全国电子设计大赛论文 电源设计

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1、一：方案论证1.系统总体设计方案根据题目要求，总体设计方案如下：将交流电220V送进隔离变压器，一级输出18V交流电。通过整流滤波，将交流电转为直流电，进行DC-DC升压和降压。副DC-DC实现的降压值为5V，用于给单片机控制系统供电。通过键盘可以对主DC-DC升压的输出电压进行设定和步进调整，并由AD对输出进行采样，通过在单片机内预置的算法对输出进行补偿调整，同时从液晶屏上数字显示出电流和电压值。当开关稳压电源输出电流达到上限时，启动过流保护；当故障排除后，开关电源恢复正常工作。系统总体框图如图1.1所示。图

2、1.1系统总体框图2.主DC-DC升压电路设计方案DC－DC升压电路采用自举式升压方式，如图1.2所示，当晶体管导通时，电感与电源接地端直接相连，形成回路。随着能量存储到电感的磁场中，流过电感的电流斜线上升，磁力线增强。当晶体管截止时，磁场开始消失。随着它的减弱，会切割电感的导线，产生一个电压。由于磁场的运动方向与磁场建立时的方向相反，所以感应电压反向。从而实现升压的过程。图1.2自举式主DC-DC回路拓扑图3.控制方法及实现方案对主DC-DC升压转换器的控制方法采用硬件闭环控制为主、软件补偿和测量相结合的方法

3、对DC-DC的输出进行精确控制。硬件控制采用国家半导体公司的LM2587-ADJ开关电源控制芯片组成对输出主回路的电压闭环控制，实现对系统的粗调。软件控制选用STC12C5412AD单片机作为系统控制器，系统的显示、按键、A/D、D/A全部集中在核心控制板上，通过预置算法实现对系统的精调。64.提高效率的方法及实现方案1.降低二极管的损耗：二极管一般需要0.7V的导通电压降。在输出电压为21.6V时，二极管要消耗一定的输出功率。而肖特基二极管的导通压降一般为0.2V～0.3V，因此使用这类二极管这能够有效降低其

4、上的功率损耗。2.降低开关管的损耗：如果将开关管设计在外围电路中，极易由于设计参数的问题导致开关管部分时间工作在线性区，会引起一定损耗。在设计中，选用LM2587，它将开关管集成到芯片内部，参数由厂家整定，可以大大减少功耗。3.减少铜损：铜损是由导线的寄生电阻和电感线圈引起的。实际设计中，选用横截面积大的铜丝，并采取多股缠绕的方法，减少单位横截面积电阻。4.减少铁损：引起铁损的原因有两个——磁滞损耗和涡流损耗。在实际操作中，采用EI型电感磁芯，并在连接处留有一定空隙。由于存在空气间隙，使之不易产生磁滞和涡流。二

5、：电路设计与参数计算1.主回路器件的选择及参数计算题目中要求：18V交流输入时，经转换后输入电压为21.6V（理论计算得出），负载端电压为30V~36V。最大输出电流Iomax为2A，主DC-DC升压变换器效率η≥70%(发挥部分要求达到η≥85%)。据此，在主DC-DC升压回路中主要用来实现DC-DC变换器的器件为LM2587-ADJ。LM2587-ADJ内部有一个100kHz的振荡器，内部开关电流额定值5A，负载电压Vload<65V，输入电压需保持在4V~40V，变换器效率90%，理论上完全满足设计需求。

6、主DC-DC回路电路图如图2.1所示，通过改变R2和R3的比值即可设定所需负载电压值。图2.1主回路原理图将反馈电压与内部参考电压1.23V进行比较：Vload=1.23V(1+)（2-1）已知1kΩ<<5kΩ例如选取R2=115kΩ，R3的值根据Vload的设定选取。6（2-2）（输入功率）（2-3）(（2-4）对电感L来说，选择（2-5）（2-6）（2-7）开关的占空比为（2-8）开关导通时间=DT（T为电感的工作周期，常值）通过公式计算得到L的范围：78μH~93μH。按照设计要求，在LM2587前级需加

7、两个输入电容。在开关导通时，较大的C1给开关提供电荷。它应该尽量大些，能够在100kHz的内部振荡器条件下工作，并提供LM2587要求的电流。电容C2应该是一个相对小一些的陶瓷电容。这种类型的电容比电解电容C1快得多，使它可以响应开始导通的瞬变过程。2、控制电路设计与参数计算硬件控制电路如图2.1所示。LM2587的2引脚为反馈端，通过两个电阻分压产生一个电平同内部基准比较从而对输出进行调整，为了方便引入软件的补偿控制作用，增加了如图2.2所示的控制电路，通过D/A输出改变芯片反馈点电压，从而可以在要求范围内设

8、定输出电压值，并对其进行调整补偿。图2.2软件补偿控制电路R2和R3的阻值选取决定了软件输出补偿的上限值，这个值由公式（2-1）可求得。D/A设定的零点由二极管导通压降决定。二极管选用反向漏电流较小的1N4148，R2R3根据题目要求计算。设定满值输出电压为44V，系统可以在30～36V之间自由调整，根据LM2587设计文档R3要求取值1kΩ~5kΩ，选取2.4kΩ，可以求得R2为84