開關穩(wěn)壓電源

1、開關穩(wěn)壓電源組員：王嫻薇 李萍 陳鑫成開關穩(wěn)壓電源的特點利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關管開通和關端的時間比率以維持穩(wěn)定的輸出電壓體積小、重量輕、效率高、對電網(wǎng)電壓及頻率變化適應性強、輸出電壓保持時間長、有利于計算機信息保護等一.系統(tǒng)總體框架原理圖：MCU主主控控制制器器隔隔 離離變變 壓壓 器器負負 載載AC保保 護護 電電 路路整整 流流濾濾 波波Boost升升壓壓電電路路DCDCAC 輸輸 出出濾濾 波波DC鍵鍵 盤盤顯顯 示示 電電 路路二.方案分析1.DC-DC主回路拓撲Boost升壓斬波電路：拓撲結(jié)構如圖所示。開關的開通和關斷受外部PWM信號控制，電感L將交替地存儲和釋放能量，電感L

2、儲能后使電壓泵升，而電容C可將輸出電壓保持住，輸出電壓與輸入電壓的關系為UO=(ton+toff)，通過改變PWM控制信號的占空比可以相應實現(xiàn)輸出電壓的變化。該電路采取直接直流變流的方式實現(xiàn)升壓，電路結(jié)構較為簡單，損耗較小，效率較高。BoostBoost升壓電路器件的選擇及參數(shù)計算升壓電路器件的選擇及參數(shù)計算: :BoostBoost升壓電路包括驅(qū)動電路和升壓電路包括驅(qū)動電路和BoostBoost升壓基升壓基本電路本電路PWM驅(qū)動電路器件的選擇：單片機I/O口輸出電壓較低、驅(qū)動能力不強，我們使用專用驅(qū)動芯片IR2302。其導通上升時間和關斷下降時間分別為130 ns和50 ns，可以實現(xiàn)電力場

3、效應管的高速開通和關斷。IR2302還具有欠壓保護功能。(a)PWM(a)PWM驅(qū)動電路驅(qū)動電路 (b)BOOST(b)BOOST升壓基本電路升壓基本電路三.提高效率的方法1.Boost升壓斬波電路中開關管的選取：電力晶體管（GTR）耐壓高、工作頻率較低、開關損耗大；電力場效應管（Power MOSFET）開關損耗小、工作頻率較高。從工作頻率和降低損耗的角度考慮，選擇電力場效應管作為開關管。 2.選擇合適的開關工作頻率：為降低開關損耗，應盡量降低工作頻率；為避免產(chǎn)生噪聲，工作頻率不應在音頻內(nèi)。綜合考慮后，我們把開關頻率設定為20kHz。3. Boost3. Boost升壓電路中二極管的選?。洪_

4、關電源對于升壓電路中二極管的選取：開關電源對于二極管的開關速度要求較高，可從快速恢復二極管二極管的開關速度要求較高，可從快速恢復二極管和肖特基二極管中加以選擇。與快速恢復二極管相和肖特基二極管中加以選擇。與快速恢復二極管相比，肖特基二極管具有正向壓降很小、恢復時間更比，肖特基二極管具有正向壓降很小、恢復時間更短的優(yōu)點，但反向耐壓較低，多用于低壓場合?？级痰膬?yōu)點，但反向耐壓較低，多用于低壓場合?？紤]到降低損耗和低壓應用的實際，選擇肖特基二極慮到降低損耗和低壓應用的實際，選擇肖特基二極管。管。4. 4. 控制電路及保護電路的措施：控制電路采取超低控制電路及保護電路的措施：控制電路采取超低功耗單片機

5、功耗單片機MSP430MSP430，其工作電流僅，其工作電流僅280A280A；顯示采；顯示采取低功耗取低功耗LCDLCD；控制及保護電路的電源采取了降低功；控制及保護電路的電源采取了降低功耗的方式，耗的方式，單片機由低功耗穩(wěn)壓芯片HT7133單獨供電。3.3.開關場效應管的選擇：開關場效應管的選擇：選擇導通電阻小的選擇導通電阻小的IRF540IRF540作為開關管，其導通電作為開關管，其導通電阻僅為阻僅為77m77m（V VGSGS=10V, I=10V, ID D=17A=17A）。）。IRF540IRF540擊穿擊穿電壓電壓V VDSSDSS為為55V 55V ，漏極電流最大值為，漏極電

6、流最大值為28A28A（V VGS GS =10 V=10 V， 25 25C C），允許最大管耗），允許最大管耗P PCMCM可達可達50W50W，完全滿足電路要求。完全滿足電路要求。4.4.肖特基二極管的選擇：肖特基二極管的選擇：選擇選擇ESAD85M-009ESAD85M-009型肖特基二極管，其導通壓降型肖特基二極管，其導通壓降小，通過小，通過1 A1 A電流時僅為電流時僅為0.35V0.35V，并且恢復時間，并且恢復時間短。實際使用時為降低導通壓降將兩個肖特基短。實際使用時為降低導通壓降將兩個肖特基二極管并聯(lián)。二極管并聯(lián)。5.5.數(shù)字設定及顯示電路的設計：數(shù)字設定及顯示電路的設計：分

7、別通過鍵盤和分別通過鍵盤和LCDLCD實現(xiàn)數(shù)字設定和顯示。鍵盤實現(xiàn)數(shù)字設定和顯示。鍵盤用來設定和調(diào)整輸出電壓；輸出電壓、輸出電用來設定和調(diào)整輸出電壓；輸出電壓、輸出電流和輸入電壓的量值通過流和輸入電壓的量值通過LCDLCD顯示。顯示。四.電路的參數(shù)計算1.電容的參數(shù)計算 其中，UO為負載電壓變化量，取20 mV,f=20kHz,UO=36V時,CB=1465F,取為2000F，實際電路中用多只電容并聯(lián)實現(xiàn)，減小電容的串聯(lián)等效電阻（ESR），起到減小輸出電壓紋波的作用，更好地實現(xiàn)穩(wěn)壓。2.輸出濾波電路的設計與參數(shù)計算為了降低紋波，采用LC低通濾波器，取截止頻率fL=200 Hz，電容取470F，

8、由 得OOINOOBUfUUUIC）（由由 代入得代入得L=215.80 HL=215.80 H，取，取220H220H3.3.控制電路的設計與參數(shù)計算控制電路的設計與參數(shù)計算單片機根據(jù)電壓的設定值和電壓反饋信號調(diào)整單片機根據(jù)電壓的設定值和電壓反饋信號調(diào)整PWMPWM控制控制信號的占空比，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，同時，單片機與采信號的占空比，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，同時，單片機與采樣電路相結(jié)合，將為系統(tǒng)提供過流保護、過熱保護、樣電路相結(jié)合，將為系統(tǒng)提供過流保護、過熱保護、過壓保護等措施，并實現(xiàn)輸出電壓、輸出電流和輸過壓保護等措施，并實現(xiàn)輸出電壓、輸出電流和輸入電壓的測量和顯示。入電壓的測量和顯示。PWMPWM信號

9、占空比信號占空比 當當U2=15VU2=15V，UO=36VUO=36V時，時，U UININ=1.2=1.2* *U U2 2-2V=16V-2V=16V， 最最大值大值D DMAXMAX=0.556=0.556； 當當U2=21VU2=21V，UO=30VUO=30V時，時，U UININ=1.4=1.4* *U U2 2-2V=27.4V-2V=27.4V，最，最小值小值D DMINMIN=0.087=0.087 當系統(tǒng)對于單片機當系統(tǒng)對于單片機A/DA/D采樣精度的要求：題目中采樣精度的要求：題目中最高的精度要求為最高的精度要求為0.2%0.2%，欲達到這一精度，欲達到這一精度，A/D

10、A/D精度要精度要達到達到1/5001/500，即至少為，即至少為9 9位位A/DA/D，MP430MP430內(nèi)置內(nèi)置A/DA/D為為1212位，位，只要合理設定測量范圍。只要合理設定測量范圍。五. 軟件設計本程序主要通過鍵盤設定輸出電壓值,利用PI算法控制PWM的占空比，實現(xiàn)電壓穩(wěn)定輸出.并且為了減少干擾,軟件采用同步采樣的方法,即在PWM上升沿后2微秒,再去采樣,這樣就可以避免采樣到毛刺,進行錯誤的判斷,導致輸出電壓不穩(wěn),再根據(jù)一些其它的反饋采樣值進行調(diào)整,保證系統(tǒng)可以安全可靠穩(wěn)定的工作。原理圖：軟件：開 始預 制 開 機 電 壓 3 0 V打開通 過 鍵 盤 得 到 要 輸 出電 壓 值 ,然 后 控 制 P W M輸 出 一 個 穩(wěn)