直流型稳压电源设计报告——2014陕西省TI五校联赛

1、 陕西工科五校联赛 题 目：升压型直流开关稳压电源学 校：西安理工大学学 生： 高鹏举 朱倩 杨晨 指导老师：侯云 完成时间：2014年6月7号 目录一、摘要.2二、引言.2三、系统硬件设计.2 3.1总体方案设计.2 3.2DC-DC转换器方案的选择.33.2.1 DC-DC转换电路.33.2.2 反馈分压器模块.33.2.3 基本补偿模块.43.2.4 RC滤波网络电路.43.2.5 稳压模块.53.2.6 MSP430芯片、LED1264液晶屏的供电模块：.5 3.3 电路参数的确定.53.3.1 占空比的计算.53.3.2 电感的估算.63.3.3 稳压二极管的选择.63.3.4 输出

2、电容的选择.63.3.5 电流检测和电流限制.73.3.6 电流检测滤波器.73.3.7 输入电容的选择.73.3.8 反馈分压器电阻.7 四、电路调试与测量.8 4.1 输入输出电压波形的测试.9.4.1.1 测试步骤.94.1.2 输入波形.94.1.3 8管角输出波形.104.1.4 输出波形.10 4.2 输出电压纹波峰值.11 4.3 负载稳定度.11 4.4 电压稳定度.11 4.5 效率.11 4.6 设计总结.12 升压型直流开关稳压电源一摘要:本系统是基于TI公司的升压控制器TPS40210DGQ芯片和CSD18534KCS MOS场效应管，设计并制作了升压型直流开关稳压电源

3、，实现了额定输入直流电压为UINrv6V时，额定输出直流电压为UOrv9V，输出电流最大值为IOmaxrv2A。关键词：TPS40210DGQ CSD18534KCS MOS 稳压电源 Abstract: This system is based on TI companys pressure controller,the chip of TPS40210DGQ and the filed effect tube of CSD18534KCS MOS ,designing and construct the booster type dc regulated power supply Swit

4、ch,enforce when the rated input dc voltage is 6V,the output dc voltage is 9V,and the maximum output current is 2A.Keywords: TPS40210DGQ CSD18534KCS MOS Regular power二、 引言开关电源发展迅速，应用广泛，目前已广泛应用于航天、汽车、家用电器、通信、计算机和自动控制等方面，对于开关电源而言，接通时压降很小，几乎不消耗功率；关断时漏电流很小，也几乎不消耗功率。它是通过调节开关调整管的导通时间来实现稳压的，开关调整管工作在开关状态，因此功

5、率损耗小，效率高，而且可以省去电源变压器，体积小。重量轻；开关稳压电源的稳压范围宽，交流输入电压即使在70265V范围内变化，或负载大幅度变化，都能获得良好的稳压效果；另外，使用灵活性高，安全可靠，噪声也低。开关电源的不足之处是输出电压纹波较大，动态响应时间长，电流电压变化率大，不宜在空载或负载电流变化剧烈的场合使用；另外，控制电路复杂、对元器件要求高、成本也高。三、系统硬件设计 1.系统的总体方案设计本系统以MSP430单片机为主控模块，升压变换采用TPS40210芯片和CSD18534KCS MOS场效应管作为DC-DC变换器模块，以LED1264液晶屏为受控模块来显示输出电压、输出电流。

6、单片机通过对电压、电流、功率检测电路的扫描，在LED1264液晶屏上实时地显示电路的电压和电流的值，对数字电位器的阻值进行调节，从而改变DC-DC变换器的输出电压。系统总框图如下图。电压电流测试电源DC-DC装换器 显示模块MSP430单片机 图1 系统总模块图2. DC-DC变换器方案的选择和论证方案一：采用UC3943为控制核心的升压型开关稳压电路 UC3844的最大占空比仅为50%,如果增加负载,输出电压会降低.。同时，它的过流保护功能有时难以起到很好的保护作用，存在着一定的缺陷。方案二：采用LM3488为控制核心的升压型稳压电路 芯片LM3488与外部电路构成回扫式开关电源，用单片机控

7、制虚拟开关的 闭合，外接各个阻值的电阻以达到调节输出电压，但不稳定也不易得到所需电压。方案三：采用TPS40210为控制核心的升压型开关稳压电路 芯片TPS40210可显著降低功耗，提高带负载能力，且输入电压可调节范围大，在输入电压2.5V52V之间都可以正常工作。最大工作温度+125C，最小工作温度-40C。经过比较我们选用方案三.（1）DC-DC转换电路图： 图1 DC-DC转换电路图DC-DC转换电路由四部分组成：分别是反馈分压器模块，基本补偿网络，RC震荡网络和稳压模块。升压变换采用TPS40210芯片和CSD18534KCS MOS场效应管为主控的电路，下面发别介绍各个模块。（2）反

8、馈分压器模块： 此模块主要采用一个电压串联反馈，因电压反馈可以稳定输出电压，增大带负载能力，从而使得在负载变化的情况下输出电压可以保证输出电压可以基本不变。 图2 反馈分压器（3）基本补偿网络： 图3 基本补偿电路（4）RC滤波网络: 电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。所以在输出端也会出现一个与同频率的纹波，为了消除纹波，我们采用在电感上并联RC滤波电路减少纹波对输出电压的干扰。RC滤波电路如下： 图4 RC滤波电路（5）稳压模块： 主要采用IN5367稳压二极管作为稳压部分，但是为了减小干扰并联一个两个电容来滤波。 图5 稳压电路（6）MSP430芯片、LED1264液晶屏的供

9、电模块： 图6 外围供电电路三电路参数的确定与计算：1.占空比的计算 Dmin=×100=30 Dmax= (其中Vfd=0.45v)2.电感的计算： A. 峰值纹波被限制在30%的最大纹波输出电流： Imax= 则电感最小值为： Lmin= (其中=300kHz) B .纹波电流的估计： IRIPPLE(VIN标准) IRIPPLE(VIN小) :C. 最坏的情况的发生在占空比为40%的时候，电感的有效电流为： ILrmsILpeak 电感最小值为7.7H，我们选择的是L=10H的电感。3.稳压二极管的选择 A. 低正向压降肖特基二极管被用作一个整流二极管,以减少其功耗和提 高效率

10、. 80降额使用在VOUT用于交换节点,整流二极管的最小反向击穿电压为： VBR(MIN) B. 平均电流为： ID(arv)=Iout(max)=2A C. 二极管中的功率消耗： PD（MAX） ID(peak) 根据计算内容，我们选择的型号是IN5822稳压二极管，它的反向击穿电压为40V，平均电流为3A。4.输出电容的选择 COUT ESR (其中VOUT(RIPPLE)=100mV)5.电流检测和电流限制 因此允许的最大电流的感测电阻器的值小于18.18m6.电流检测滤波器因此我们选择的是电容值100pF，即7.输入电容的选择 CIN ESP< （其中VIN(RIPPLE)=30

11、mV）根据计算分析，我们输入电容选择为22F，即22F。8.反馈分压器电阻： RBIAS，选择4.22K的反馈电阻，即。四调试和检测1.输入输出电压波形的测试： 4.1测试步骤： (1). 将MOS管断开，将示波器CH1挡一端接地，另一端接在TPS40210芯片的1管角，观察其输出波形，输出波形如下图6。 (2) 将示波器接芯片1管角的接在TPS40210芯片的8管角，观察其输出波形，波形如下图7，（如有如图波形且输出电压与输入电压相差不大，则说明TPS40210芯片正常工作，若输出不对，则需重新检查电路并调试） （3） 接上MOS管，用示波器CH1挡一端接地，另一端接在输入端，示波器CH2挡

12、一端接地，另一端接在输出端观察其波形，具体波形如下图8，并将输入电压逐渐增大到6.6V，观察其输出端的电压的值变化范围。（若输出电压变化范围不在8.76V9.24V之间，则重新检查电路并调试） 4.2输入电压波形： 图7 1管脚输入波形 4.3 8管角输出电压波形 图8 8管角输出波形 4.4 输出电压波形： 图9 输入，输出电压波形2.输出电压纹波峰值（UOPP 180mV） 图10 纹波峰值由图可以看出UOPP为128mV，满足要求。3.负载稳定度(负载调整率)：Si|U轻载U满载1|×100%10%(UINUINrv)；输入电流（A） 2 1.6. 1.2 0.8 0.4输出电压(V) 4.电压稳定度(源电压调整率) Svmax|UO6.6VUO6V|,|UO6VUO5.1V|UO6V×100%2% (RLUO6VIOmax)输入电压（V）5.1 5.4 5.76 6.3 6.6输出电压（V）5.效率的计算：6.设计总结：1