程控直流稳压电源要点.pdf
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1、2012年吉林省电子设计竞赛设计与总结报告 程控直流稳压电源( A题) 摘要 直流稳压电源是电子技术领域不可缺少的设备,目前直流稳压电源已朝着多 功能和数字化的方向发展。本系统以MSP430 单片机为核心结合数字反馈控制技 术实现程序控制的直流稳压电源。硬件主要包括: 单片机系统、 传统供电直流电 源、升降压斩波电路、 及由 6N137光耦合组成的反馈电路等。 软件系统使用模块 化形式编程,易维护。电路具有电压调整简便,读数直观,电压输出稳定,便于 智能化管理的特点,有效地克服了传统电源的不足。测试符合各项指标要求。 关键字: MSP430 单片机、 540 场效应管、数控、升降压斩波电路 目
2、录 摘要. 2 1. 方案比较与论证. 4 1.1 方案一 4 1.2 方案二 . 4 1.3 方案论证 . 5 2 主要硬件选择. 5 2.1 单片机的选择 5 2.2 显示屏的选择. 6 2.3 高频开关的选择. 6 2.4 键盘的选择 6 3 系统设计 . 7 3.1 总体要求 7 3.2 总体设计 . 7 3.2.1单片机的信号与控制的分析 8 3.2.2 PWM 占空比和频率的计算 8 3.3 电路的设计 9 3.3.1单片机最小系统 9 3.3.2显示电路设计 9 3.3.3直流电源的设计电路 9 3.3.4 数控反馈回路的设计 10 3.3.5 升降压斩波电路图. 11 3.3.
3、6输出电流检测电路图 11 4 系统调试 12 4.1 测试方案 . 12 4.2 测试仪器 . 12 4.3 测试结果 . 12 4.4 结果分析 14 1. 方案比较与论证 1.1 方案一 以 sepic 斩波电路作为开关控制电路,如图1.2-1 所示。该电路的基本 工作原理是:当 V处于通态时,E-L1-V 回路和 C1-V-L 2回路同时导电,L1和 L2储 能。V处于断态时, E- L 1- C1-VD-负载( C2 和 R)回路及 L 2-VD-负载回路同时 导电,此阶段 E 和 L1及向负载供电,同时也向C1充电, C 1储存的能量在 V处于 通态时向 L 2 转移。 图 1.2
4、-1 1.2 方案二 以升降压斩波电路作为开关控制电路,如图 1.2-2a 所示。该电路的基本 工作原理是:当可控开关V处于通态时,电源经向电感供电使其储存能量, 此时电流为 1,方向如图所示,同时电容维持输出电压基本恒定并向负载供 电。此后,使关断,电感中储存的能量向负载释放,电流为 2 1.3 方案论证 升降压斩波电路为最基本的电路,从原理上并不优于方案一种的sepic电 路,sepic 电路中,电源电流和负载电流均为连续,有利于输入和输出滤波,而 且输出电压为正极性的。 但是为了我们从另一个角度考虑,解决问题, 选择了最 基本的电路作为开关控制电路, 提高解决问题的能力, 同时也为问题的
5、解决找出 新的思路。 图 1.2-2a 升降压斩波电路的波形 2 主要硬件选择 2.1 单片机的选择 要完成该题目要求的任务,有多种单片机可供我选择作为系统的控制单元, 由于我们知识有限,所以锁定MCS51 系列单片机和 MSP430 系列单片机作为选择 范围。 MCS51 系列单片机是国内使用最多的产品,对其使用的技术很成熟。我们优 先考虑使用该系列的单片机作为系统控制单元,我们所熟知的该系列的单片机没 有 LCM 驱动模块,为了达到题目要求的显示相关数据的目的,我们需要外接LCM 驱动电路。 MSP430 系列单片机是一款16 位超低功耗的产品,具有丰富的外部接口,该 系列单片机有许多模拟
6、电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上,包括A/D 转换, LCM驱动电路等,消除了使用MCS51 单片机需要外接某些电路的麻烦, 可以使整个系统更加简洁。 经过综上比较,我们选择了MSP430F169 单片机作为我们的控制单元。 2.2 显示屏的选择 我们手中实验用的液晶显示屏有LCD和 LCM ,为了满足显示内容的要求以及 外观需要,我们选择LCM作为整个系统的显示模块。 2.3 高频开关的选择 选择一: IGBT(绝缘栅双极晶体管)作为新型电力半导体场控自关断器件, 集功率 MOSFET 的高速性能与双极性器件的低电阻于一体,具有输入阻抗高,电 压控制功耗低,控制电路简单,耐高压,承受
7、电流大等特性,驱动功率小而饱和 压降低,非常适合用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、 变频器、 照明电路等。 选择二:场效应管它属于电压控制型半导体器件,具有输入电阻高(108 109) 、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工 作区域宽等优点, 综上 IGBT 与场效应管的优缺点,结合设计题目的实际情况,我们选择540 场效应管作为整个系统的高频开关。 2.4 键盘的选择 选择一:普通独立式键盘,焊接方便,编程简单。 选择二: 4*4 矩阵式键盘,焊接不便,编程困难,占用版面较大。 在满足题目要求的前提下以最简、最易为原则选择普通独立式键盘。, 3 系统
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