程控直流稳压电源要点

1、2012 年吉林省电子设计竞赛设计与总结报告程控直流稳压电源（A题）摘要直流稳压电源是电子技术领域不可缺少的设备，目前直流稳压电源已朝着多功能和数字化的方向发展。本系统以MSP430单片机为核心结合数字反馈控制技术实现程序控制的直流稳压电源。硬件主要包括：单片机系统、传统供电直流电源、 升降压斩波电路、及由6N137光耦合组成的反馈电路等。软件系统使用模块化形式编程，易维护。电路具有电压调整简便，读数直观，电压输出稳定，便于智能化管理的特点，有效地克服了传统电源的不足。测试符合各项指标要求。关键字：MSP430单片机、540场效应管、数控、升降压斩波电路 TOC o 1-5 h z 摘 要 2

2、 HYPERLINK l bookmark0 o Current Document . 方案比较与论证 4 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 方案一 4 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 方案二 4 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 方案论证 5 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 主要硬件选择 5 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 单片机的选择 5显示屏的

3、选择 6高频开关的选择 6键盘的选择 6 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 系统设计 7 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 总体要求 7 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 总体设计 7单片机的信号与控制的分析 8PWM 占空比和频率的计算 8 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 电路的设计 9单片机最小系统 9显示电路设计 9直流电源的设计电路 9数控反馈回路的设计 10升降压斩波电路图 11输出电

4、流检测电路图 11 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 系统调试 12 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 测试方案 12 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 测试仪器 12 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 测试结果 12 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 结果分析 14. 方案比较与论证方案一以 sepic 斩波电路作为开关控制电路，如图1.2-1

5、所示。该电路的基本工作原理是：当 V处于通态时，E-L1-V 回路和C1-V-L 2回路同时导电，L1和L2储能。 V处于断态时，E- L 1- C 1-VD-负载（C2和 R）回路及L2-VD-负载回路同时导电，此阶段E 和 L 1及向负载供电，同时也向C1 充电，C1储存的能量在V处于通态时向L2转移。1.2-1方案二以升降压斩波电路作为开关控制电路，如图 1.2-2a 所示。 该电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源经向电感供电使其储存能量，此时电流为1 ，方向如图所示，同时电容维持输出电压基本恒定并向负载供方案论证升降压斩波电路为最基本的电路，从原理上并不优于方案一种的se

6、pic 电路， sepic 电路中，电源电流和负载电流均为连续，有利于输入和输出滤波，而且输出电压为正极性的。但是为了我们从另一个角度考虑，解决问题，选择了最基本的电路作为开关控制电路，提高解决问题的能力，同时也为问题的解决找出新的思路。1.2-2a升降压斩波电路的波形主要硬件选择单片机的选择要完成该题目要求的任务，有多种单片机可供我选择作为系统的控制单元，由于我们知识有限，所以锁定MCS51系列单片机和MSP430系列单片机作为选择范围。MCS51系列单片机是国内使用最多的产品，对其使用的技术很成熟。我们优先考虑使用该系列的单片机作为系统控制单元，我们所熟知的该系列的单片机没有 LCM驱动模

7、块，为了达到题目要求的显示相关数据的目的，我们需要外接LCM驱动电路。MSP430系列单片机是一款16位超低功耗的产品，具有丰富的外部接口，该系列单片机有许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，包括A/D转换，LCM 驱动电路等，消除了使用MCS51单片机需要外接某些电路的麻烦，可以使整个系统更加简洁。经过综上比较，我们选择了MSP430F169单片机作为我们的控制单元。显示屏的选择我们手中实验用的液晶显示屏有LCD和 LCM，为了满足显示内容的要求以及外观需要，我们选择LCM作为整个系统的显示模块。高频开关的选择选择一：IGBT(绝缘栅双极晶体管)作为新型电力半导体场控自关断器件，

8、集功率MOSFE的高速性能与双极性器件的低电阻于一体，具有输入阻抗高，电T压控制功耗低，控制电路简单，耐高压，承受电流大等特性，驱动功率小而饱和压降低， 非常适合用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、照明电路等。选择二：场效应管它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高(108109 ) 、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，综上 IGBT与场效应管的优缺点，结合设计题目的实际情况，我们选择540场效应管作为整个系统的高频开关。键盘的选择选择一：普通独立式键盘，焊接方便，编程简单。选择二： 4*4 矩阵式键盘，焊接不便，编程困难，占

9、用版面较大。在满足题目要求的前提下以最简、最易为原则选择普通独立式键盘。系统设计总体要求设计并制作直流稳压电源，输入电压范围为DC 10V 30V，输出电压为DC18V。基本要求：输入电压变化范围10V 30V，输出电压保持为18V；最大输出电流IOmax： 1A；输入电压UIN 从 10V 30V变化时，电压调整率SU 2%( IO=1A) ；电流 IO 从 0 1A变化时，负载调整率SI 5%( UIN=10V) ；输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP 0.5V( UIN=10V 30V,UO=18V, IO=1A) ；(6)DC-DC变换器的效率 70%( UO =18V, IO =1A)

10、；总体设计以5V，和15V 直流电源作为整个系统的供电电源。接入外部直流电源( 10V 30V)输入到升降压斩波电路，对输出电压采样，并改变极性输入给MSP430单片机，通过片内ADC( A/D、模数转换)模块把模拟量转化为数字量，经单片机分析处理发出PWM的数字信号反馈调节，控制IGBT的通断，从而构成稳定的直流电压源，并且将有关数据反映在液晶屏上。，系统总体设计框图如图3-1 所示3-1单片机的信号与控制的分析控制高频开关，采用PWM办法，开关并非连续关闭或导通，而是在一个特定的频率下以方波的形式驱动540 场效应管。不同的占空比能对开关的通断起到调速的作用。通过执行软件延时程序交替改变端

11、口某个二进制位输出逻辑状态来产生脉宽调制信号，设置不同的延时时间得到不同的占空比。PWM占空比和频率的计算用定时器中断产生PWM信号（如图3.2.2-1 所示） 。用 T0产生PWM的周期，用 T1 控制PWM的占空比，T0中断时让一个IO 口输出高电平，且启动定时器T1，T1 让 IO 口输出低电平，这样改变定时器IO 的处置可以改变频率，改变定时器T1 的初值就可以改变占空比，用定时器实现了PWM功能。公式：PWM计算：对于12M晶振，PWM输出频率为1KHZ，这样定时中断次数设定为 C=100， 即 0.01ms中断一次，则 TH0=FF,TL0=F6;由于设定中断时间为0.01ms,这

12、样可以设定占空比可从1-100 变化。即0.01ms*100=1ms。3.2.2-13.3 电路的设计3.3.1 单片机最小系统采用MSP430F169单片机作为系统控制单元，外配4MHz主晶振和32768Hz的辅助晶振、复位电路、按键电路、LM12864显示器构成单片机小系统，MSP430F169单片机小系统电路如图3-3-1 所示。3.3.2 显示电路设计LCM12864液晶显示模块与单片机连接电路如图2-3 所示3.3.3 直流电源的设计电路5 直流稳压电源电路如图3-3-3 所示。3-3-13.3.4数控反馈回路的设计3-3-2数控反馈电路如图3-3-4 所示3-3-43.3.5 升降

13、压斩波电路图升降压斩波电路如图3-3-5 所示3-3-53.3.6 输出电流检测电路图输出检测电路如图3-3-6 所示3-3-64 系统调试测试方案根据题目的每一项要求，测试系统。测试仪器万用表，示波器，电流表。测试结果1、基本要求1）当输入电压UIN 在 0 30V之间变化时，测出输出电压UO的值的大小（要求输出电压UO=18V） ：UINUO2）输出电流最大值可达到Iomax=1A。3）当输入电压UIN在 0 30V之间变化时（I O=1A） ，测出输出电压和电压调整率SU 2%) ：I O=1AUINUOSu4）当输出电流I O在 0 1A 之间变化时（UIN=10V） ，测出输出电压和负载调整率的大小（要求负载调整率至少为SI 5%） ：UIN=10VIOUOSI2、发挥部分1）当输入电压UIN在0 30V之间变化时（I O=1A） ，测出输出电压和电压调整率的大小（要求电压调整率SU 0.5%） ：I O=1AUINUOSu2） 当输出电流I O在 0 1A之间变化时（ UIN=10V） ， 测出输出电压和负载调整率的大小（要求负载调整率SI 1%） ：UIN=10VIOUOSI4.4 结果分析参 考 文 献 时景荣