開關(guān)穩(wěn)壓電源

1、開關(guān)穩(wěn)壓電源組員：王嫻薇 李萍 陳鑫成開關(guān)穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)端的時(shí)間比率以維持穩(wěn)定的輸出電壓體積小、重量輕、效率高、對電網(wǎng)電壓及頻率變化適應(yīng)性強(qiáng)、輸出電壓保持時(shí)間長、有利于計(jì)算機(jī)信息保護(hù)等一.系統(tǒng)總體框架原理圖：MCU主主控控制制器器隔隔 離離變變 壓壓 器器負(fù)負(fù) 載載AC保保 護(hù)護(hù) 電電 路路整整 流流濾濾 波波Boost升升壓壓電電路路DCDCAC 輸輸 出出濾濾 波波DC鍵鍵 盤盤顯顯 示示 電電 路路二.方案分析1.DC-DC主回路拓?fù)銪oost升壓斬波電路：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示。開關(guān)的開通和關(guān)斷受外部PWM信號控制，電感L將交替地存儲和釋放能量，電感L

2、儲能后使電壓泵升，而電容C可將輸出電壓保持住，輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為UO=(ton+toff)，通過改變PWM控制信號的占空比可以相應(yīng)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的變化。該電路采取直接直流變流的方式實(shí)現(xiàn)升壓，電路結(jié)構(gòu)較為簡單，損耗較小，效率較高。BoostBoost升壓電路器件的選擇及參數(shù)計(jì)算升壓電路器件的選擇及參數(shù)計(jì)算: :BoostBoost升壓電路包括驅(qū)動電路和升壓電路包括驅(qū)動電路和BoostBoost升壓基升壓基本電路本電路PWM驅(qū)動電路器件的選擇：單片機(jī)I/O口輸出電壓較低、驅(qū)動能力不強(qiáng)，我們使用專用驅(qū)動芯片IR2302。其導(dǎo)通上升時(shí)間和關(guān)斷下降時(shí)間分別為130 ns和50 ns，可以實(shí)現(xiàn)電力場

3、效應(yīng)管的高速開通和關(guān)斷。IR2302還具有欠壓保護(hù)功能。(a)PWM(a)PWM驅(qū)動電路驅(qū)動電路 (b)BOOST(b)BOOST升壓基本電路升壓基本電路三.提高效率的方法1.Boost升壓斬波電路中開關(guān)管的選?。弘娏w管（GTR）耐壓高、工作頻率較低、開關(guān)損耗大；電力場效應(yīng)管（Power MOSFET）開關(guān)損耗小、工作頻率較高。從工作頻率和降低損耗的角度考慮，選擇電力場效應(yīng)管作為開關(guān)管。 2.選擇合適的開關(guān)工作頻率：為降低開關(guān)損耗，應(yīng)盡量降低工作頻率；為避免產(chǎn)生噪聲，工作頻率不應(yīng)在音頻內(nèi)。綜合考慮后，我們把開關(guān)頻率設(shè)定為20kHz。3. Boost3. Boost升壓電路中二極管的選?。洪_

4、關(guān)電源對于升壓電路中二極管的選?。洪_關(guān)電源對于二極管的開關(guān)速度要求較高，可從快速恢復(fù)二極管二極管的開關(guān)速度要求較高，可從快速恢復(fù)二極管和肖特基二極管中加以選擇。與快速恢復(fù)二極管相和肖特基二極管中加以選擇。與快速恢復(fù)二極管相比，肖特基二極管具有正向壓降很小、恢復(fù)時(shí)間更比，肖特基二極管具有正向壓降很小、恢復(fù)時(shí)間更短的優(yōu)點(diǎn)，但反向耐壓較低，多用于低壓場合?？级痰膬?yōu)點(diǎn)，但反向耐壓較低，多用于低壓場合?？紤]到降低損耗和低壓應(yīng)用的實(shí)際，選擇肖特基二極慮到降低損耗和低壓應(yīng)用的實(shí)際，選擇肖特基二極管。管。4. 4. 控制電路及保護(hù)電路的措施：控制電路采取超低控制電路及保護(hù)電路的措施：控制電路采取超低功耗單片機(jī)

5、功耗單片機(jī)MSP430MSP430，其工作電流僅，其工作電流僅280A280A；顯示采；顯示采取低功耗取低功耗LCDLCD；控制及保護(hù)電路的電源采取了降低功；控制及保護(hù)電路的電源采取了降低功耗的方式，耗的方式，單片機(jī)由低功耗穩(wěn)壓芯片HT7133單獨(dú)供電。3.3.開關(guān)場效應(yīng)管的選擇：開關(guān)場效應(yīng)管的選擇：選擇導(dǎo)通電阻小的選擇導(dǎo)通電阻小的IRF540IRF540作為開關(guān)管，其導(dǎo)通電作為開關(guān)管，其導(dǎo)通電阻僅為阻僅為77m77m（V VGSGS=10V, I=10V, ID D=17A=17A）。）。IRF540IRF540擊穿擊穿電壓電壓V VDSSDSS為為55V 55V ，漏極電流最大值為，漏極電

6、流最大值為28A28A（V VGS GS =10 V=10 V， 25 25C C），允許最大管耗），允許最大管耗P PCMCM可達(dá)可達(dá)50W50W，完全滿足電路要求。完全滿足電路要求。4.4.肖特基二極管的選擇：肖特基二極管的選擇：選擇選擇ESAD85M-009ESAD85M-009型肖特基二極管，其導(dǎo)通壓降型肖特基二極管，其導(dǎo)通壓降小，通過小，通過1 A1 A電流時(shí)僅為電流時(shí)僅為0.35V0.35V，并且恢復(fù)時(shí)間，并且恢復(fù)時(shí)間短。實(shí)際使用時(shí)為降低導(dǎo)通壓降將兩個(gè)肖特基短。實(shí)際使用時(shí)為降低導(dǎo)通壓降將兩個(gè)肖特基二極管并聯(lián)。二極管并聯(lián)。5.5.數(shù)字設(shè)定及顯示電路的設(shè)計(jì)：數(shù)字設(shè)定及顯示電路的設(shè)計(jì)：分

7、別通過鍵盤和分別通過鍵盤和LCDLCD實(shí)現(xiàn)數(shù)字設(shè)定和顯示。鍵盤實(shí)現(xiàn)數(shù)字設(shè)定和顯示。鍵盤用來設(shè)定和調(diào)整輸出電壓；輸出電壓、輸出電用來設(shè)定和調(diào)整輸出電壓；輸出電壓、輸出電流和輸入電壓的量值通過流和輸入電壓的量值通過LCDLCD顯示。顯示。四.電路的參數(shù)計(jì)算1.電容的參數(shù)計(jì)算 其中，UO為負(fù)載電壓變化量，取20 mV,f=20kHz,UO=36V時(shí),CB=1465F,取為2000F，實(shí)際電路中用多只電容并聯(lián)實(shí)現(xiàn)，減小電容的串聯(lián)等效電阻（ESR），起到減小輸出電壓紋波的作用，更好地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。2.輸出濾波電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算為了降低紋波，采用LC低通濾波器，取截止頻率fL=200 Hz，電容取470F，

8、由 得OOINOOBUfUUUIC）（由由 代入得代入得L=215.80 HL=215.80 H，取，取220H220H3.3.控制電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算控制電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算單片機(jī)根據(jù)電壓的設(shè)定值和電壓反饋信號調(diào)整單片機(jī)根據(jù)電壓的設(shè)定值和電壓反饋信號調(diào)整PWMPWM控制控制信號的占空比，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，同時(shí)，單片機(jī)與采信號的占空比，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，同時(shí)，單片機(jī)與采樣電路相結(jié)合，將為系統(tǒng)提供過流保護(hù)、過熱保護(hù)、樣電路相結(jié)合，將為系統(tǒng)提供過流保護(hù)、過熱保護(hù)、過壓保護(hù)等措施，并實(shí)現(xiàn)輸出電壓、輸出電流和輸過壓保護(hù)等措施，并實(shí)現(xiàn)輸出電壓、輸出電流和輸入電壓的測量和顯示。入電壓的測量和顯示。PWMPWM信號

9、占空比信號占空比 當(dāng)當(dāng)U2=15VU2=15V，UO=36VUO=36V時(shí)，時(shí)，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； 當(dāng)當(dāng)U2=21VU2=21V，UO=30VUO=30V時(shí)，時(shí)，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 當(dāng)系統(tǒng)對于單片機(jī)當(dāng)系統(tǒng)對于單片機(jī)A/DA/D采樣精度的要求：題目中采樣精度的要求：題目中最高的精度要求為最高的精度要求為0.2%0.2%，欲達(dá)到這一精度，欲達(dá)到這一精度，A/D

10、A/D精度要精度要達(dá)到達(dá)到1/5001/500，即至少為，即至少為9 9位位A/DA/D，MP430MP430內(nèi)置內(nèi)置A/DA/D為為1212位，位，只要合理設(shè)定測量范圍。只要合理設(shè)定測量范圍。五. 軟件設(shè)計(jì)本程序主要通過鍵盤設(shè)定輸出電壓值,利用PI算法控制PWM的占空比，實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定輸出.并且為了減少干擾,軟件采用同步采樣的方法,即在PWM上升沿后2微秒,再去采樣,這樣就可以避免采樣到毛刺,進(jìn)行錯(cuò)誤的判斷,導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn),再根據(jù)一些其它的反饋采樣值進(jìn)行調(diào)整,保證系統(tǒng)可以安全可靠穩(wěn)定的工作。原理圖：軟件：開 始預(yù) 制 開 機(jī) 電 壓 3 0 V打開通 過 鍵 盤 得 到 要 輸 出電 壓 值 ,然 后 控 制 P W M輸 出 一 個(gè) 穩(wěn)