全国大学生电子竞赛开关稳压电源设计分析方案 .docx

精品名师归纳总结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、掌握系统、显示等电路模块组成。挑选了Boost升压变换器实现 DC-DC变换，电路结构简洁，转换效率高。选用小导通电阻、高开关速度的IRF640管为开关管，选用快速复原二极管 RHRP1512整0 流，削减反向导通时间，降低损耗。掌握系统选用单片机 ADuC81和2 脉宽调制掌握器 SG3525通过双闭环回路共同掌握DC-DC变换电路，实现输出电压稳固、可调。SG3525产生高频脉冲掌握 DC-DC变换， ADuC81实2 现显示、 A/D和D/A转换、过流爱护、处理电压反馈信号、对ADuC81进2 行掌握、显示和人机交换等功能。通过试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%。电路设计仍有许多不足，各项设计指标仍有待进一步提高。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，可以采纳图 1所示的方案。系统主要由 隔离变压 、整流滤波、 DCDC变换器、掌握系统、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。 掌握器模块实现数码管显示、 A/D和 D/A转换、过流爱护、 DCDC电压输出掌握和稳压、显示、人机交换等功能。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结过流爱护电路实现输出电流过流爱护功能。同时，电压负反馈电路进一步对负载电压进行精确掌握。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，挑选了 Boost 变换器。 Boost换器电路结构简洁， 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 掌握方法及实现方案掌握系统有两种设计方案：1> 方案一：单片机来实现整个系统的掌握。该方案的优点 ：布线简洁，硬件设计节约时间。 该方案的缺点 ：掌握软件编程工作量大、难度大。全部的掌握都由单片机来实现，对单片机的硬件资源要求很高。该设计要求对 DC-DC 变换器实现 PWM 掌握的开关频率至少要为100KHZ ，这是单片机难于实现的。<2）方案二：单片机和脉宽调制型掌握器共同实现整个系统的掌握。该方案的优点 ：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结掌握系统软件编程工作量较小，难度不大。用脉宽调制型掌握器实现PWM 掌握，产生频率为100KHZ 的脉冲较简洁，并且完全由硬件产生高频脉冲，实时性好。单片机掌握的任务较轻，对单片机硬件资源要求不高。该方案的缺点 ：硬件电器设计难度较大。电路板布线工作量较大。经过方案比较与论证，最终确定用方案二-单片机和脉宽调制型掌握器共同实现整个系统的掌握。系统的组成框图如图2所示，脉宽调制器产生高频脉冲直接掌握DC-DC 变换模块，单片机实现数码管显示、A/D 和D/A 转换、过流爱护、处理电压反馈信号、对脉宽调制器进行掌握、显示和人机交换等功能。过流爱护电路使负载电流不超过2.5A 。负载电压负反馈电路进一步对负载电压进行精确掌握。1.2.3 提高效率的方法及实现方案设计电路时，实行了以下方法降低损耗，提高DC-DC 转换效率：通过提高工作频率，让工作频率达到100KHZ 。选用小导通电阻、高开关速度的MOSTET ，降低 MOSFET 开关损耗。选用了IRF640< VDSS=200 V ， RDSon>< 0.18， ID=18 A ）选用快速复原整流二极管，削减反向导通时间，削减损耗。选用了肖特基二极管RH RP15120，复原时间 trr < 65ns 。2电路设计与参数运算2.1 DC-DC回路器件的挑选及参数运算依据设计任务的要求 -电感电留恋续模式的 Boost变换器，输入电压V s=18 24V ，输出电压 V o=30 36V ，输出电流Io=0 2A, 开关频率 fs=100kHZ, 设定纹波电流 Vo1V ，分别运算电感、电容器和二极管 的参数：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结开关稳压电源设计报告<3） 接<2）2.2 掌握电路设计与参数运算掌握系统是设计的关键部分，由单片机系统和脉宽调制掌握器共同来掌握DC-DC变换电路，实现电压稳固输出，达到设计的全部指标。单片机选用高集成度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结自带D/A和A/D转换的单片机 ADuC81。2 脉宽调制掌握器选用具有欠压锁定、系统故障关闭、软起动延时 PWM驱动等功能的 SG3525芯片。掌握系统的电路图如图 3所示，采纳双闭环掌握电路来实现输出电压稳固。负载的电压经 R1取样反馈到 SG3525的引脚 1端<误差放大器反向输入端） 。单片机ADuC81采2 集R1取样电压，通过软件进行 PID调剂， D/A转换后反馈到 SG3525的引脚2端<误差放大器同向输入端） 。SG3525的引脚 1、2的电压通过芯片内部误差放大器比较并输出误差电压 Vea，Vea通过比较器与锯齿波进行比较， 11脚输出一个脉宽可变的 PW脉M 冲来调剂 DC-DC变换电路，最终实现输出电压稳固、可调。2.3 爱护电路设计与参数运算如图3当电路稳固输出 36伏，如流经负载的电流为 2.5 安， R7<阻值0.3 欧，康铜丝扰制）的压降为 0.75V，即第 10引脚电压为 0.75 伏，触发 PWM输出关闭，实现了电路过流爱护功能，动作电流为 I oth> =2.5+ 0.2A 。2.4 数字设定及显示电路的设计数字设定及显示功能由单片机 ADuC81来2 实现，具体的电路设计和掌握程序见附录。通过按键设定送到 SG3525的电压、调剂数码管的显示模式 , 按键具体功能如下:键1:模式键 -切换上升 / 下降功能、电流显示和电压显示。键2:键3:上升下降开关稳压电源设计报告 <4） 接<3）3测试方法与数据3.1 测量输出电压 U0 可调范畴通过调剂给定变阻器或D/A 输出电压调剂 SG3525第2脚输入给定电压 ,用数字万用表测量输出端可稳固输出 3036V 。调剂第 2脚电压，测得输出电压的试验数据如表1所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2脚电压 V>1.981.921.871.831.761.701.65输出端电压 V>36353433323130表 1输出电压调可调范畴3.2 测量输出电流 I omax选用 18欧大功率电阻 ,在直流输出电压为36伏时 ,通过万用表测得输出电流达到2A 。3.3 测量电压调整率 SUDC-DC 模块，输入电压 U2从15V 变到 21伏，输出电流为 2A 时，对应的输出电压 Uo和电压调整率SU试验数据如表 2所示。开关稳压电源设计报告 <5） 接<4） U2V>15161718192021UoV>35.2935.3135.3435.9236.6536.6836.71SU1.97%1.92%1.83%0.22%1.82%1.89%1.96%表2电压调整率 SU试验数据3.4 测量负载调整率 SI负载空载时 , 输出端电压为 36V。负载电流为2A时, 输出端电压为 34.7V 。可运算出电压调剂率 3.61% 5%3.5 测量输出噪声纹波电压峰峰值先用示波器将整个波形捕捉，然后将关怀的纹波部分放大观看和测量<自动测量或光标测量均可），同时仍要利用示波器的FFT功能从频域进行分析最大纹波电可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结压<用纹波电压峰峰值表示）。当输出电压为峰峰值 Uopp1V。36V时，不同时段经多次测量纹波可编辑资料 - - - 欢迎下载