高效數(shù)控恒流源設(shè)計(jì)報(bào)告(最終版)-在線瀏覽
2025-08-03 20:06本頁(yè)面
【正文】 值從零變到Uin，也就是說(shuō)輸出電壓可隨D而改變。因?yàn)轭l率調(diào)制方式容易產(chǎn)生諧波干擾，而且其濾波器設(shè)計(jì)也比較困難。雖然DC/DC轉(zhuǎn)換電路很多種，但都具有各自不同的特點(diǎn)：Buck和Boost電路雖然效率較高但不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)降壓和升壓的雙重功能。兼有升、降壓功能的BuckBoost電路要滿足8~20V的要求頗為不易。由本題設(shè)計(jì)要求：恒流源輸出最大電壓10V且輸出電流范圍為20~2000mA，即輸出功率最大值為20W，屬于小功率電源。推挽式隔離變換電路，使用兩個(gè)管子進(jìn)行推挽，變壓器采用中心抽頭連接，二次側(cè)也是兩相半波整流，因此相當(dāng)于兩個(gè)正激式變換電路在工作，這類變換電路較復(fù)雜，綜合考慮本設(shè)計(jì)不使用該電路。本設(shè)計(jì)不采用該電路。適用于低電壓大電流的開(kāi)關(guān)電源，多用于150W以下的小功率場(chǎng)合。所以本設(shè)計(jì)電源部分采取此電路。恒流源電路完成使輸出電流穩(wěn)定的功能。同時(shí)在LCD上顯示系統(tǒng)的相關(guān)信息。恒流源負(fù)載恒壓源MSP430F149單片機(jī)ADCDC/DC變換Uin鍵盤LCD顯示DAC圖3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖二、功能描述題目要求功能：（1）能數(shù)字設(shè)置并控制輸出電流，最大輸出電壓11V，輸出電流范圍200~2000mA；（2）輸入電壓范圍：8V~20V；效率≥80%。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)擴(kuò)展功能：（1）輸出電流范圍：20~2000mA；步進(jìn)可達(dá)到1mA；（2）具有軟件啟動(dòng)功能；（3）輸入電壓范圍擴(kuò)展到8V~20V；（4）具有掉電保持功能：電流源可存儲(chǔ)掉電前工作電流值。（5）另外電路擴(kuò)展穩(wěn)壓源模塊，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出1~5V。根據(jù)上述所選值求得N1=13。（2）SG3525控制電路分析與計(jì)算單端正激式開(kāi)關(guān)電源，電路原理圖如圖4所示，硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。反之亦然，如此形成閉環(huán)控制。圖4 DC/DC電源原理圖根據(jù)在穩(wěn)態(tài)條件下電感L2兩端電壓在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)平均值為零的基本原理，在電感電流連續(xù)的條件下，可以推導(dǎo)出輸入、輸出電壓與開(kāi)關(guān)通斷時(shí)間的占空比（占空比為d）的關(guān)系為：Uo/Ui=d/(1d),故通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管的占空比d 可以控制輸出平均電壓的大小，當(dāng)0d1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2d1時(shí)為升壓，即可實(shí)現(xiàn)升壓和降壓的功能。SG3525控制產(chǎn)生的PWM波的頻率f可由外接電阻和電容確定，其計(jì)算公式為：f= 1/Ct(+)其中Ct是5腳接出到地的充電電容,Rt是6腳接出到地的時(shí)基電阻,Rd是5,7腳間的放電電阻。 （3）開(kāi)關(guān)管的選擇 開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)晶體管是影響電源可靠性的關(guān)鍵器件，主電路中用作開(kāi)關(guān)的功率管主要有雙極性晶體管和VMOS兩種。經(jīng)實(shí)測(cè)，其功耗非常低。（4）整流管的選擇功率肖特基二極管由于正向壓降低、功耗小、開(kāi)關(guān)速度高，在主流低壓帶電流領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。較低的勢(shì)壘高度會(huì)使器件反向漏電流增加，最高工作溫度降低，因此選擇合適的勢(shì)壘高度是很重要的。同時(shí)其正向?qū)娏骺稍龃蟮?15A?？梢赃_(dá)到本設(shè)計(jì)PWM波99KHz的要求。大功率管實(shí)現(xiàn)擴(kuò)流，12位DAC輸出控制電壓送到運(yùn)放同相輸入端，根據(jù)運(yùn)放虛短的概念，運(yùn)放的反相輸入端電壓將等于控制電壓，采樣電阻的電壓經(jīng)20倍放大后連接到運(yùn)放反相端，從而實(shí)現(xiàn)電壓控制采樣電阻的電壓，進(jìn)而控制采樣電阻的電流，即控制恒流源輸出電流。根據(jù)題目要求選擇合適的元器件很重要。鑒于以上考慮。（3）運(yùn)算放大器的選擇 由于此電源系統(tǒng)不提供負(fù)電壓，所以必須采用單電源運(yùn)放，本設(shè)計(jì)采用LM258。（4）功率管的選擇常見(jiàn)的電流源多采用達(dá)林頓管和VMOS管兩種，經(jīng)過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，考慮到提高電源效率問(wèn)題，本電路采用VMOS大功率管。單片機(jī)控制顯示（1）MCU的選擇由于電流設(shè)置分辨率為1mA/2000mA=1/2000，故ADC和DAC的分辨率必須≥1/2000，即DAC和ADC的位數(shù)必須在11位以上。市場(chǎng)上MCU種類繁多，TI公司的MSP430F149單片機(jī)是使用比較廣泛的一款單片機(jī)，其內(nèi)部含有60K FLASH以及8通道12位ADC，正好滿足本系統(tǒng)4個(gè)通道的要求。故本系統(tǒng)采用MSP430F149單片機(jī)作為控制芯片。
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