直流型穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)報(bào)告——2014陜西省TI五校聯(lián)賽

1、 陜西工科五校聯(lián)賽 題 目：升壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源學(xué) 校：西安理工大學(xué)學(xué) 生： 高鵬舉 朱倩 楊晨 指導(dǎo)老師：侯云 完成時(shí)間：2014年6月7號(hào) 目錄一、摘要.2二、引言.2三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).2 3.1總體方案設(shè)計(jì).2 3.2DC-DC轉(zhuǎn)換器方案的選擇.33.2.1 DC-DC轉(zhuǎn)換電路.33.2.2 反饋分壓器模塊.33.2.3 基本補(bǔ)償模塊.43.2.4 RC濾波網(wǎng)絡(luò)電路.43.2.5 穩(wěn)壓模塊.53.2.6 MSP430芯片、LED1264液晶屏的供電模塊：.5 3.3 電路參數(shù)的確定.53.3.1 占空比的計(jì)算.53.3.2 電感的估算.63.3.3 穩(wěn)壓二極管的選擇.63.3.4 輸出

2、電容的選擇.63.3.5 電流檢測(cè)和電流限制.73.3.6 電流檢測(cè)濾波器.73.3.7 輸入電容的選擇.73.3.8 反饋分壓器電阻.7 四、電路調(diào)試與測(cè)量.8 4.1 輸入輸出電壓波形的測(cè)試.9.4.1.1 測(cè)試步驟.94.1.2 輸入波形.94.1.3 8管角輸出波形.104.1.4 輸出波形.10 4.2 輸出電壓紋波峰值.11 4.3 負(fù)載穩(wěn)定度.11 4.4 電壓穩(wěn)定度.11 4.5 效率.11 4.6 設(shè)計(jì)總結(jié).12 升壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源一摘要:本系統(tǒng)是基于TI公司的升壓控制器TPS40210DGQ芯片和CSD18534KCS MOS場(chǎng)效應(yīng)管，設(shè)計(jì)并制作了升壓型直流開關(guān)穩(wěn)壓電源

3、，實(shí)現(xiàn)了額定輸入直流電壓為UINrv6V時(shí)，額定輸出直流電壓為UOrv9V，輸出電流最大值為IOmaxrv2A。關(guān)鍵詞：TPS40210DGQ CSD18534KCS MOS 穩(wěn)壓電源 Abstract: This system is based on TI companys pressure controller,the chip of TPS40210DGQ and the filed effect tube of CSD18534KCS MOS ,designing and construct the booster type dc regulated power supply Swit

4、ch,enforce when the rated input dc voltage is 6V,the output dc voltage is 9V,and the maximum output current is 2A.Keywords: TPS40210DGQ CSD18534KCS MOS Regular power二、 引言開關(guān)電源發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，目前已廣泛應(yīng)用于航天、汽車、家用電器、通信、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等方面，對(duì)于開關(guān)電源而言，接通時(shí)壓降很小，幾乎不消耗功率；關(guān)斷時(shí)漏電流很小，也幾乎不消耗功率。它是通過調(diào)節(jié)開關(guān)調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的，開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，因此功

5、率損耗小，效率高，而且可以省去電源變壓器，體積小。重量輕；開關(guān)穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓范圍寬，交流輸入電壓即使在70265V范圍內(nèi)變化，或負(fù)載大幅度變化，都能獲得良好的穩(wěn)壓效果；另外，使用靈活性高，安全可靠，噪聲也低。開關(guān)電源的不足之處是輸出電壓紋波較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，電流電壓變化率大，不宜在空載或負(fù)載電流變化劇烈的場(chǎng)合使用；另外，控制電路復(fù)雜、對(duì)元器件要求高、成本也高。三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1.系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以MSP430單片機(jī)為主控模塊，升壓變換采用TPS40210芯片和CSD18534KCS MOS場(chǎng)效應(yīng)管作為DC-DC變換器模塊，以LED1264液晶屏為受控模塊來顯示輸出電壓、輸出電流。

6、單片機(jī)通過對(duì)電壓、電流、功率檢測(cè)電路的掃描，在LED1264液晶屏上實(shí)時(shí)地顯示電路的電壓和電流的值，對(duì)數(shù)字電位器的阻值進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改變DC-DC變換器的輸出電壓。系統(tǒng)總框圖如下圖。電壓電流測(cè)試電源DC-DC裝換器 顯示模塊MSP430單片機(jī) 圖1 系統(tǒng)總模塊圖2. DC-DC變換器方案的選擇和論證方案一：采用UC3943為控制核心的升壓型開關(guān)穩(wěn)壓電路 UC3844的最大占空比僅為50%,如果增加負(fù)載,輸出電壓會(huì)降低.。同時(shí)，它的過流保護(hù)功能有時(shí)難以起到很好的保護(hù)作用，存在著一定的缺陷。方案二：采用LM3488為控制核心的升壓型穩(wěn)壓電路 芯片LM3488與外部電路構(gòu)成回掃式開關(guān)電源，用單片機(jī)控

7、制虛擬開關(guān)的 閉合，外接各個(gè)阻值的電阻以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓，但不穩(wěn)定也不易得到所需電壓。方案三：采用TPS40210為控制核心的升壓型開關(guān)穩(wěn)壓電路 芯片TPS40210可顯著降低功耗，提高帶負(fù)載能力，且輸入電壓可調(diào)節(jié)范圍大，在輸入電壓2.5V52V之間都可以正常工作。最大工作溫度+125C，最小工作溫度-40C。經(jīng)過比較我們選用方案三.（1）DC-DC轉(zhuǎn)換電路圖： 圖1 DC-DC轉(zhuǎn)換電路圖DC-DC轉(zhuǎn)換電路由四部分組成：分別是反饋分壓器模塊，基本補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，RC震蕩網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)壓模塊。升壓變換采用TPS40210芯片和CSD18534KCS MOS場(chǎng)效應(yīng)管為主控的電路，下面發(fā)別介紹各個(gè)模塊。（2）反

8、饋分壓器模塊： 此模塊主要采用一個(gè)電壓串聯(lián)反饋，因電壓反饋可以穩(wěn)定輸出電壓，增大帶負(fù)載能力，從而使得在負(fù)載變化的情況下輸出電壓可以保證輸出電壓可以基本不變。 圖2 反饋分壓器（3）基本補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)： 圖3 基本補(bǔ)償電路（4）RC濾波網(wǎng)絡(luò): 電感L中的電流也是在輸出電流的有效值上下波動(dòng)的。所以在輸出端也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)與同頻率的紋波，為了消除紋波，我們采用在電感上并聯(lián)RC濾波電路減少紋波對(duì)輸出電壓的干擾。RC濾波電路如下： 圖4 RC濾波電路（5）穩(wěn)壓模塊： 主要采用IN5367穩(wěn)壓二極管作為穩(wěn)壓部分，但是為了減小干擾并聯(lián)一個(gè)兩個(gè)電容來濾波。 圖5 穩(wěn)壓電路（6）MSP430芯片、LED1264液晶屏的供

9、電模塊： 圖6 外圍供電電路三電路參數(shù)的確定與計(jì)算：1.占空比的計(jì)算 Dmin=×100=30 Dmax= (其中Vfd=0.45v)2.電感的計(jì)算： A. 峰值紋波被限制在30%的最大紋波輸出電流： Imax= 則電感最小值為： Lmin= (其中=300kHz) B .紋波電流的估計(jì)： IRIPPLE(VIN標(biāo)準(zhǔn)) IRIPPLE(VIN小) :C. 最壞的情況的發(fā)生在占空比為40%的時(shí)候，電感的有效電流為： ILrmsILpeak 電感最小值為7.7H，我們選擇的是L=10H的電感。3.穩(wěn)壓二極管的選擇 A. 低正向壓降肖特基二極管被用作一個(gè)整流二極管,以減少其功耗和提 高效率

10、. 80降額使用在VOUT用于交換節(jié)點(diǎn),整流二極管的最小反向擊穿電壓為： VBR(MIN) B. 平均電流為： ID(arv)=Iout(max)=2A C. 二極管中的功率消耗： PD（MAX） ID(peak) 根據(jù)計(jì)算內(nèi)容，我們選擇的型號(hào)是IN5822穩(wěn)壓二極管，它的反向擊穿電壓為40V，平均電流為3A。4.輸出電容的選擇 COUT ESR (其中VOUT(RIPPLE)=100mV)5.電流檢測(cè)和電流限制 因此允許的最大電流的感測(cè)電阻器的值小于18.18m6.電流檢測(cè)濾波器因此我們選擇的是電容值100pF，即7.輸入電容的選擇 CIN ESP< （其中VIN(RIPPLE)=30

11、mV）根據(jù)計(jì)算分析，我們輸入電容選擇為22F，即22F。8.反饋分壓器電阻： RBIAS，選擇4.22K的反饋電阻，即。四調(diào)試和檢測(cè)1.輸入輸出電壓波形的測(cè)試： 4.1測(cè)試步驟： (1). 將MOS管斷開，將示波器CH1擋一端接地，另一端接在TPS40210芯片的1管角，觀察其輸出波形，輸出波形如下圖6。 (2) 將示波器接芯片1管角的接在TPS40210芯片的8管角，觀察其輸出波形，波形如下圖7，（如有如圖波形且輸出電壓與輸入電壓相差不大，則說明TPS40210芯片正常工作，若輸出不對(duì)，則需重新檢查電路并調(diào)試） （3） 接上MOS管，用示波器CH1擋一端接地，另一端接在輸入端，示波器CH2擋

12、一端接地，另一端接在輸出端觀察其波形，具體波形如下圖8，并將輸入電壓逐漸增大到6.6V，觀察其輸出端的電壓的值變化范圍。（若輸出電壓變化范圍不在8.76V9.24V之間，則重新檢查電路并調(diào)試） 4.2輸入電壓波形： 圖7 1管腳輸入波形 4.3 8管角輸出電壓波形 圖8 8管角輸出波形 4.4 輸出電壓波形： 圖9 輸入，輸出電壓波形2.輸出電壓紋波峰值（UOPP 180mV） 圖10 紋波峰值由圖可以看出UOPP為128mV，滿足要求。3.負(fù)載穩(wěn)定度(負(fù)載調(diào)整率)：Si|U輕載U滿載1|×100%10%(UINUINrv)；輸入電流（A） 2 1.6. 1.2 0.8 0.4輸出電壓(V) 4.電壓穩(wěn)定度(源電壓調(diào)整率) Svmax|UO6.6VUO6V|,|UO6VUO5.1V|UO6V×100%2% (RLUO6VIOmax)輸入電壓（V）5.1 5.4 5.76 6.3 6.6輸出電壓（V）5.效率的計(jì)算：6.設(shè)計(jì)總結(jié)：1