电子设计竞赛_开关稳压电源设计.doc

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1、大学生电子设计竞赛设计报告题目:实用开关稳压电源参赛人：徐天慧郑春阳李良起2012年12月一、设计任务与要求1.1设计任务设计并制作如图1所示的开关稳压电源。DC-DC变换器IINU2=18VDC+-UoRLIO+-图1开关稳压电源框图1.2技术指标在电阻负载条件下，使电源满足以下要求：1．基本要求（1）输出电压UO可调范围：0V～15V，最大输出电流IOmax：0.5A。（2）U2从12V变到15V时，电压调整率SU≤5%（IO=0.5A）（3）IO从0变到0.5A时，负载调整率SI≤5%（U2=18V

2、）（4）输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤0.5V（U2=20V,UO=15V,IO=0.5A）（5）DC-DC变换器的效率≥50%（U2=18V,UO=15V,IO=0.5A）2．发挥部分（1）具有过流保护功能，动作电流IO（th）=1.5±0.1A，当排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态。（2）能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值小于等于1V，同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。（3）尽量提高变换器的效率。（4）其它。1.3题目分析从设计任务上看，本次设计是个DC--DC的电源开关变

3、换器，而且其中电源变换器的效率要求也是非常高的，并且本题的第一个难点在于它输出电压为可调，输出电流也可调。所以要求电压调节与电流调节要精确。二、方案论证与比较2.1DC-DC主回路拓扑的方案选择DC-DC变换有隔离和非隔离两种。输入输出隔离的方式虽然安全，但是由于隔离变压器的漏磁和损耗等会造成效率的降低，而本题没有要求输入输出隔离，所以选择非隔离方式，根据要求，需要升降压电路，具体有以下几种方案：方案1：串并联开关电路形式。实际上此电路是在串联开关电路后接入一个并联开关电路。用电感的储能特性来实现升降压，

4、电路控制复杂，但能达到题目要求的0-15VU，可以满足U2从从12V变到15V时，电压调整率SU≤5%的变化。（见图1）图1方案2：采用恒频脉宽调制控制器芯龙XL6009E01，这个芯片可推挽或单端输出，工作频率为400KHz，输出电压可达40V,内有5V的电压基准，死区时间可以调整，输出级的拉灌电流可达200mA，驱动能力较强。芯片内部有两个误差比较器，一个电压比较器和一个电流比较器。电流比较器可用于过流保护，电压比较器可设置为闭环控制，调整速度快。输出电压为：以上比较，故选择方案2。2.2控制方法的方

5、案选择考虑到发挥部分要显示输出的电压和电流，所以采用单片机系统控制。控制开关的导通与截止。本系统采用STC12C5A32S2作为系统的核心，内部自带10位AD，精度较高，满足题目要求。通过采集取样电阻的电压，可以计算出输出电压。采集电流传感器的电压，计算出对应电流，当达到动作电流时，单片机控制升降压芯片的EN脚，给低电平，可以关闭升降压模块的输出。2.3提高效率的方案选择影响效率的因素主要包括单片机及外围电路功耗，单片机及外围电路供电电路的效率和DC—DC变换器的效率。1）升降压斩波电路中开关管的选取：电

6、力晶体管（GTR）耐压高、工作频率较低、开关损耗大；电力场效应管（PowerMOSFET）开关损耗小、工作频率较高。从工作频率和降低损耗的角度考虑，选择电力场效应管作为开关管。2）选择合适的开关工作频率：为降低开关损耗，应尽量降低工作频率；为避免产生噪声，工作频率不应在音频内。综合考虑后，我们把开关频率设定为20kHz。3）升降压电路中二极管的选取：开关电源对于二极管的开关速度要求较高，可从快速恢复二极管和肖特基二极管中加以选择。与快速恢复二极管相比，肖特基二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点，但反

7、向耐压较低，多用于低压场合。考虑到降低损耗和低压应用的实际，选择肖特基二极管。4）控制电路及保护电路的措施：控制电路采取超低功耗单片机ICXL6009E01，其工作电流仅280μA；显示采取低功耗1602LCD；控制及保护电路的电源采取了降低功耗的方式，，单片机由7805从输入端引出单独供电。三、详细软硬件分析3.1整体设计：整机原理图单片机通过键盘控制电压的步进，在芯龙XL6009E01内部的电压误差放大器产生一个高或低电平，控制脉宽变化，来达到调整输出电压的变化，反复调整后使输出达到设定得值为止。参考

8、电压输出后电压的反馈调节是由芯龙XL6009E01自动调节的，调节速度快。由于本设计对效率的要求比较高，所以在设计时尽量选用低功耗的单片机，而且单片机的外围电路要尽量少，本系统外围电路只有键盘，显示（A/D集成在STC12C5A32S2内部），这样可以尽可能的提高效率。框图见图4。3.2理论分析与参数计算3.2.1控制电路设计与参数设计：控制电路选用单片机来采集电压和电流，并且在液晶上显示。通过判断电流值的大小，控制开关管的导