的振荡器、能进行精确地占空比控制、高增益误差放大器,扩展能力强,与单片机搭配,对系统的控制更为方便。
故本次设计我们选用方案二。
三系统硬件电路设计3.1系统整体框图整体电路图如图2所示,电路图由三部分组成(1)启动电路,即降压整流滤波电路,这部分主要是得到DC-DC的输入电压和为UC3842提供驱动电压。
(2)PWM脉冲控制驱动电路,它的主体是一个UC3842芯片,以及它的外围电路组成。
用它的⑥脚的输出脉冲控制MOS管的工作,并且它自带保护脚③,很简单方便。
(3)输出部分,它是由一个升压直流斩波电路构成,结构原路简单。
图2 系统整体框图3.2启动电路启动电路图如图3,输入的220V交流电经过桥式整流以及C1C2滤波过后变成脉动的直流电压,此电压经通过电阻R2分压给UC3842提供启动电压,当电压达到16v时达到芯片的启动电压,UC3842开始工作并提供驱动脉冲, UC3842的启动电压大于16 V,启动电流仅1 mA即可进入工作状态。
处于正常工作状态时,工作电压在10~34 V之间,负载电流为15 mA。
超出此限制,开关电源呈欠电压或过电压保护状态,无驱动脉冲输出。
图3 整流滤波电路3.3 PWM脉冲控制驱动电路PWM脉冲控制驱动电路如图4所示,UC3842误差放大器的输出端脚l与反相输入端脚2之间外接补偿网络R3、C2。
R3、C2的取值取决于UC3842环路电压增益、额定输出电流和输出电容,通过改变R3、C2的值可改变放大器闭环增益和频响。
为使环路得到最佳补偿,可测试环路的稳定度,测量I0脉动时输出电压V0的瞬态响应来加以判断。
当UC3842的脚③电压升高超过1V或脚1电压降到1V以下,都可使PWM比较器输出高电平,造成PWM锁存器复位。
根据UC3842关闭特性,可以很容易在电路中设置过压保护和过流保护。
本电路中R5上感应出的峰值电流形成逐个脉冲限流电路,当脚③达到1V时就会出现限流现象,所以,整个电路中的电感磁性元件和功率开关管不必设计较大的余量,就能保证稳压电路工作可靠,降低成本。
作为开关器件使用的晶体管, 除了要具有放大特性以外, 更重要的是应具有开关快速和输出功率大等优点。
可选用IRF540N型开关管,完全可以满足要求。
图4 PWM脉冲控制驱动电路3.4 电路输出部分的设计根据设计要求,输出电路部分采用升压式斩波电路。
这一部分电路由电感、续流二级管、电容及负载电阻组成。
如图5所示:图5 电路输出部分电路图3.5 单片机控制UC3842开关电源模块的结构设计开关稳压电源在长期工作中,分立元件(电阻、电容等)容易受温度等因素的影响而使自身参数发生改变,继而使输出电压漂移,偏离设定的电压值,用单片机系统构成的外部反馈正好可以弥补电压漂移这一缺点。
图6是单片机控制UC3842开关电源模块的原理框图:AT单片机通过AT89S51模数转换芯片接收UC3842开关电源的输出信号,通过单片机内部计算后得出的电压误差结果再通过DAC0832数模转换芯片转换成模拟电压反馈到UC3842开关电源模块的Feedback 端进输出电压的调整,重复整个过程至此电压稳定在预定的输出结果上,最终输出电压结果通过单片机控制液晶显示器(LCD)显示出来。
图6 单片机控制UC3842开关电源模块的原理框图在电压的调整过程中,当出现输出电流过大时,过流信号传至单片机的INT0中断口,由单片机调用中断程序,通过P3.6口控制稳压电源中的继电器工作,起到过流保护稳压电源的作用。
3.6 重要元器件的参数计算3.6.1 斩波电路各元器件选择(1)储能电感L根据输入电压和输出电压确定最大占空比。
由式(4-4)得5.03618360max =-=-≈O i V V V D (4-13) 当输出最大负载时至少应满足电路工作在CCM 模式下,即必须满足式(9)。
3.50850002)5.01(5.0)9.018(2)1()(20=⨯-⨯⨯-⨯=--≥f I D D V V L s i uH (4-14)同时考虑在10%额定负载以上电流连续的情况,实际设计时可以假设电路在额定输出时,电感纹波电流为平均电流的20%~30%,因增加△IL 可以减小电感L ,但为不增加输出纹波电压而须增大输出电容C2,取30%为平衡点,即A =-⨯=-⨯=⨯=∆2.15.0123.013.03.00)(D I I I ave L L (4-15)由(4-7)和(4-15)可得H I D V V L ave L s i μ1.178400002.15.0)9.018(/)()(=⨯⨯-=∆-= (4-16)L 可选用电感量为180~300μH 且通过5A 以上电流不会饱和的电感器。
电感的设计包括磁芯材料、尺寸、型号选择及绕组匝数计算、线径选用等。
电路工作时重要的是避免电感饱和、温升过高。
磁芯和线径的选择对电感性能和温升影响很大,材质好的磁芯如环形铁粉磁芯,承受峰值电流能力较强,EMI 低。
而选用线径大的导线绕制电感,能有效降低电感的温升。
(2)输出二极管D 和输出电容器C 的选择升压电路中输出二极管D 必须承受和输出电压值相等的反向电压,并传导负载所需的最大电流。
二极管的峰值电流Id(max)=ILP=5.11A ,本电路可选用6A /50V 以上的快恢复二极管,若采用正向压降低的肖特基二极管,整个电路的效率将得到提高。
输出电容C2的选定取决于对输出纹波电压的要求,纹波电压与电容的等效串联电阻ESR 有关,电容器的容许纹波电流要大于电路中的纹波电流。
电容的ESR<△V0/△IL=40x1%/1.33=0.3Ω。
另外,为满足输出纹波电压相对值的要求,滤波电容量应满足F I V DT V C O μ5.202400002%1405.03620201=⨯⨯⨯⨯=∆≥ (4-17)根据计算出的ESR 值和容量值选择电容器,由于低温时ESR 值增大,故应按低温下的ESR 来选择电容。
因此,选用200μF /50V 以上频率特性好的电解电容可满足要求。
3.6.2 单片机参与控制的BOOST 开关电源电路参数单片机参与控制的BOOST 开关电源电路图如图5所示。
由图7所设计的电源输出V out 结合UC3842S DATASHEEF in Application Noet 中的计算手册如下式:5.2)5.25.2(21+⨯--=R R V R V dacdac out (1)图7 单片机参与控制的BOOST 开关电源电路图显然,当DAC 输出V dac 变化时,V out 随之改变电压。
在稳态工作下,流过R 1的电流恒为2.5/R 1。
同时DAC 输出V dac 电压范围为0~5 V 。
设开关电源的电压调整范围为28~38 V ,则电压变化幅D out =38-28=10V 。
所以R 2与R dac 的比值满足:25R R 2=∆=out dac U (2) 即:dac R R ⨯=22,设在没有DAC 输出V dac 电压的作用下,V out =30 V ,则1125.2R R R V out += (3) 即:122.12R R ⨯=,令dac R =10k Ω,由上述式(1)、(2)得:R 1=1.52k Ω、R 2=20k Ω。
综上述:当dac R =10k Ω、R 1=1.52K Ω、2R =20k Ω,DAC 输出dac V 电压范围为0~5 V 时,开关稳压电源的输出电压在28v~38v范围内可调。
且DAC 输出每上升电压△U ,将引起开关电源输出电压下降2△U 。
DAC08032为8-bit 的数-模转换器,DAC 输出电压分辨率△U =5/255≈0.019 6 V ,所以开关电源输出最小调节量为2△U =0.039 2 V 。
四、软件设计软件流程图如图8所示:图8五、总结电子设备离不开电源,电源是电子设备的重要组成部分,电源的质量直接影响开关电子设备工作的可靠性。
本次我们设计boost 开关稳压电源,通过开关电源的设计,在进行硬件的验证,对分析结果进行验证。
系统的开关变换器的工作原理使用的是PWM(即脉宽调制法),这种方式中,电子开关按外加的控制脉冲信号而通断,与本身流过的电流、二端所加的电压无关。