大学生电子设计竞赛论文输出可调直流稳压电源的设计

1、2012大学生电子设计竞赛论文题目: 输出可调直流稳压电源的设计论文编号：参赛学校：参赛学生：韩洪健 刘义 李晓凯指导教师： 王国新二一二 年 五 月高效DC-DC开关稳压电源摘要：本作品是基于开关电源基本拓扑之一的正激拓扑设计而成的输出小电压，大电流DC-DC开关稳压电源，通过电压反馈环节对主电路的输出进行稳压，本文所设计的开关电源输入为DC41-57开关频率为75kHz,实现输出电压0-30V可调，恒流限制0-3A可调。单管正激变换器具有外围电路简单，效率高，抗过载能力强，输入与输出隔离等优点，适合低压、中小功率的电能变换，恒压过程采用OP07作为比较器，改变基准电压，从而实现输出电压可调

2、，原副边用光耦隔离，恒流部分也采用比较器，但是电流采样采的是负压，这样只调节电位器就可改变OP07输入端的电压大小，从而调节恒流限制。关键字：开关电源 同步整流 辅助电源 单片机显示 Abstract：This work is based on switch power supply of basic topology of shock topology designed，Output small voltage, large current DC-DC switching power supply,，Through the voltage feedback part of main circ

3、uit voltage output,Due to the circuit diodes relative to the output voltage of the pressure drop is bigger,So to output voltage have larger effects, in order to get a higher efficiency, the synchronous rectifier technology of synchronous rectifier since drive technology, circuit and over current pro

4、tection function.Key Word: Switching power supplySynchronous rectifier auxiliary power supply micro-controllershows1. 设计任务与要求1.1设计任务电源框图1.2 技术指标基本要求 在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：1基本要求（1） 输出电压VO：DC030V可调；（2） 输出恒流限制：03A可调；（3） 输出噪声纹波电压峰-峰值VOPP1V（Udc=48V,VO=30V,IO=3A）；（4） DC-DC变换器的效率70%（Udc=48V,VO=30V,IO=3A）；2发挥部

5、分（1） 进一步提高效率，使85%（Udc=48V,VO=30V,IO=3A）；（2） 具有输出电压、电流步进调节功能，电压步进1V，输出电流限制步进0.1A；（3） 具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。（4） 其他。1.3题目分析 从设计任务上看，本次设计是个DC-DC的电源开关变换器，而且其中电源变换器的效率要求也是非常高的，并且本题的第一个难点在于它输出电压为可调，输出电流也可调。所以要求电压调节与电流调节要精确。而且应该注意的就是辅助电源和磁复位绕组的设计，即变压器的设计，一定要有足够的磁复位时间，辅助绕组带来的电压应尽量大些，在用稳压芯片变化来精准的电源。2. 方案论证2.1 开

6、关电源主拓扑的选择方案一：主拓扑采用双管正激，控制芯片采用SG3525，由于原副边不共地，所以需要加驱动变压器，输出电压采样送到1脚，2脚作为基准提供一个2.5V的电压，改变基准的电压可以实现输出电压可调。恒流部分采用OP07作为比较器，在输出电路中加采样电阻，采负压，送到OP07的2脚，与3教的基准电压比较，将OP07的输出接到SG3525的9脚，利用其外拉电流大于100uA，使芯片关断，从而达到恒流的目的。方案二：主拓扑采用单管正激，控制芯片采用SG3525，为了使原副边隔离，与方案一的驱动方案相同，利用驱动变压器。将输出电压采样接到SG3525的1脚，2脚与16脚相连利用其内部基准。恒流

7、部分与方案一相同。方案三：主拓扑主拓扑采用单管正激，采用电流型的控制芯片UC3844，原副边利用光耦进行隔离，恒压、恒流部分均利用OP07作为比较器。输出电压采样送到OP07的3脚，给2脚提供一个2.5V的基准电压，改变基准电压的大小，就可改变输出电压的大小。OP07的输出端接到NPN型的三极管8050，8050的集电极接光耦PC817的2脚。同理恒流部分也利用比较器，在输出电路中加采样电阻，经过一个电位器接到OP07的2脚，给2、3脚均提供一个2.5V的基准电压，当电路中电流变化时，2脚的电压也在变化，改变OP07 输出端的电压，从而实现恒流限制功能 正激原理图UC3844原理图如下2.2方

8、案选择对以上三种方案进行比较，方案一电路较复杂，需要2个MOS管，而且还需要驱动变压器；方案二，主电路最然适合低压输出，效率也很高，但是存在一个缺陷，由于SG3525的内部基准不可调，故输出电压只能从2.5-30V之间可调。相对比较，方案三比较方便简单、可行、效率高，适合低压的DC/DC变换.3.硬件系统设计2.3可调恒压环工作原理 采用电流型的控制芯片UC3844，原副边利用光耦进行隔离，恒压、恒流部分均利用OP07作为比较器。输出电压采样送到OP07的3脚，给2脚提供一个2.5V的基准电压，改变基准电压的大小，就可改变输出电压的大小。OP07的输出端接到NPN型的三极管8050，8050的

9、集电极接光耦PC817的2脚。原理图如下 2.4可调恒流环工作原理与恒压环工作原理相同，恒流部分也利用比较器，在输出电路中加采样电阻，经过一个电位器接到OP07的2脚，给2、3脚均提供一个2.5V的基准电压，当电路中电流变化时，2脚的电压也在变化，改变OP07 输出端的电压，从而实现恒流限制功能。原理图如下2.3方案选择对以上三种方案进行比较，方案一电路较复杂，需要2个MOS管，而且还需要驱动变压器；方案二，主电路最然适合低压输出，效率也很高，但是存在一个缺陷，由于SG3525的内部基准不可调，故输出电压只能从2.5-30V之间可调。相对比较，方案三比较方便简单、可行、效率高，适合低压的DC/

10、DC变换.3.硬件系统设计3.1系统总体流程图3.2主电路电源的设计与计算输出Vin=41-57V Io=0-3A Vo=0-30V f=75KHz 变压器的AP公式: 计算Np值 令Bm=0.2T ,Vin(min)=41V，Dmax=0.4 令匝比为N根据伏秒积平衡：磁复位绕组:计算副边线径：Ds计算原边线径：Dp选择MOSFET选IRF640 18A 200V选择整流二极管选 MUR460 4A 600V采样电阻主电路原理图如下： 主电路的原理图辅助电源选择反激电路 利用其多路输出 输入与输出隔离等优点辅助电源的电路原理图4.单片机软件流程图4.1软件设计原理图4.2软件实现的功能 通过

11、使用单片机和数码管等是电路具有输出电压、电流的测量和数字显示功能，从而达到设计的基本要求。4.3程序 #include"reg52.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit ST=P10;sbit EOC=P11;sbit OE=P12;sbit CLK=P13;sbit ADDCS=P14;sbit xiaodian=P37;uint yge,yxiao1,yxiao2,lshi,lge,lxiao;uint yazhi,liuzhi;uchar AD_DATA2; /保存IN0和IN1经AD转

12、换后的数据uchar xianshidaima=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x98;/uchar daima1=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x18;/*延时函数*/void delay1(uint k) uchar a; while(k-)for(a=10;a>0;a-);void delay(uchar i) uchar j; while(i-)for(j=10;j>0;j-);/*系统初始化*/void init()EA = 1; /开总中断TMOD

13、=0x02; /设定定时器T0工作方式TH0=216; /利用T0中断产生CLK信号TL0=216;TR0=1; /启动定时器T0?ET0=1;ET0=1;ST=0;OE=0;/*T0中断服务程序*/void t0(void) interrupt 1 using 0CLK=CLK;/*AD转换函数*/void AD()ST=0;ADDCS=0; /选择通道IN0delay(10);ST=1; /启动AD转换delay(10);ST=0;while(0=EOC);OE=1;AD_DATA0=P0;yazhi=AD_DATA0;OE=0;ST=0;ADDCS=1; /选择通道IN1delay(10

14、);ST=1; /启动AD转换delay(10);ST=0;while(0=EOC);OE=1;AD_DATA1=P0;liuzhi=AD_DATA1;OE=0;/*计算和除法*/void chufa()yazhi=yazhi*1.953125;yge=yazhi/100;yxiao1=yazhi%100/10;yxiao2=yazhi%100%10; liuzhi=liuzhi*7.8125;lshi=liuzhi/1000;lge=liuzhi%1000/100;lxiao=liuzhi%1000%100/10;/*显示函数*/*位选0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xf

15、b,0xfd,0xfe*/void xianshi()P3=xianshidaimayge;xiaodian=0;P2=0x7f;delay1(5);P2=0xff;P3=xianshidaimayxiao1;P2=0xbf;delay1(5);P2=0xff;P3=xianshidaimayxiao2;P2=0xdf;delay1(5);P2=0xff;P3=0xc1;P2=0xef;delay1(5);P2=0xff;P3=xianshidaimalshi;P2=0xf7;delay1(5);P3=0xff;P3=xianshidaimalge;xiaodian=0;P2=0xfb;del

16、ay1(5);P2=0xff;P3=xianshidaimalxiao;P2=0xfd;delay1(5);P2=0xff;P3=0x88;P2=0xfe;delay1(5);P2=0xff;/*主函数*/void main()init();while(1) AD();chufa();xianshi();5. 系统调试5.1电路的测试方法 纹波噪声1、测试环境温度：252、示波器探头： 1：13、示波器带宽设为最大：40MHz4、测试地点：正常实验台测试5、输入电压：Uin=41-57V6、输出电压、电流： Uo=0-30V，Io=0-3A 输入电压调整率1、环境温度：252、输出：IO=0-

17、3A3、输入电压：最小、正常、最大 负载调整率1、环境温度：252、输入：U2=48V3、输出电流：最小、正常、最大5.2测试仪器电路测试中使用的仪器设备及其用途如表3-1所示。表3-1 电源部分测试使用的仪器设备序号仪器名称及型号数量用途1DT9205三位半数字万用表 3 测量电源输入输出电压、电流2TDS1001B 40MHz示波器 1 观察电源输出噪声纹波电压峰峰值 3电阻10 500W1 负载5.3 测试数据：输出电压：0-30V；输出电流维持在0-3A时能够长时间稳定工作；表3-2负载调整率测试数据负载调整率IO（A）UO（V）SI(%)Uin=48V030.020330.02表3-

18、3 电压调整率测试数据电压调整率Uin（V）UO（V）SU(%)IO=3A48300.84130.015730.26输出噪声纹波电压峰-峰值Vpp=140mv； DC-DC变换器的效率%；过流保护功能：动作电流2.52A；过流保护具有自动恢复功能。5.4 测试结果分析表4-1测试内容与结果测试内容基本指标实测结果输出电压0-30V0-30输出电流I0MAX=0-3AI0MAX= 0-3A电压调整率SU1%SU= 0%负载调整率SI1%SI= 0.8%输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP1VUOPP=0.14 V效率（U2=48V，U0=3.3V，I0=10A）=85%=88.47 %输出电压可调、恒流限制可调有有所有的测试结果如表4-1所示，均达到基本设计要求，甚至有些测试结果远远超过给定的基本设计指标，尤其是效率的提高有效地保证电源的可靠性；所有经过大电流的线路均尽量采用粗导线，开关器件均选用优良器件，器件的各项指标参数均远大于额定值，所以电压调整率和负载调整率均得到提高。6. 总结6.1系统存在的不足干扰：由于焊接电路时有些地方走线不合理，入电压突变和电流突变等，引入了干扰。效率方面：变压器的漏感，整流二极管的压降，线路的压降，都会影响伏在调整率的大小。再就是线路的布局，引入一些干扰。由于线路，各个器件损耗的功率，还有变压器的漏感。MOSFET开通和关断损耗，电流采样电阻的