开关稳压电源

1、开关稳压电源组员：王娴薇 李萍 陈鑫成开关稳压电源的特点利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关端的时间比率以维持稳定的输出电压体积小、重量轻、效率高、对电网电压及频率变化适应性强、输出电压保持时间长、有利于计算机信息保护等一.系统总体框架原理图：MCU主主控控制制器器隔隔 离离变变 压压 器器负负 载载AC保保 护护 电电 路路整整 流流滤滤 波波Boost升升压压电电路路DCDCAC 输输 出出滤滤 波波DC键键 盘盘显显 示示 电电 路路二.方案分析1.DC-DC主回路拓扑Boost升压斩波电路：拓扑结构如图所示。开关的开通和关断受外部PWM信号控制，电感L将交替地存储和释放能量，电感L

2、储能后使电压泵升，而电容C可将输出电压保持住，输出电压与输入电压的关系为UO=(ton+toff)，通过改变PWM控制信号的占空比可以相应实现输出电压的变化。该电路采取直接直流变流的方式实现升压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高。BoostBoost升压电路器件的选择及参数计算升压电路器件的选择及参数计算: :BoostBoost升压电路包括驱动电路和升压电路包括驱动电路和BoostBoost升压基升压基本电路本电路PWM驱动电路器件的选择：单片机I/O口输出电压较低、驱动能力不强，我们使用专用驱动芯片IR2302。其导通上升时间和关断下降时间分别为130 ns和50 ns，可以实现电力场

3、效应管的高速开通和关断。IR2302还具有欠压保护功能。(a)PWM(a)PWM驱动电路驱动电路 (b)BOOST(b)BOOST升压基本电路升压基本电路三.提高效率的方法1.Boost升压斩波电路中开关管的选取：电力晶体管（GTR）耐压高、工作频率较低、开关损耗大；电力场效应管（Power MOSFET）开关损耗小、工作频率较高。从工作频率和降低损耗的角度考虑，选择电力场效应管作为开关管。 2.选择合适的开关工作频率：为降低开关损耗，应尽量降低工作频率；为避免产生噪声，工作频率不应在音频内。综合考虑后，我们把开关频率设定为20kHz。3. Boost3. Boost升压电路中二极管的选取：开

4、关电源对于升压电路中二极管的选取：开关电源对于二极管的开关速度要求较高，可从快速恢复二极管二极管的开关速度要求较高，可从快速恢复二极管和肖特基二极管中加以选择。与快速恢复二极管相和肖特基二极管中加以选择。与快速恢复二极管相比，肖特基二极管具有正向压降很小、恢复时间更比，肖特基二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点，但反向耐压较低，多用于低压场合。考短的优点，但反向耐压较低，多用于低压场合。考虑到降低损耗和低压应用的实际，选择肖特基二极虑到降低损耗和低压应用的实际，选择肖特基二极管。管。4. 4. 控制电路及保护电路的措施：控制电路采取超低控制电路及保护电路的措施：控制电路采取超低功耗单片机

5、功耗单片机MSP430MSP430，其工作电流仅，其工作电流仅280A280A；显示采；显示采取低功耗取低功耗LCDLCD；控制及保护电路的电源采取了降低功；控制及保护电路的电源采取了降低功耗的方式，耗的方式，单片机由低功耗稳压芯片HT7133单独供电。3.3.开关场效应管的选择：开关场效应管的选择：选择导通电阻小的选择导通电阻小的IRF540IRF540作为开关管，其导通电作为开关管，其导通电阻仅为阻仅为77m77m（V VGSGS=10V, I=10V, ID D=17A=17A）。）。IRF540IRF540击穿击穿电压电压V VDSSDSS为为55V 55V ，漏极电流最大值为，漏极电

6、流最大值为28A28A（V VGS GS =10 V=10 V， 25 25C C），允许最大管耗），允许最大管耗P PCMCM可达可达50W50W，完全满足电路要求。完全满足电路要求。4.4.肖特基二极管的选择：肖特基二极管的选择：选择选择ESAD85M-009ESAD85M-009型肖特基二极管，其导通压降型肖特基二极管，其导通压降小，通过小，通过1 A1 A电流时仅为电流时仅为0.35V0.35V，并且恢复时间，并且恢复时间短。实际使用时为降低导通压降将两个肖特基短。实际使用时为降低导通压降将两个肖特基二极管并联。二极管并联。5.5.数字设定及显示电路的设计：数字设定及显示电路的设计：分

7、别通过键盘和分别通过键盘和LCDLCD实现数字设定和显示。键盘实现数字设定和显示。键盘用来设定和调整输出电压；输出电压、输出电用来设定和调整输出电压；输出电压、输出电流和输入电压的量值通过流和输入电压的量值通过LCDLCD显示。显示。四.电路的参数计算1.电容的参数计算 其中，UO为负载电压变化量，取20 mV,f=20kHz,UO=36V时,CB=1465F,取为2000F，实际电路中用多只电容并联实现，减小电容的串联等效电阻（ESR），起到减小输出电压纹波的作用，更好地实现稳压。2.输出滤波电路的设计与参数计算为了降低纹波，采用LC低通滤波器，取截止频率fL=200 Hz，电容取470F，

8、由 得OOINOOBUfUUUIC）（由由 代入得代入得L=215.80 HL=215.80 H，取，取220H220H3.3.控制电路的设计与参数计算控制电路的设计与参数计算单片机根据电压的设定值和电压反馈信号调整单片机根据电压的设定值和电压反馈信号调整PWMPWM控制控制信号的占空比，实现稳压输出，同时，单片机与采信号的占空比，实现稳压输出，同时，单片机与采样电路相结合，将为系统提供过流保护、过热保护、样电路相结合，将为系统提供过流保护、过热保护、过压保护等措施，并实现输出电压、输出电流和输过压保护等措施，并实现输出电压、输出电流和输入电压的测量和显示。入电压的测量和显示。PWMPWM信号

9、占空比信号占空比 当当U2=15VU2=15V，UO=36VUO=36V时，时，U UININ=1.2=1.2* *U U2 2-2V=16V-2V=16V， 最最大值大值D DMAXMAX=0.556=0.556； 当当U2=21VU2=21V，UO=30VUO=30V时，时，U UININ=1.4=1.4* *U U2 2-2V=27.4V-2V=27.4V，最，最小值小值D DMINMIN=0.087=0.087 当系统对于单片机当系统对于单片机A/DA/D采样精度的要求：题目中采样精度的要求：题目中最高的精度要求为最高的精度要求为0.2%0.2%，欲达到这一精度，欲达到这一精度，A/D

10、A/D精度要精度要达到达到1/5001/500，即至少为，即至少为9 9位位A/DA/D，MP430MP430内置内置A/DA/D为为1212位，位，只要合理设定测量范围。只要合理设定测量范围。五. 软件设计本程序主要通过键盘设定输出电压值,利用PI算法控制PWM的占空比，实现电压稳定输出.并且为了减少干扰,软件采用同步采样的方法,即在PWM上升沿后2微秒,再去采样,这样就可以避免采样到毛刺,进行错误的判断,导致输出电压不稳,再根据一些其它的反馈采样值进行调整,保证系统可以安全可靠稳定的工作。原理图：软件：开 始预 制 开 机 电 压 3 0 V打开通 过 键 盘 得 到 要 输 出电 压 值 ,然 后 控 制 P W M输 出 一 个 稳