高效直流稳定电源new

1、高效直流稳定电源（C题）本科组摘要：本系统以可调降压芯片TPS5430为核心，以MSP430单片机为主控制器，根据反馈信号进行可靠的闭环控制，从而实现稳压输出、稳流输出。通过控制TPS540的VSNS端，实现稳压源和稳流源输出大小的控制。电压检测部分利用数字电位器实现稳压的范围控制，电流检测电路以TI高精度仪表放大器INA210和LM358组成电流取样电路。双向模拟开关实现稳流和稳压之间的切换。MSP430F149实现A/D转换，1602液晶显示器显示出电压、电流值。实现了基本部分和部分发挥部分。关键词：稳压电稳流TPS5430数字电位器Abstract：thesytemwithadjusta

2、blestep-downTPS5430chipasthecore,whichisgivenprioritytowithMSP430controller,accordingtothefeedbacksignalisreliableclosed-loopcontrol,soastorealizestablevoltageoutput,currentoutput.BycontrollingtheTPS5430VSNSend,thesizeofthevoltagesourceandcurrentsourceoutputstabilizationcontrol.Voltagedetectingpartu

3、singthedigitalpotentiometervoltagerangecontrol,currentdetectioncircuitwithTIhighprecisioninstrumentationamplifierLM358andINA210currentsamplingcircuit.Two-waybetweenanalogswitchtotealizesteadyflowandvoltagestability.MSP430F149achieveA/Dconversion,1602LCDshowsthevoltageandcurrentvalue.Implementsthebas

4、icpartsandplayapart.KeyswordsstablevoltageelectriccurrentTPS5430digitalpotentiometer.目录1方案论证1.1.1 稳定电源主回路拓扑1.1.2 稳压及稳流的控制方法及实现方案11.3 提高效率的方法及实现方案1.2系统总体方案框图设计23电路设计与计算2.3.1 电路设计与计算2.3.1.1 主回路器件的参数计算23.1.2 控制电路设计与参数计算33.1.3 效率的分析与计算.4.3.1.4 保护电路设计与参数计算43.1.5 数字设定及显示电路的设计43.2 软件设计4.4测试方案和测试结果5.测试仪器5.测

5、试方法与测试数据及处理5误差分析7.5结论与系统改进措施.7.6参考文献8.附录：9.1方案论证稳定电源主回路拓扑方案一：可调电压芯片输出可调电压，控制电压范围。再用另一芯片输出可调电流，控制电流范围。方案二：使用降压芯片输出稳定电压，使用电位器分压，控制电压输出为5V-10V,使用另一个电位器分压，选用一电阻转化为电流输出，使用检流芯片检流，再经放大芯片放大后反馈。综合考虑，选用方案二。稳压及稳流的控制方法及实现方案稳压控制方案一：LDO芯片和稳压管联合控制，使之输出为5V,再使用电位器调节输出电压的范围。方案二：高效率的TPS5430芯片和肖特基二极管B340A联合控制，使之输出为5V,再

6、使用电位器反馈回TPS5430的VSNS引脚调节输出电压的范围。综合考虑，选用方案二。稳流控制方案一：直接串连一个电阻，从电阻的两端取出电压，进而转化为电流。方案二：电阻的电流经210检流后，经过LM358放大，反馈回TPS5430的VSNS引脚经电位器调节输出电流的范围。提高效率的方法及实现方案方案一：选用普通型的降压芯片.低压线性稳压器LDO,线性稳压器的工作原理是通过消耗能量的方式来实现降压，在线性稳压器内部有一个功率耗散管，通过输出的反馈电压，内部参考电压和误差放大器产生一个控制电压来控制功率管的导通程度，使得功率耗散管呈现出不同的阻抗来消耗不同的功率，从而得到稳定的输出电压。但是效率

7、不是很高，无法满足要求。方案二：选用高效率的开关型的降压芯片，TI公司的TPS5430DDA片，TSP543比一种DCDCF关电源芯片，8个脚，工作温度-40到125,底部带散热片,输入电压为5.5V-36V。能在5V输出时提供3A的最大负载电流，最高效率95流右。温度范围-40-125,系统过电流限制保护，过压保护和热关闭。只需外接电感、电压反馈电阻、肖特基二极管等。根据效率要求，选用开关式降压芯片，即方案二。2系统总体方案框图设计根据题目要求，系统总体方案如图1所示。输入信号经TPS5430输出稳定电压，经电位器反馈调节输出稳定可调电压，电压转换电流输出可调稳定电流。总体框图如图1所示。3

8、电路设计与计算电路设计与计算主回路器件的参数计算输出5V的主回路电路图如图2所示。图25V输出主回路电路图VSNS引脚电压为最小为1.2V,通过R1和R2的选择，使输出电压为5V,电流最大达3A。为后续的电压和电流调节提供电压。控制电路设计与参数计算控制电压调节电路如图3所示。图3:电压范围调节电路滑动变阻器W1阻值大小可以调节输出电压的大小，电压要求要控制在5V10V,设计为范围5V11V。芯片要求VSNS脚所接电压为1.22V。根据公式R2/R1+W1+R2=1.22/11W+R2/R1+W1+R2=1.22/5当滑动变阻器电阻从0变到最大时，输出电压从5V变化到11V.计算出R1的值为1

9、0k。控制电流调节电路如图4所示。图4:电流范围调节电路滑动变阻器W2阻值大小可以调节输出电流的大小，电流要求控制在150mA1500mA。利用电阻将电压转化为电流，经过210稳流和LM538放大后引回TPS5430的VSNS引脚反馈，使之输出范围控制在150mA1500mA。电阻两端只能测量电压，利用欧姆定律I=U/R(3)计算出电流的大小。效率的分析与计算n=(Uo*Io)/(Uin*Iin)当所需的电压或电源确定时，所需输入越小，则效率越高。保护电路设计与参数计算根据芯片手册得知TSP5430自带保护电路，TSP5430正常工作所需电压最低为1.2v,ENA管脚电压值大于1.3V时，芯片

10、正常工作。电压低于0.5V时，ENA置零，TSP5430停止工作。数字设定及显示电路的设计显示电路如图5所示。利用MSP430自带的A/D转换，采样、换算输出数字量。输出输入到1602中显示。当电位器变化为010k时，稳压的输出范围为5.00V-10.00V,稳流的输出范围为150mA1500mA。软件设计软件设计如图6所示，将电压经电阻分压后，输入单片机A/D部分，单片机初始化后，进行采样处理，输出数字信号，由液晶显示。开始初始化采样A/D结束图6程序流程图4测试方案和测试结果测试仪器电压源电压表DS1052示波器测试方法与测试数据及处理稳压电源测试结果如表（1）所示表（1）:稳压电源测试结

11、果a、输出电压范围Ui(v)13.00514.00614.99916.005Uo(V)范围5.232-10.1195.334-10.0435.156-10.1605.213-10.044测量范围为5.156V-10.160Vb、最大输出电流Io次数1234Io(mA)1491148414731503最大输出电流为1503mAc、电压调整率输出空载时Io=1AUi(v)13.00314.00615.01215.999Uo(V)7.9818.0128.0467.990电压调整率0.5%d、负裁调整率Ui=15V已调输出空载Io=1A负裁（欧）100200300400Uo(V)8.0217.9908

12、.0017.964负裁调整率1%e、输出噪声纹波Ui=15VUo=5VIo=1.5A次数1234Um(mV)70305060输出噪声纹波小于100mV1f、整机效率Ui=15VUo=5VIo=1.5A次数1234效率80%87%79%84%整机效率大于70%稳流电源测试结果如表（2）所示表（2）:稳流电源测试结果a、输出电流范围Ui(v)13.00014.00315.00016.005Io范围(mA)156-1488149-1398167-1476163-1498输出电流范围为149mA-1498mAb、最大输出电压次数1234Uo(V)10.1608.9249.3449.625最大输出电压为

13、10.160Vc、电流调整率负裁5欧Io=1AUi(v)13.00814.00914.99816.002Io(A)0.9981.0041.0011.003电流调整率为0.59%d、负裁调整率Ui=15VIo=1A负裁（欧）1234Io(A)0.9901.0080.9991.002负裁调整率为1.8%e、输出噪声纹波Ui=15VUo=5VIo=1.5A次数1234Im(mA)20mA10mA15mA10mA输出噪声纹波小于70%f、整机效率Ui=15VUo=10VIo=1.5A次数1234效率78%83%81%79%整机效率大于70%误差分析线路的连接，布线的方式，以及焊接的关系都影响了系统的精

14、确性，使之与理论值存在差异。5结论与系统改进措施结论：稳压电源在输入电压Ui=1316V波动下，输出电压U0的可调范围为5.15610.160V。最大输出电流I0=1.503AO电压调整率0.5%负载调整率1%输出噪声纹波电压100mV整机效率70%稳流电源在输入电压Ui=1316V波动下，输出电流的可调范围为149mA1498mA。最大输出电压U0=10.160Vo电流调整率同负载调整率您%输出噪声纹波电流030rA整机效率70%改进措施：若位数更高的A/D芯片能够提高数字输出的精确度。若能改进电流输出方案,则输出会更加稳定、精确。6参考文献11全国大学生电子设计设计竞赛组委会.全国大学生电

15、子设计竞赛训练教程M.北京电子工业出版社，2005年.2全国大学生电子设计设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编（第一届第五届）M.北京理工大学出版社，2014年.3童诗白等模拟电子技术基础高等教育出版社2012附录:附录1:系统原理图一片一个一个两个一个一个一个附录2:器件清单TPS5432DAAB340LM358电位器INA210TS5A3159DBVR线圈电感电容、电阻、导线若干附录3:部分程序清单ADC10测量单通道单次模式floatad_value;floattemp_value;intmain(void)(WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;关看门狗BCSCTL1

16、=CALBC1_1MHZ;设定DCO为1MHZDCOCTL=CALBC1_1MHZ;ADC10CTL1=INCH_10;选择第10通道ADC10CTL0=REFON+SREF_1;打开1.5V正参考，地为负参考ADC10CTL0|=ADC10ON+ADC10SHT_3+ADC10IE;打开ADC10内核,设定采样保持时间为64个ADC10CLK,使能ADC10中断ADC10CTL0|=ENC+ADC10SC;/启动AD转换_BIS_SR(GIE+CPUOFF);开总中断并进入低功耗temp_value=(ad_value*1.5/1023)-0.986)/0.0035;/计算电压/电流retu

17、rn0;)#pragmavector=ADC10_VECTOR/ADC10中断服务_interruptvoidadc_isr(void)1_ad_value=ADC10MEM;将AD采样值存入ad_value_BIC_SR_IRQ(CPUOFF);/退出低功耗0)定时器PWM输出程序intmain(void)(WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;/关看门狗BCSCTL1=CALBC1_1MHZ;/设定DCO为1MHZDCOCTL=CALBC1_1MHZ;TACTL=TASSEL1+TAR;/SMCLK为时钟源，清TARCCR0=512;/设定PWM周期CCTL1|=OUTMOD_7;/CCR1输出为reset/set模式CCR1=384;/CCR1的PWM占空比设定CCTL2|=OUTMOD_7;/CCR2输出为reset/set模式CCR2=128;/CCR2的PWM占空比设定P1SEL|=BIT2+BIT3;/TA1,TA2输出功能P1DIR|=BIT2+BIT3;TACTL|=MC0;启动定时器A增计数模式_BIS_SR(CPUOFF);return0;定时器A比较模式intmain(void)WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;/关看门狗BCSCTL1=CALBC1_1MHZ;设定DCO为1M