2009年电子设计竞赛国赛论文-电能收集充电器(

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1、电能收集充电器参赛组：133电能收集充电器目录目录IIII电能收集充电器摘要IIABSTRACTII1系统方案设计、比较与论证11.1总方案设计、比较与论证11.2直流变换电路脉宽调制电路的比较与论证22理论分析与计算22.1电路结构：22.2电路设计32.3元器件选用33各单元电路的设计与实现33.1升压型变换器33.2降压型变换器43.3监控电路54系统软件设计及流程54.1功能分析54.2软件设计55整机测试及测试结果分析65.1测试仪器65.2测试结果65.3测试结果分析66结论6III电能收集充电器摘要设计并制作了一种宽范围的电能收集充电器。本充电器可根据输入电压的范围，

2、选择升压、降压及直通输出三种工作模式，有效地提高了充电器直流变换电路的工作效率；监测和控制电路则工作于间歇模式，降低了功耗，有助于提高变换器效率。经实际测试，充电器在0.9V至20V范围内均能正常工作,并能向模拟可充电池充电，电路工作稳定可靠，成本低，很好地满足了任务要求。关键词：充电器直流变换器ABSTRACTAwiderangepowerchargerisdesigned.ToimprovetheefficiencyofDCconversioncircuit,thechargerselectsoneoperatingmodeamongtheboostoutput,thebuck

3、outputandthestraight-throughoutputtowork,accordingtotheinputvoltagerange.Inordertoreducethepowerconsumptionofcircuit,themonitoringandcontrolcircuitworksinthebatchmode.Theactualtestpresentsthatthechargercanworkundertheinputvoltagefrom0.9Vto20V,andthecircuitisstableandreliablewithlowcost.KeyWord

4、s：powerchargerDCconversionIII电能收集充电器1系统方案设计、比较与论证1.1总方案设计、比较与论证根据题目要求，设计的电能收集充电器主要由DC/DC变换器、变换器选择电路、辅助电源及监控电路等部分构成，其原理框图如图1所示。DC/DC变换器降压型变换器辅助电源监控显示输出输入升压型变换器变换器选择直通电路图1系统原理框图方案一：在全电压输入范围内采用一种直流电源变换电路。由于输入电压范围较宽，因此必须采用升降压变换电路才能满足要求，而当输入电压范围较宽时，升降压变换器的占空比变化较大；在占空比较小时，变换电路的工作效率必然较低。同时，其辅助电源也要能适应

5、较宽的变化范围，实际上，在电压高于9V时，很多PWM控制器已经能够正常工作，而此时单设辅助电源，必然会降低变换器的效率。方案二：针对不同的输入电压，采用不同的直流电源变换电路。在输入电压较低时，采用升压变换电路，而在输入电压较高时，采用降压变换电路，这样变换器的占空比可以控制在较小的范围内，有利于提高效率。本方案同方案一相比缺点是增加了一套变换电路，成本有所增加。优点是在输入电压较高时可不用单设辅助电源，提高了效率；同时在低压时，辅助电源工作，辅助电源不需要适应输入电压如此宽的范围，降低了辅助电源的要求。综合比较，为提高变换效率，选用方案二。DC/DC变换器主要由升压变换电路和降压

6、电路两部分构成。当输入电压低于3.6V时，变换器选择电路将输入接入到升压变换电路；当输入电压高于10V时，变换器选择电路将输入接入到降压变换电路；而当输入电压在3.6V到10V之间时，直通电路工作，将直接旁路输出。10电能收集充电器1.2直流变换电路脉宽调制电路的比较与论证方案一：采用单片机产生PWM信号。这种方案可简化硬件电路，易于通过修改程序来控制和调节，具有较好的灵活性。但在变换器工作过程中，为保证获得最大的输出功率，需根据输入和输出电压的变化实时调整占空比。而单片机通过A/D采样输入输出，再根据输入输出的变化来调整占空比，必然会产生较大的延时，导致较大的控制误差。同时，单片

7、机端口输出电压低、功率小，不能直接驱动功率开关，需另外增加驱动电路和电源，会产生额外的功率损耗。同时，其价格也比单片PWM控制器更高。方案二：采用单片PWM信号控制器。单片PWM控制器集成度较高，外接较少的元器件就可正常工作，同时该类集成芯片通常自带驱动电路，功耗也较低，有利于降低成本，提高效率，响应速度也更快，缺点是控制的灵活性较方案一稍差。经综合比较，我们选择方案二。2理论分析与计算为保证变换效率，使整个充电电路获得最大的功率输出，从以下几个方面进行了设计：2.1