电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx

上传人:b****3 文档编号:11616491 上传时间:2023-06-01 格式:DOCX 页数:15 大小:167.38KB
下载 相关 举报
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第1页
第1页 / 共15页
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第2页
第2页 / 共15页
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第3页
第3页 / 共15页
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第4页
第4页 / 共15页
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第5页
第5页 / 共15页
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第6页
第6页 / 共15页
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第7页
第7页 / 共15页
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第8页
第8页 / 共15页
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第9页
第9页 / 共15页
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第10页
第10页 / 共15页
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第11页
第11页 / 共15页
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第12页
第12页 / 共15页
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第13页
第13页 / 共15页
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第14页
第14页 / 共15页
电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx_第15页
第15页 / 共15页
亲,该文档总共15页,全部预览完了,如果喜欢就下载吧!
下载资源
资源描述

电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx

《电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx(15页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。

电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案.docx

电子设计方案竞赛开关稳压电源设计方案

大学生电子设计竞赛设计报告

 

题目:

实用开关稳压电源

 

参赛人:

徐天慧

郑春阳

李良起

 

2018年12月

一、设计任务与要求

1.1设计任务

设计并制作如图1所示的开关稳压电源。

 

图1开关稳压电源框图

1.2技术指标

在电阻负载条件下,使电源满足以下要求:

1.基本要求

(1)输出电压UO可调范围:

0V~15V,最大输出电流IOmax:

0.5A。

(2)U2从12V变到15V时,电压调整率SU≤5%

(3)IO从0变到0.5A时,负载调整率SI≤5%

(4)输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤0.5V

(5)DC-DC变换器的效率

≥50%

2.发挥部分

(1)具有过流保护功能,动作电流IO

(2)能对输出电压进行键盘设定和步进调整,步进值小于等于1V,同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。

(3)尽量提高变换器的效率。

(4)其它。

1.3题目分析

从设计任务上看,本次设计是个DC--DC的电源开关变换器,而且其中电源变换器的效率要求也是非常高的,并且本题的第一个难点在于它输出电压为可调,输出电流也可调。

所以要求电压调节与电流调节要精确。

二、方案论证与比较

2.1DC-DC主回路拓扑的方案选择

DC-DC变换有隔离和非隔离两种。

输入输出隔离的方式虽然安全,但是由于隔离变压器的漏磁和损耗等会造成效率的降低,而本题没有要求输入输出隔离,所以选择非隔离方式,根据要求,需要升降压电路,具体有以下几种方案:

方案1:

串并联开关电路形式。

实际上此电路是在串联开关电路后接入一个并联开关电路。

用电感的储能特性来实现升降压,电路控制复杂,但能达到题目要求的0-15VU,可以满足U2从从12V变到15V时,电压调整率SU≤5%的变化。

<见图1)

图1

方案2:

采用恒频脉宽调制控制器芯龙XL6009E01,这个芯片可推挽或单端输出,工作频率为400KHz,输出电压可达40V,内有5V的电压基准,死区时间可以调整,输出级的拉灌电流可达200mA,驱动能力较强。

芯片内部有两个误差比较器,一个电压比较器和一个电流比较器。

电流比较器可用于过流保护,电压比较器可设置为闭环控制,调整速度快。

输出电压为:

以上比较,故选择方案2。

 

2.2控制方法的方案选择

考虑到发挥部分要显示输出的电压和电流,所以采用单片机系统控制。

控制开关的导通与截止。

本系统采用STC12C5A32S2作为系统的核心,内部自带10位AD,精度较高,满足题目要求。

通过采集取样电阻的电压,可以计算出输出电压。

采集电流传感器的电压,计算出对应电流,当达到动作电流时,单片机控制升降压芯片的EN脚,给低电平,可以关闭升降压模块的输出。

 

2.3提高效率的方案选择

影响效率的因素主要包括单片机及外围电路功耗,单片机及外围电路供电电路的效率和DC—DC变换器的效率。

1)升降压斩波电路中开关管的选取:

电力晶体管

从工作频率和降低损耗的角度考虑,选择电力场效应管作为开关管。

2)选择合适的开关工作频率:

为降低开关损耗,应尽量降低工作频率;为避免产生噪声,工作频率不应在音频内。

综合考虑后,我们把开关频率设定为20kHz。

3)升降压电路中二极管的选取:

开关电源对于二极管的开关速度要求较高,可从快速恢复二极管和肖特基二极管中加以选择。

与快速恢复二极管相比,肖特基二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点,但反向耐压较低,多用于低压场合。

考虑到降低损耗和低压应用的实际,选择肖特基二极管。

4)控制电路及保护电路的措施:

控制电路采取超低功耗单片机ICXL6009E01,其工作电流仅280μA;显示采取低功耗1602LCD;控制及保护电路的电源采取了降低功耗的方式,,单片机由7805从输入端引出单独供电。

 

三、详细软硬件分析

3.1整体设计:

整机原理图

单片机通过键盘控制电压的步进,在芯龙XL6009E01内部的电压误差放大器产生一个高或低电平,控制脉宽变化,来达到调整输出电压的变化,反复调整后使输出达到设定得值为止。

参考电压输出后电压的反馈调节是由芯龙XL6009E01自动调节的,调节速度快。

由于本设计对效率的要求比较高,所以在设计时尽量选用低功耗的单片机,而且单片机的外围电路要尽量少,本系统外围电路只有键盘,显示

框图见图4。

3.2理论分析与参数计算

3.2.1控制电路设计与参数设计:

控制电路选用单片机来采集电压和电流,并且在液晶上显示。

通过判断电流值的大小,控制开关管的导通,过流保护。

3.2.2效率的分析:

输入功率计算公式:

,输出功率计算公式:

由于题目要求DC/DC变换器<控制器)都只能由Uin端口供电,不能另加辅助电源,所以单片机及一些外围电路消耗功耗要尽量的低。

提高效率主要是要降低变换器的损耗,变换器的损耗主要有MOSFET导通损耗,MOSFET开关损耗MOSFET驱动损耗,二极管的损耗、输出电容的损耗,和控制部分的损耗,这些损耗可以通过降低开关频率等方法来降低。

3.2.3保护电路设计与参数设计:

康铜电阻的大小选择:

康铜丝主要起两个作用,过流保护和测试负载电流。

康铜丝接在整流输入地和负载地之间,越小越好,这样会使两个地之间的电压很小。

但是如果太小由于干扰问题会造成过流保护的误判,并且对于后级运放的要求比较高,经过实验,选择0.1欧姆的电阻效果比较好。

由于电阻太小,难以测量,所以先测得1欧姆的电阻,然后截取其长度的十分之一。

芯龙XL6009片内有电流误差放大器。

可用于过流保护。

康铜电阻上的压降,与预先调好的值进行比较.若电流过大,输出高电平,开关管处于关断状态,使输出电压降低,形成保护功能。

一旦输出电压降低,导致输出电流降低,检测电压降低,电流误差放大器就会输出低电平,所以该电路具有自恢复功能。

3.4软件设计:

本设计的软件设计比较简单,完全出于效率的要求,把外围电路设计的尽可能的少,所以单片机驱动外围芯片均采用I/O口直接控制,没有采用总线方式。

四、系统调试

调试过程共分三部分:

硬件调试,软件调试,软硬件联调。

4.1 硬件调试:

由于该系统的闭环控制主要由芯片芯龙XL6009自动控制,单片机主要起输出参考电压,显示等一些辅助作用,再者根据理论值进行元器件的选择由于精度和干扰的影响,往往得到的结果和理论分析值又有一定的偏差,所以硬件调试难度很大。

4.2软件调试:

本系统的软件程序完全由C51编写,C语言效率高,但同时也存在一些缺点,比如严格定时比较困难。

在调试过程中采取的是自上至下的调试方法,单独调试好每一个模块,然后在联结成一个完整的系统调试。

 

五、  指标测试

5.1测试仪器

示波器,数字万用表;

5.2指标测试

5.2.1输出电压范围测试结果如表1:

表1输出电压范围测试

预置电压

1.25

3

6

9

12

14

15

输出电压

1.25

2.95

6.04

8.98

12.05

14.04

15.06

5.2.2电压调整率测试结果如表2:

表2电压调整率测试

输入电压

输出电压

输入电压

输出电压

12

14.89

14

15.00

13

14.96

15

15.00

电压调整率为<15-14.89)/15=0.7%

5.2.2负载调整率测试结果如表3:

表3负载调整率测试

输出电流

0.25

0.30

0.50

输出电压

15.1

15.05

14.9

负载调整率为<15.1-14.9)/15=1.3%

5.2.4噪声及纹波测试:

5.2.5效率测试:

73%。

5.2.6过流保护:

过流保护动作电流为1.42A

5.3系统对题目的完成情况:

表4系统对题目的完成情况对照表

 

 

基本部分

 

要求

实现

输出电压范围0-15V

输出电压范围为0-16V

最大输出电流0.48A

符合要求

电压调整率Su<5%

电压调整率为4.54%

负载调整率

负载调整率5%

输出噪声纹波电压峰峰值

Vopp<=490mV

变换器的效率

73%

过流保护的动作电流

1.42A

发挥部分

电压调整率5%

电压调整率为4.52%

负载调整率5%

负载调整率4.67%

变换器的效率

73%

过流后能否自动恢复

键盘设置步进1V

达到指标

5.4结果分析和总结:

各项结果都符合系统指标,产生误差的原因包括:

测量时设备不同,所用元器件精度不够,两个不同地之间的干扰等。

电压调整率方面:

电压采样电阻的精度会影响其电压的变化。

电阻随温度的变化而阻值相应的会有所变化,这样给反馈的电压不准,导致输出地电压会变化。

这是最主要的原因之一。

外界的干扰也会导致不同程度的变化,外界干扰会导致输出有一个冲击偏差,这样进入反馈就会导致所有的都变化,调整率会变化。

纹波电压方面:

纹波电压主要有电感的电流变化与电容的等效串联电阻的大小,线路的组织大小有关系。

最重要的是外界的干扰和开关噪声的干扰,使纹波电压太大。

通过这次比赛收获不少,总感觉时间不够用,自己掌握的知识太少。

在此也学到了很多,团队合作很重要,把理论运用到实践中去需要多方面的能力。

通过此次比赛,我们的动手能力得到了提升,知识得到了巩固。

以后会注意把知识学有所用。

六、附件

6.1附件一:

键盘模块的方案选择

方案一:

采用集成芯片8279控制键盘,单片机资源占用少,响应稳定,这样单片机可以很方便的控制,但功耗高,本设计只需要3个键盘就可以满足要求,故不采用这种方案。

方案二:

按键直接接在I/O口上,编程简单,应用方便,且满足要求,在没有键按下时根本没有任何功耗。

鉴于上面分析,本设计采用方案二。

6.2附件二:

XL6009升压型直流电源变换器芯片

●最大输出电流:

3A;

●最高输入电压:

XL6009为5~32V

●输出电压:

Adj(1.25V>可调;改变R2和R1的比例关系,来调节输出电压。

例如:

R2=18KR1=1K

VOUT=1.25*<1+R2/R1)得出输出电压为23.75V。

●振动频率:

400kHz;

●转换效率:

80%~90%<不同电压输出时的效率不同);

●封装形式:

TO263-5L。

●控制方式:

PWM;

●工作温度范围:

-40℃~+125℃●工作模式:

低功耗/正常两种模式可外部控制;

●工作模式控制:

TTL电平兼容;

●所需外部元件:

只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路;外围元件少,低纹波。

●器件保护:

热关断及电流限,输出短路保护功能;输入电源开关噪声抑制功能;Enanle开关信号的迟滞功能;

6.3附件三:

核心原理图

由于开关电源的频率高,对外有干扰,并且本题指标要求高,抗干扰能力要求特别严格,所以在布线时要特别小心,所以我们选择了画PCB图,然后自行腐蚀,然后把线刻出,这样的话测试方便,抗干扰性能也好。

图5和图6分别是核心原理图。

图5核心原理图

图6过流恢复原理图

7.5附件六:

重要源程序

#include

#include"delay.h"

#include"AD.h"

#include"1602.h"

sbiten=P1^7。

ucharcodezifu[]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','.'}。

ucharcodevoltage[]={"Uv"}。

ucharcodeI[]={"IA"}。

uchara[5]。

ucharbb[5]。

ucharnum。

voidvall(>

{

floatval。

val=AD_work(0>。

val=(val+0.075>*40。

a[0]=(uchar>val/100。

a[1]=(uchar>val%100/10。

a[2]=10。

a[3]=(uchar>val%10。

LCD_Write_Char(2,0,zifu[a[0]]>。

LCD_Write_Char(3,0,zifu[a[1]]>。

LCD_Write_Char(4,0,zifu[a[2]]>。

LCD_Write_Char(5,0,zifu[a[3]]>。

}

voidII(>

{

floatii。

ii=AD_work(1>。

ii=ii*10。

bb[0]=(uchar>ii/100。

bb[1]=(uchar>ii%100/10。

bb[2]=10。

bb[3]=(uchar>ii%10。

bb[4]=(uchar>(ii-a[0]*100-a[1]*10-a[3]>。

LCD_Write_Char(2,1,zifu[bb[0]]>。

LCD_Write_Char(3,1,zifu[bb[1]]>。

LCD_Write_Char(4,1,zifu[bb[2]]>。

LCD_Write_Char(5,1,zifu[bb[3]]>。

LCD_Write_Char(6,1,zifu[bb[4]]>。

}

voidmain(>

{

LCD_Init(>。

AD_init(>。

LCD_Write_String(0,0,voltage>。

LCD_Write_String(0,1,I>。

 

while(1>

{

vall(>。

if(AD_work(0><=1.5>

{en=1。

II(>。

}

else

{en=0。

LCD_Write_String(0,1,I>。

}

delayms(200>。

delayms(200>。

}

}

/*voidysv(floatys>

{ys=ys*10。

c[0]=(uchar>ys/100。

c[1]=(uchar>ys%100/10。

c[2]=10。

c[3]=(uchar>ys%10。

LCD_Write_Char(3,0,zifu[c[0]]>。

LCD_Write_Char(4,0,zifu[c[1]]>。

LCD_Write_Char(5,0,zifu[c[2]]>。

LCD_Write_Char(6,0,zifu[c[3]]>。

}*/

/*voidzkb(>

{

floatbb。

bb=CCAP0H。

bb=bb*100/256。

d[0]=(uchar>bb/10。

d[1]=(uchar>bb%10。

d[2]=10。

d[3]=(uchar>(bb-d[0]*10-d[1]>*10。

LCD_Write_Char(10,0,zifu[d[0]]>。

LCD_Write_Char(11,0,zifu[d[1]]>。

LCD_Write_Char(12,0,zifu[d[2]]>。

LCD_Write_Char(13,0,zifu[d[3]]>。

 

 

 

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索
资源标签

当前位置:首页 > IT计算机 > 电脑基础知识

copyright@ 2008-2023 冰点文库 网站版权所有

经营许可证编号:鄂ICP备19020893号-2