高效率数控电源设计报告

1、高效数控恒流电源摘要随着低碳经济时代的到来，提高能源利用率对工业和社会发展起着重要的作 用。基于此本文描述了高效率数控恒流电源的设计原理和实现方法，本系统采用 DC/DC变换器芯片TPS5430,它是一款高效的电源开关控制芯片，输入电压X 围宽，输出电流高达3A。以MSP430F247单片机为主控制器，通过键盘来设置 电源的输出电流，设置步进等级为1mA,并可由液晶显示器显示实际输出电流 值和负载功率。本系统还具有开路检测和过压保护功能，可广泛应用于需要高效 恒流源的领域。关键词：MSP430F247单片机DC/DC变换器 高效恒流源AbstractThis paper describes t

2、he design of high-power LED power supply principle and method to MSP430F247 microcontroller-based controller, DC power through the keyboard to set the output current, set the step level as 1 mA, and the actual output current value and load power can be displayed by the LCD . This system uses DC / DC

3、 converter chip TPS5430, the output power MOS tube can expansion the current. Single Chip Programmable output digital signal, through D / A converter (TLV5618) output analog, through the operational amplifier isolation amplifier, and precision voltage sampling resistor collection enlarged pared to c

4、ontrol DC / DC converter's feedback side, to achieve the output current control. Output current through the current / voltage changes, the adoption of A / D converter chip, real-time into the analog data, and then analyzed by microputer processing, the feedback through the form of data links, so

5、 that current is more stable, it constitutes a stable voltage-controlled current source. Actual test results show that the system output current stability, with the load and ambient temperature changes and high Jing Du, output current error of ± 5mA, output current at 20mA 2000mA Fan Wei can be

6、 arbitrarily set within, output efficiency up to 90 %, and thus the actual applications requiring high stability and high efficiency constant current field. Key words: MSP430F247 MCU DC / DC converter efficiency constant current source目录方案设计与论证L1总体设计方案与比较：方案一：采用以89c51为核心的单片机系统来控制12位AD7521的数据的输 入并将其转

7、换成模拟量输出同时单片机把输入的预值电流送数码管显示，再根据 输出的电压量来控制电流的变化，此方案的优点是输入的预值电流信号稳定且避 免了大量的数据存储，缺点是电路效率低。其电路方框图如图L 2所示：图1. 2方案二方框图方案二：采用开关电源控制芯片TPS5430,该芯片其内部集成110毫欧的MOS 开关管，效率高达95%,输出电流最高3A,能够满足题目的要求。该芯片固定为 500KHz开关频率，可采用较小的滤波电感，电容消除纹波。用单片机输出数字 量经过D/A变换和采样比较可以对输出电流程控。此方法优点是可以对输出电 流预置和显示，而且效率高，所以电路和设计采用方案二，其电路方框图如图 1.

8、2所示：输入S2 / 13图1. 2方案二方框图键盘二模块电路设计及比较本系统以MSP430F247单片机为核心，外围包括DC/DC变换器模块，数模和模 数转换模块，液晶显示模块，电流采集模块。2.1 DC/DC变换器模块TPS5430是一款输入电压X围宽，工作频率高，转换效率高的直流变换器件， 可做升压和降压之用，本系统用做降压输出，输出经电感电容滤波，可得到稳定 的电压，引入电流反馈可得稳定电流。电路原理图如下图2.1所示图2.1DC/DC变换器模块3 / 13图2.1TPS5430原理图2.2 数模转换模块TLV5618是TI公司生产的12位数模转换芯片，它采用串行输入数据，转化后的 模

9、拟电压可通过2个通道输出，采用此芯片可以简化硬件电路设计，而且其转换 精度高。其管脚如图2. 2所示BIT1BIT12为数字量输入，Rfe为模拟量输出, Vref为参考电压Vdd为+5V电源。数模转换公式：一片(。)|2=-需(42"+4。2|°+ 42,42°)(2-1)例如：BITlBIT12 为(1)且 Vref 为-5V,则:V<? = -(2" +2,o+- + 2, +2°)«5V(2-2)当 BITlBIT12 为(0)且 Vref 为-5V,则：V。= 一1 (2" + 2° + 2。+ +

10、2° + 2。卜 2.5V(2-3)由于该设计要求输出电流步进1 0毫安,基与此,本设计将采TLV5618 12位数 模转换器。P, DOR JG PACKAGE(TOP VIEW)VddOUTBREFAGNDFK PACKAGE(TOP VIEW)图2.2TLV5618芯片管脚图2.3 电压采集与放大模块考虑温度和其它因素变化对电阻阻值的影响，系统采用精密康铜丝为采样电阻，考虑系统效 率因此选择阻值为o.i欧姆。采样电压放大io倍和单片机给定的电压通过加法器相加后送 给TPS5430的第4脚，整个系统构成一个负反馈，能够保证输出电流恒定。电路参数计算如下:2.3 模数转换模块采用T

11、LC2543模数转换芯片，该芯片具有11个模拟通道输入端，转换结果有8 位，12位，16位并可编程配置，其转换速率快，线性误差小。本系统采用其模 拟通道。采集输出电流，模拟通道1采集输出电压。并分别用跟随器可保证采集 的数据稳定。将转换后的数据送给单片机实现电流和输出功率的显示。转换结果 为12位，满足系统精度要求，原理图如图2.3图2.3模数转换模块2.4 单片机最小系统与液晶显示和键盘连接模块本系统用MSP430F247为主控制器，该单片机静态工作电流小，功耗低，满足该 系统高效的要求。其P3 口作为液晶的数据端口，P2 口为控制口，P1 口高4位 为键盘接口，原理图如下图2.413 /

12、13ltXS5VFl工GM)S1N4.DV33Vlour201TP-41TPsny【口、I« AVBVGIKO015 4OIA55VPM 匚 FPI0If 11 iXP2HKIiP”7P22P32AA>|P25*P.U5q*14PlijPUJ4,15K5P551*16AK6*»17,P27pr11(D0(gJAI* V q 1，、 加； 5:3V：(l40侬'n inA "Mre;: r4 11c BUf,;3cOLf. ?VPIS.1 ?A门6F ：F.H1P2I.n,虫.，6C柜3JVpji.c归、FJb10FZ P?b11 12F)iIX11P

13、5>P?4c, jin小八nK6mz?1rWOP4IrM2阳7cM4内39r>Wb11cPX>miinP52八1<nP54CUMF55nP56F57risr,nxjIbirj7c,IMSRKr4rJSTr11r,心rSSir A ISr.AVUV JlUDiaXMP5<»woXTIUIP5IJW2P526bB4；<P53<?10<KJ1*44415P55IV.53*P56,M7aP57*I1(U2JVLr(gIK LSISPEAK!IK3NXCX.T8 1032.5集成运放和单片机供电模块2.5.1 采用TPS5430,通过调节反馈电压

14、，可得到5V的稳定电压，原理图如图2.5.11PS5I301(BJ7m 2.5.1 5V电源模块2.5.2-5V电源模块，系统采用MC34063 下图522电源芯片，得至IJ-5V电压，原理图如图2.5.2 5V电源2.5 . 3单片机用3.3V供电，系统用TPS733芯片得到3.3V电压，原理图如下图2.5.3图253 3.3V电源模块2.4各单元连接框图三：软件设计本作品采用lAREmbeddcdWorkbench作为开发软件，它是以WINDOWS为开发平台， 使用时，先建立一个工程文件夹，以保存相应的工程文件。打开该软件后，先建立工程文件, 然后保存，编辑完目标代码后，点击编译运行即可实

15、现软件仿真。适配好目标器件，使用计算机并口和GTAG接口，可将代码下载到硬件进行在线调试。 本作片软件要实现的功能是：3.1 ：软件设计思想3.2 ：软件设计流程图3.3 ：各模块程序设计及相应的软件算法四：系统测试本系统具有输出200 mA到2000mA的稳定电流，可在该X围内预置，同时具有+/T0mA的步 进。4.1 测试方案测试仪器：电流调整率S的成陆（7；= 1000mA,负载为5Q的条件下测试）；测试结果如表4. 1表4. 1输入电压（V）12131415161718实际输出电（A）电流变化量AI。（mA）电流调整率Si负载调整率与的潮试：(=15V, 4= 1000mA,负载在5。

16、条件下测试)测试结果如表4. 2表4. 2负教R (Q)12345实际输出电电流I. (mA)电流变化量AI。(mA)负载调整率Sr纹波电流测试：测试条件为CUi =15V, UHOV, /o=2000mA)；测试结果如表4.3表4.3纹波电流测量电流值(mA)交流亳伏表读数(mv)示波器读数(Vpp) (mV)200500100015002000整机效率测试：(Ui=15V, UO=1OV, Zo=2000mA)；4.2 测试仪器4.3 测试结果五：设计总结经过为期四天的设计，感触颇深的是解决问题的方法、技巧。在这四天中， 我们遇到许许多多问题，对待问题要多方法处理，多角度处理。通过这几天的设 计竞赛，我们不但增强了实践能力