開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案(已修改)
2025-05-16 04:18 本頁面
【正文】 開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案 1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證 設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)輸出電流過流保護(hù)功能；同時(shí)，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。 方案的論證 DCDC主回路 設(shè)計(jì)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(jì)，穩(wěn)壓性能優(yōu)，并且轉(zhuǎn)換效率高。原理圖如圖2所示。 控制方法及實(shí)現(xiàn)方案 控制系統(tǒng)有兩種設(shè)計(jì)方案：(1) 方案一：單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制。該方案的優(yōu)點(diǎn)：布線簡單，硬件設(shè)計(jì)節(jié)省時(shí)間；該方案的缺點(diǎn)：⒈控制軟件編程工作量大、難度大；⒉所有的控制都由單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，對單片機(jī)的硬件資源要求很高；⒊該設(shè)計(jì)要求對DCDC變換器實(shí)現(xiàn)PWM控制的開關(guān)頻率至少要為100KHZ，這是單片機(jī)難于實(shí)現(xiàn)的。（2）方案二：單片機(jī)和脈寬調(diào)制型控制器共同實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制。 該方案的優(yōu)點(diǎn)： ⒈控制系統(tǒng)軟件編程工作量較小，難度不大； ⒉用脈寬調(diào)制型控制器實(shí)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(shí)時(shí)性好； ⒊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(diǎn)： ⒈硬件電器設(shè)計(jì)難度較大；⒉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(shí)現(xiàn)整個(gè)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DCDC變換模塊，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、過流保護(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。 ；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。 提高效率的方法及實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)電路時(shí)，采取了以下方法降低損耗，提高DCDC轉(zhuǎn)換效率：⑴ 通過提高工作頻率，讓工作頻率達(dá)到100KHZ；⑵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) W，ID= 18 A）⑶選用快速恢復(fù)整流二極管，減少反向?qū)〞r(shí)間，減少損耗。選用了肖特基二極管RHRP15120，恢復(fù)時(shí)間trr 65ns。2 電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 系統(tǒng)總原理圖 DCDC回路器件的選擇及參數(shù)計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)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=18～24V，輸出電壓Vo=12V，5V輸出電流Io=0～2A,開關(guān)頻率fs=100kHZ,設(shè)定紋波電流ΔVo＜1V，分別計(jì)算電感、電容器和二極管的參數(shù)： 控制電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算控制系統(tǒng)是設(shè)計(jì)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DCDC變換電路，實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定輸出，達(dá)到設(shè)計(jì)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(shí)PWM驅(qū)動等功能的SG3525芯片?？刂葡到y(tǒng)的電路圖如圖3所示，采用雙閉環(huán)控制電路來實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定。負(fù)載的電壓經(jīng)R1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)ADuC812采集R1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）；SG3525的引腳2的電壓通過芯片內(nèi)部誤差放大器比較并輸出誤差電壓Vea，Vea通過比較器與鋸齒波進(jìn)行比較，11腳輸出一個(gè)脈寬可變的PWM脈沖來調(diào)節(jié)DCDC變換電路，最終實(shí)現(xiàn)輸出電 壓穩(wěn)定、可調(diào)。 保護(hù)電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 如圖3當(dāng)電路穩(wěn)定輸出36伏，R7（，康銅絲擾制），觸發(fā)PWM輸出關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)了電路過流保護(hù)功能，動作電流為Io(th)=+ 。 數(shù)字設(shè)定及顯示電路的設(shè)計(jì) 數(shù)字設(shè)定及顯示功能由單片機(jī)ADuC812來實(shí)現(xiàn)，具體的電路設(shè)計(jì)和控制程序見附錄。通過按鍵設(shè)定送到SG3525的電壓、調(diào)節(jié)數(shù)碼管的顯示模式,按鍵詳細(xì)功能如下:鍵1: 模式鍵切換上升/下降功能、電流顯示和電壓顯示。鍵2: 上升鍵3: 下降3測試方法與數(shù)據(jù) 測量輸出電壓U0可調(diào)范圍 通過調(diào)節(jié)給定變阻器或D/A輸出電壓調(diào)節(jié)SG3525第2腳輸入給定電壓,用數(shù)字萬用表測量輸出端可穩(wěn)定輸出30～36V。調(diào)節(jié)第2腳電壓，測得輸出電壓的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。2腳電壓(V)輸出
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