DC-DC电源效率测量仪

1、电子设计大赛训练项目设计告DC-DC电源效率测量仪设计报告题目：DC-DC电源效率测量仪组员：祝家卫、李艳明、文俊豪DC-DC电源效率测量仪摘要：在测量芯片MAX4372的基础上设计了一种电源转换效率测量系统论述测量系统的工原理和软硬件设计。并以单片机STC12C541A为核心设计了SPI接口通信电路。关键词：MAX4372;测量系统;转换效率;SPI接口Abstract: The paper introduces a power supply transform measuring system based on MAX4372.The measuring system, s Princip

2、le and software are introduced, and the circuit of the SPI interface communication based on STC12C5A are designed.Key words: MAX4372;measuring system; transform efficiency;SPI interface目录1主要方案论证与比较11.1采样电路选择11.11电压采样电路选择11.12电流采样电路选择11.2方案描述21.3总系统框图32软硬件设计32.1硬件设计33理论分析与计算34功能测试与结果分析34.1测试方法34.2测试数

3、据及分析4参考文献4附录41主要方案论证与比较1.1采样电路选择1.11电压采样电路选择方案一：电压传感器采样采用LEM公司的电压传感器LV100，它具有精度高；线性度好；频带宽；抗干扰能力强等优点。电路设计如下：图 1电压传感器采样方案二：电阻分压采样基于STC12C5A单片机，利用其A/D进行模数转换，配合两颗电阻分压，使检测电压低于5V，输入单片机，进行电压采样。电路设计如下图：图 2电阻分压采样1.12电流采样电路选择方案一：紧凑型电流检测解决方案 串联电阻检测串联电阻检测是外电路一端串联一个小的采样电阻，因为对于一定的电阻值，通过检测电阻上的压降即可检测出对应电感上流过的电流。这种方

4、法检测精度高，但由于检测电阻的存在会引入一个额外的功耗，从而降低了电源转换效率，因此，该电阻不能太大，该方法也只适用于小电流检测电路。电阻采用0.33欧水泥电阻，加之芯片MAX4372。电路设计如图：图 3串联电阻采样电路方案二：功率管RDS检测功率管RDS检测是通过检测功率管上的电压来实现的，因功率管工作在线性区，故其可以等效为一个电阻RDS=LWCox(VGS-VT)。该方法无额外功耗，但是Cox和VT受温度的影响变化较大，功率管的RDS会产生非线性的变化，最大误差范围可达-50+100，因而电流检测精度较差。电路设计如下：图 4功率管检测采样1.2方案描述综合各因素本次设计，电压采样采用

5、电阻分压采样，电流采样采用串联电流检测采样。采用高精度、高边电流放大器MAX4327。此方案具有电路简单、精度高、稳定性好等优点，可实现0-12V DCDC电路效率测量，精度可达0.1%，采用12864B液晶显示模块，直观实时监测。1.3总系统框图图 5总系统框图2软硬件设计2.1硬件设计总的设计思想，在要测DC-DC电路的两侧各串联两颗0.33欧电阻以近行电流采样，电流采样电路采用芯片MAX4327进行电流放大，之后把放大的电流送入单片机IO口，利用其模数转换。电压采样利用电阻分压，降低电压送入单片机进行模数转换。从而求其效率，在通过液晶显示屏直观显示，从而完成DCDc电路效率的测量。原理图

6、、pcb、实物图见附录。3理论分析与计算理论上测得的功率会有小范围的误差，在于0.33欧采样电阻，和分压电阻，能量的损失，理论上功率会偏小。4功能测试与结果分析4.1测试方法分别用效率测量仪与万用表测量同一DC-DC电路的输入，输出电压、电流，求其各自测得的效率，进行比较，进行误差计算。4.2测试数据及分析（1） 输入电压测试范围 测试序号输入电压(系统测试值)输入电压(数字万用表测试值)13.0632.92724.0504.02435.1305.12846.1806.21957.2107.40568.2008.18579.4709.500810.47010.510911.40011.4601

7、012.27012.4301113.28013.3101214.25014.3101314.91015.001（2） 输入电流范围测试 测试序号输入电流(系统测试值)输入电流(数字万用表测试值)10.1390.13320.2060.20430.3070.30340.4030.40050.5080.50660.6100.61370.6990.70180.8100.81590.9290.931101.0211.030111.1481.163121.1261.278131.3391.358141.4831.501151.5481.589161.8991.900171.9621.951（3） 输出电压

8、范围测试 测试序号输出电压(系统测试值)输出电压(数字万用表测试值)13.0632.98124.0504.03235.1305.12246.1806.23057.2007.19068.2008.23179.4709.510810.47010.600911.40011.4401012.27012.2401113.28013.2351214.25014.2551314.91015.011（4） 输出电流范围测试测试序号输出电流(系统测试值)输出电流(数字万用表测试值)10.1400.14020.2250.20130.3540.35040.4300.42950.5300.52560.6140.639

9、70.7540.75280.8340.83190.9550.954101.0731.076111.1571.164121.2251.269131.3431.356141.4481.479151.5641.583161.6371.645171.8831.863181.9891.975参考文献【1】基于CS5467的电源转换效率测量系统的设计刘大成【2】单片机C语言100例（第二版）王东峰、郭向阳附录原理图：Pc版：实物图：程序:#include <reg52.h>#include <stdio.h>#include <intrins.h>#include &q

10、uot;delay.h"#include "12864.h"#include "A-D.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit K2= P21;sbit K1= P20;float val; char i,j,m,n; unsigned int ResultU0,ResultU1,ResultU2,ResultU3,dat0;/ResultIi,ResultUo,ResultIo,dat1,dat2,dat3,ResultU1,dat1 unsigned int mi

11、ddle_value010;/AD通道0输出存储数组 / unsigned int middle_value110;/AD通道0输出存储数组 float ADResultU0; float ADResultU1;unsigned int SJZH(int INC) for(i=0;i<10;i+)middle_value0i=GetADCResult(INC); for (i=0;i<10;i+) for(j=i; j<10;j=j+1)if(middle_value0j-1>middle_value0j)dat0=middle_value0j-1;middle_val

12、ue0j-1=middle_value0j;middle_value0j=dat0; if(INC=0) ResultU0=middle_value04; return ResultU0; if(INC=1) ResultU1=middle_value04; return ResultU1;if(INC=2) ResultU2=middle_value04; return ResultU2;if(INC=3) ResultU3=middle_value04; return ResultU3;/*unsigned int SJZH1(int INC1)for(n=0;n<10;n+)mid

13、dle_value1n=GetADCResult(INC1); for (n=0;n<10;n+) for(m=n; m<10;m=m+1)if(middle_value1m-1>middle_value1m)dat1=middle_value1m-1;middle_value1m-1=middle_value1m;middle_value1m=dat1; ResultU1=middle_value14; return ResultU1;void main (void) char p;/i, j,/unsigned int ResultUi,dat0;/ResultIi,Re

14、sultUo,ResultIo,dat1,dat2,dat3float ResultCC;/float ADResultPi;/float ADResultUo;/float ADResultIo;/float ADResultPo;/unsigned int middle_value010;/AD通道0输出存储数组/unsigned int middle_value110;/AD通道1输出存储数组/unsigned int middle_value210;/AD通道2输出存储数组/unsigned int middle_value310;/AD通道3输出存储数组unsigned char i

15、data displayUi16; /输入电压值存储数组unsigned char idata displayIi16; /输入电流值存储数组/unsigned char idata displayUo16; /输出电压值存储数组/unsigned char idata displayIo16; /输出电流值存储数组 unsigned char idata displayPi16; /输入功率值存储数组/unsigned char idata displayPo16; /输出功率值存储数组 ADCSH();/初始化A-D转换Init_ST7920(); /初始化12864DelayMs(20)

16、; /延时有助于稳定ClrScreen(); /清屏while (1) /主循环 /*通道0输出值*/ SJZH(0);/输入电压采样通道0 ADResultU0=(ResultU0*5.00)/256.00*5.9);/(5.0/256.0) DelayMs(10); LCD_PutString(0,1," 输入 "); sprintf(displayUi,"电压:%5.3f(V) ",ADResultU0); /打印温度值 LCD_PutString(0,2,displayUi); /显示第三行/*/ SJZH(1);/输入电流采样通道1 ADRes

17、ultU1=(ResultU1*5.00)/256.00*3.0)/0.22;/(5.0/256.0)电流采样为采样电阻两端的电压，除以0.22欧姆的采样电阻及为当前电流值 DelayMs(10); sprintf(displayIi,"电流:%5.3f(A) ",ADResultU1); /打印温度值 LCD_PutString(0,3,displayIi); /显示第三行 SJZH(0);/输入电压采样通道0 ADResultU0=(ResultU0*5.00)/256.00*3.0);/(5.0/256.0) SJZH(1);/输入电流采样通道1 ADResultU1

18、=(ResultU1*5.00)/256.00*3.0)/50)/0.22;/(5.0/256.0)电流采样为采样电阻两端的电压，除以0.22欧姆的采样电阻及为当前电流值 sprintf(displayUi,"功率:%4.2f(W) ",(ADResultU0*ADResultU1); /打印温度值 LCD_PutString(0,4,displayUi); /显示第三行 / sprintf(displayPi,"电流:%5.3f (A)",(ADResultU0*ADResultU1); /打印温度值 / LCD_PutString(0,4,displ

19、ayPi); /*通道1输出值*/*for(i=0;i<10;i+)middle_value1i=GetADCResult(1); for (i=0;i<10;i+) for(j=i; j<10;j=j+1)if(middle_value1j-1>middle_value1j)dat1=middle_value1j-1;middle_value1j-1=middle_value1j;middle_value1j=dat1; ResultIi=middle_value14; ADResultIi=(ResultIi*5.00)/256.00*3.0)/0.33;/(5.0

20、/256.0) DelayMs(10); sprintf(displayIi,"电流：%4.2f (A)",ADResultIi); /打印温度值 LCD_PutString(0,3,displayIi); /显示第三行 sprintf(displayPi,"功率：%4.2f (W)",ADResultIi*ADResultUi); /打印温度值 LCD_PutString(0,4,displayPi); /显示第三行/*/*通道2输出值*/*for(i=0;i<10;i+)middle_value2i=GetADCResult(2); for (i=0;i<10;i+) for(j=i; j<10;j=j+1)if(middle_value2j-1>middle_value2j)dat2=middle_value2j-1;middle_value2j-1=middle_value2j;middle_value2j=dat2; ResultUo=middle_value24; ADResultUo=(ResultUo*5.00)/256.00*3.0);/(5