数控直流电源

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1、成都理工大学第9届高等电子设计大赛报告数控直流电源设计（A题）成员：陈小波、郑文、干娜20摘要本设计是基于SG3525脉宽调制芯片的数控直流稳压电源。整个系统由BUCK同步整流电路、STM32控制显示电路、电压电流测量电路、SG3525脉宽调制电路。由STM32DA输出参考电压，同时电路中采用反馈方式将电压会电流反馈回SG3525负反馈端，从而实现电压或电流控制。整个系统实现2到10V数控输出，步进为0.1V。电流升至2A系统依旧稳定。同时效率高达85%以上。纹波小于10mV。同时电路具有软启动和过流保护。该系统具有设计成

2、本低、电路简单、输出电压可调范围宽、电压变换效率高等特点，同时增加了过流保护和软启动功能，还有稳压输出与恒流输出两种输出形式。关键字：BUCK同步整流、数控直流、SG3525。20目录一、设计任务及要求5二、系统方案论证62.1系统框架62.2DC-DC降压模块的论证与选择72.3PWM控制器选择72.4驱动电路的设计方案与选择82.5电流测试电路82.6单片机选择9三、BUCK同步整流电路理论分析与计算9四、控制电路与程序设计124.1脉宽调制芯片124.2驱动电路154.3电压电流采集电路164.3.1电压采集电路16

3、4.4控制模块174.4.1单片机174.4.2AD/DA184.4.3按键184.4.4显示194.4.5数据储存19五、系统调试与分析195.1硬件电路整体电路图195.2系统调试与分析20六、总结2020一、设计任务及要求设计一个数控可调电源。结构框图如图1所示：图1数控可调电源结构框图基本要求：l输出电压：范围0~+9.9V，步进0.1V，纹波不大于20mV。l输出电压显示。l由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减。l输出电流：500mV。提高要求：l输出电压可预置在0-9.9V之间任意值l用自动扫描代替人工

4、按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）。l开关电源要求转换效率>80%。20二、系统方案论证2.1系统框架本系统由控制模块、DC/DC降压模块、辅助电源模块、显示模块、D/A转换模块、电流电压测量模块、过流保护模块组成。系统框图如图2所示。采样电路12V输入DC-DC电流采样电压采样驱动电路反馈SG3525双ADCDAC键盘输入STM32TF液晶屏显示图2系统框图202.2DC-DC降压模块的论证与选择方案一：反激变换器，该拓扑通过改变PWM的占空比，既可以实现升压，也可以实现降压，拓扑本身能防止电流倒灌，而且结构比较

5、简单，成本也稍低。由于此电路在小功率情况下工作时，变压器的漏感和肖特基二极管的损耗相对较小，所以效率也比较高，但是在频率很高时回路中的电流连续，容易使磁芯内磁通所在周期的重复逐次增加，导致磁芯的饱和。方案二：图3所示为BUCK变换器基本结构图。它由一个开关管（SWITCHMOSFET），一个同步整流管（RECTIFIERMOSFET）以及LC低通滤波网络和负载RL组成。这是一种同步整流结构，即整流管采用由控制电路控制的功率MOSFET替代外部整流二极管，同步整流结构可以节约变换器成本和面积，提高转换器效率。图3BUCK变换

6、器结构图方案比较：方案一技术成熟，但由于电路结构上的原因，很难调试。方案三结构简单，调试方便，电路转换效率高。所以采用方案三。2.3PWM控制器选择方案一：利用单片机产生的PWM，占空比的由定时器决定，产生PWM方便，节约成本。缺点是，占空比与电路中的电流电压关系不好控制，同时也会降低CPU20的速度，这样就降低了按键与液晶屏的反应速度。方案二：SG3525芯片内部的可微调振荡器（能精确控制占空比）、温度补偿参考、高增益误差放大器、电流取样比较器。其低启动的电流，带滞后的欠压锁定，工作频率高，输出电流大，是理想PWM控制器

7、件，同时SG3525具有一定驱动MOS管的能力。综合考虑，选择方案二。直流测量方案比较2.4驱动电路的设计方案与选择方案一：工作频率在20KHZ以上的开关电源，功率开关器件主要使用三极管(BJT)、场效应管（MOSFET）。但是由于BJT是电流控制器件，需要直流电流驱动，驱动电路复杂。开关损耗大，对温度变化十分敏感。而且工作时较MOSFET开关管的噪声更大。方案二:采用专用驱动芯片IR2104对MOS管进行驱动。IR2104驱动器兼有光耦隔离（体积小）和电磁隔离（速度快）的优点，是中小功率变换装置中驱动器件的首选品种之一。

8、综合考虑选择方案二。2.5电流测试电路方案一：电流传感器法（1）电力技术中常用互感线圈做电流传感器，但只能测交流电流。（2）霍尔电流传感器在电流检测中的应用越来越多，特别在小电流测量场合。这种传感器的核心部件是霍尔器件，通过电—磁—电检进行检测，其内部自动磁补偿和温度补偿，具有高灵敏度和优良的线性度。这