程控直流穩(wěn)壓電源要點(diǎn)

1、2012 年吉林省電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告程控直流穩(wěn)壓電源（ A 題）摘要直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的設(shè)備， 目前直流穩(wěn)壓電源已朝著多功能和數(shù)字化的方向發(fā)展。本系統(tǒng)以MSP430I片機(jī)為核心結(jié)合數(shù)字反饋控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)程序控制的直流穩(wěn)壓電源。 硬件主要包括： 單片機(jī)系統(tǒng)、 傳統(tǒng)供電直流電源、升降壓斬波電路、及由6N137光耦合組成的反饋電路等。軟件系統(tǒng)使用模塊 化形式編程，易維護(hù)。電路具有電壓調(diào)整簡(jiǎn)便，讀數(shù)直觀，電壓輸出穩(wěn)定，便于智能化管理的特點(diǎn)，有效地克服了傳統(tǒng)電源的不足。測(cè)試符合各項(xiàng)指標(biāo)要求。關(guān)鍵字：MSP43陰片機(jī)、540場(chǎng)效應(yīng)管、數(shù)控、升降壓斬波電路目錄摘 要 21 .方案比較與

2、論證 41.1 方案一 41.2 方案二 41.3 方案論證 52 主要硬件選擇 52.1 單片機(jī)的選擇 52.2 顯示屏的選擇 62.3 高頻開(kāi)關(guān)的選擇 62.4 鍵盤(pán)的選擇 63 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 73.1 總體要求 73.2 總體設(shè)計(jì) 73.2.1 單片機(jī)的信號(hào)與控制的分析 83.2.2 PWM 占空比和頻率的計(jì)算 83.3 電路的設(shè)計(jì) 93.3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 93.3.2 顯示電路設(shè)計(jì) 93.3.3 直流電源的設(shè)計(jì)電路 93.3.4 數(shù)控反饋回路的設(shè)計(jì) 103.3.5 升降壓斬波電路圖 113.3.6 輸出電流檢測(cè)電路圖 114 系統(tǒng)調(diào)試 124.1 測(cè)試方案 124.2 測(cè)試儀器 12

3、4.3 測(cè)試結(jié)果 124.4 結(jié)果分析 141 .方案比較與論證1.1 方案一以sepic斬波電路作為開(kāi)關(guān)控制電路，如圖1.2-1所示。該電路的基本工作原理是：當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，E-L1-V回路和C1-V-L 2回路同時(shí)導(dǎo)電，L1和L2儲(chǔ) 能。V處于斷態(tài)時(shí)，E- L 1- C1-VD-負(fù)載（C2和R）回品&及L2-VD-負(fù)載回路同時(shí)導(dǎo)電，此階段E和L1及向負(fù)載供電，同時(shí)也向 。充電，。儲(chǔ)存的能量在V處于 通態(tài)時(shí)向L2轉(zhuǎn)移圖 1.2-11.2 方案二以升降壓斬波電路作為開(kāi)關(guān)控制電路， 如圖1.2-2a所示。該電路的基本 工作原理是：當(dāng)可控開(kāi)關(guān) V處于通態(tài)時(shí)，電源經(jīng)V向電感L供電使其儲(chǔ)存能量，此時(shí)電

4、流為1 1,方向如圖所示，同時(shí)電容C維持輸出電壓基本恒定并向負(fù)載供電。此后，使V關(guān)斷，電感中儲(chǔ)存的能量向負(fù)載釋放，電流為11.3 方案論證升降壓斬波電路為最基本的電路，從原理上并不優(yōu)于方案一種的sepic電路，sepic電路中，電源電流和負(fù)載電流均為連續(xù)，有利于輸入和輸出濾波，而 且輸出電壓為正極性的。但是為了我們從另一個(gè)角度考慮， 解決問(wèn)題，選擇了最 基本的電路作為開(kāi)關(guān)控制電路，提高解決問(wèn)題的能力，同時(shí)也為問(wèn)題的解決找出 新的思路。圖 1.2-2a升降壓斬波電路的波形2主要硬件選擇2.1 單片機(jī)的選擇題完成該題目要求的任務(wù)，有多種單片機(jī)可供我選擇作為系統(tǒng)的控制單元， 由于我們知識(shí)有限，所以鎖

5、定 MCS5保歹I單片機(jī)和MSP43朦列單片機(jī)作為選擇 范圍。MCS5保列單片機(jī)是國(guó)內(nèi)使用最多的產(chǎn)品，對(duì)其使用的技術(shù)很成熟。我們優(yōu) 先考慮使用該系列的單片機(jī)作為系統(tǒng)控制單元， 我們所熟知的該系列的單片機(jī)沒(méi) 有LCMg區(qū)動(dòng)模塊，為了達(dá)到題目要求的顯示相關(guān)數(shù)據(jù)的目的，我們需要外接 LCM 驅(qū)動(dòng)電路。MSP43原列單片機(jī)是一款16位超低功耗的產(chǎn)品，具有豐富的外部接口，該系列單片機(jī)有許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，包括A/D轉(zhuǎn)換，LCM驅(qū)動(dòng)電路等，消除了使用 MCS5俾片機(jī)需要外接某些電路的麻煩， 可以使整個(gè)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔。經(jīng)過(guò)綜上比較，我們選擇了 MSP430F16卵片機(jī)作為我們的控

6、制單元。2.2 顯示屏的選擇我們手中實(shí)驗(yàn)用的液晶顯示屏有LCD和LCM為了滿足顯示內(nèi)容的要求以及外觀需要，我們選擇LCM乍為整個(gè)系統(tǒng)的顯示模塊。2.3 高頻開(kāi)關(guān)的選擇選擇一：IGBT (絕緣柵雙極晶體管)作為新型電力半導(dǎo)體場(chǎng)控自關(guān)斷器件， 集功率MOSFET高速性能與雙極性器件的低電阻于一體，具有輸入阻抗高，電 壓控制功耗低，控制電路簡(jiǎn)單，耐高壓，承受電流大等特性，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低， 非常適合用于直流電壓為 600V 及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、 變頻器、 照明電路等。選擇二：場(chǎng)效應(yīng)管它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件，具有輸入電阻高(108109Q)、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒(méi)有

7、二次擊穿現(xiàn)象、安全工 作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，綜上 IGBT 與場(chǎng)效應(yīng)管的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合設(shè)計(jì)題目的實(shí)際情況，我們選擇540場(chǎng)效應(yīng)管作為整個(gè)系統(tǒng)的高頻開(kāi)關(guān)。2.4 鍵盤(pán)的選擇選擇一：普通獨(dú)立式鍵盤(pán)，焊接方便，編程簡(jiǎn)單。選擇二： 4*4 矩陣式鍵盤(pán)，焊接不便，編程困難，占用版面較大。在滿足題目要求的前提下以最簡(jiǎn)、最易為原則選擇普通獨(dú)立式鍵盤(pán)。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1總體要求設(shè)計(jì)并制作直流穩(wěn)壓電源，輸入電壓范圍為DC 10V-30V,輸出電壓為DC18 V?；疽螅?1)輸入電壓變化范圍10V30V,輸出電壓保持為18V;(2)最大輸出電流IOmax 1A；(3)輸入電壓UIN從10V30V變化時(shí)，電壓調(diào)整率 SI

8、K 2% (IO=1A);(4)電流IO從01A變化時(shí)，負(fù)載調(diào)整率 SI70% (UO =18V, IO =1A);3.2總體設(shè)計(jì)以5V,和15V直流電源作為整個(gè)系統(tǒng)的供電電源。接入外部直流電源(10V30V)輸入到升降壓斬波電路，對(duì)輸出電壓采樣，并改變極性輸入給MSP43葉片機(jī)，通過(guò)片內(nèi)ADC(A/D、模數(shù)轉(zhuǎn)換)模塊把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量， 經(jīng)單片機(jī)分析處理發(fā)出PWMJ數(shù)字信號(hào)反饋調(diào)節(jié)，控制IGBT的通斷，從而構(gòu)成 穩(wěn)定的直流電壓源，并且將有關(guān)數(shù)據(jù)反映在液晶屏上。，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖3-1所示A圖3-13.2.1 單片機(jī)的信號(hào)與控制的分析控制高頻開(kāi)關(guān)，采用PWM、法，開(kāi)關(guān)并非連續(xù)關(guān)閉或?qū)ǎ?/p>

9、而是在一個(gè)特定 的頻率下以方波的形式驅(qū)動(dòng)540場(chǎng)效應(yīng)管。不同的占空比能對(duì)開(kāi)關(guān)的通斷起到調(diào) 速的作用。通過(guò)執(zhí)行軟件延時(shí)程序交替改變端口某個(gè)二進(jìn)制位輸出邏輯狀態(tài)來(lái)產(chǎn) 生脈寬調(diào)制信號(hào)，設(shè)置不同的延時(shí)時(shí)間得到不同的占空比。3.2.2 PWM占空比和頻率的計(jì)算用定時(shí)器中斷產(chǎn)生PWM1號(hào)（如圖3.2.2-1所示）。用T0產(chǎn)生PWM周期， 用T1控制PWMW占空比，T0中斷時(shí)讓一個(gè)IO 口輸出高電平，且啟動(dòng)定時(shí)器T1, T1讓IO 口輸出低電平，這樣改變定時(shí)器IO的處置可以改變頻率，改變定時(shí)器 T1的初值就可以改變占空比，用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)了PWM&能。1 =工-今也=&也（5占空比，0arl）公式：PWMOT：

10、對(duì)于12M晶振，PWM俞出頻率為1KHZ這樣定時(shí)中斷次數(shù)設(shè)定 為C=10Q即0.01ms中斷一次，WJ TH0=FF,TL0=F6;由于設(shè)定中斷時(shí)間為 0.01ms, 這樣可以設(shè)定占空比可從1-100變化。即0.01ms*100=1msfr圖 3.2.2-13.3電路的設(shè)計(jì)3.3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)采用MSP430F16卵片機(jī)作為系統(tǒng)控制單元，外配 4MHzi晶振和32768Hz的 輔助晶振、復(fù)位電路、按鍵電路、LM12864顯示器構(gòu)成單片機(jī)小系統(tǒng)，MSP430F169 單片機(jī)小系統(tǒng)電路如圖3-3-1所示。3.3.2 顯示電路設(shè)計(jì)LCM12864t晶顯示模塊與單片機(jī)連接電路如圖 2-3所示3.

11、3.3 直流電源的設(shè)計(jì)電路5直流穩(wěn)壓電源電路如圖3-3-3所示圖 3-3-1圖 3-3-23.3.4數(shù)控反饋回路的設(shè)計(jì)數(shù)控反饋電路如圖3-3-4所示圖 3-3-43.3.5 升降壓斬波電路圖升降壓斬波電路如圖3-3-5所示圖 3-3-53.3.6 輸出電流檢測(cè)電路圖 輸出檢測(cè)電路如圖3-3-6所示圖 3-3-64系統(tǒng)調(diào)試4.1 測(cè)試方案根據(jù)題目的每一項(xiàng)要求，測(cè)試系統(tǒng)。4.2 測(cè)試儀器萬(wàn)用表，示波器，電流表。4.3 測(cè)試結(jié)果1、基本要求1）當(dāng)輸入電壓Un在030V之間變化時(shí)，測(cè)出輸出電壓 UO的值的大小（要求輸 出電壓UO=18V）:UInUO2）輸出電流最大值可達(dá)到Iomax=1A3）當(dāng)輸入電

12、壓Un在030V之間變化時(shí)（Io=1A）,測(cè)出輸出電壓和電壓調(diào)整率的大小（要求電壓調(diào)整率至少為 Su02%:I o=1AUnuoSu4）當(dāng)輸出電流Io在01A之間變化時(shí)（Un=10V）,測(cè)出輸出電壓和負(fù)載調(diào)整率 的大?。ㄒ筘?fù)載調(diào)整率至少為 SI 0 5% :Un=10VI ouoSi2、發(fā)揮部分1）當(dāng)輸入電壓Un在030V之間變化時(shí)（Io=1A）,測(cè)出輸出電壓和電壓調(diào)整率 的大小（要求電壓調(diào)整率 Su 0.5%）:I o=1AUnuoSu2）當(dāng)輸出電流I戰(zhàn)01A之間變化時(shí)（Un=10V）,測(cè)出輸出電壓和負(fù)載調(diào)整率的 大?。ㄒ筘?fù)載調(diào)整率SIW1%:Un=10VI OUOSi4.4 結(jié)果分析參 考 文 獻(xiàn)1 時(shí)景榮、李玉茹.C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第二版） M. 北京：中國(guó)