DCDC开关电源设计.docx

1、DCDC开关电源设计DC-DC开关电源设计摘要 开关稳压电源因为其具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等优点日益得到广泛的应用。目前，国内外开关稳压电源的发展的趋势是不断提高输出效率和输出功率。要提高输出的效率，必须提高电源的开关频率。这就对电路中其它器件的频率特性提出了更高的要求。并且现在的开关调节模块大多都已经集成化，使用方便，有很高的线性和负载调节特性，转换效率高负载调整率低而且输出纹波小，这里我用lm2596开关调节器实现降压，用STC89S52为核心电路控制ADC0809模数转换对输出电压电流的监测，将监测到的数据显示在液晶LCD1602上，有过流保护功能，监测电路使用的电

2、源由降压后转换提供。关键字 开关稳压电源 开关调节器 ADC0809 STC89S52 LCD1602一、设计要求和指标要求1.基本部分：1.输出可调电压 515V，输出电流不小于 1.5A,接入负载能长时间稳定工作；（15）2.DC/DC 转换效率不低于 70%； （5）3.能够显示输出电压，电流，误差小于 2%；（10）4. U=12V、 Io 在 0.11A 范围内变化，负载调整率 SI2%;(10)5.输入电压 24V，输出电压稳定 12V，输出电流为 1.5A 时输出纹波小于 200mv；（10）2.发挥部分：1.输出可调电压为 318V，输出电流达到 2.5A 以上，接入负载能长时

3、间稳定工作,进一步扩展电源输出功率；（5）2.能够显示输出电压，电流，误差小于 0.5%；（10）3.Uo=12V 、 Io 在 0.12.5A 范 围 内 变 化 ， 负 载 调 整 SI0.5%;(5)4.输出电压稳定为 12V，输出电流为 2.5A 时，输出纹波小于50（10）5.输出电流为 2.5A 进一步提升 DC/DC 转换效率，使不低于85（10）6.具有输出过流保护功能， Io3.5A 时动作；且故障排除后够恢;(5)7.其他；（5）3、 说明（1）输入电压由直流稳压电源提供，逆变电源全部电路均由UI供电，不得再使用其他电源；（2）负载调整率计算方法： Io=0.1A时输出电压

4、为Uo1， Io=1A时输出电压Uo2，则负载调整率:（3）注意作品制作工艺，留出电流、电压测试端口。二、系统框图设计三、电路设计方案选择1.DC-DC模块DC-DC模块式将输入的直流电压转换为另一直流电压，而设计要求是将24v转换为可调的稳压直流电压输出，就用到了DC降压型电路。方案一：使用隔离式的PWM（脉宽调制）控制高频开关变压器。该电路电路结构简单，外围元件少。但是要用到变压器，体积大，负载调整率的，电源效率低。方案二：使用集成的开关电压调节芯片lm2596-adj， LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性，该器

5、件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz。负载调整率高，能够输出小于37V的可调电压，使用方便，且体积小。对比两个方案，电路使用方案二。2.监测显示模块方案一：使用数码管显示，数码管是由多个发光二极管封在在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。有共阴，共阳两种。方案二：使用液晶显示屏lcd1602，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距

6、的作用。比较两种方案将选用方案二，lcd1602操作简单，可以直接对1602的引脚直接操作。3.电流电压采样模块方案一：使用8位的adc0809多通道模拟量采集，逐次逼近型转换芯片。转换速度快，转换精度高。方案二：使用8位的adc0804一路模拟量输入，操作简单，体积小，且方便电路的设计，但是该芯片只能一路模拟量输入。综合两者的比较，本实验选用adc0809。四、各个模块分析1.电压转换模块 因为由单个lm2596组成的dc-dc转换电路最高能输出3A的驱动电流，所以这里设计使用两个一样的电路进行并联增大电路带动负载能力。1.1主要元件介绍LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路

7、，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V，可调版本可以输出小于37V的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。该器件还有其他一些特点：在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在4%的范围内，振荡频率误差在15%的范围内；可以用仅80A的待机电流，实现外部断电；具有自我保护电路（一个两级降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温

8、完全保护电路）1.2参数计算1.2.1输出电压的计算（及R22和R4，R5的选择）已知参数Vout=318V Vref=1.23v Vd=0.5v Vsat=1.16v F=150KHZVin=24V选择精度为1%的1k电阻R4，则R22根据公式当vout=18v，R22=13.634k 当vout=3v，R22=1.439k则去R22=20K,R5=1.5K,1.2.2电感的选择根据公式，代入相应数值求得，再对比电压调节器的电气特性选择电感值为47uh1.2.3输入输出电容的选择根据电压调节器芯片使用手册中调节器外围元件的选择方法，结合设计要求和指标电压转换模块，输入电容470uf/35v,

9、输出电容220uf/35v。1.2.4吸纳二极管的选择二极管的最大承受电流能力至少要为最大负载电流的1.3倍，且反向耐压至少是最大输入电压的1.25倍，有较快的恢复，这里选择肖特基二极管IN5822.。2测量与显示模块2.1电路辅助电源由于设计要求不能外接供电电源，所以电路的辅助电源由自己设计提供，电路还是使用电压调节器调节输出稳定的5v，参数的计算根据上述计算方法求得。2.2电路控制芯片STC89C52RCSTC89C52RC单片机是新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。2.2.1主要特性如下：1.增强型

10、8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以意选择，指令代码完全兼容传统8051.2.工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单机）3.工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz4.用户应用程序空间为8K字节5.片上集成512字节RAM6.通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,

11、TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8.具有EEPROM功能9.具有看门狗功能10.共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T211.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒12.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART 2.2.2单片机的复位电路在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量

12、。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。 2.2.3单片机时钟电路 单片机晶振是单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率的部件，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。晶振结合单片机内部电路产生单片机所需要的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行的速度就越快，单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。这里电路使用12M晶振供单片机时钟频率。2.3AD转换模块芯片ADC0809ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器，是目前应用比较广泛、典型的A/D转换芯片之一。2.3.1管脚介绍（1）IN7IN0模拟量输入通道（2）ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。（3）START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST.