【文章內(nèi)容簡介】 輸出電流的特點，采集得的電流即為 電感電流，而電感電流為三角波電流，通過分流器和 INA194 放大后的電壓為三角波電壓，不能直接供給單片機采集。因此在INA194 放大器后用一個 10uF 的鉭電容的 RC 濾波器對其進行濾波，把三角波電壓濾成直流電壓。為了避免濾波器的幅頻特性影響電流采集的線性度，所以在濾波器后面用一個電壓跟隨器進行阻抗匹配，再供給單片機進行采樣。電壓跟隨器選用 5V 單電源供電運算放大器 TLC272。該電流采集任意一路的電路原理圖如圖32 所示。 圖 32 電流采集電路圖 輔助供電模塊設(shè)計 該輔助供電模塊采用高效率的電源管 理芯片 TPS5430 設(shè)計并制作了兩路供電模塊為系統(tǒng)的外圍模塊供電，該芯片輸入電壓范圍寬，效率高，可達 90%以上。電路原理簡單，效率高，該芯片通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié) 4 腳電壓的大小從而調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。其典型應(yīng)用電路的如圖 33 所示。 圖 33 TPS5430典型接線圖 BOOT1VSENSE4ENA5GND6VIN7PH8U1TPS543012J2CON2+C210uFGNDC1 L1 33uHD1IN5819GND+C3220uFR110kR250kGND12J3CON2GNDGND24V 輸入 輸出供電宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第四章 軟件 設(shè)計 部分 IAR FOR 430 簡介 IAR Systems 是全球領(lǐng)先的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具和服務(wù)的供應(yīng)商。公司成立于 1983 年，迄今已有 27 年，提供的產(chǎn)品和服務(wù)涉及到嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)和測試的每一個階段，包括： 帶有 C/C++編譯器和調(diào)試器的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)、實時操作系統(tǒng)和中間件、開發(fā)套件、硬件仿真器以及狀態(tài)機建模工具。 國內(nèi)普及的 MSP430 開發(fā)軟件種內(nèi)不多，主要有 IAR 公司的 Embedded Workbench for MSP430（簡稱為 EW430）和 AQ430。目前 IAR 的用戶居多。 IAR EW430軟件提供了工程管理，程序編輯，代碼下載，調(diào)試等所有功能。并且軟件界面和操作方法與 IAR EW for ARM 等開發(fā)軟件一致。因此，學(xué)會了 IAR EW430，就可以很順利地過渡到另一種新處理器的開發(fā)工作。 現(xiàn)在 IAR 的最新版本為 版，不過本文主要是以 版講解。各個版本之間差異不大。掌握了 ，別的版本也能很快上手。 MSP430F247 采用 16M 晶振，執(zhí)行速度快，從而滿足了閉環(huán)系統(tǒng)快速響應(yīng)的需求。當(dāng)采得的 A 路電流大于 B 路電流時，用 MSP430F247 產(chǎn)生的一路 PWM 去控制 A路同步 BUCK電路，根據(jù)反饋的負(fù)載電壓恒定輸出電壓 Uo，然后用 MSP430F247產(chǎn)生的另一路 PWM 去控制 B 路同步 BUCK 電路，使 A、 B兩路的電流達到對應(yīng)的比例關(guān)系。反之，當(dāng) B路電流大于 A路電流時， 與上面的控制方式一樣。這樣通過動態(tài)尋找兩路輸出電流的最大電流的一路電路，來實現(xiàn)恒定輸出電壓；動態(tài)尋找它們輸出電流最小電流的一路來實現(xiàn)按相應(yīng)比例的分流。 由于在前面的動態(tài)跟蹤過程中，兩路的占空比會同時出現(xiàn)過大或過小，使輸出電壓偏離 8V 過大，所以在此還加入了大流占空比的控制。把輸出總電流分成三個檔位：高電流（大于 )、中電流（ 至 )、低電流（小于 )。分別對這三個檔位的最大占空比和最小占空比的限制，從而使輸出穩(wěn)定在 8V。 具體程序流程圖如下圖 41 所示： 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 開 始初 始 化兩 路 電 流 I a , I b和 輸 出 電 壓 U o 的采 集 有 數(shù) 據(jù) 處 理I a I b控 制 A 路 P W M 進 行穩(wěn) 壓控 制 B 路 P W M 進 行分 流控 制 B 路 P W M 進 行穩(wěn) 壓控 制 A 路 P W M 進 行分 流輸 出 電 流處 于 高 電 流輸 出 電 流處 于 中 電 流輸 出 電 流處 于 低 電 流高 位 大 電 流 的 占空 比 的 調(diào) 整中 位 大 電 流 的 占空 比 的 調(diào) 整低 位 大 電 流 的 占空 比 的 調(diào) 整是否是否否是是否 圖 41 軟件流程圖 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第五章 系統(tǒng)測試 主要元器件 表 51 主要元器件 元件名稱 型號 數(shù)量 單片機 MSP430F247 1 浮柵驅(qū)動 IR21094 2 運放 TLC272 2 N 溝道 MOS 管 IRF3205 4 電流并聯(lián)監(jiān)視器 INA194 2 測試方法 圖 51測試框圖 測試儀器清單 這次我們整個測試用到的儀器有： 表 52測試儀器清單 序號 儀器名稱 型號 指標(biāo) 1 雙蹤示波器 RIGLO DS1102D 100Mhz帶寬 1Gs/s采樣率 2 滑動變阻器 200R/5A 200R/5A 3 數(shù)字萬用表 RIGOL DM3068 6位半 4 數(shù)字萬用表 MY63 3位半 5 直流穩(wěn)壓電源 UNIT UTG9065C 24V DC DCDC 同步BUCK 結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu) DCDC 同步BUCK 結(jié)構(gòu) A A A V V 負(fù) 載 A A 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 測試條件： Uin=24V，負(fù)載由 1KΩ減少到 2Ω 表 53：負(fù)載調(diào)整率 負(fù)載 R(Ω ) 1000 500 100 50 20 10 5 2 電壓 U(V) 從表 53 中可以看出，看出我們實測△ Uo 最大為 ，題目要求輸出 Uo為 8V，相對誤差△ Io 不超過177。 ，所以完全達到題目要求。 測試條件： Uin=24V、輸出電壓 Uo= 、輸出電流 Io=4A。 表 54系統(tǒng)效率測試 輸入電壓為 輸入電流 輸出電壓 輸出電流 輸入功率 輸出功率 效率 24V 1595mA 4010mA % 24V 1625mA 4280mA % 1560mA 3990mA % 24V 1580mA 3980mA % 1570mA 4050mA % 從表 54 可以看出系統(tǒng)效率在 %以上，根據(jù)題目的要求 60%以上，我們大大提高整個系統(tǒng)的效率 .且較好的完成的發(fā)揮部分的要求。 4A均流測試 表 55均流偏差測試 實測輸出電壓 A路電流 B路電流 電流之比 （ I1:I2） 總電流 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1 從表 55 中可以看出 ,在調(diào)整負(fù)載電阻狀態(tài)下，電流在 4A 處滿足題目要求按照 1:1 分配，題目要求相對誤差在 2%（ 40mA）范圍內(nèi)，我們測試結(jié)果最大相對誤差為 7mA 完全達到 題目要求。 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 任意比分流點測試 表 56任意比分流測試 分流比設(shè)定 實測輸出電壓（ V） A路電流實際值 (A) A路電流理論值 (A) A路相對絕對誤差 B路實際電流(A) B路電流理論值 (A) B路相對絕對誤差 總電流(A) 1:3 3:5 4:1 2:3 5:4 從表 56 中可以看出，任意分流比時，各路相對誤差絕對值在 0 到 %之間。而題目的要求是在 5%的范圍內(nèi)，我們較好的完成了題目的要求。 表 57過流保護及自動恢復(fù) 是否能實現(xiàn)負(fù)載短路保護及自恢復(fù)功能 實測保護閥值電流 能 能 能 能 能 從表 57 可以看出，我們實現(xiàn)了 左右的過流保護和自動恢復(fù)功能，完成了題目的要求。 表 58其他功能測試 功能一 具有過流聲光報警 功能二 LCD顯示和按鍵選擇是否進入低功耗模式 功能三 超低紋波系數(shù)（ 4A的工作狀態(tài)紋波為 4mV左右） 從表 58 可以看出，我們在較好的完成了題目的基本部分和發(fā)揮部分之外，還另外增加了以上三種實用的其他功能。 誤差分析 我們測量的誤差主要來源是電磁干擾，由于測試場地有許 多電腦和儀器使用開關(guān)電源，電磁噪聲很大，采樣電路的限流器與電路板的接觸不好，電阻的精度不高等，并且測量儀表類型很多且精度不夠高，人為讀數(shù)存在誤差，測量的數(shù)據(jù)達不到理論計算值，但是我們通過多次測量去平均把誤差降低到最小。 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 第六章 總體結(jié)論 通過此次的畢業(yè)設(shè)計，提高了對本專業(yè)各個學(xué)科綜合知識的實際運用能力，提高了實際動手能力，提高了自身的科學(xué)性、系統(tǒng)性、及全面性的綜合設(shè)計素質(zhì)，并且較好的掌握了硬件開發(fā)的工作流程及步驟。 本設(shè)計采用更少的元件，更低成本實現(xiàn)了穩(wěn)壓，均流，過流保護自恢復(fù)等功能，通過巧妙的模擬 電路設(shè)計，在輸出電流相對誤差等方面達到了指標(biāo)要求，特別是 85%以上的供電系統(tǒng)效率遠超過了基本部分的指標(biāo)，設(shè)計中所選的器件均具有相當(dāng)高的性價比，如 MSP430F247， IR21094 浮柵驅(qū)動器，相當(dāng)于傳統(tǒng)方案，本作品更經(jīng)濟簡潔，實用性更強。 由于時間限制 ，開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng) 還有一些不足，需要進一步完善，也可以進行部分功能擴展。在此提出一些建議： ，由于受單片機類型的影響（如：運算速度 等不夠）另外在 PCB 的布局上做改進（考慮電磁兼容等），用 DSP 作為本系統(tǒng)的控制核心這樣對精 度和穩(wěn)定度會有進一步的提高。 由于作者水平有限，在設(shè)計上難免有考慮不周之處，希望大家提出寶貴意見，并批評指正。謝謝！ 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 致謝 在論文完成之際，首先要感謝我的指導(dǎo)老師甘德成老師。再本文從前期的選題，到最后論文的完成，都是在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下進行的。甘老師學(xué)識淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。他不僅在學(xué)習(xí)給了我很多幫助和啟發(fā)，而且讓我學(xué)會了做事、做學(xué)問的態(tài)度和方法，將使我終身受益。在此，向指導(dǎo)老師甘德成老師表示衷心的感謝和深深的敬意！ 再 次要感謝學(xué)校給我們提供這么好的一個培訓(xùn)環(huán)境，在為期兩個多月的培訓(xùn)中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了，尤其要強烈感謝幫助過我的張雪平老師和李慶老師，他對我進行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助我們在設(shè)計細(xì)節(jié)上的改進，另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。 最后在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝，同時感謝各位授課老師，在我學(xué)習(xí)期間，正是你們孜孜不倦的教誨使我能夠順利完成學(xué)業(yè)，你們的潛移默化使我在這四年的學(xué)習(xí)生涯中積累了一筆寶貴的財富，這將使 我在今后的學(xué)習(xí)工作中受益終生。感謝我的同學(xué)、感謝我的家人和朋友，在我求學(xué)的過程中，給予我莫大的支持和幫助，沒有你們就沒有我今天的收獲和成果。在本論文撰寫過程中，參考并引用了許多作者的文獻，他們的研究成果給了我極大的幫助和啟迪，在此謹(jǐn)表示衷心的感謝！向在百忙之中抽出時間對本論文進行評審及評閱的各位專家表示衷心的感謝！ 宜賓學(xué)院 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 參考文獻 [1] 童詩白，華成英 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社 2021 年 [2]江思敏，姚鵬翼 編著：《 PCB 設(shè)計》機械工業(yè)出版社 202110 [3] 張占松，蔡宣三 開關(guān)電源的原理與設(shè)計 電子工業(yè)出版社 2021 年 [4] Abraham 開關(guān)電源設(shè)計 電子工業(yè)出版社 2021 年 [5] 李愛文 現(xiàn)代通信基礎(chǔ)開關(guān)電源的原理和設(shè)計 科學(xué)出版社 2021 年 [6] 高吉湘 全國 大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)系列教程 電子工業(yè)出版社 2021 年 [7]（美） Sanjaya Maniktala 著，王志強等譯 精通開關(guān)電源設(shè)計 人民郵電 2021 年 09 月 [8]（美）普利斯曼 著，莫瑞 著，王志強 等譯 開關(guān)電源設(shè)計 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