瑞薩杯20xx電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽設(shè)計(jì)報(bào)告-文庫(kù)吧
2025-04-24 13:10 本頁(yè)面
【正文】 . 12 測(cè)試結(jié)果 ........................................................................................................ 13 .......................................................... 14 ........................................................................................................................... 15 附錄 1 設(shè)計(jì)任務(wù) .......................................................................................... 15 附錄 2 主電路原理圖 .................................................................................. 16 附錄 3 部分程序清單 .................................................................................. 17 附錄 4 元器件清單 ...................................................................................... 22 附錄 5 參考文獻(xiàn) .......................................................................................... 22 3 設(shè)計(jì)任務(wù) (見(jiàn)附 1) 設(shè)計(jì)要求 (見(jiàn)附 1) 題目分析 開(kāi)關(guān)電源電路是電力電子電路中的一種，被廣泛應(yīng)用在小功率及各種電子設(shè)備領(lǐng)域，顧名思義，開(kāi)關(guān)電源就是電路中的電力電子器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的電源，對(duì)于 AC/DC 電路， 主要控制對(duì)象是電壓和電流。本題目要求通過(guò)變壓器和 ACDC 變換電路實(shí) 現(xiàn)將單相工頻交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定在 36V 的直流電壓輸出。題目難點(diǎn)是在保證輸出電壓基本不變的前提下實(shí)現(xiàn)輸出電流在一定的范圍內(nèi)變化，以及輸入端電壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，保證輸出電壓穩(wěn)定。 論證 主電路 方案的提出比較與選擇 方案一 : 圖 1 單相全橋電路 直接采用單相全橋 pwm 控制電路 。如圖 1 所示，在整流運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)Us0 時(shí)，有 V2， VD4， VD1， Ls 和 V3， VD1， VD4， Ls 分別組成了兩個(gè)升壓斬波電路。以包含 V2 的升壓斬波電路為例，當(dāng) V2 導(dǎo)通時(shí)， Us 通過(guò) V2， VD4 向Ls 儲(chǔ)能，當(dāng) V2 關(guān)斷時(shí)， Ls 中儲(chǔ)存的能量通過(guò) VD1， VD4 向直流側(cè)電容 C 充電。當(dāng) Us0 時(shí)，有 V1， VD3， VD2Ls 和 V4， VD2， VD3， Ls 分別組成了兩個(gè)升壓斬波電路，工作原理和 Us0 時(shí)類(lèi)似。因?yàn)殡娐钒瓷?壓斬波電路工作，所以如 4 果控制不當(dāng)，直流側(cè)電容電壓可能比交流電壓峰值高出許多倍，對(duì)電力半導(dǎo)體器件形成威脅。 可以看出電壓型 PWM 整流電路是升壓型整流電路，滿足題目要求。將輸出電壓采集回 DSP 比較后根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)其 PWM 控制以使輸出電壓維持穩(wěn)定。 方案二 ： 經(jīng)過(guò) 二極管 整 流 橋?qū)?24V 正弦波整流，然后經(jīng)由 BOOST 電 路 升壓到 36V，主電路流程圖 如下： 圖 2 方案二流程圖 通過(guò)對(duì)負(fù)載的電壓電流的采集，送到主控芯片，經(jīng)過(guò) PID 調(diào)節(jié) 算法 達(dá)到 輸出合適的 PWM 波，實(shí)現(xiàn) 閉環(huán)控制，使電壓電流達(dá)到額定。 方案選擇： 方案一中程序設(shè)計(jì)復(fù)雜， 需要用到四路 PWM 波形來(lái)控制開(kāi)關(guān)管， 輸出電壓計(jì)算不方便控制難度大。 由于其電路即可升壓也可降壓，控制不當(dāng)即可引起器件的損壞，難度大。對(duì)于間接電流控制動(dòng)態(tài)性能差，而直接電流控制結(jié)構(gòu)比較繁瑣。 方案二 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，原理清晰，易于控制所以選擇方案二。 5 方案論證： 圖 3 主電路原理圖 本系統(tǒng)是由一個(gè)變壓器變壓之后串聯(lián) 由二極管構(gòu)成 整流電路 ， 再串聯(lián)BOOST 電路后接負(fù)載， 通過(guò)控制 PWM 波的占空比即可控制負(fù)載的電壓達(dá)到 基本 要求 。 由 BOOST 電路公式，在電流連續(xù)下 Vout=1/(1a)*Vin,(注： a 為 PWM 波的占空比 )，可見(jiàn)只要選擇合適的占空比的 PWM 波，就可以得到想要結(jié)果，在經(jīng)過(guò) PID 閉環(huán)調(diào)節(jié)，就可以進(jìn)行精確的控制。 具體方案的 確 立 根據(jù) 選定的 主電路 方案，設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的功能圖模塊，如下： 變 壓 器A C D C模 塊M C U電 壓傳 感鍵 盤(pán) 和 顯 示電 壓傳 感電 流傳 感負(fù) 載驅(qū) 動(dòng) 模 塊電 源 模 塊~ 2 2 0 V ~ 2 4 V 圖 4 系統(tǒng)整體流程 6 針對(duì)本系統(tǒng)，進(jìn)行分模塊的設(shè)計(jì)，選用合適的 方案。 與元器件選擇 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思想 ： 本系統(tǒng)是 ACDC 的變換電路，有很廣泛的應(yīng)用，對(duì)認(rèn)識(shí)和掌握 ACDC 的相電路有很大意義。 可直接接入工頻電源的穩(wěn)壓供電盡量采用簡(jiǎn)潔可靠的軟硬件環(huán)境，程序流程力求簡(jiǎn)單明了，從而充分利用現(xiàn)有資源，提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)水平。 系統(tǒng)硬件電路模塊化，便于硬件測(cè)試和電路查詢(xún)。 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)模塊化， 便于系統(tǒng)功能的各種組合和修改。 設(shè)計(jì)步驟 ： ，題目要求將 220v 交流電經(jīng)變壓器變壓后經(jīng)過(guò)電路輸出 36v電壓，所以主電路應(yīng)該包括整流模塊與電壓變換 模塊。 本保持不變，在輸入電壓變化 時(shí)也基本保持不變，故引入測(cè)量反饋電路。通過(guò)電壓傳感器和電流傳感器對(duì)輸出電壓電流檢測(cè)，經(jīng)過(guò) 主控芯片 將輸出采樣的電壓與 36v 比較根據(jù)比較結(jié)果來(lái)控制 boost 電路，以此來(lái)使輸出電壓穩(wěn)定。 2A，所以電路要有保護(hù)電路裝置。 設(shè)計(jì)合適的保護(hù)電路， ， 各種傳感器，和各種芯片需要供電電源，但是由于要求中并沒(méi)有提供所以要從提供 的 24V 交流源獲取所需的電源，要設(shè)計(jì)合適的電源模塊。 各個(gè)電路 模塊的設(shè)計(jì) 整流模塊 ： 為盡量 是 控制簡(jiǎn)單化 ，整流模塊直接采用不可控的二極管來(lái)整流。 減輕了主控的的負(fù)擔(dān)。 圖 5 整流電路模塊 7 Boost 電路模塊 ： 圖 6 Boost 電路模塊 在電流連續(xù)的情況下有下式： inva??1
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