伏穩(wěn)定開(kāi)關(guān)電源模塊的設(shè)計(jì)畢業(yè)論(已修改)
2025-06-21 09:19 本頁(yè)面
【正文】 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 8 伏穩(wěn)定開(kāi)關(guān)電源模塊的設(shè)計(jì) （德州學(xué)院機(jī)電系，山東德州 253023） 摘要 ： 本系統(tǒng)以超低功耗單片機(jī) MSP430 為控制核心，利用 MOS 管和電感構(gòu)成 DC/DC（ Buck）變換單元，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)由 24V降到恒定 8V的功能要求；利用 MSP430調(diào)整 PWM波的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)電流自動(dòng)分配為 1: 1： 2或者任意比例輸出的目的；利用獨(dú)立鍵盤來(lái)控制系統(tǒng)的電源開(kāi)關(guān)、電流比例自動(dòng)調(diào)整、自設(shè)比例等的要求。此外還有按鍵、顯示、報(bào)警等功能。本設(shè)計(jì)除了完成基本功能和發(fā)揮部分以外，還進(jìn)行了創(chuàng)新發(fā)揮，液晶顯示顯示輸入電流和電壓，并在短路保護(hù) 時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)和顯示。 關(guān)鍵詞 ： MSP430；關(guān)電源； PWM；電流自動(dòng)分配 1 引言 選題的目的和意義 電源是各種電子設(shè)備的必不可少的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)。目前采用的有兩種：線性電源，開(kāi)關(guān)電源兩大類。 主要優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕（體積和重量只有線性電源的 20～ 30%）、效率高（為 60～ 70%，而線性電源只有 30～ 40%）、自身抗干擾性強(qiáng)、輸出電壓范圍寬、模塊化 ，穩(wěn)壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。但存在嚴(yán)重的開(kāi)關(guān)干擾，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中，功率調(diào)整開(kāi)關(guān)晶體管 V 工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，它產(chǎn)生的交流電壓和電流通過(guò)電 路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾如果不采取一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽，就會(huì)嚴(yán)重地影響整機(jī)的正常工作。因此對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的研究就有重要意義。 另外，暴露出開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的又一個(gè)缺點(diǎn)，那就是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，維修麻煩，本系統(tǒng)以超低功耗單片機(jī) MSP430 為控制核心，利用 MOS 管和電感構(gòu)成 DC/DC（ Buck）變換單元，利用 MSP430 調(diào)整 PWM 波的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)電流自動(dòng)分配為 1: 1： 2 或者任意比例輸出的目的；利用獨(dú)立鍵盤來(lái)控制系統(tǒng)的電源開(kāi)關(guān)、電流比例自動(dòng)調(diào)整、自設(shè)比例等的要求。此外還有按鍵 、顯示、報(bào)警等功能。這個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，耗能少 開(kāi)關(guān)電源的電流自動(dòng)分配問(wèn)題 開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。 開(kāi)關(guān)電源，就是把市電整流過(guò)后得到的直流電壓，利用開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，將該電壓截成矩形波 (當(dāng)然，實(shí)際的波形并非完美的矩形波，而是會(huì)有過(guò)沖 )，這樣做的意義就是把高能量切割成無(wú)數(shù)個(gè)低能量，傳遞到輸出端去，輸出端會(huì)通過(guò)輸出電壓高低，對(duì)輸入端進(jìn)行反德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 饋 (調(diào)整切割的頻率，以及切割的寬度大小 —— 占空比 )，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的 。 。 2 系統(tǒng)總體方案及結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)主要由 MSP430，降壓模塊，鍵盤模塊， DC_DC 電壓轉(zhuǎn)換、電流轉(zhuǎn)換模塊組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下： 采 樣P W M電 源M S P 4 3 0鍵 盤顯 示報(bào) 警兩 路并 聯(lián)D C _ DC 模 塊降 壓 模 塊 圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3 開(kāi)關(guān)電源的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件的整體組成部分 系統(tǒng)硬件整體主要分為電壓轉(zhuǎn)換電路和電流采樣分配兩部分， 24V 電源對(duì)并聯(lián) DCDC模塊進(jìn)行供電，輸出恒定的 8v 直流電壓，經(jīng)過(guò)電流的采樣和比例自動(dòng)調(diào)整得到不同比例的電流比，電流值通過(guò)液晶進(jìn)行顯示；控制器通過(guò)采樣適時(shí)調(diào)整 pwm 的占空比，控制輸出電壓為穩(wěn)定的 8v； 控制器通過(guò)調(diào)整 pwm 占空比調(diào)整電流，當(dāng)整體的電流值大于 時(shí)，控制器進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，并能夠自動(dòng)恢復(fù)。整個(gè)系統(tǒng)的供電和電流比例的 1:2 調(diào)整通過(guò)鍵盤進(jìn)行通斷與設(shè)置。 整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試，單元電路能夠很好的協(xié)調(diào)工作。 系統(tǒng)整體電路圖如下圖 2 所示： 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 圖 2 系統(tǒng)總硬件電路圖 控制器工作電路設(shè)計(jì) MSP430 單片機(jī)內(nèi)部有 MSP430 的時(shí)鐘、低功耗、各種端口、定時(shí)器、 LCD、硬件乘法器、12 位 AD 轉(zhuǎn)換。在低功耗方面，其處理其功耗（ — ,— 400uA， 250UA/MPS）和口線輸入漏電流在 世界都是最低。 MSP430 的 RAM 數(shù)據(jù)保持模式下耗電僅為 ，活動(dòng)模式耗電 250uA/MIPS， I/O 輸入端口的漏電流最大僅為 50nA。在 4kHZ， 條件下單片機(jī)電流為 ，在 1MHZ， 條件下單片機(jī)電流為 280uA。在本系統(tǒng)中考慮到功耗低、所用I/O 較多的要求，采用它是極為方便的。電路圖如下： 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 2021 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 . DC_DC 模塊設(shè)計(jì) 該部分的設(shè)計(jì)采用單片機(jī) MSP430控制占空比，輸出 PWM波，利用 PWM波控制 mos管 P60NF06的通斷 ，鑒于單片機(jī)輸出的電平較小，在 mos 管的控制級(jí)加一個(gè)放大三極管。由于 mos 管本身的功耗，我們采用兩個(gè) mos 管并聯(lián)，以減小 mos 管的內(nèi)阻，降低壓降損耗。后級(jí)采用BUCK 降壓電路，對(duì) 24V 電壓進(jìn)行降壓處理，得到穩(wěn)定的 8V 電壓。 DC_DC 模塊電路圖如圖 4所示： 圖 3 MSP 控制器及簡(jiǎn)單外圍電路 1718
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