直流稳定电源设计报告总结

1、直流稳定电源设计报告目录1. 设计任务及要求 31.1. 任务 31.2 要求 41.2.1 基本要求 42. 设计方案及硬件电路设计 52.1. 直流稳压电源 52.1.1 电路方案选择 52.1.2 元件参数分析 62.2. 直流稳流电源 6电路方案选择 6元件参数分析 82.3. DC-DC 变换电路 92.3.1 电路方案选择 92.3.2 元件参数分析 102.4. MSP430F149 显示采集电压 11器件介绍 112.4.2 硬件设计 122.4.3 软件设计 133. 仿真及分析 134. 实验结果数据分析 155. 参考文献 18摘要随着时代的发展， 人们对生活生产的需求日

2、益增加， 在物联网， 大数据的背 景下，智能化产品出现。电源的智能化，必将引起新的变革，当今电源技术融合 了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯 技术发展而来的现代信息技术革命， 给电力电子技术提供了广阔的发展前景， 同 时也给电源提出了更高的要求。 随着数控电源在电子装置中的普遍使用， 普通电 源在工作时产生的误差， 会影响整个系统的精确度。 本设计分别用串联型线性稳 压电路，串联调整式稳流电路和反馈式逆变电路设计直流稳压电源， 运用放大和 反馈电路直流稳流电源和DC-DC升压变换器。通过相关知识计算出各电路中各个 器件的参数， 使电路性能达到设计要求中的电压

3、调整率， 电流调整率， 负载调整 率，纹波电压等各项指标。在通过TI公司推出的超低功耗 MSP43系列单片机显 示设计电源输出电压，让设计更加智能化。关键词：电源；稳压电路；稳流电路； DC-DC；MSP430 单片机1. 设计任务及要求1.1. 任务设计并制作直流变换为直流的高效稳定电源， 该稳定电源具有稳压和稳流功 能，电路图如图。图1电源框图1.2要求 基本要求（1）稳压电源a. 稳压电源在输入电压 UI=1316V,输出电压U0可调范围为+5V+12Vb. 最大输出电流I0=1.5Ac. 电压调整率W 0.5% （输出电流为1A,输入UI=1316V条件下）d. 负载调整率W 1%（在

4、输入电压为15V,输出空载到1A条件下）e. 输出噪声纹波电压w 100mV( UI=15V, U0=5V IO=1.5A )f .整机效率70%(UI=15V U0=5V I0=1.5A)( 2)稳流电源a、在输入电压UI=1316V波动下,输出电流的可调范围为 150mA1500mAb、最大输出电压 U0=10V。c、 电流调整率w 1(在输入UI=1316V,电流为1A,负载电阻为5 Q下测试)。d、负载调整率w 2%(在输入电压为15V,输出电流1A,负载在1Q5Q条件 下测试)。e、输出噪声纹波电流w 30mA(UI =15V, Uo=10V Io=1.5A )。 f、 整机效率70

5、%(在 UI=15V, U0=10V I0=1.5A )。2、发挥部分( 1) 稳压电源a、输出电压能数字显示；输出电压值能数字设置 且具有“+”、“ - ”步进调整输出电压功能,步进w 5mVb、具有过流保护功能 动作电流 IO(th) =2.0±0.2A。c、进一步提高整机效率85%(UI=15V U0=5V I0=1.5A)。d、进一步减少噪声纹波电压w 10mV( UI=15V, U0=5V I0=1.5A )。e、其他。( 2)稳流电源a、输出电流能数字显示；输出电流值能数字设置 且具有“ +”、“- ”步进调整输出电压功能，步进w2mA b、具有过压保护功能，动作电压Uo

6、th=11 土0.5 V(UI=15V, Io=1A)。c、进一步提高整机效率85%(UI=15VU0=10V I0=1.5A) 。d、进一步减小输出噪声纹波电流w 10m(UI =15V, Uo=10V Io=1.5A )。e、其他。2. 设计方案及硬件电路设计2.1. 直流稳压电源电路方案选择方案一：经变压器输出的直流经开关电源稳压输出。 但此方案产生直流电压 纹波大 在后几级电路中很难加以抑制 因此不可行。方案二：经变压器输出后 直接进入由分立元件搭建的线性稳压电路 线性稳压电路输出值可调，优点所需元件简单，缺点元件多参数难以控制iitz-mwAUDIO 10 TOD11 r-MOOTc

7、i益a-SOOkQKey=A10%R5 1Dk£EC3+ C4220 Vrm 3 60 Hz0-poe lokn4 ClZZiOnFyQ2lyoozLM11TIHVHR9 1OQ0221N4-0C2CJL闊ooR210kQR3 icjg方案三：在方案二的基础上选用三段集成直流稳压电器Im317，自带输出短路保护，过流，过热保护电路比较上述三种方案，决定选用方案三。因为其稳压性能好，适用范围比较 宽广。元件参数分析Im317输入电压30v左右，输出1.25 37v可调电压。且最大输出电流1.5a， 电压调整率0.1%,80db纹波抑制比。2.2. 直流稳流电源电路方案选择方案一：基本思

8、想是利用7805集成基推电压源，其3端与1端之间固定压 降为5v，流经电阻后产生恒稳的电流。(1)不加三极管的方案，如下图这是一种被普遍采用的产生恒流的方法，但它有两点不足。一是集成块的静态电流作为负载电流的一部分，当前者随输入 电压及负载的变化而变化时，会影响后者的稳定；二是该电路不能提供小于I(adj)的恒流。图2.1不用三极管的稳流电路(2)使用三极管的方案。如下图：针对上一种方案，我们进行了改进，加进 了一只三极管，则静态电流I (adj)由三极管e、c极提供，而流经RL的静态 电流仅为I (adj)的1/(1+x)该电路能提供比I (adj)还小的恒定电流。图2.2 使用三极管的稳流

9、电路设计中由于不需要太低的电流，所以不符合题目要求。IR3ioo:n4图2.3Un-ADJ- II?LM117HMIYU : -wv_- .:R7 .： 5COO 55%Ky-A12 Vikn lKey=A50%OPD7AH_wv :5kOV2讪卜12 V方案三：如图是一个由双运放构成的恒流电路U2为深反馈同相放大器;U3接成电压跟随器组态它把输出电压反馈回输入端图2.4比较上述三种方案，决定选用方案三。因为其稳流性能好。222元件参数分析输出级OP07C的同向电压Vp和反向电压 V分别为VrR4R3R4VoR3+R3RVoRiR1R2根据放大器特性，Vp =Vn，取Vo a，则Rs上的压降（

10、Vo -V。）等于基准电压Vr，计算得到Ri = R2 = R3 = R|。则输出电流为调节电位器可得到输出电流范围 420mA23 DC-DC变换电路电路方案选择方案一:P5 ：AAA/:60OkGR4 AAAr-图2.5采用Boost型DC-DC升压器。这种电路结构简单，容易实现，但输入输出电 压比太大，占空比大，输出电压范围小，难以达到较高的指标。以TL494为控制核心，以功率晶体管IRF630、整流二极管HER10种高频变 压器，以及阻容元件构成。TL494内部结构见附件2,电路原理如图8所示。TL494 产生一定频率PWM波，控制功率晶体管导通和截止。当IRF630受控导通时，高 频

11、变压器将电能转变成磁能储存起来，当IRF630截止时，高频变压器原、副边电压极性改变，HER107由反偏变为正偏导通，高频变压器将原先储存的磁能转 变为电能，通过整流和LC滤波网络变成直流向负载供电。图2.6TL494产生开关频率控制功率晶体管，并且产生基准电压Vref。输出电压为VrefR11Rw ' R12VOut'R2 + RW取Rii=100K Ri2=2.5K,调节电位器Rw=3.125K,则可计算得输出电压V°ut =100V。比较上述二种方案，决定选用方案二。因为，能够更加精确控制输出的电压， 且输出范围较大，满足指标。232元件参数分析变压器是变换交流

12、电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电变压 器原理图流时，铁芯中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压(或电流)。 变压器由铁芯和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫 初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。市面上很难买到适合题目要求的高频变压器， 因此我们选择自己绕制。输入电压最小值Vin=9V,最大占空比错误！未找到引用源。=0.45，要求输 出电压U=100V电流I=10mA 得变压器功率P。二 U I =100 0.01 =1W取f=40KHz,则变压器绕阻电感量LP =V!n Dmax =9 0.45/(0.0140000) =10.1mH匝N1Vo 11 &qu

13、ot;Dmax=(100+1) (1-0.45)/(0.459)=13N 2- D max V inL J二£=J=r上j-,r ,1£5：3aaJ二3巨兰匚丢兰工 E-1 L*吕忘g g送孚F-P4P4.P+.4C.IIP?>一P4-?、MSP43啲性能：MSP43系列单片机是美国德州仪器（Tl）1996年开始推向市场的一种16位超 低功耗的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。MSP43特点：MSP430系列单片机的迅速发展和应用范围的不断扩大，主要取决于以下的 特点。强大的处理能力MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精 简

14、指令集（RISC结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的 操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令； 大量的寄存器以及 片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速 度，在8MHz晶体驱动下指令周期为125ns。这些特点保证了可编制出高效率 的源程序。丰富的片上外围模块 MSP43係列单片机的各成员都集成了较丰富的 片内外设。它们分别是看门狗（WDT、模拟比较器A、定时器A（Timer_A）、 定时器B（Timer_B）、串口 0、1（USART0 1）、硬件乘法器、液晶驱动器、10 位/12位ADC IIC总线直接数据存取（DMA、端口 16

15、（P1P6、基本定时器（BasicTimer）等的一些外围模块的不同组合。 其中，看门狗可以使程序失控时 迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D转换器； 16位定时器（Timer_A和Timer_B）具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存 器，可用于事件计数、时序发生、SPW等；MSP430系列单片机的这些片内外设 为系统的单片解决方案提供了极大的方便。MSP43啲内部结构图Figure 1-1. MSP430 Architecture（2） 12864液晶显示器本次试验采用SMG12864G2-Z液晶显示模块，此液晶模块液晶显示模块是 128X 64点阵的汉字图

16、形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置国标GB2312 码简体中文字库（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显 示RAM（ GDRAMo 8-位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：画面移位、 睡眠模式等。硬件设计在MSP430F14内置一个ADC12模数转换器，并且采样速度快，ADC的所有 功能都可以通过用户软件独立配置。结构如图：软件设计软件设计的流程图为3. 仿真及分析3.1稳压电路仿真结果为:3.2稳流电流电路调整电位器输出的最大电流为20.486 m A谡氏 I d二？IDM；二3.3稳流电流电路调整电位器输出的最小电流为1.935 m APiRH：5.

17、3kCy ：K 沪'1 ''D：12IIUHiAOrVCC -r1'5V- 1啊9noniDkn :won .血口和九.OP07PGP07CPi- U2-OPflZCP：R4：.：:.：im1DkIl:.:呃:.：HDI1 1M淄1卜4 1 .Q35 mA4. 实验结果数据分析表i测试使用的仪器设备序号名称、型号、规格数量备注1示波器Tektronix1Tektro nix2函数信号发生器EE164281南京新联电子设备有限公司3数字万用表 UT39系列1UNI-T（1）稳压电源测试 输出电压和输出电流测试。外接负载为5Q、5.6 Q、6Q、7Q、8Q的功率电阻

18、，调节电位器，改变输出电压（9V12V，观察电流表读数变化。测量 结果如下表2所示：表2输出电压、输出电流测试结果电流/A9V12V5Q1.78-5.6 Q1.60-6Q1.491.987Q1.281.718Q1.121.49从上表中可以看出，稳压电路完全达到要求。注：如果设定过流保护时的电流为 1.60A，以上超过此值的视为无效。 负载调整率测试。输入电压下，从空载到满载，测得输出电压如下表3所示：表2负载调整率测试结果负载空载、卄 +、， 满载输出电压9.02V9.01V12.01V12.01V计算出负载调整率为9.04-9.029.02100% 72%12.01 -12.0112.01100% =0满足题目要求。 纹波测试。接上负载后用泰克示波器观察纹波 Uc为40mV到70mV波动, 不能满足指标要求。分析原因可能是，2N3055的集电极与散热片没有隔离，从 而散热片接入电路。(2)稳流电源测试 输出电流测试。外接负载阻值为 200Q,调节电路中的电位器用万用表测出输出电流最小值和最大值。测试结果如下表 3所示:表3稳流输出电流测试结