瑞薩杯20xx電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽設(shè)計(jì)報(bào)告(編輯修改稿)
2025-07-03 13:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1vout，其中 inv =24v 為了使電流連續(xù)并獲得較好的效果， boost 電路的參數(shù)選取如下： L1=700uH,C2=330vF 驅(qū)動(dòng)模塊 驅(qū)動(dòng) MOSFET 電壓需要 15v 左右，而 主控芯片 的輸出電壓 達(dá)不到， 為了能成功驅(qū)動(dòng) MOSFET 需要加裝驅(qū)動(dòng)電路來對(duì)輸出 電壓進(jìn)行放大。由于集成芯片的性能良好，設(shè)計(jì)更加優(yōu)良，而且有輸入輸出隔離比較適合使用， 綜合考慮選用 A3120。該芯片是專門的 IGBT 的驅(qū)動(dòng)芯片，芯片內(nèi)部具有光電隔離， 對(duì)輸入和輸出有隔離作用，這樣不會(huì)對(duì)錢電路有影響。驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)原理圖如下： 圖 7 驅(qū)動(dòng)電路原理圖 輔助電源模塊： 由于芯片的工作需要直流電源，但是并沒有提供可用的直流源，所以購買成品電源模塊，直接從 220V 電源出獲取，以便讓芯片正常工作 。 選用 220V轉(zhuǎn)直流模塊 JSJ55A2T0515，提供穩(wěn)定的直流供給芯片，使得芯片正常工作。 8 過流保護(hù) ： 方案一 用熔斷絲，當(dāng)電流多大熔斷保護(hù)電路。但是要求過流 177。 時(shí)過流保護(hù)，熔斷絲不能達(dá)到精確要求。方案不可用。 方案二 采用三極管的開關(guān)特性，用耐流大的三極管接到主電路，主控電路上電初始化 將三極管導(dǎo)通使電路接通，當(dāng)監(jiān)測(cè)到過流主控發(fā)出信號(hào)將三極管關(guān)斷，使之達(dá)到保護(hù)的作用。方案有可行行。 方案三 在方案二的基礎(chǔ)上改進(jìn)， 采用繼電器 jw2sndc12v。 將常閉開關(guān)接入主電路，繼電器電源正端經(jīng)三極管后接入地端，三極管基極接入主控芯片 I/O口，主控芯片上電復(fù)位初始化使三極管處于關(guān)斷狀態(tài)，繼電器不 動(dòng)作， 主控芯片實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前流過負(fù)載的電流，判斷是否有過流 ，一旦過流，主控芯片使 I/O 電平變化導(dǎo)通三極管，使得繼電器動(dòng)作 ，將常閉開關(guān)斷開，從而切斷主電路，達(dá)到過流保護(hù)的作用 。 方案的可行性高，即可采用，過流保護(hù)的電路原理如如下： 圖 8 過流保護(hù)原理圖 功率因數(shù)調(diào)整電路： 通過 電壓和電流傳感器采集電源側(cè)電壓，負(fù)載側(cè)電流，用編程方法 計(jì)算相位差，經(jīng)由 PID 調(diào)節(jié)，控制 PWM 占空比，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的調(diào)整。 原理圖如下： 9 圖 9 功率因數(shù)矯正的仿真原理圖 電壓電流測(cè)量電路： 對(duì)于輸出負(fù)載 與輸入 的電壓電流測(cè)量采用 電 壓傳感器 VSM025A 與電流傳感器 CSM005A。 傳感模塊的引腳圖如下： 圖 10 VSM025A 引腳圖 10 圖 11 CSM005A 傳感器引腳圖 對(duì)于 VSM025A 是，， 將輸出端 M 接到 ADC 采樣，通過算法轉(zhuǎn)換即可得到當(dāng)前負(fù)載電壓。 對(duì)于 CSM005A，使用其匝數(shù)比 5:1000，原邊額定輸入 5A，副邊額定輸出 25mA， 由于 ADC 采集的是電壓信號(hào)，所以 需要在其輸出端接100Ω 電阻到地， 然后將輸出端 M 送到 ADC 采樣， 通過算法將當(dāng)前的電流計(jì)算出來。 由于不希望傳感器輸出的信號(hào)受到后級(jí)電 路的影響，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離，可采用運(yùn)放 接成信號(hào)跟隨器，將信號(hào)進(jìn)行隔離，運(yùn)放可采用具有雙運(yùn)放的 LM358，隔離電路原理圖如下： 主電路設(shè)計(jì) 由于將電路已經(jīng)模塊化，系統(tǒng)的組成即是各個(gè)模塊的拼接，主電路即為負(fù)責(zé)進(jìn)行電壓的變換。 整個(gè)系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)圖 系統(tǒng)原理圖見附錄 2. 提高效率的方法 1. 盡量選用低開關(guān)損耗的開關(guān)管 ； 2. PWM 波的 頻率要用合適的頻率，太高 在開關(guān)管上 就會(huì)造成損耗加大； 3. 整流橋要用壓降小的二極管 ； 4. 電路設(shè)計(jì)要合理不要冗余 ； 5. 提高功率因數(shù)，減小電源側(cè)無功功率； 6. 其他方法等。 計(jì) TMS320F2812 是 TI 公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性價(jià)比的 32位定點(diǎn) DSP芯片。該芯片兼容 TMS320LF2407指令系統(tǒng)最高可在 150MHz主頻下工作，并帶有 18K8 位 0 等待周期片上 SRAM 和 128k16 位片上FLASH（存取時(shí)間 36ns）。其片上外設(shè)主要包括 28 路 12 位 ADC（最快 80ns轉(zhuǎn)換時(shí)間）、帶有兩個(gè)事件管理模塊 （ EVA、 EVB） ，分別包括 6 路 PWM/CWM、2 路 QEP、 3 路 CAP、 2 路 16 位定時(shí)器（或 Tｘ PWM/Tｘ CMP）。另外，該 11 器件還有 3 個(gè)獨(dú)立的 32 位 CPU 定 時(shí)器，以及多達(dá) 56 個(gè)獨(dú)立編程的 GPIO 引腳 TMS320F2812 采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，具有密碼保護(hù)機(jī)制，可進(jìn)行雙 1616乘加和 3232 乘加操作，因而可兼顧控制和快速運(yùn)算的雙重功能。 由于DSP2812 芯片內(nèi)部有 12 位的 ADC，還有 EVA， EVB 分別具有 6 路 PWM 輸出，省去了要用額外 ADC 和 PWM 發(fā)生芯片，使得系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化，減少工作量，是系統(tǒng)可靠性得到增加， 所以選擇該芯片作為電路的主控是很好的選擇。 程序總體流程圖 程序主要目的是根據(jù)采樣的電壓電流計(jì)算功率因數(shù)，調(diào)節(jié)輸出電壓。題目要求輸出在負(fù)載調(diào) 節(jié)時(shí)和輸入變化時(shí)保持穩(wěn)定，同時(shí)也要保證整個(gè)電路的效率和功率因數(shù)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中只有調(diào)節(jié)負(fù)載時(shí)和調(diào)節(jié)輸入電壓時(shí)可以手動(dòng)調(diào)節(jié)，所以設(shè)置如下的程序流程： 12 功能模塊的流程圖 功率因數(shù)測(cè)量模塊 過流保護(hù)模塊 系統(tǒng)調(diào)試的方案（方法） 由于系統(tǒng)對(duì)電路效率有一定的要求，所以 需要測(cè)量 AC/DC 輸入端、輸出端電壓、電流來計(jì)算功率因數(shù)與效率。 測(cè)試 采取 直接測(cè)量負(fù)載端和變壓器副邊的電壓電流。 系統(tǒng)測(cè)試儀器 輸出電壓測(cè)試和輸出波形紋波測(cè)試采用模擬示波器 型號(hào) DS1052D 13 電源提供采用工頻 220v 直接接入 單相電參數(shù)測(cè)量儀 測(cè)試結(jié)果 (1)系統(tǒng)額定工作狀態(tài) 調(diào)節(jié)輸入電壓至 VS 24U ? ，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻使輸出直流電流至 AIO 2? . 輸出直流電壓值為 Vout= 輸出電流值為 Iout=2A (2)負(fù)載變化時(shí)的工作狀態(tài) 在輸入電壓保持 VS 24U ? 時(shí)，調(diào)節(jié)負(fù)載使輸出電 流在 ~ 變化， 每變動(dòng) 測(cè)量一次，同時(shí)計(jì)算每次的負(fù)載調(diào)整率。負(fù) 載調(diào)整率的計(jì)算公式%100S112 ???OOOI U UU ,其中 1UO 為 ?OI 時(shí)的直流輸出電壓， 2OU 為?OI 時(shí)的直流輸出電壓。 Vin/V Vout/V Iout/A 電壓調(diào)整率 24V % 1 2 通過多
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