1、設計報告書設計題目：高效數控恒流電源（D題）競賽小組成員：張川胡世超彭澤鑫指導老師：劉偉平李慶 張桐2011年8月日目 錄 3 51.151.26 7 7 7 83.1 DC/DC83.293.3103.411 11 125.1125.2125.3125.413 151617摘要本設計主要由開機沖擊電流和EMI 抑制電路、功率因數校正電路、反激式隔離變換器、基于TL494 的 PWM波控制、單片機控制模塊等部分組成，具有恒流輸出、電流步進可調、 過壓保護、功率因數校正、 實時顯示電壓、電流等功能，具有工作穩定、 可靠性高等優點， 最終實現了 LED照明用恒流電源的功能。 系統最終達到基本部分全

2、部指標。關鍵詞：隔離、恒流電源、PWM、反激式、閉環反饋、 PI 調節、過壓保護Abstract ： This design mainly by the impact on current and EMIsuppressioncircuit,power factorcorrectioncircuit,flyback converteris separated, based on the TL494 PWM wave to control and single-chipmicrocomputer control module components, with constant current o

3、utput,current step can be adjusted, over-voltage protection and power factorcorrection,real-timedisplayvoltage, current, and other functions,hasthestableand high reliabilityetc, and finallyachieve the LEDlightingtoconstantcurrentpower function.System eventuallyget the basicpartall index.Keywords: is

4、olation,constantcurrent power supply,PWM,flybacktype,closed-loop feedback, PI adjustment, over-voltage protection一、總體方案設計1.1 方案比較與選擇（1）電路拓撲結構方案方案一：采用反激式拓撲結構的功率因數校正電路， 優點是將功率因數校正與電源變換器合二為一， 可以大大減少電路的損耗， 提高電路的整體效率， 缺點是電路比較復雜， 很難設計與單片機合適的接口電路，不容易使用單片機進行控制。方案二：將功率因數校正電路與主控電路分開，采用 Boost 型的功率因數校正電路后接電源變換器

5、的方案， 優點是電路結構簡單， 并不涉及單片機對功率因數校正電路的控制，只需使功率因數校正部分輸出一個穩定的電壓即可， 缺點是會一定程度上降低設計的整體效率。鑒于本題要求步進調壓的功能， 需要單片機對 PWM控制芯片有一個良好而穩定的控制，故選擇方案二。（2）電源變換器方案方案一：采用半橋變換電路，優點是高頻變壓器利用率高，傳輸功率大，電路效率很高，缺點是電路較復雜，且有直通危險。方案二：采用單端反激變換電路， 優點是電路結構簡單， 缺點是高頻變壓器利用率低，需要留有氣隙，電路效率不高。鑒于本題要求最大負載只有10 個 1W的 LED，傳輸功率較小，故采用方案二。(3) 閉環反饋控制方案方案一

6、：采用軟件閉環反饋控制，使用單片機進行采樣，然后直接由單片機對 PWM控制芯片進行控制，調節占空比。優點是電路結構簡單，缺點是反饋回路會受到采樣精度、采樣速度、單片機運算速度等因因素的影響， ，使反饋系統變得不穩定。方案二：采用硬件閉環反饋控制，即使用硬件電路構建反饋回路，由PWM控制芯片根據反饋信號調節占空比，而單片機只是對 PWM控制芯片進行輔助調整。優點是反饋速度快，調節精度高，缺點是易受外部干擾。由于題目中要求精度較高且使用硬件成本更加低廉，控制更加容易，故選用方案二。(4) 有源功率因數校正方案方案一：采用 UUC3854作為有源功率因數校正電路的主控芯片。優點是功率因數校正系數可以

7、達到 99.5%，缺點是外圍電路非常復雜且調試困難。方案二：采用 UCC28019作為有源功率因數校正電路的主控芯片。優點是外圍電路簡單，功率因數校正系數可以達到 99.5%左右。鑒于對成本和性價比的考慮，故選用方案二。片機，由單片機給定基準電壓來控制可調的目的。1.2 系統設計框圖系統具體方案如下： 220VACC經工頻變壓器降壓為36VAC，經開機沖擊電流抑制電路輸入到功率因數校正電路中，再經高頻隔離變壓器給串聯在一起的LED 燈供電，在 LED 燈處分別進行電壓、電流采樣，返回給PWM控制芯片和單PWM控制芯片，進而達到控制LED 燈恒流系統總體結構框圖如圖1.2 所示。二、系統電路設計

8、與實現2.1 電源變換器主回路與器件選擇PWM控制芯片采用TL494 。它的主要特點是：輸出級采用推挽輸出，雙通道輸出，占空比0 - 50%可調。每一通道的驅動電流最大值可達200mA,灌拉電流峰值可達 500mA。 TL494 的 1 、2 引腳分別為內部誤差放大器的反相輸入端和同相輸入端，反相輸入端接收反饋的電壓信號，同相輸入端為給定的電壓基準，一般接在 16引腳電壓基準的分壓上， 由于題目要求恒流輸出時電流步進可調，故同相輸入端接單片機DAC 模塊產生的參考電壓。負載的電流采樣由串聯在 LED 負載與地之間的采樣電阻完成，經一級跟隨、一級同相放大之后分別給單片機和 PWM控制芯片；電壓采

9、樣由負載和電流采樣電阻上的電壓分壓完成， 經一級跟隨分別給單片機和 PWM 控制芯片。為完成恒壓與恒流模式的切換，分別在電壓采樣回路與電流采樣回路與 PWM控制芯片間各加入一個 N 溝道 MOSFET作為電子開關， 完成切換。為保證反饋的穩定性在 MOSFET后再加一級跟隨后將反饋信號傳遞給 PWM控制芯片。2.2 控制電路設計本設計的控制部分采用 TI 公司的 MSP430F247超低功耗單片機， 它內部集成有 12 位 DAC，并且它的運算速度快。由于本LED 恒流電源工作時絕大部分時間處于穩定狀態，且對反應速度沒有過快要求，因此并不需要對電壓、 電流信號進行同時的采樣， 而可以分別采樣，

10、模式切換和基準電壓的調整也不需在中斷服務中完成， 只有步進調整電流的按鍵程序需要在中斷服務中完成。如圖 2.2單片機最小系統電路圖2.3 保護電路設計過壓保護電路并不是單獨設計的，而是整合在電流控制電路中，由恒流控制回路與恒壓控制回路的切換完成，當單片機檢測到負載上的電壓高于36V 時，單片機控制將恒流控制回路切換為恒壓控制回路，將負載的電壓控制在略高于36V，當再次檢測到負載電流降低到設定的電流以下時，重新將恒壓模式切換為恒流模式，達到過壓保護的目的。圖 2.3控制程序流程圖2.4 功率因因數校正電路設計選用小功率功率因數校正芯片 UCC28019，它工作在電流臨界模式。UCC28019應用

11、簡單可靠。通過電流檢測和電壓反饋，及 PI 調節來保持電壓恒定。再通過開關管的 PWM控制來 得到所需電壓。可實現 0.99 的功率因數校正和輸出穩定直流電壓的功能，完全可以滿足題目中要求。圖 2.4功率因數校正模塊2.5 自動調光電路設計自動調壓電路采用光敏電阻作為感光元件，利用比較器將光的強弱轉換為高低電平信號，使用單片機內置的 ADC將這個個電壓信號采回單片機，當光照強度較高時時，單片機控制切換為恒流模式，設置的負載電流值為 100mA，使 LED 的亮度隨光照強度的增大而減小。2.6 開機沖擊電路與EMI 抑制電路設計開機沖擊電路采用熱敏電阻串聯在電源輸入端，溫度較低時電阻很大，隨著電

12、阻發熱溫度升高，電阻逐漸變小，達到抑制開機沖擊電流過大的目的。EMI 抑制電路是利電感和電容的特性， 使頻率為 50Hz 左右的的交流電可以順利通過濾波器， 但高于 50Hz 以上的高頻干擾雜波被濾波器濾除， 這就使開關電源產生的高頻諧波被濾掉而不會污染電網。圖 2.6開機沖沖擊電流和EMI 抑制模塊三、理論分析與計算四、系統軟件設計與實現4.1 系統軟件流程圖，如下圖所示電流和 EMI 抑制五、系統測試及分析5.1 測試方法采用分別測試各個單元模塊，調試通過后再進行整機調試的方法。5.2 測試儀器（1）工頻變壓器（ 2）四位半數字萬用表 DT9203（ 3）安捷倫示波器 DSO5012A5.

13、3 測試數據和誤差分析2、測試數據( 1) 輸出電流跟蹤測試六、總結經過這幾天的努力，在老師的悉心指導，同學的共同探討，組員的共同努力下，按時的完成了高效數控恒流源的設計， 由上述電路設計分析計算和測試數據可知：本系統基本實現了題目中基礎部分和發揮部分的功能要求， 并達到并超過了各項參數指標， 且在此基礎上添加軟啟動， 電壓源和擴大輸入電壓范圍等其它擴展功能并能夠較好的實現。本系統設計基本達到預期目標。參考文獻（ 1）MSP430系列 16 位低功耗單片機原理與應用 沈建華，楊艷琴，翟曉曙 編著 清華大學出版社 2004 年 11 月出版（ 2）模擬電子技術基礎 ( 第四版 ) 華成英、童詩 編著 高等教育出版社2006 年 5 月出版（ 3）數字電子技術基礎 閻石 王紅 編著 高等教育出版社 2010 年 12 月出版（ 4）電子線路實驗 沈小豐 編著 清華大學出