【文章內容簡介】 的增加而減少 。 VL隨 IL的變化關系稱為輸出特性或是外特性。當 C值一 定 時 且空載電壓 VL=； 當 電容 C=0 時，即純阻 性 負載時， VL= 。在整流電路 通過 電容濾波， 會因為 電容 C充電的瞬時電流 值過大 ， 容 易 使得 二極管 損壞 ， 所以 在選 則 二極管 時，其 最大整流電流參數要 保 留有 充足 的余量，一般都需要 2～ 3 倍的 IL。 因為 負載電流 對電流值的 要求比較 大 ， 則我們選擇大容量電容 。 濾波電路結構圖如圖 7所示： 10 圖 7 濾波電路基本結構圖 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路 是為了 確保 其 輸出直流電壓穩(wěn)定 而存在的 ，不 因為 交流電網 的 電壓和負載變化而發(fā)生變化。它 通過 調節(jié)流過穩(wěn)壓 管的電流大小來滿足負載電流的改變，并與限流電阻配合將電流的變化轉換成電壓的變化以適應電網電壓的波動。我們經常使 用的集成穩(wěn)壓器 是 固定式三端穩(wěn)壓器。 三端固定 式 穩(wěn)壓 IC 有正輸出 與 負輸出兩種類型，正輸出穩(wěn)壓 IC 有 W78xx系列， W78Mxx 系列， W78Lxx 系列，負輸出穩(wěn)壓 IC 有 W79xx 系列、 W79Mxx 系列、W79Lxx 系列，最常用的是正輸出大電流的 W78xx 系列。 Xx是 表示穩(wěn)壓 數 值， 比如： W7805表示穩(wěn)定輸出電壓 是 5V， W7815 表示穩(wěn)定輸出電壓 是 15V。 7 79 系列穩(wěn)壓 IC 主要參數如表 1所示： 表 1 7 79 系列穩(wěn)壓 IC主要參數 參數類型 型 號 最大輸出電流 峰值輸出電流 固定輸出電壓 最高輸入電壓 最低輸入 電壓 備注 78 系列正輸出 W78xx 35V U0+2V (U012V 時 ) U0+3V (U015V 時 ) 功 率大 過1W 時 需加散熱片，隨 著 功耗的增加，散熱片的面積、厚度 也會 增大 W78Mxx W78Lxx 79 系列負輸出 W79xx – – – 35V U0+（ – 2V） (|U0|12V 時 ) U0+（ – 3V） (|U0|15V 時 ) W79Mxx – – W79Lxx – – 11 保護電路 1 過電流保護電路 在 數控 直流電源電路中 ,為了 使電路不因為電路短路、過電流時不被燒壞，其 根 本方法是 ,當輸出電流 高 過 規(guī)定值 時 ,調整管 會 反向偏置 ,從而截止 ,自動 把電路的電流 切斷 .如 下 圖 2 所示 ,過電流保護電路 是 由 分壓電阻和三極管構成，電路正常工作時 ,經 過 R4 與 R5 的 分 壓作用 ,會 使得 三極管 BG2 的基極電位 高于 發(fā)射極電位 ,反向電壓 通過發(fā)射結 .因此 三極管 BG2 處于截止狀態(tài) ,穩(wěn)壓電路不 受其影響 .當 電路短路時 ,輸出電壓 是 零 , 三極管 BG2 的發(fā)射極 可看作 接地 ,所以三極管 BG2 處于飽和導通 的 狀態(tài) (可看作 短路 ),從而使調整管 BG1 基極 與發(fā)射極近于短路 ,而 變成 截止狀態(tài) ,切斷電路 的 電流 ,以 達到保護 電路的 目的 .過電流保護電路如圖 8 所示： 圖 8 過電流保護電路 2 過電壓保護 電路 在數控 直流 穩(wěn)壓 電源中 ，主電路的 過電壓保護包 含 輸入過電壓保護 與 輸出過電壓保護 .若 開關穩(wěn)壓器所使用的未穩(wěn)壓直流電源 (諸如整流器 )的電壓 高于限定值 ,就會使得 開關穩(wěn)壓器不 可以 正常工作 ,乃 至 毀 壞內部 的電子元 器件 ,所以在開關電源中 非常 有必要 加入 輸入過電壓保護。如 下 圖所示： 三極管 T1 為 開關管，電阻 R電阻 R2 的串聯分壓， DZ為 穩(wěn)壓二極管， R4 為 限流電阻， D1為 可控硅，方框的三端 為 三 引腳 的穩(wěn)壓芯片。 過 電 壓保護的工作原理：當輸入正常 時 ，由 電阻 R 電阻 R2 的串聯分壓值小于 DZ 時會截 止。 三極管 T1 導通，輸 入的電壓加 至 三 引腳 芯片， 使 電路 穩(wěn)定保持正常工作；當輸入電壓 超 過我們所設的規(guī)定值時， DZ 的反擊電壓 會小于電阻 R2 12 兩端電路分壓， 穩(wěn)壓二極管 DZ 擊穿后使 可控硅 D1 導通， 三極管 T1 的 基極沒有偏壓所以截止， 三極管 T1斷開， 達到 過電壓保護。 過電壓保護電路如圖 9 所示： 圖 9 輸入過電壓保護電路 3 過熱保護電路 數控 直流 穩(wěn)壓 電源中開關穩(wěn)壓器 因為 高集成化 與量輕 體積 小 ,使 得 其單位體積內的功率密度 會大步 提高 ,所以若工作環(huán)境溫度過高，而電源內部元器件又不能適應，就 會使 得 電路性能變 差 ,元器件 壽命下降 .因此 我們設計 的數控直流穩(wěn)壓電源中應該設計 過熱保護電路 . 如圖所示：芯片溫度正常，熱敏元件 T2 截止；當芯片溫度上升至限定值時，溫度 的 系數電阻 R3 增大，電壓降增加，但負溫度系數的 T2 的 基極到發(fā)射極的 be結 的 正向壓降下降，從而讓 T2 導通，對調整管 進行 分流，減小輸出電流，穩(wěn)壓器 功率消耗 受限，芯片溫度 控制 在一定范圍內，保護芯片 不受過熱而損壞 。 過熱保護電路如圖 10 所示： 13 圖 10 過熱保護電路 開關變換器的設計 Buck 變換器基本工作原理 Buck 電路是由 負載串聯和一個功率晶體管開關 Q組 成的， Buck 電路如 下圖 所示，功率 晶體管 Q 的導通 和 截止 由 驅動信號 ub 周期地控制 。如果 晶體管導通時，忽略 它的 飽和壓降，輸出電壓 值 uo 就 等于輸入電壓 的值 ；當晶體管截止時，若忽略晶體管的漏電流，輸出電壓為 0。 變換器 電路 如圖 11，主要工作波形如圖 12 所示。 14 圖 11 Buck 變換器電路 U b0 A00tttV i nLi Li?Q O NQ O f f 圖 12 Buck 變換器的主要工作波形 濾波電容的設計 濾波電容是指把大容量的電解電容直接接在直流電源的正極與負極之間，用以濾除直流電源中所不需要的交流成分，讓直流電壓變得平滑。 由于 輸出紋波 的 電壓只 和 電容的容量 及 ESR相 關 ， rr rrCVVR iI??? （ 1） 電解電容 器制造 廠商很少 會 給出 ESR，但 是電容 C和 RC的乘積 近于 常數，大 約 是 50~80μ* ΩF 濾波電感的設計 電感通直阻交的特點，當通過電感的電流變化時，電感線圈阻止電流的變化，當經過電感的電流變大時，阻止電流的變大，當經過電感的電流變小時，阻止電流變小，則通過電感濾波后，負載電流與電壓的脈動會變小，波形變平滑，并且整流二極管的導通角變大。 15 開關管閉合 和 導通狀態(tài)的基爾霍夫電壓方程分別如式 (2)、 (3)所示： I N O L O N L O N/V V V V L i T? ? ? ? ? （ 2） O L D L O F F/V V V L i T? ? ? ? （ 3） o ff 1/on sT T f?? (4) 由上得： Lin o L Don V V V VLT i? ? ?? ? (5) 占空比計算 占空比指的是 在一串理想的脈沖周期序列中，正脈沖的持續(xù)時間 和 脈沖總周期的 一個 比值。 根據： onTD T? (6) 控制器的設計 基于 DSP 芯片 TMS320C5402 的 最小系統(tǒng)系統(tǒng)框圖 如圖所示 。 該 DSP 最小系統(tǒng)主要 是 由復位 模塊 和 WATCH DOG、 時鐘模塊、 JTAG 的 仿真調試接口 模 塊 、供電 源系統(tǒng)等構成。系統(tǒng)框圖如 圖 13 所示 ： 電 源 回 路復 位 和 W A T C HD O G 電 路時 鐘 電 路T M S 3 2 0 C 5 40 2 芯 片J T A G 接 口 圖 13 系統(tǒng)框圖 16 主控制器模塊 處理而專門設計的，其采用改進的哈佛結構，具有高的操作靈活性和運行速度。 TMS320C5402DSP 是 IT 公司于 1996 年推出的 16 位定點數字信號處理芯片，其外設工作電壓時 ，內核工作電壓為 ，是針對低功耗、高性能的高速實時信號。 TMS320C5402 采用的低壓供電，使得控制器的功耗降低，以 100MIPS 的速度執(zhí)行，單周期指令的時 間為 10 納秒，高至 16K 的數據 \程序片內存儲器與4K*16bit 片外存儲器空間的地址線一共 20 根，可尋址 1M 與 64K 字數區(qū)程序區(qū)，擁有 64KI/O 的空間， 100MIPS 的處理速度。 TMS320C5402 用 4 條地址總線與 4條程序 /數據總線，用以運算速度的增強與靈活性的提高。其采用的指令流水線是一個六級深度的，每條流水線之間相互獨立，一至六條不同指令可以在任何一個機器周期內同時進行工作，每條指令是工作在不同流水線上，所以指令的執(zhí)行時間減小到最小，同時讓處理器的吞吐量增大。 TMS320C5402 具有如下特點。 (1)中央處理 器 利用 自身 專用的硬件邏輯和高度并行性 使 芯片的處理性能 得到大大提高 。 (2) 存儲器 擁 有 192 K 字可尋址存儲空間。 (3) 指令集的專業(yè)化使算法 能夠快速地 完成 并 把其 用于 優(yōu)化編程的語言 。 (4) 片內外設和專用電路采用模塊化的結構設計，可以快速地推出新的系列產品。 (5) TMS320C5402 執(zhí)行 速度為 100MIPS，單周期的定點指令時間是 10納秒 。 (6) TMS320C5402 電源 是 IDLE IDLE2 與 IDLE3 功耗下降指令 來 控制功耗， 用來方 便 主控制器節(jié)能 。 主控制器電源 控制 CLKOUT 引腳的輸出， 功耗減少 。 (7) 在片 的 仿真接口、片上的 JTAG 接口 是 符合 邊界掃描邏輯接口標準，可 以和 主機 相 連接，仿真和測試 我們的芯片要實現的功能 。 TMS320C54X 的管腳圖如圖 14所示： TMS320C54X 的功能框圖如圖 15 所示： 17 圖 14 TMS320C54X 的管腳圖 緩 沖 串 行 口定 時 器可 分 多 路 單 行 口標 準 串 行 口主 機 接 口 1 6 / 8多 通 道 緩 沖 串 行 口鎖 相 環(huán) 時 鐘 發(fā) 生 器軟 件 等 待 狀 態(tài) 發(fā) 生 器電 源 管 理 單 元J A T G測 試 / 仿 真 控 制程 序 / 數 據 R A M程 序 / 數 據 R O M外圍總線D M AC h 0C h 1C h 2C h 3C h 4C h 5C 5 4 x D S P C P U4 0 位 A L U比 較 ， 選 擇 和 儲 存指 數 編 碼 器 A L U1 7 * 1 7 位 乘 法 器4 0 位 加 法 器舍 入 ， 飽 和 電 路M A C4 0 位 累 加 器 A累 加 器( 163。 1 6 , 3 1 )移 位 寄 存 器4 0 位 累 加 器 B4 0 位 桶 形 移 位 器8 個 輔 助 寄 存 器尋 址 單 元2 個 尋 址 單 元D ( 1 5 ～ 0 )A ( 2 2 ～ 0 )程 序 數 據 / 總 線 圖 15 TMS320C54X 的功能框圖 18 5V 電源 的 產生電路 設計 該 電路主要 實現的 功能是 把 220V的 交流 電 壓通過 變壓器降 變低 成 9V的 交流電， 經 過整流橋 電路 整流、 過流電路保護、過壓電路保護、 電容 來 濾波、 最后通過 三端集成穩(wěn)壓器 78L05 輸出穩(wěn) 5V 電壓，為 芯片 TPS73HD318 提供 5V 的電壓 輸入。電路 的 連接如下 圖 16所示： 圖 16 電源產生電路原理圖 復位和 WATCH DOG 電路設計 通過按鈕實現復位操作。當按下按鈕時， 通過按鈕串聯電阻 R3 釋放電荷電容 C18，所以在 電容 C18 上的電壓降為 零 。當松開按鈕時， 因為 電容 C18 上的電壓不 可以 突變， 則只有 通過電阻 R2 進行充電，充電 的 時間 是 R7 C18 的乘積值來確定 ，一般 是 要求大于 5 個外部時鐘周期，可根據具體情況選擇。這樣就可以