开关稳压电源论文.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流开关稳压电源论文.精品文档.开关稳压电源摘要本系统由AT89S51单片机、高精度串行AD、DA转换器以及升压式（Boost）DC-DC变换器等组成。DC-DC变换器采用了PFM+PWM双控制方式，在大的动态范围内可以保持较高的转换效率。本系统的最大特色是活用了MAX639这款芯片；MAX639本来用在低功耗、高效率降压式DC-DC变换的场合，在这里我们利用了它的脉宽频率调制和脉宽频率调制（PFM+PWM）控制功能，经过验证，采用PFM+PWM双控制方式的升压式（Boost）DC-DC变换器效率比采用PWM控制方式的升压式（Boost）DC-D

2、C变换器的效率高出10左右。本系统采用由一个电感、多个电容并联成LC滤波器滤波；这种滤波器ESR（等效串连电阻）低，滤波效果很好，把噪声纹波电压峰-峰值UOPP降低到1V以下。经过两天调试，本系统达到或者超过了基本部分以及发挥部分的全部要求。1、 方案论证1.1 DC-DC主回路拓扑题目要求DC-DC变换器具有升压功能，故只能采用升压式（Boost）DC-DC变换器和正激变换器等。1.1.1方案一：正激DC-DC变换器（如图1所示）。如图1正激DC-DC变换器这种模式的显著特点是输入回路和输出回路不共地，并且原线圈可以和多个副线圈耦合，实现多路输出。只要调整适当的原、副线圈的扎数比即可实现升压

3、的目的。1.1.2方案二：输入输出回路共地升压式（Boost）DC-DC变换器（如图2所示）。如图2输入输出回路共地升压式（Boost）DC-DC变换器SW用一个大功率场效应管代替，这种方案只能实现一路输出。综上所述，正激DC-DC变换器的优点比较多，但是很难手工制作正激DC-DC变换器所需的线圈，并且题目的要求只要有一路输出就可以满足。要达到发挥部分85的效率需求，选择输入输出回路共地升压式（Boost）DC-DC变换器比较合适。 1.2控制方法及实现方案1.2.1方案一：采用传统的PWM控制芯片进行闭环调节，原理图如图3所示。如图3 PWM控制芯片调节负反馈系统PWM控制芯片中包含了误差放

4、大器和PWM形成电路。电路工作在低频时负反馈电路是稳定，但在环路内，存在低电平噪音电压和含有丰富连续频谱的瞬态电压。这些分量通过输出Lo,Co滤波器、误差放大器和Uea到Uy的PWM调节器引起增益改变和相移。在谐波分量中的一个分量，增益和相移可能导致正反馈，而不再是负反馈。1.2.2方案二：采用PWM+PFM双控制方式进行闭环调节。目前市场上很多低功耗、高效率的DC/DC转换器都是采用这种技术。MAX（美信）公司生产了一种PWM+PFM双控制方式的DC/DC转换器MAX639；这种转换器能够根据外部反馈电压的变化在一个引脚输出PWM+PFM的方波，用这种方波驱动场效应管，开关电源的效率会有很大

5、提高。比较以上两种方案，采用PWM+PFM双控制方式是最理想的。1.3提高效率的提高效率的方法及实现方案通过1.2中两种方案的比较可知，采用PWM+PFM双控制方式是提高效率的最佳方法。起初我们想自己设计电路实现PWM+PFM双控制方式，但是后来发现PFM（频率调制）方式容易产生谐波干扰，而且设计一个能达到效果的滤波器很困难。所以，用MAX639产生的PWM+PFM方波是提高开关电源效率的最佳方法。1.4系统总体框图以及系统程序流程图经过以上三点的方案论证，得出系统总体框图（如图4所示）以及系统程序流程图（如图5所示）。如图4系统总体框图2、 电路设计与参数计算2.1主回路器件的选择及参数计算

6、根据题目要求，最大电流为2.5A左右，故选择导通电阻小功率大的场效应管IRF540。由前面方案论证可知，选择MAX639驱动场效应管。AD、DA转换器均为16位串行高精度型。输入电压Vin和输出电压V0有如下关系：V0=Vin/(1-D )；D为PWM+PFM方波的占空比2.2控制电路设计与参数计算2.2.1设定电压部分通过单片机控制16位DA，改变MAX639接收到电压反馈值来控制PWM+PFM方波的占空比，最终实现控制电压的目的2.2.2报警部分当AD采样的电压或者电流大于设定值时，单片机使蜂鸣器发出声音报警，警戒值可以通过键盘设定。2.3效率的分析及计算电源供应器的输入功率之定义为以下之

7、公式： True Power = Pav(watt) = V1 Ai dt = Vrms x Arms x Power Factor 即为对一周期内其输入电压与电流乘积之积分值，需注意的是WattVrmsArms而是Watt=VrmsArmsxP.F.，其中P.F.为功率因素(Power Factor)，通常电源供应器的功率因素在0.60.7左右，而大功率之电源供应器具备功率因素校正器者，其功率因素通常大于0.95，当输入电流波形与电压波形完全相同时，功率因素为1，并依其不相同之程度，其功率因素为10之间。 电源供应器的效率之定义为： Vout x lout / True Power (wat

8、ts) 即为输出直流功率之总和与输入功率之比值。电源的效率和功率因素有很大关系2.4保护电路设计与参数计算保护电路由AD采样电路以及一个继电器构成，当电流或者电压超过警戒的时候，单片机控制继电器断开。2.5数字设定及显示电路的设计数字设定通过行列式44矩阵键盘设定。为了节省功耗，采用不带背光的1602液晶显示电源、电压值等参数。3、 测试方法与数据3.1测试仪器能提供可变电压能力的电源；5位以上高精度数字表；可变负载；20MHZ模拟示波器3.2测试方法3.2.1电压调整率SU测试方法于待测电源供应器以正常输入电压及负载状况下热机稳定后，分别于低输入电压(Min)，正常输入电压(Normal)，

9、及高输入电压(Max)下测量并记录其输出电压值。 电源调整率通常以一正常之固定负载(Nominal Load)下，由输入电压变化所造成其输出电压偏差率(deviation)的百分比，如下列公式所示： V0(max)-V0(min) / V0(normal) 3.2.2负载调整SI率测试方法于待测电源供应器以正常输入电压及负载状况下热机稳定后，测量正常负载下之输出电压值，再分别于轻载(Min)、重载(Max)负载下，测量并记录其输出电压值(分别为Vmax与Vmin)，负载调整率通常以正常之固定输入电压下，由负载电流变化所造成其输出电压偏差率的百分比，如下列公式所示： V0(max)-V0(min

10、) / V0(normal) 3.2.3输出电压UO可调范围测试方法用矩阵键盘发送数据给DA转换器，调整反馈到MAX639 VFB引脚的电压，控制驱动场效应管电压的频率和占空比，用高精度数字表即可测出输出电压UO可调范围。3.2.4测试最大输出电流IOmax调整可变负载，用高精度数字表测量出最大电流。3.2.5输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP改变外部负载，用带宽20MHz模拟示波器（AC耦合、扫描速度20ms/div）测量噪声纹波电压峰-峰值UOPP3.2.6 DC-DC变换器的效率（U2=18V,UO=36V,IO=2A）测试方法调整开关电源，使之满足U2=18V,UO=36V,IO=2A，

11、用高精度数字表测量DC-DC变换器输入电流I2，变换器效率为100UOIO/U2 I2 3.2.7过电压保护(OVP)测试3.2.8过电流保护测试3.2.9过功率保护测试过电压、电流、功率保护测试均是通过调整负载或者通过键盘来设置，使电压、电流、功率达到设定的警戒值，测试蜂鸣器是否会发出报警声。3.3测试数据（1）输出电压UO可调范围：（2）最大输出电流IOmax（3）U2从15V变到21V时，电压调整率SU （IO=2A）（4）IO从0变到2A时，负载调整率SI （U2=18V）（5）输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP （U2=18V,UO=36V,IO=2A）（6）DC-DC变换器的效率 （U2=18V,UO=36V,IO=2A）；（7）具有过流保护功能，动作电流IO（th）=（8）具有过压保护功能，动作电压UO（th）=（9）具有过功率保护功能，动作功率PO（th）=（10）排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态（11）能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值1V，同时具有输电压电流的测量和数字显示功能4、 测试结果分析与设计指标进行比较，分析产生偏差的原因，并提出改进方法5、电路图及设计文件蜂鸣器报警过流、过压以及功率保护保护液晶显示电压、电流44矩阵键盘开关电源AT89S51单片机AD转换器DA转换