大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽論文輸出可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、2012大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽論文題目: 輸出可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)論文編號：參賽學(xué)校：參賽學(xué)生：韓洪健 劉義 李曉凱指導(dǎo)教師： 王國新二一二 年 五 月高效DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓電源摘要：本作品是基于開關(guān)電源基本拓?fù)渲坏恼ね負(fù)湓O(shè)計(jì)而成的輸出小電壓，大電流DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓電源，通過電壓反饋環(huán)節(jié)對主電路的輸出進(jìn)行穩(wěn)壓，本文所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源輸入為DC41-57開關(guān)頻率為75kHz,實(shí)現(xiàn)輸出電壓0-30V可調(diào)，恒流限制0-3A可調(diào)。單管正激變換器具有外圍電路簡單，效率高，抗過載能力強(qiáng)，輸入與輸出隔離等優(yōu)點(diǎn)，適合低壓、中小功率的電能變換，恒壓過程采用OP07作為比較器，改變基準(zhǔn)電壓，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)

2、，原副邊用光耦隔離，恒流部分也采用比較器，但是電流采樣采的是負(fù)壓，這樣只調(diào)節(jié)電位器就可改變OP07輸入端的電壓大小，從而調(diào)節(jié)恒流限制。關(guān)鍵字：開關(guān)電源 同步整流 輔助電源 單片機(jī)顯示 Abstract：This work is based on switch power supply of basic topology of shock topology designed，Output small voltage, large current DC-DC switching power supply,，Through the voltage feedback part of main circ

3、uit voltage output,Due to the circuit diodes relative to the output voltage of the pressure drop is bigger,So to output voltage have larger effects, in order to get a higher efficiency, the synchronous rectifier technology of synchronous rectifier since drive technology, circuit and over current pro

4、tection function.Key Word: Switching power supplySynchronous rectifier auxiliary power supply micro-controllershows1. 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)電源框圖1.2 技術(shù)指標(biāo)基本要求 在電阻負(fù)載條件下，使電源滿足下述要求：1基本要求（1） 輸出電壓VO：DC030V可調(diào)；（2） 輸出恒流限制：03A可調(diào)；（3） 輸出噪聲紋波電壓峰-峰值VOPP1V（Udc=48V,VO=30V,IO=3A）；（4） DC-DC變換器的效率70%（Udc=48V,VO=30V,IO=3A）；2發(fā)揮部

5、分（1） 進(jìn)一步提高效率，使85%（Udc=48V,VO=30V,IO=3A）；（2） 具有輸出電壓、電流步進(jìn)調(diào)節(jié)功能，電壓步進(jìn)1V，輸出電流限制步進(jìn)0.1A；（3） 具有輸出電壓、電流的測量和數(shù)字顯示功能。（4） 其他。1.3題目分析 從設(shè)計(jì)任務(wù)上看，本次設(shè)計(jì)是個(gè)DC-DC的電源開關(guān)變換器，而且其中電源變換器的效率要求也是非常高的，并且本題的第一個(gè)難點(diǎn)在于它輸出電壓為可調(diào)，輸出電流也可調(diào)。所以要求電壓調(diào)節(jié)與電流調(diào)節(jié)要精確。而且應(yīng)該注意的就是輔助電源和磁復(fù)位繞組的設(shè)計(jì)，即變壓器的設(shè)計(jì)，一定要有足夠的磁復(fù)位時(shí)間，輔助繞組帶來的電壓應(yīng)盡量大些，在用穩(wěn)壓芯片變化來精準(zhǔn)的電源。2. 方案論證2.1 開

6、關(guān)電源主拓?fù)涞倪x擇方案一：主拓?fù)洳捎秒p管正激，控制芯片采用SG3525，由于原副邊不共地，所以需要加驅(qū)動變壓器，輸出電壓采樣送到1腳，2腳作為基準(zhǔn)提供一個(gè)2.5V的電壓，改變基準(zhǔn)的電壓可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。恒流部分采用OP07作為比較器，在輸出電路中加采樣電阻，采負(fù)壓，送到OP07的2腳，與3教的基準(zhǔn)電壓比較，將OP07的輸出接到SG3525的9腳，利用其外拉電流大于100uA，使芯片關(guān)斷，從而達(dá)到恒流的目的。方案二：主拓?fù)洳捎脝喂苷?，控制芯片采用SG3525，為了使原副邊隔離，與方案一的驅(qū)動方案相同，利用驅(qū)動變壓器。將輸出電壓采樣接到SG3525的1腳，2腳與16腳相連利用其內(nèi)部基準(zhǔn)。恒流

7、部分與方案一相同。方案三：主拓?fù)渲魍負(fù)洳捎脝喂苷?，采用電流型的控制芯片UC3844，原副邊利用光耦進(jìn)行隔離，恒壓、恒流部分均利用OP07作為比較器。輸出電壓采樣送到OP07的3腳，給2腳提供一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，改變基準(zhǔn)電壓的大小，就可改變輸出電壓的大小。OP07的輸出端接到NPN型的三極管8050，8050的集電極接光耦PC817的2腳。同理恒流部分也利用比較器，在輸出電路中加采樣電阻，經(jīng)過一個(gè)電位器接到OP07的2腳，給2、3腳均提供一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)電路中電流變化時(shí)，2腳的電壓也在變化，改變OP07 輸出端的電壓，從而實(shí)現(xiàn)恒流限制功能 正激原理圖UC3844原理圖如下2.2方

8、案選擇對以上三種方案進(jìn)行比較，方案一電路較復(fù)雜，需要2個(gè)MOS管，而且還需要驅(qū)動變壓器；方案二，主電路最然適合低壓輸出，效率也很高，但是存在一個(gè)缺陷，由于SG3525的內(nèi)部基準(zhǔn)不可調(diào)，故輸出電壓只能從2.5-30V之間可調(diào)。相對比較，方案三比較方便簡單、可行、效率高，適合低壓的DC/DC變換.3.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.3可調(diào)恒壓環(huán)工作原理 采用電流型的控制芯片UC3844，原副邊利用光耦進(jìn)行隔離，恒壓、恒流部分均利用OP07作為比較器。輸出電壓采樣送到OP07的3腳，給2腳提供一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，改變基準(zhǔn)電壓的大小，就可改變輸出電壓的大小。OP07的輸出端接到NPN型的三極管8050，8050的

9、集電極接光耦PC817的2腳。原理圖如下 2.4可調(diào)恒流環(huán)工作原理與恒壓環(huán)工作原理相同，恒流部分也利用比較器，在輸出電路中加采樣電阻，經(jīng)過一個(gè)電位器接到OP07的2腳，給2、3腳均提供一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)電路中電流變化時(shí)，2腳的電壓也在變化，改變OP07 輸出端的電壓，從而實(shí)現(xiàn)恒流限制功能。原理圖如下2.3方案選擇對以上三種方案進(jìn)行比較，方案一電路較復(fù)雜，需要2個(gè)MOS管，而且還需要驅(qū)動變壓器；方案二，主電路最然適合低壓輸出，效率也很高，但是存在一個(gè)缺陷，由于SG3525的內(nèi)部基準(zhǔn)不可調(diào)，故輸出電壓只能從2.5-30V之間可調(diào)。相對比較，方案三比較方便簡單、可行、效率高，適合低壓的DC/

10、DC變換.3.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體流程圖3.2主電路電源的設(shè)計(jì)與計(jì)算輸出Vin=41-57V Io=0-3A Vo=0-30V f=75KHz 變壓器的AP公式: 計(jì)算Np值 令Bm=0.2T ,Vin(min)=41V，Dmax=0.4 令匝比為N根據(jù)伏秒積平衡：磁復(fù)位繞組:計(jì)算副邊線徑：Ds計(jì)算原邊線徑：Dp選擇MOSFET選IRF640 18A 200V選擇整流二極管選 MUR460 4A 600V采樣電阻主電路原理圖如下： 主電路的原理圖輔助電源選擇反激電路 利用其多路輸出 輸入與輸出隔離等優(yōu)點(diǎn)輔助電源的電路原理圖4.單片機(jī)軟件流程圖4.1軟件設(shè)計(jì)原理圖4.2軟件實(shí)現(xiàn)的功能 通過

11、使用單片機(jī)和數(shù)碼管等是電路具有輸出電壓、電流的測量和數(shù)字顯示功能，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的基本要求。4.3程序 #include"reg52.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit ST=P10;sbit EOC=P11;sbit OE=P12;sbit CLK=P13;sbit ADDCS=P14;sbit xiaodian=P37;uint yge,yxiao1,yxiao2,lshi,lge,lxiao;uint yazhi,liuzhi;uchar AD_DATA2; /保存IN0和IN1經(jīng)AD轉(zhuǎn)

12、換后的數(shù)據(jù)uchar xianshidaima=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x98;/uchar daima1=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x18;/*延時(shí)函數(shù)*/void delay1(uint k) uchar a; while(k-)for(a=10;a>0;a-);void delay(uchar i) uchar j; while(i-)for(j=10;j>0;j-);/*系統(tǒng)初始化*/void init()EA = 1; /開總中斷TMOD

13、=0x02; /設(shè)定定時(shí)器T0工作方式TH0=216; /利用T0中斷產(chǎn)生CLK信號TL0=216;TR0=1; /啟動定時(shí)器T0?ET0=1;ET0=1;ST=0;OE=0;/*T0中斷服務(wù)程序*/void t0(void) interrupt 1 using 0CLK=CLK;/*AD轉(zhuǎn)換函數(shù)*/void AD()ST=0;ADDCS=0; /選擇通道IN0delay(10);ST=1; /啟動AD轉(zhuǎn)換delay(10);ST=0;while(0=EOC);OE=1;AD_DATA0=P0;yazhi=AD_DATA0;OE=0;ST=0;ADDCS=1; /選擇通道IN1delay(10

14、);ST=1; /啟動AD轉(zhuǎn)換delay(10);ST=0;while(0=EOC);OE=1;AD_DATA1=P0;liuzhi=AD_DATA1;OE=0;/*計(jì)算和除法*/void chufa()yazhi=yazhi*1.953125;yge=yazhi/100;yxiao1=yazhi%100/10;yxiao2=yazhi%100%10; liuzhi=liuzhi*7.8125;lshi=liuzhi/1000;lge=liuzhi%1000/100;lxiao=liuzhi%1000%100/10;/*顯示函數(shù)*/*位選0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xf

15、b,0xfd,0xfe*/void xianshi()P3=xianshidaimayge;xiaodian=0;P2=0x7f;delay1(5);P2=0xff;P3=xianshidaimayxiao1;P2=0xbf;delay1(5);P2=0xff;P3=xianshidaimayxiao2;P2=0xdf;delay1(5);P2=0xff;P3=0xc1;P2=0xef;delay1(5);P2=0xff;P3=xianshidaimalshi;P2=0xf7;delay1(5);P3=0xff;P3=xianshidaimalge;xiaodian=0;P2=0xfb;del

16、ay1(5);P2=0xff;P3=xianshidaimalxiao;P2=0xfd;delay1(5);P2=0xff;P3=0x88;P2=0xfe;delay1(5);P2=0xff;/*主函數(shù)*/void main()init();while(1) AD();chufa();xianshi();5. 系統(tǒng)調(diào)試5.1電路的測試方法 紋波噪聲1、測試環(huán)境溫度：252、示波器探頭： 1：13、示波器帶寬設(shè)為最大：40MHz4、測試地點(diǎn)：正常實(shí)驗(yàn)臺測試5、輸入電壓：Uin=41-57V6、輸出電壓、電流： Uo=0-30V，Io=0-3A 輸入電壓調(diào)整率1、環(huán)境溫度：252、輸出：IO=0-

17、3A3、輸入電壓：最小、正常、最大 負(fù)載調(diào)整率1、環(huán)境溫度：252、輸入：U2=48V3、輸出電流：最小、正常、最大5.2測試儀器電路測試中使用的儀器設(shè)備及其用途如表3-1所示。表3-1 電源部分測試使用的儀器設(shè)備序號儀器名稱及型號數(shù)量用途1DT9205三位半數(shù)字萬用表 3 測量電源輸入輸出電壓、電流2TDS1001B 40MHz示波器 1 觀察電源輸出噪聲紋波電壓峰峰值 3電阻10 500W1 負(fù)載5.3 測試數(shù)據(jù)：輸出電壓：0-30V；輸出電流維持在0-3A時(shí)能夠長時(shí)間穩(wěn)定工作；表3-2負(fù)載調(diào)整率測試數(shù)據(jù)負(fù)載調(diào)整率IO（A）UO（V）SI(%)Uin=48V030.020330.02表3-

18、3 電壓調(diào)整率測試數(shù)據(jù)電壓調(diào)整率Uin（V）UO（V）SU(%)IO=3A48300.84130.015730.26輸出噪聲紋波電壓峰-峰值Vpp=140mv； DC-DC變換器的效率%；過流保護(hù)功能：動作電流2.52A；過流保護(hù)具有自動恢復(fù)功能。5.4 測試結(jié)果分析表4-1測試內(nèi)容與結(jié)果測試內(nèi)容基本指標(biāo)實(shí)測結(jié)果輸出電壓0-30V0-30輸出電流I0MAX=0-3AI0MAX= 0-3A電壓調(diào)整率SU1%SU= 0%負(fù)載調(diào)整率SI1%SI= 0.8%輸出噪聲紋波電壓峰-峰值UOPP1VUOPP=0.14 V效率（U2=48V，U0=3.3V，I0=10A）=85%=88.47 %輸出電壓可調(diào)、恒流限制可調(diào)有有所有的測試結(jié)果如表4-1所示，均達(dá)到基本設(shè)計(jì)要求，甚至有些測試結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過給定的基本設(shè)計(jì)指標(biāo)，尤其是效率的提高有效地保證電源的可靠性；所有經(jīng)過大電流的線路均盡量采用粗導(dǎo)線，開關(guān)器件均選用優(yōu)良器件，器件的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)均遠(yuǎn)大于額定值，所以電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率均得到提高。6. 總結(jié)6.1系統(tǒng)存在的不足干擾：由于焊接電路時(shí)有些地方走線不合理，入電壓突變和電流突變等，引入了干擾。效率方面：變壓器的漏感，整流二極管的壓降，線路的壓降，都會影響伏在調(diào)整率的大小。再就是線路的布局，引入一些干擾。由于線路，各個(gè)器件損耗的功率，還有變壓器的漏感。MOSFET開通和關(guān)斷損耗，電流采樣電阻的