全國大學(xué)生電子競賽開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計

1、開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計摘要基于電路設(shè)計的要求，開關(guān)穩(wěn)壓電源電路主要由 隔離變壓、整流濾波、DC-DC 變換器、控制系統(tǒng)、顯示等電路模塊組成。選擇了 Boost升壓變換器實現(xiàn)DC-DC變換，電路結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換效率高； 選用小導(dǎo)通電阻、高開關(guān)速度的 IRF640 管為開關(guān)管，選用快速恢復(fù)二極管 RHRP1512整流，減少反向?qū)〞r間，降低損耗?？刂葡到y(tǒng)選用單片機(jī)ADuC812和脈寬調(diào)制控制器SG3525通過雙閉環(huán)回路共同控制DC-DC變換電路，實現(xiàn)輸出 電壓穩(wěn)定、可調(diào)；SG352礦生高頻脈沖控制 DC-DC變換，ADuC81取現(xiàn)顯示、A/D 和D/A轉(zhuǎn)換、過流保護(hù)、處理電壓反饋信號、對 ADuC812進(jìn)

2、行控制、顯示和人機(jī) 交換等功能。通過實驗驗證電路實現(xiàn)了設(shè)計要求的全部基本指標(biāo)，并且DC-DC變換效率達(dá) 到 85%。電路設(shè)計還有很多不足，各項設(shè)計指標(biāo)還有待進(jìn)一步提高。1 系統(tǒng)方案設(shè)計與論證1.1 設(shè)計思路基于題目的基本要求，可以采用圖 1 所示的方案。系統(tǒng)主要由 隔離變壓、整 流濾波、DC DC變換器、控制系統(tǒng)、顯示等電路模塊組成。 隔離變壓模塊實現(xiàn) 220VAC變壓為18VAC再經(jīng)整流濾波電路轉(zhuǎn)換為直流電壓； 控制器模塊實現(xiàn)數(shù)碼 管顯示、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、過流保護(hù)、DC DC電壓輸出控制和穩(wěn)壓、顯示、人機(jī) 交換等功能 ; 過流保護(hù)電路實現(xiàn)輸出電流過流保護(hù)功能；同時，電壓負(fù)反饋電路 進(jìn)一步

3、對負(fù)載電壓進(jìn)行精確控制。1.2方案的論證1.2.1 DC-DC主回路拓?fù)湓O(shè)計的要求是進(jìn)行升壓變換，選擇了Boost變換器。Boost換器電路結(jié)構(gòu)簡單，由開關(guān)管、二極管、電感、電解電容等元件組成，便于進(jìn)行電路設(shè)計，穩(wěn)壓 性能優(yōu)，并且轉(zhuǎn)換效率高。原理圖如圖2所示。開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計報告（2）接（1）1.2.2 控制方法及實現(xiàn)方案控制系統(tǒng)有兩種設(shè)計方案：（1）方案一：單片機(jī)來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。該方案的優(yōu)點：布線簡單，硬件設(shè)計節(jié)省時間;1控制軟件編程工作量大、難度大；2所有的控制都由單片機(jī)來實現(xiàn)，對單片機(jī)的硬件資源要求很高；3該設(shè)計要求對 DC-DC變換器實現(xiàn)PWM控制的開關(guān)頻率至少要為 100KHZ

4、，這 是單片機(jī)難于實現(xiàn)的。（2）方案二：單片機(jī)和脈寬調(diào)制型控制器共同實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。該方案的優(yōu)點 ：控制系統(tǒng)軟件編程工作量較小，難度不大；用脈寬調(diào)制型控制器實現(xiàn) PWM 控制， 產(chǎn)生頻率為 100KHZ 的脈沖較容易， 并且完全由硬件產(chǎn)生高頻脈沖，實時性好；單片機(jī)控制的任務(wù)較輕，對單片機(jī)硬件資源要求不高。該方案的缺點 ：硬件電器設(shè)計難度較大；電路板布線工作量較大。經(jīng)過方案比較與論證， 最終確定用方案二 單片機(jī)和脈寬調(diào)制型控制器共同實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。系統(tǒng)的組成框圖如圖 2 所示，脈寬調(diào)制器產(chǎn)生高頻脈沖直接控制 DC-DC 變換 模塊，單片機(jī)實現(xiàn)數(shù)碼管顯示、 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換、過流保

5、護(hù)、處理電壓反饋信號、對脈寬調(diào) 制器進(jìn)行控制、 顯示和人機(jī)交換等功能 ; 過流保護(hù)電路使負(fù)載電流不超過 2.5A ；負(fù)載電壓負(fù) 反 饋 電 路 進(jìn) 一 步 對 負(fù) 載 電 壓 進(jìn) 行 精 確 控 制 。123提高效率的方法及實現(xiàn)方案設(shè)計電路時，采取了以下方法降低損耗，提高DC-DC轉(zhuǎn)換效率： 通過提高工作頻率，讓工作頻率達(dá)到100KHZ ；選用小導(dǎo)通電阻、高開關(guān)速度的MOSTET，降低MOSFET開關(guān)損耗。選用了 IRF640(VDSS= 200 V， RDS(on) < 0.18，ID= 18 A)選用快速恢復(fù)整流二極管，減少反向?qū)〞r間，減少損耗。選用了肖特基二極管 RHRP1512

6、0，恢復(fù)時間 trr < 65ns。2電路設(shè)計與參數(shù)計算2.1 DC-DC回路器件的選擇及參數(shù)計算根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求-電感電流連續(xù)模式的 Boost變換器，輸入電壓 Vs=1824V，輸 出電壓Vo=3036V，輸出電流1。=02A,開關(guān)頻率fs=100kHZ,設(shè)定紋波電流 VoV 1V，分 別計算電感、電容器和二極管的參數(shù)：開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計報告（ 3）接（2）2.2 控制電路設(shè)計與參數(shù)計算控制系統(tǒng)是設(shè)計的關(guān)鍵部分，由單片機(jī)系統(tǒng)和脈寬調(diào)制控制器共同來控制 DC-DC變換電路，實現(xiàn)電壓穩(wěn)定輸出，達(dá)到設(shè)計的所有指標(biāo)。單片機(jī)選用高集成 度自帶D/A和A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)ADuC812脈寬調(diào)制控制器選用具有欠壓鎖定、 系統(tǒng)故障關(guān)閉、軟起動延時 PWM區(qū)動等功能的SG3525芯片。控制系統(tǒng)的電路圖如圖3所示，采用雙閉環(huán)控制電路來實現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定。 負(fù)載的電壓經(jīng)Ri取樣反饋到SG3525的引腳1端（誤差放大器反向輸入端）；單 片機(jī)ADuC81采集R取樣電壓，通過軟件進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，D/A轉(zhuǎn)換后反饋到SG3525 的引腳2端（誤差放大器同向輸入端）；