《稳压电源摘要》word版

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1、摘要本数控恒流源系统主要由恒流源控制电路、DC/DC变换电路和单片机控制部分三个功能模块组成。恒流源控制电路由硬件闭环稳流电路实现输出电流的稳定控制。DC/DC转换模块采用单端正激式DC/DC变换电路，可实现降压和升压的功能，扩大输入电压范围至8-20V。单片机控制模块以MSP430单片机为控制核心，结合键盘、DAC和LCD实现系统的控制和显示功能。一、总体方案设计1、方案论证与比较（1）恒流源电路方案方案1：采用软件闭环控制方式。键盘预置电流值，经MCU处理后送入DAC将其转换为电压信号从而控制输出电流。采样电

2、路采集实际输出电流值，再经过ADC转换送回单片机，与预置电流值进行比较并通过适当的控制算法，调整输出电流值使其与设定电流值相等，从而构成闭环控制系统。方案2：采用硬件闭环控制。硬件的闭环稳流的典型电路如图1所示，根据集成运放的虚短概念，可得到：IL≈Vi/R1式中IL为负载电流，R1为取样电阻，Vi为运算放大器同相端输入信号。若固定R1，则IL完全由Vi决定，此时无论Vcc或是RL发生变化，利用反馈环的自动调节作用，都能使IL保持稳定。方案1最大的问题是：若输入电源电压或负载发生变化，都需要经过一段时间调整后才能

3、使电流稳定。而方案2硬件电路不仅简单而且又能快速得实现稳定的电流输出，故本系统采取方案2。图1硬件闭环稳流电路（2）DC/DC电压转换电路方案最基本的斩波电路如图2所示，斩波器负载为R。当开关S合上时，Uout=Ur=Uin，并持续t1时间。当开关切断时Uout＝Ur＝0，并持续t2时间，T＝t1＋t2为斩波器的工作周期，斩波器的输出波形如图1（b）所示。定义斩波器的占空比D＝t1／T，t1为斩波器导通时间，T为通断周期。通常斩波器的工作方式有两种：一是脉宽调制工作方式，即维持t1不变，改变T；二是脉频调制工作方

4、式，即维持T不变，改变t1。当占空比D从0变到1时，输出电压的平均值从零变到Uin，也就是说输出电压可随D而改变。2降压斩波电路图2降压斩波电路原理在高频稳压开关电源的设计中，普遍采用的是脉宽调制方式。因为频率调制方式容易产生谐波干扰，而且其滤波器设计也比较困难。DC/DC变换器有：降压式（Buck），升压式（Boost），单端正激式，单端反激式，双管正激式，双管反激式，半桥式，全桥式，推挽式等多种典型变换电路。虽然DC/DC转换电路很多种，但都具有各自不同的特点：Buck和Boost电路虽然效率较高但不能同时实

5、现降压和升压的双重功能。基于题目要求，电源部分需同时具有升压和降压的功能，故这两种电路此处不可取。兼有升、降压功能的Buck-Boost电路要满足8~20V的要求颇为不易。双管正激式、双管反激式、半桥式、以及全桥式DC/DC变换电路适合于大功率等级（200W以上）的电路，不太适合小功率电源电路。由本题设计要求：恒流源输出最大电压10V且输出电流范围为20~2000mA，即输出功率最大值为20W，属于小功率电源。因而以上电路不适合本设计。推挽式隔离变换电路，使用两个管子进行推挽，变压器采用中心抽头连接，二次侧也是两

6、相半波整流，因此相当于两个正激式变换电路在工作，这类变换电路较复杂，综合考虑本设计不使用该电路。单端反激式单管变换器的电路，其输出的纹波电压比较大，若要减小纹波，需要加入复杂的滤波电路。本设计不采用该电路。单端正激式变换电路因为其使用无气隙的磁芯，铜损低，感量较高，变压器的峰值电流较小，输出电压纹波低。适用于低电压大电流的开关电源，多用于150W以下的小功率场合。综上所述，由于正激式开关电源电路结构简单、功率密度较高。所以本设计电源部分采取此电路。2、系统设计框图系统总体框图如图3所示，输入电压经DC/DC转换电

7、路后输出为恒流源电路、单片机控制系统以及恒压源电路提供电源。恒流源电路完成使输出电流稳定的功能。单片机系统完成人机交互功能，用户通过键盘设定输出电流值，经MCU处理经DAC转换为控制电压，传入恒流源电路，从而控制输出电流的大小。同时在LCD上显示系统的相关信息。此外系统中也扩展了恒压源电路。3三、分析计算和电路实现1、DC/DC转换电路部分（1）单端正激式电源变压器选择和计算单端正激式开关电源变压器是单向激磁，要求磁芯脉冲磁感应增量大，但是变压器初级工作次级也同时工作，因此计算方法和步骤与双极性开关电源接近：初级

8、绕组匝数N1计算式为：N1=Vp1×tk×102/ΔB1A其中：VP1是变压器最低输入额定电压幅值，此电源标称为8V；tk是开关管导通时间，此电源设定为4us；ΔB1为脉冲磁感应增量，此电源设定为0.2T，A为磁芯截面积，所选磁材为PC40EPC10-Z，其截面积为9.39×102cm2。根据上述所选值求得N1=13。次级匝数要保证此时的电压≥12V，即N2=19。（2）