全国大学生电子竞赛开关稳压电源设计

开关稳压电源设计摘要基于电路设计的要求，开关稳压电源电路主要由隔离变压、整流滤波、DC-DC变换器、控制系统、显示等电路模块组成。选择了Boost升压变换器实现DC-DC变换，电路结构简单，转换效率高；选用小导通电阻、高开关速度的IRF640管为开关管，选用快速恢复二极管RHRP15120整流，减少反向导通时间，降低损耗。控制系统选用单片机ADuC812和脉宽调制控制器SG3525通过双闭环回路共同控制DC-DC变换电路，实现输出电压稳定、可调；SG3525产生高频脉冲控制DC-DC变换，ADuC812实现显示、A/D和D/A转换、过流保护、处理电压反馈信号、对ADuC812进行控制、显示和人机交换等功能。通过实验验证电路实现了设计要求的全部基本指标，并且DC-DC变换效率达到85%。电路设计还有很多不足，各项设计指标还有待进一步提高。1系统方案设计与论证1.1设计思路基于题目的基本要求，可以采用图1所示的方案。系统主要由隔离变压、整流滤波、DC—DC变换器、控制系统、显示等电路模块组成。隔离变压模块实现220VAC变压为18VAC，再经整流滤波电路转换为直流电压；控制器模块实现数码管显示、A/D和D/A转换、过流保护、DC—DC电压输出控制和稳压、显示、人机交换等功能;过流保护电路实现输出电流过流保护功能；同时，电压负反馈电路进一步对负载电压进行精确控制。1.2方案的论证DC-DC主回路拓扑设计的要求是进行升压变换，选择了Boost变换器。Boost换器电路结构简单，由开关管、二极管、电感、电解电容等元件组成，便于进行电路设计，稳压性能优，并且转换效率高。原理图如图2所示。开关稳压电源设计报告（2）[接（1）]控制方法及实现方案隐控制乡系统愚有两酒种设也计方璃案：绒(1饼)纽方案傲一：聪单片挡机来劝实现三整个盾系统惯的控肥制。蜓该方坦案的奸优点粥：布福线简惊单，诚硬件其设计篮节省屈时间植；存该方陷案的县缺点役：遗⒈属控制猫软件更编程穴工作母量大砌、难规度大划；适⒉屿所有抄的控乓制都叮由单纹片机涛来实过现，演对单项片机您的硬迷件资而源要睛求很心高；剥⒊径该设颈计要场求对征DC债-D祖C犹变换庄器实恭现勾PW抱M泻控制导的开虏关频狼率至陆少要僚为拌10作0K贴HZ哥，这项是单御片机不难于淡实现返的。眠（锐2乘）方盐案二坏：单浅片机碧和脉形宽调固制型瑞控制薪器共会同实赚现整赞个系套统的裹控制透。瘦该方样案的锅优点房：允⒈溜控制物系统烟软件趣编程跪工作牛量较耻小，尤难度螺不大旱；宋⒉舅用脉废宽调统制型骡控制侄器实竟现赏PW醋M蛇控制敬，产锋生频辣率为辆10膛0K负HZ尖的脉台冲较丹容易奔，并舍且完面全由往硬件槽产生痒高频择脉冲龄，实榜时性队好；卖⒊手单片烘机控灭制的闲任务袭较轻评，对态单片登机硬努件资臂源要她求不木高。龄该方讲案的配缺点驰：配⒈窗硬件丸电器多设计左难度炉较大毁；爷⒉贪电路贷板布衣线工返作量训较大农。仁经过图方案盼比较宾与论胜证，辽最终碌确定洲用方沸案二索--躲--电-闸单片助机和烈脉宽翠调制呜型控浩制器嫩共同怖实现诚整个只系统丸的控勾制。辅系统商的组城成框扬图如冈图阔2寄所示跌，脉怒宽调惜制器险产生梅高频悄脉冲棵直接枣控制尺DC绢-D绑C种变换纷模块玩，单瓦片机继实现修数码亲管显柳示、必A/鸣D负和券D/换A套转换予、过再流保挣护、骗处理企电压袄反馈印信号谨、对满脉宽欢调制发器进旦行控粒制、边显示券和人忠机交门换等对功能筒;警过流预保护石电路闯使负吊载电索流不特超过恳2.再5A麻；负涝载电亏压负剥反馈童电路证进一毯步对办负载光电压昆进行旨精确适控制险。蜜1.心2.夜3刷提高应效率钻的方凭法及强实现蛮方案向设计璃电路哑时，斩采取纲了以闪下方笨法降测低损基耗，孕提高佛DC此-D注C即转换低效率苗：父⑴盏通过顽提高唇工作爪频率拳，让莲工作升频率芦达到抬10每0K保HZ诚；汁⑵宗选用路小导闲通电斜阻、愈高开扩关速谨度的异MO绝ST旁ET诱，降救低费MO购SF海ET捷开关究损耗铜。选象用了夹IR锻F6楚40挡（耐VD供SS虾=猎20身0弹V朴，储RD耀S(唤o店n)士<没0.拿18悼，柱ID汗=收18疯A燕）拼⑶班选用妄快速烘恢复栗整流贼二极忠管，给减少素反向争导通某时间殿，减谦少损席耗。浆选用慧了肖查特基液二极相管孔RH顾RP议15哭12兰0迅，恢辽复时玩间命tr释r撇<泳65英ns涂。幕2命电路忌设计庙与参炭数计舒算役劣2.袍1屡DC晕-D荣C片回路指器件追的选持择及乌参数免计算材根据务设计置任务奋的要填求-迅--蜂电感帐电流安连续聋模式罢的B肠oo善st悲变换下器，养输入踢电压蔑V码s串=1紧8～午24功V，贸输出章电压绞V被o拘=3谢0～爸36垫V，漏输出饶电流镇I奶o页=0下～2炒A,法开关桥频率帜f叼s东=1拴00劝kH都Z,裁设定窄纹波午电流需Δ神V阀o跃＜1天V，佣分别奇计算求电感锯、电梁容器体和二葱极管呈的参杰数：惰开关违稳压颤电源银设计北报告伪（3业）[提接（胞2）改]思挤2.拜2旱控制边电路钞设计气与参货数计垦算食控制至系统冒是设扫计的酱关键蠢部分极，由秒单片垄机系迹统和堵脉宽猴调制片控制届器共况同来毯控制狮DC差-D富C屯变换涂电路涝，实袖现电侦压稳讲定输杨出，泊达到暮设计挤的所俭有指阀标。妥单片贱机选薪用高苹集成绍度自役带朵D/摧A潮和育A/满D帜转换霉的单斑片机堪AD刚uC抵81户2终；脉倡宽调喇制控快制器挥选用辉具有愧欠压逝锁定粘、系识统故铸障关遵闭、皱软起忽动延唱时是PW挑M夏驱动农等功液能的林SG吴35臣25拖芯片协。伸控制废系统画的电遍路图嫂如图迁3赚所示洒，采鸦用双井闭环抖控制氧电路殿来实断现输糊出电站压稳披定。挪负载重的电夺压经腿R田1阶取样摩反馈肺到农SG乖35络25班的引愤脚扑1背端（遗误差剪放大误器反工向输验入端暂）届；单燃片机贫AD趁uC凳81神2举采集锡R哭1湾取样恒电压牌，通眼过软庭件进握行词PI泻D锅调节闸，刃D/留A龟转换列后反纳馈到即SG沸35盏25维的引矩脚胞2挽端（叙误差柱放大切器同颜向输含入端驼）张；愈SG紧35擦25刃的引厚脚叙1龄、赖2吵的电桨压通苏过芯快片内吹部误圾差放胜大器列比较腊并输鱼出误吹差电储压世V渣ea早，姜V源ea巧通过卧比较泡器与捷锯齿霉波进年行比丈较，速11宽脚输疑出一缝个脉乔宽可枯变的宴PW朋M朽脉冲物来调呆节圈DC泛-D鱼C哲变换榨电路慕，最至终实霞现输扛出电条压稳开定、箭可调御。泥殃2.赞3吧保护碌电路茶设计妖与参保数计谁算寸如图膨3君当电乘路稳浙定输毛出说36撤伏，橡若流正经负财载的述电流折为保2.泄5队安，驱R港7故（阻罗值阿0.爬3愚欧，谁康铜娱丝扰浸制）贿的压陵降为烤0.边75复V迎，即翼第兔10柿引脚耀电压宇为症0.块75释伏，蛛触发航PW窃M奔输出找关闭症，实少现了秆电路从过流吨保护字功能游，动销作电中流为水I厘o(器th钞)员=2照.5蒸+转0.损2A竿。迫绸2.使4紧数字东设定卧及显洪示电斤路的拳设计谈数字司设定航及显硬示功顿能由略单片货机割AD庸uC止81威2村来实牲现，蜡具体坦的电悟路设货计和韵控制秆程序刊见附与录。匪通过扬按键袭设定华送到始SG井35涉25旨的电稿压、辱调节机数码取管的狗显示物模式毒,顶按键伪详细削功能扁如下篇:朗键硬1:换争模式源键使--尽--邮-满切换摔上升截/勉下降忽功能眨、电币流显肥示和众电压弃显示但。匆键滥2:垫幼上升茄键却3:贺课下降妇开关棒稳压淘电源煤设计尸报告布（4侧）[渣接（纽3）系]怖3鼻测试灯方法茄与数逃据叉3测.1胃测量鸦输出恨电压惑U绝0担可调莲范围信通过贡调节等给定从变阻哀器或娱D/票A桌输出肢电压陶调节天SG奶35侧25筛第葱2遗脚输感入给掠定电揭压宁,董用数拖字万切用表字测量思输出胡端可古稳定器输出母30拿～诊36材V鲁。调恼节第归2阵脚电孕压，划测得傅输出曾电压鬼的实米验数忠据如声表蹦1稼所示露。扯2而脚电扮压宇(V悉)陷1.份98蚂1.众92充1.活87欣1.锁83愁1.睛76林1.糖70笋1.半65澡输出董端电配压今(V板)鸣36避35尝34读33醋32道31触30扁表蕉1柔固输出窜电压吴调可姨调范旋围葱协3.双2底测量河输出气电流许I喉om响ax挎选用艺18挺欧大坝功率制电阻魔,街在直牌流输迫出电驼压为漂36享伏时冻,姿通过步万用息表测运得输铜出电血流达佛到诚2责A条。安3.顷3咱测量投电压胸调整善率楼S坊U罪窄孩D棒C-赠DC苦模块触，输此入电糠压田U柜2闸从导15暗V串变到据21疏伏，车输出泊电流孝为侧2A孟时，氏对应钳的输娇出电辛压愧U晃o倘和电奇压调五整率透S两U跌实验贷数据煮如表肺2积所示局。纱开关慢稳压蚊电源弦设计脾报告龄（5事）[受接（档4）刃]码U粘2肆(匙V)筒15停16番17尘18盖19外20躺21毕U棵o助(险V)售35演.2株9芳35影.3塘1执35岗.3袭4两35泳.9夺2萌36克.6搂5烘36赤.6川8瞒36界.7站1逆S病U贸1.但97节%还1.跳92稻%染1.见83号%刻0.坟22收%乐1.缩82浇%下1.朗89暗%形1.借96晒%闻表副2塔龟电压植调整机率礼S暑U获实验坊数据跃3.虹4果测量熊负载库调整渡率哭S健I奖负载废空载汉时婆,宗输出兵端电邪压为塌36弓V睁；负说载电绿流为少2尽A泉时皮,白输出利端电删压为鲁34楼.7赠V基。可扎计算高出电国压调扁节率