数控开关电源论文

玉林师范学院大学生电子暨机械创新设计大赛数控开关电源设计者电信101班容小康电信101班苏冬立电信102班陈康光指导老师余旺新、闭吕庆2012年5月摘要本开关电源采用LM2567ADJ作为DC/DC转换器，用位单片机作为主控制芯片，通过外部A/D模数转换器对输出电压进行检测采样。使用者可通过键盘输入得到间任意一个电压值，也可以通过按键控制输出电压的通断，最大电流可达2A以上。供电系统使用大屏幕LCD显示当前信息，提供良好的人机交换界面，整套供电系统效率不低于70。关键字LM2576ADJDC/DC转换器目录1设计任务与要求311任务312要求3121基本要求3122发挥部分32方案论证与选择33微控制器的选择44显示的选择55硬件的计算551BUCK降压斩波电路552输出电压采样电路56电路的设计661系统总体框图662电源663主原理图764程序流程图77测试方案与测试结果871测试方案872测试条件与仪器873测试结果及分析8731测试结果数据8参考文献9数控开关电源1设计任务与要求11任务设计并制作一个开关电源，其结构框图如图1所示12要求121基本要求1基本规格输入电压10V/DC波动范围812V输出电压25V/DC60V/DC2基本技术指标输出电压分8档，从25V到60V，每05V递增。即25,3,35,4,45,555,60效率70最大输出电流2A电压调整率2电流调整率23可任意调到要求的一档输出电压，并用一定的方式显示出来。4可任意通过键盘控制打开/关闭输出电压。122、发挥部分1有过压保护，输入电压15V保护动作，有过流保护，输出电流大于3A保护动作2提高电路效率803纹波1以25V/DC,2A，20MHZ示波器测试为准4按从低到高或从高到低顺序自动改变输出电压，每档间隔23秒，测试时空载。2方案论证与选择方案一间接直流变流电路结构如图11所示，可以实现输出端与输入端的隔离，适合于输入电压与输出电压之比远小于或远大于1的情形，但由于采用多次变换，电路中的损耗较大，效率较低，而且结构较为复杂。图11间接直流变流电路方案二采用分立元件做BUCK降压斩波电路，用外部PWM信号控制IRF9640场效管的导通与截止，电感L将交替地存储和释放能量，电感L储能后使电压泵升，而电容C制信号的占空比可以相应实现输出电压的变化。但是由于场效应管在输入电压的限制下工作区接近饱和，所以电流比较小。方案三采用电源专用集成芯片LM2576ADJ，LM2576ADJ美国NS公司生产的单片降压式开关稳压器，由振荡器、取样放大器、比较器、PWM调制器、功率开关等部分组成。采用TO220封装，仅有5只管脚，外形和塑封晶体管差不多。LM2576一ADJ是输出电压可调型,其输入电压3540V；输出电压12337，37V；输出电流3A；振荡器固定频率52KHZ；TTL关闭能力及低功率备用状态；具有热关闭和限流保护功能。其典型应用如下综合以上三种方案，选择方案三。3微控制器的选择方案一用ATMEGA128作为主控芯片，它是ATMEL公司生产的8位单片机，大多数指令能在一个周期内完成，运行速度快，内部集成10位A/D模数转换器，有快速产生PWM信号模块，但是价格比较贵，在本作品中并不需要PWM信号。方案二利用AT89S52做主控芯片，它是ATMEL公司生产的8位单片机，其价格实惠，技术相当成熟，便于操作和控制。综合考虑采用方案二。4显示的选择方案一利用LED做指示灯，每一个LED代表一种模式，其方案简洁，耗能少，但当模式多，或者拓展功能时，不方便观察数据变化，造成许多错误的操作。方案二利用数码管显示当前电流大小和比值，其方案功耗小，但是显示数据不方便，人机信息交换困难，不方便使用者使用。方案三利用带字库的大屏幕液晶LCD12864，其方案功耗大概03W，体积占7CM9CM面积，但屏幕能显示4行8列的中文或字符，完全可以显示用户所需信息，提供一个良好的人机交换平台。综合考虑采用方案三。5硬件的计算51BUCK降压斩波电路降压型开关电源电路中，MOSFEF作为开关器件，MOSFEF开启与关闭受CONTRO信号控制，其周期为T，占空比为D，并联二极管在MOSFEF关闭时，对电感起到续流的作用。当开关管S开启时，若忽略S上得压降，流过电感L的电流为为IL并且会呈上升趋势，有如下关系OUTINDTIVL（2221式）其中VIN，VOUT认为是稳定常量，由222式可得下式LILIOVINVOUT2222式IO为T0时电感中的初始电源。当开关S关闭时，电感电流IL将通过二极管D续流，此时,IL将变小，若忽略二极管的导通，则又如下的关系2223式DTIOUTL当开关电源在连续电流模式时，一个周期内，开关S关闭时间为（1D）T，由2223式可知IL下降量为VOUT（1D）T/L。在稳定状态下，IL在每个周期的末尾和开始必须相等。因此LDTVLTOUTINOUT1于是PWM的占空比D与VIN，VOUT的关系如INTD52输出电压采样电路输出电压采样，由于单片机只能采集5V以下的电压，输出电压为5V以上不在监测范围之内，所以我们采用电阻分压的方法，为了减少损耗，分压电阻越大越好，但也不能无限大，这样会增大误差。我们综合考虑取分压电阻为220K和500K可调，分压后回到单片机并用液晶显示。53输出端口的电压采样由电阻分压公式的UUO100K/100K0500K。采样电压可调，经过分析和实验可知，采样电压不宜过大。6电路的设计61系统总体框图系统总体框图如图311所示，62电源单片机系统采用了LM257650提供5V，应为微处理的消耗功率也算在供电系统，稳压管7805转换效率差，而LM257650转换效率好，有利于提高作品的效率，其原理图如下，12V输入滤波DC/DC开关稳压器DLC滤波输出负载AT89S52单片机12864液晶显示按键控制输入过压保护AD采样输出电压选择63主原理图64程序流程图1、主程序流程图是开/关按键加/减按键系统初始化是否否7测试方案与测试结果71测试方案1、硬件测试测试方法如下电压表测试输出两端的电压，电流表与负载串联。72测试条件与仪器测试条件检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。测试时采用的主要仪器清单序号名称、型号、规格数量备注1DPD3303D电流源1能提供32V、32A的DC电源2DT9205T万用表23位半万用表3GOS6051示波器120MHZ输出结果结束执行步进值73测试结果及分析731测试结果数据负载6欧输入输出电压（V）电流（A）电压（V）电流（A）效率120655980977436120545480887441120455020807437120364490717379120284010637453120223520567467120173040487153120122540407056基本部分发挥部分电路测试结果输出电压分8档，从25V到60V，每05V递增实现70实现（数据下表）最大输出电流2A实现电压调整率2实现可任意调到要求的一档输出电压，并用一定的方式显示出来实现可任意通过键盘控制打开/关闭输出电压。实现有过压保护，输入电压15V保护动作实现提高电路效率80实现（数据下表）纹波1以25V/DC,2A，20MHZ示波器测试为准实现（纹波电压14MV，056）按从低到高或从高到低顺序自动改变输出电压实现负载8欧输入输出电压（V）电流（A）电压（V）电流（A）效率120436000708140120365490648133120305030598244120244500538281120184020458330120153520418018120103040358867120082540297670负载10欧输入输出电压（V）电流（A）电压（V）电流（A）效率12032601055860812027550050848812022504045859112017451040884312