开关稳压电源最终报告.docx

1、开关稳压电源最终报告合肥学院暑期培训电子设计报告作品名称： 开关稳压电源 学校全称： 合 肥 学 院 系别班级： 电子系09级电气 目录一、作品要求 - 1 -1.1 基本要求 - 1 -1.2 发挥部分 - 1 -二、总体电路结构 - 2 -三、方案论证 - 2 -四、硬件设计 - 4 -4.1 整流滤波及变压电路 - 4 -4.2 升压型开关稳压电路 - 5 -4.3 脉宽调制电路 - 6 -4.3 供电模块电路 - 6 -4.4 过流保护电路 - 7 -五、软件设计 - 8 -六、组装与调试 - 9 -6.1 输出电压范围测试 - 9 -6.2 电压调整率测试 - 9 -6.3 负载调整

2、率测试 - 9 -6.4 噪声及纹波测试 - 9 -6.5 效率测试 - 9 -6.6 过流保护 - 10 -七、报告总结 - 11 -八、参考文献 - 12 -附录 - 13 -附录1 基本器件清单 - 13 -附录2 总体电路图 - 13 -附录3 部分程序 - 14 -开关稳压电源摘要：本系统以STC89S52为核心，电压可预置，步进电压为1V，输出电压范围为30V到36V，输出电流为0-2A。可显示预置电压，实测电压。该系统主要由最小单片机系统，PWM信号控制芯片TL494，开关电源升压主回路，A/D以及D/A组成。系统通过键盘预置电压值送给TL494形成闭环反馈回路。本系统具有调整速

3、度快，精度高，电压调整率低，负载调整率低，效率高，无需另加辅助电源板，输出纹波小等优点。关键词：STC89S52 AD DA TL494 boost电路正文：一、作品要求设计并制作如图1所示的开关稳压电源。图1电源框图1.1 基本要求（1）输出电压UO可调范围：30V36V；（2）最大输出电流IOmax：2A； （3）U2从15V变到21V时，电压调整率SU2%（IO=2A）；（4）IO从0变到2A时，负载调整率SI5%（U2=18V）；（5）输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；（6）DC-DC变换器的效率70%（U2=18V,UO=36V,IO=2

4、A）；（7）具有过流保护功能，动作电流IO（th）=2.50.2A；1.2 发挥部分（1）进一步提高电压调整率，使SU0.2%（IO=2A）；（2）进一步提高负载调整率，使SI0.5%（U2=18V）；（4）进一步提高效率，使85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；（5）排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态；（6）能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值1V，同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。（7）其他。二、总体电路结构图二 系统总体框图如图二所示，单片机通过键盘控制电压的步进，经过单片机控制D/A提供一个参考电压，与输出电压的反馈分压进行比较，在TL494内部的电压

5、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。参考电压输出后电压的反馈调节是由TL494自动调节的，调节速度快。三、方案论证方案一：将经过隔离变压器得到的18VAC整流滤波后通过Boost升压电路进行DC-DC转换，由Atmega16单片机产生PWM并控制其占空比，从而得到要求的直流电压，如图1所示。此方案仅用一块的控制芯片便既可以实现对Boost电路的控制，又可以结合A/D和D/A对输出电压进行步进调整和显示。但由于单片机只能产生脉宽调制所需的PWM信号，在实际制作中为做到闭环式的控制会比较麻烦。图3 方案一 单片机作控制器方案二：采

6、用UC3842专用电流脉宽调制电源芯片来设计DC-DC升压转换电路，如图2所示。UC3842具有锁存功能的逻辑电路和能提供逐个脉冲限流控制的PWM比较器，最大占空比可达 100。另外，具有内部保护功能，如滞后式欠压锁定、可控制的输出死区时间等。由此设计而成的电路易于实现脉宽调制，然而在真正使用时会发现，为得到要求的电压输出值，开关管S的参数选取相当不易。图4 方案二 脉宽调制电源芯片作控制器方案三：TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。，在TL494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

7、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。参考电压输出后电压的反馈调节是由TL494自动调节的，调节速度快。控制简单，容易实现，故采用方案三。图5 方案三 固定频率脉宽调制电路四、硬件设计 4.1 整流滤波及变压电路如图所示，电网电压经过变压器，变成小的交流电，然后经过四个整流二极管组成的桥式整流电路，将交流电变成脉动直流，在经过大的电解电容滤波和小的瓷片电容滤除高频纹波，从而获得比较稳定的直流。图6 4.2 升压型开关稳压电路图7 升压型开关稳压电路如图所示，升压型开关稳压电路由功率开关、二极管、储能电感、滤波电容等组成。设功率开关的转换周期为T,导通期的时间为Ton,截止期的时

8、间为Toff,占空比为D,其中D=Ton/T。根据功率开关S在导通和截止期间，储能电感L中流过电流的变化量相等，可以得到如下结论：（1）通过控制功率开关S的基极所加的驱动信号的占空比D，就可以克服由于输入交流电网电压或输入直流电压或其他参数的变化而引起的对开关稳压电源输出电压的影响，能够起到降低输出电压的波动，稳定输出电压的作用。实际电路可以采用由取样、放大、比较、反馈耦合等环节构成的闭环控制系统来实现对占空比D的控制，也就是所说的脉宽调制原理（PWM）.（2）此电路的工作是依靠功率开关S基极的驱动信号使功率开关S启动、导通和关闭，而工作于导通和截止的功率转换状态中的。这样我们可以在输出端或功

9、率转换过程中加一取样电路，将输出的电流和输出的电压的变化量取出，再经过放大、处理和比较后，形成一个与输出的电流和输出的电压有关的，也就是能够自动控制和调节驱动信号占空比的驱动信号来控制和驱动功率开关管S的工作。（3）在（2）的基础上，如果输出端或者负载电路出现短路而造成过流现象，或者由于其他原因造成输出端过压现象，施加于功率开关S基极的驱动信号便可以将功率开关S及时地关断，并使其处于截止状态，及时开关稳压电源停止工作。这样既保护了开关稳压电源电路本身免遭损坏，又保护了负载电路不被损坏。据此可以对电路进行过压、过流、过热等保护。4.3 脉宽调制电路DC-DC变换器为开关电源核心部分，脉宽调制电路

10、即PWM模块则是DC-DC变换器中很重要的部分。此模块的工作状况直接影响开关电源的工作状态和性能指标。本次设计选用器件为电流控制型脉宽调制器TL494。其原理是通过反馈回来的电压与设定的电压进行比较，进而调节产生的PWM波。其工作电路如图所示。 图8 脉宽调制电路其中，开关电源的工作频率由TL494的定时电容CT和定时电阻RT确定。频率计算公式为 f=1.1/（RT*CT）本次设计电路中取RT=3.3K，CT=1000pF，计算得f=30KHz。4.3 供电模块电路图9 供电模块电路 如图所示，利用三端稳压片7815和7805分别为系统中的芯片TL494和单片机提供电源。由于运放OP07需要负

11、电源所以我利用555芯片产生负电源。具体电路图如图10所示，图10 负电源产生电路4.4 过流保护电路图11 过流保护五、软件设计 1）程序结构；本系统程序采用Keil uVision3软件编译，然后通过矩阵键盘来对频率进行改变和实现预置功能，改变不同波形的功能。 2）流程图；整个系统软件的流程图如下图所示图12流程图六、组装与调试6.1 输出电压范围测试表1 输出电压范围测试预置电压（V)30313233343536输出电压（V)30.131.032.233.133935.236.16.2 电压调整率测试测试条件为输出电压36.052V，输出电流为2.00A表2 电压调整率测试输入电压Vin

12、（V）输出电压Vout(V)1528.061836.102135.93电压调整率为：S = Uout(Vout*Uin)*100%=4.6 (U、Uin为输出、输入变化量)以上数据输出电压用六位半表测得，输出电流用四位半表测得6.3 负载调整率测试 表3 负载调整率测试 注：测试电压30V负载空载半载全载输出电流（A）012输出电压（V)30.129.930.2负载调整率：S =(U*一 U半)U半=0.1 (U* 为U空、U满的最大者)6.4 噪声及纹波测试（U2=18V，Uo=36V，Io=2A，示波器AC耦合，扫描速度20ms/div） Vpp=800mV6.5 效率测试U2=20.2

13、V， Iin=4.1A， Uo=36.1V ，Io=2.1A，计算得效率为：Y=87。6.6 过流保护过流保护动作电流2.5 A。七、报告总结经过一周时间的制作与调试，基本完成了任务书上的基本要求和部分发挥部分的要求，只是在选择单片机的时候，由于对c8051f120不熟悉，所以用的是熟悉的STC89C52单片机，由于单片机的IO口的限制，对电流的采样无法进行。其中还存在一些问题尚待解决，例如电压调整率，纹波和电流显示，I/O口不够用，我们会在以后的学习中继续改进这些方面。八、参考文献1 王卫东. 全国大学生设计竞赛培训教程.北京：电子工业出版社，2009.2黄志伟.全国电子大学生电子设计竞赛.

14、北京：电子工业出版社，20103陈永真.全国大学生电子设计竞赛试题精解选.北京：电子工业出版社，2009附录附录1 基本器件清单名称数量TL4941片IRF540N1片78051块78151个电阻，电容，电感若干AD80321片DA08091片OP071片续流二极管1个杜邦线若干条附录2 总体电路图开关电源电路图：图13总电路图：图14附录3 部分程序#includeDelay.h#include 12864改进版.h#includeAD0804.h#includeDelay.h#include keyscan.huchar temp=16;uint ya0=30,liu=0,num=0; v

15、oid dispaly1() Lcd_DisplayString(0,0, 开关稳压电源 ); Lcd_DisplayString(1,0,预置电压); Lcd_DisplayString(2,0,实测电压); Lcd_DisplayString(3,0,实测电流);/在第四行显示“预置频率” Lcd_WriteCmd(0x94); Lcd_WriteData(:); Lcd_WriteData(ya0/10+0x30); Lcd_WriteData(ya0%10+0x30); Lcd_WriteData(V); Lcd_WriteCmd(0x9c); Lcd_WriteData(liu/10

16、+0x30); Lcd_WriteData(liu%10+0x30); Lcd_WriteData(A); void main() Lcd_Init();/初始化12864 P2= ya0*(5.1); dispaly1(); while(1) AD_0804(); temp=Keyscan(); if(temp=9) num=num*10+temp;/预置值 ya0=num; P2= ya0*(5.1); dispaly1(); else if(temp=15)/清零 ya0=30; P2= ya0*(5.1); dispaly1(); else if(temp=14) ya0=ya0+1; P2= ya0*(5.1); dispaly1(); else if(temp=13) ya0=ya0-1; P2= ya0*(5.1); dispaly1();