高效數(shù)控恒流源設計報告(終版).docx

《高效數(shù)控恒流源設計報告(終版).docx》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、代碼：LG-3-本-D2010年TI杯四川省大學生電子設計競賽設計報告書設計題目：高效數(shù)控恒流電源（D題）參賽隊代碼：LG-3-本-D競賽時間：2010-7高效數(shù)控恒流電源（D題）摘要本數(shù)控恒流源系統(tǒng)主要由恒流源控制電路、DC/DC變換電路和單片機控制部分三個功能模塊組成。恒流源控制電路由硬件閉環(huán)穩(wěn)流電路實現(xiàn)輸出電流的穩(wěn)定控制。DC/DC轉換模塊采用單端正激式DC/DC變換電路，可實現(xiàn)降壓和升壓的功能，擴大輸入電壓范圍至8-20V。單片機控制模塊以MSP430單片機為控制核心，結合鍵盤、DAC和LCD

2、實現(xiàn)系統(tǒng)的控制和顯示功能。一、總體方案設計1、方案論證與比較（1）恒流源電路方案方案1：采用軟件閉環(huán)控制方式。鍵盤預置電流值，經MCU處理后送入DAC將其轉換為電壓信號從而控制輸出電流。采樣電路采集實際輸出電流值，再經過ADC轉換送回單片機，與預置電流值進行比較并通過適當?shù)目刂扑惴ǎ{整輸出電流值使其與設定電流值相等，從而構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。方案2：采用硬件閉環(huán)控制。硬件的閉環(huán)穩(wěn)流的典型電路如圖1所示，根據(jù)集成運放的虛短概念，可得到：IL≈Vi/R1式中IL為負載電流，R1為取樣電阻，Vi為運算放大器同

3、相端輸入信號。若固定R1，則IL完全由Vi決定，此時無論Vcc或是RL發(fā)生變化，利用反饋環(huán)的自動調節(jié)作用，都能使IL保持穩(wěn)定。方案1最大的問題是：若輸入電源電壓或負載發(fā)生變化，都需要經過一段時間調整后才能使電流穩(wěn)定。而方案2硬件電路不僅簡單而且又能快速得實現(xiàn)穩(wěn)定的電流輸出，故本系統(tǒng)采取方案2。圖1硬件閉環(huán)穩(wěn)流電路（2）DC/DC電壓轉換電路方案最基本的斬波電路如圖2所示，斬波器負載為R。當開關S合上時，Uout=Ur=Uin，并持續(xù)t1時間。當開關切斷時Uout＝Ur＝0，并持續(xù)t2時間，T＝t1＋t

4、2為斬波器的工作周期，斬波器的輸出波形如圖1（b）所示。定義斬波器的占空比D＝t1／T，t1為斬波器導通時間，T為通斷周期。通常斬波器的工作方式有兩種：一是脈寬調制工作方式，即維持t1不變，改變T；二是脈頻調制工作方式，即維持T不變，改變t1。當占空比D從0變到1時，輸出電壓的平均值從零變到Uin，也就是說輸出電壓可隨D而改變。((a)(b)圖2降壓斬波電路原理在高頻穩(wěn)壓開關電源的設計中，普遍采用的是脈寬調制方式。因為頻率調制方式容易產生諧波干擾，而且其濾波器設計也比較困難。DC/DC變換器有：降壓式

5、（Buck），升壓式（Boost），單端正激式，單端反激式，雙管正激式，雙管反激式，半橋式，全橋式，推挽式等多種典型變換電路。雖然DC/DC轉換電路很多種，但都具有各自不同的特點：Buck和Boost電路雖然效率較高但不能同時實現(xiàn)降壓和升壓的雙重功能?；陬}目要求，電源部分需同時具有升壓和降壓的功能，故這兩種電路此處不可取。兼有升、降壓功能的Buck-Boost電路要滿足8~20V的要求頗為不易。雙管正激式、雙管反激式、半橋式、以及全橋式DC/DC變換電路適合于大功率等級（200W以上）的電路，不太適

6、合小功率電源電路。由本題設計要求：恒流源輸出最大電壓10V且輸出電流范圍為20~2000mA，即輸出功率最大值為20W，屬于小功率電源。因而以上電路不適合本設計。推挽式隔離變換電路，使用兩個管子進行推挽，變壓器采用中心抽頭連接，二次側也是兩相半波整流，因此相當于兩個正激式變換電路在工作，這類變換電路較復雜，綜合考慮本設計不使用該電路。單端反激式單管變換器的電路，其輸出的紋波電壓比較大，若要減小紋波，需要加入復雜的濾波電路。本設計不采用該電路。單端正激式變換電路因為其使用無氣隙的磁芯，銅損低，感量較高，

7、變壓器的峰值電流較小，輸出電壓紋波低。適用于低電壓大電流的開關電源，多用于150W以下的小功率場合。綜上所述，由于正激式開關電源電路結構簡單、功率密度較高。所以本設計電源部分采取此電路。2、系統(tǒng)設計框圖系統(tǒng)總體框圖如圖3所示，輸入電壓經DC/DC轉換電路后輸出為恒流源電路、單片機控制系統(tǒng)以及恒壓源電路提供電源。恒流源電路完成使輸出電流穩(wěn)定的功能。單片機系統(tǒng)完成人機交互功能，用戶通過鍵盤設定輸出電流值，經MCU處理經DAC轉換為控制電壓，傳入恒流源電路，從而控制輸出電流的大小。同時在LCD上顯示系統(tǒng)的相

8、關信息。此外系統(tǒng)中也擴展了恒壓源電路。恒流源負載恒壓源MSP430F149單片機ADCDC/DC變換Uin鍵盤LCD顯示DAC圖3系統(tǒng)總體設計框圖二、功能描述1、題目要求功能：（1）能數(shù)字設置并控制輸出電流，最大輸出電壓11V，輸出電流范圍200~2000mA；（2）輸入電壓范圍：8V~20V；效率≥80%。（3）具有過壓保護功能并聲光報警：動作電壓Uoth=11+0.5V；（4）具有輸出電流的測量和數(shù)字顯示功能。2、本系統(tǒng)設計擴展功能：（1）輸出電流范