【文章內(nèi)容簡介】 塊，單片機實現(xiàn)數(shù)碼管顯示、 A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換、過流保護、處理電壓反饋信號、對脈寬調(diào)制器進行控制、顯示和人機交換等功能 。 過流保護電路使負載電流不超過 ；負載電壓負反饋 電 路 進 一 步 對 負 載 電 壓 進 行 精 確 控 制 。 提高效率的方法及實現(xiàn)方案 設(shè)計電路時，采取了以下方法降低損耗，提高 DCDC 轉(zhuǎn)換效率： 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 ⑴ 通過提高工作頻率，讓工作頻率達到 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) ?， ID= 18 A） ⑶選用快速恢復(fù)整流二極管，減少反向?qū)〞r間，減少損耗。選用了肖特基二極管 RHRP15120，恢復(fù)時間 trr 65ns。 2 電路設(shè)計與參數(shù)計算 系統(tǒng)總原理圖 DCDC回路器件的選擇及參數(shù)計算 根據(jù)設(shè)計任務(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Δ Vo＜ 1V，分別計算電感、電容器和二極管的參數(shù)： 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 控制電路設(shè)計與參數(shù)計算 控制系統(tǒng)是設(shè)計的關(guān)鍵部分，由單片機系統(tǒng)和脈寬調(diào)制控制器共同來控制 DCDC變換電路，實現(xiàn)電壓穩(wěn)定輸出， 達到設(shè)計的所有指標。單片機選用高集成度自帶 D/A和 A/D轉(zhuǎn)換的單片機 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 PWM驅(qū)動等功能的 SG3525芯片。 控制系統(tǒng)的電路圖如圖 3所示，采用雙閉環(huán)控制電路來實現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定。負載的電壓經(jīng) R1取樣反饋到 SG3525的引腳 1端 （ 誤差放大器反向河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 輸入端） ；單片機 ADuC812采集 R1取樣電壓，通過軟件進行 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行比較， 11腳輸出一個脈寬可變的 PWM脈沖來調(diào)節(jié)DCDC變換電路，最終實現(xiàn)輸出電 壓穩(wěn)定、可調(diào)。 保護電路設(shè)計與參數(shù)計算 如圖 3當電路穩(wěn)定輸出 36伏，若流經(jīng)負載的電流為 ， R7（阻值 ，康銅絲擾制）的壓降為 ，即第 10引腳電壓為 ，觸發(fā) PWM輸出關(guān)閉，實現(xiàn)了電路 過流保護功能，動作電流為 Io(th)=+ 。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 數(shù)字設(shè)定及顯示電路的設(shè)計 數(shù)字設(shè)定及顯示功能由單片 機 ADuC812來實現(xiàn)，具體的電路設(shè)計和控制程序見附錄。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，測得輸出電壓的實驗數(shù)據(jù)如表 1 所示。 2 腳電壓 (V) 輸出端電壓(V) 36 35 34 33 32 31 30 表 1 輸出電壓調(diào)可調(diào)范圍 測量輸出電流 Iomax 選用 18 歐大功率電阻 ,在直流輸出電壓為 36 伏時 ,通過萬用表測得輸出電流達到 2A。 測量電壓調(diào)整率 SU DCDC 模塊，輸入電壓 U2從 15V 變到 21 伏，輸出電流為 2A 時，對應(yīng)的輸出電壓 Uo和電壓調(diào)整率 SU 實驗數(shù)據(jù)如表 2 所示。 U2 (V) 15 16 17 18 19 20 21 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 Uo (V) SU % % % % % % % 表 2 電壓調(diào)整率 SU實驗數(shù)據(jù) 測量負載調(diào)整率 SI 負載空載時 ,輸出端電壓為 12V；負載電流為 2A時 ,輸出端電壓為 5V?？捎嬎愠鲭妷赫{(diào)節(jié)率 %＜ 5% 測量輸出噪聲紋波電壓峰峰值 先用示波器將整個波形捕獲，然后將關(guān)心的紋波部分放大觀察和測量（自動測量或光標測量均可） ，同時還要利用示波器的 FFT功能從頻域進行分析最大紋波電壓（用紋波電壓峰峰值表示）。當輸出電壓為 36V時，不同時段經(jīng)多次測量紋波峰峰值 Uopp≤ 1V。 1 系統(tǒng)框圖 圖 1 系統(tǒng)框圖 2 方案比較與論證 DCDC變換電路的選擇 方案一：單端正激式變換器 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 該種方式電路結(jié)構(gòu)簡單，但其變壓器利用率低且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適合自己繞制 ,體積也較大。 方案二 : 雙管正激式變換器 雙管正激變換器由于具有開關(guān)電壓應(yīng)力低，內(nèi)在抗橋臂直通能力強，可靠性高 ,變壓器利用率高體積小等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于高輸入電壓的中、大功率等級的電源產(chǎn)品中。因此系統(tǒng)采用方案二。 控制方案的選擇 方案一：采用 AT89C51 作為控制器 采用 AT89C51單片機進行控制。 AT89C51價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單 ,且資料豐富；但是 51單片機系統(tǒng)資源有限， 8位控制 器，運算能力有限 ,且沒有內(nèi)置 AD/DA轉(zhuǎn)換器，需要外接大量外圍電路，編程需要價格昂貴的編程器及仿真器，不便于系統(tǒng) 開發(fā)。 方案二：采用凌陽 SPCE061A 作為控制器 采用 SPCE061A單片機進行控制。 SPCE061A凌陽單片機具有強大功能的 16位微控制器，它內(nèi)部集成 7路 10位 ADC和 2通道 10位 DAC，可以直接用于電流電壓采集，以及數(shù)字控制輸出；且其存儲空間大，能配合 LCD液晶顯示的字模數(shù)據(jù)存儲及語音的存儲。采用 SPCE061A單片機，能將相當一部分外圍器件結(jié)合到一起，使用方便，抗干擾性能提高。本設(shè)計需要使 用的軟件資源比較簡單，只需要完成數(shù)控部分、鍵盤輸入、語音播報以及顯示輸出功能。系統(tǒng)采用方案三 PWM 直接驅(qū)動與模擬圖騰柱驅(qū)動的論證 方案一： TL494PWM 輸出直接驅(qū)動 TL494內(nèi)置功率驅(qū)動晶體管，可提供 500ms驅(qū)動能力，足以滿足開關(guān)管（ IRF3205）的驅(qū)動要求，但是從效率考慮，不采用直接驅(qū)動。 方案二：模擬圖騰柱輸出驅(qū)動 由于采用模擬圖騰柱驅(qū)動電路，使 PWM波的上升下降沿時間短，降低其在開關(guān)管上的功耗，從而提高其輸出效率。故采用方案二。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 PWM 產(chǎn)生方式 方案一：由單片機直接 產(chǎn)生 SPCE061A單片機可以直接輸出可調(diào) PWM波，雖然應(yīng)用簡單，但是其輸出脈寬最小調(diào)節(jié)范圍較大，不利于精確控制。 方案二：由三角波比較產(chǎn)生 采用三角波與可調(diào)電壓經(jīng)比較器比較，也可以實現(xiàn)脈寬可調(diào)，但是驅(qū)動能力有限，用運算放大后，可以滿足要求，但是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于制作。 方案三：使用 PWM 集成控制器 使用單芯片的 PWM集成控制器，電路結(jié)構(gòu)簡單，便于用單片機進行控制，配合模擬圖騰柱電路，驅(qū)動開關(guān)管較為理想。故系統(tǒng)采用方案三。 電流取樣電阻的選擇方案 產(chǎn)生電流可以采用在電阻兩端加電壓的方 法，測量電流一般采用的方法是測量電流流經(jīng)電阻兩端的電壓進行間接計算得到的。因此在產(chǎn)生電流或者測量電流值時，取樣電阻的選擇非常重要 。 方案一：采用普通電阻 在電流比較小的情況下，普通的 1/4W 或者 1/8W 的電阻可以被用作電流測量，但是本題需要測量的是最大輸出電流需要達到 2A 的電源。因此即使是比較小的電阻，通過 2A 電流時功率也會大大超過普通電阻的額定功率，電阻將被燒斷。因此在本系統(tǒng)中，測量電流的取樣電阻不能使用普通電阻。 方案二：采用大功率電阻 為了滿足流過大電流的要求，可以采用大功率電阻，通過 2A 電流 時一定不會被燒斷。但是此時流過的大電流將會使電阻大