基于开关电源设计的报告总结
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设计并制作所示的开关稳压电源。
R L
U 1=
开关稳压电源
题目要求变压器把市电转变为15V —21V ,正常情况下为18V ,经合适的变换器,输
出30—36V 步进可调的电压,其输出最大电流可达2A ,电压调整率及负载调整率小于2%,电源效率大于70%。
一、变换器的选择:
拿到这个题目,首先是要选择合适的变换器,已知输入电压15V -21V ,输出电压30-36,那么很明显要先择升压电路,以下是常用的具有升压功能的变换器:
1.单管反激式 :
o 1in D
U n
U D
=- 其中D 为开关PWM 的占空比
2.半桥逆变—整流电路
o in U nDU =
3.全桥逆变-整流
o 2in U nDU =
4.双Boost 电路
o 1in
U U D
=
-
5.Boost 电路
o 1in
U U D
=
-
6.Buck-Boost 变换电路
o 1in U U D =
-
以上这6种电路,只要选择合适的n和调整合适的占空比D就能得到输出电压大于输入电压的升压变换电路,以下是这几种电路的特点:
根据以上比较可以看出,该电路要求输出的电压较小,输出电流也较小,但对纹波指标要求较高,因此可选择比较容易控制,电路较简单的Boost升压变换电路。
二、控制方案选择
1.采用单片机产生PWM信号控制,控制比较灵活,可以通过键盘设定对输出电压步进调整,但电路设计比较复杂,需要对反馈回路和驱动电路单独进行设计,同时对软件的要求也比较高。下面对该控制方案进行具体分析:
首先,在单片机的选择上,由于比赛要求,单片机选择肯定是TI公司的MSP430,但是就我们目前的学习来看,有两款可供选择,MSP430F149和MSP430G2553,MSP430G2553有20个引脚,IO口有16个,如果仅仅用来做显示液晶使用,IO端口还够用,但如果用来控制开关管,同时还要进行过流检测和电压电流保护功能,则IO端口需要用专用芯片扩展,如果选择MSP430F149,则该单片机有64个引脚,48个IO端口,对该电路来说,具有充足的IO口余量,但同时也增加了电路的复杂性,不过在理论上这两款单片机都是可行的。
其次,由于单片机不可能直接去控制开关管,所以需要单独的驱动电路,常用的驱动芯片有IR2302、IR2110、IR2104、IR2153
以下是这些芯片的电气特性:
从上表中对比可以看出,IR2110的在性能上优于IR2104和IR2302,但就电路而言,IR2110是14脚的,比8脚的IR2104和IR2302要复杂,若要设计比较好的电路,还是优先选择IR2110和IR2153
反馈网络设计:
对于反馈网络,有多种方案,(1)最简单的的就是直接让单片机通过AD对输出电压进行采样,再根据比例调控PWM占空比稳定输出电压,这种方法电路比较简单,但是PWM 调控是不是特别灵敏。
(2)用硬件辅助调控,方法是让单片机产生方波,通过运放组成的积分电路产生固定频率的三角波,通过比较器与反馈电压比较产生PWM去调节MOSFET管。
2.使用集成的开关电源控制芯片,常用的TI芯片有MC34063,UC3842,UC3843,UC3844,UC3845,SG3524,TL494,这些集成芯片一般都有过压,过流保护,采样电压输入等,只需少许的元件就能达到所要的设计要求,电路自然也就简单一些,但在电路的灵活性,可控性上局限性比较大,适用于小功率电路。
电流采样电路:电流采样一般是在电路上串联一小于1欧的电阻,通过测电阻两端的压差来确定电流的大小,常用的电流采样芯片有INA282,MNX471,INA270.
三、开关管的选择:
开关电源中的开关管一般选用MOSFET管,由于是作为开关使用,所以就要求MOSFET 管的频率高,导通时可载电流大,导通电阻小,常用的MOSFET管有IRF540,IRF3205,
四、二极管的选择
由于开关电源中的开关频率较高,所以二极管一般采用快速恢复二极管或肖特基二极管如ESAD85M-009,NF0526。
电路各部分选择好,在通过计算得到电感L,电容C,经过调试后应该就能达到题目要求。