1、-. z開關穩壓電源 初步方案設計報告 指導教師： 建 、王水平隊 員： 杭05、聶曉偉、瑞、朱云龍學院院系： 電子科技大學測控技術與儀器摘要：本作品為07全國電子設計大賽的參賽題E題開關穩壓電源，方案完成其根本要求和發揮局部。本作品以電源控制芯片tl494 為核心，以及超低阻MOS 管為主開關器件，主回路拓撲構造采用電感Boost 電路。使用了電壓、電流雙反應閉環技術實現了恒流恒壓自動切換式的過流保護；從而實現了DCDC 變換。通過MSP430F169 為核心的單片機系統實現了輸出電壓步進調節、過流保護設定、電壓電流的實時測量與顯示等功能。一、方案設計與論證本電源系統分隔離變壓器局部、恒壓輸

2、出模塊、DC/DC變換局部(TL494芯片)、系統控制及顯示局部(MPS430單片機)、外圍輔助局部,方框圖如下：全系統以模擬電路為主體，配合數字電路控制，并通過MPS430進展精細全局控制。電壓輸出局部，在誤差允許圍通過鍵盤及顯示局部按照要求輸出精細電壓，外圍輔助局部還包括過流保護模塊，加以對系統進展更有效的保護。通過論證，系統使對輸出電壓調整率、負載調整率、DC/DC變換效率根本符合甚至好于根本要求。二、模塊電路設計及比擬電源模塊：方案一：利用自己用導線繞的變壓器實現從交流220V到交流18V的輸出。方案二：直接到市場上定做符合設計要求AC220VDC18V100W變壓器18V及5V電壓產

3、生原理圖3.3V電壓產生原理圖考慮到自己動手繞變壓器比擬麻煩，而且在精度上和變壓器的功率上得不到保證，而從市場上定做可以滿足要求，所以直接選擇從市場定做隔離變壓器。穩壓輸出模塊(含過流保護模塊)：方案一：利用430單片機產生PWM脈沖波控制場效應管的導通與截止，并配合一些外圍電路實現降壓和升壓，產生穩定的電壓輸出。方案二：采用TI的電源芯片Uc3842，但考慮到電壓電流的反應，僅能很好的支持一路反應的Uc3842無法很好的滿足題目的要求。方案三：采用TI的穩壓電源芯片TL494產生穩定的電壓輸出。TL494的自帶雙路反應，并能自行控制死區時間。所以最終選擇了TL494為主導芯片考慮到430單片

4、機產生的PWM的占空比不易控制，且在速度上達不到要求，導致產生的電壓輸出不穩定。完成該升壓功能可以采用電感Boost 電路，Boost 電路主要靠電感的儲能、放能完成轉換并且方案采用的芯片具有反應調節能力和過流保護功能，使輸出能夠滿足要求，且494 部含有2 個誤差放大器，由輸出較高的一個自動獲得反應控制權。利用該特性可以設計雙環反應。負載較輕時電壓誤差比擬器獲得反應控制權，電源恒壓輸出，當負載較重過載時，電流誤差比擬器獲得反應控制權。該方法可以實現恒壓與恒流的自動切換，是一種非常實用的控制、保護方法。應選用方案二。430控制顯示模塊方案一：采用多位LED顯示當前輸出電壓大小，并用發光二極管指

5、示狀態。 方案二：使用LCD1602液晶顯示屏顯示當前輸出電壓大小，并用發光二極管指示狀態用LED顯示耗電功率較大，且MSP430具有LCD控制功能，故擬用方案二。鍵盤模塊鍵盤對單片機輸入數據，鍵盤為44矩陣鍵盤，用MSP430的并行口P2接44矩陣鍵盤。每個按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU通信。鍵盤處理程序的任務是：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態接地，另一個并行口輸入按鍵狀態，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通

6、過軟件查表，查出該鍵的功能。輸出模塊雙反應閉環如下圖，控制電路以tl494 為核心，通過其部的兩個誤差比擬器完成電壓、電流的反應控制。當電流低于設定值時，完成恒壓控制，當電流超出設定值，經入恒流控制，輸出電壓降低。信號由電阻分壓得到，電流反應由0.05歐錳銅絲采樣，再經LM358 放大后獲得。兩路閉環均設有校正電位器。過流保護設計與參數計算由于采用雙反應，當電流值大于DA輸出的設定值時，tl494中電流誤差放大器作用，進入恒流狀態，輸出電壓下降。從而實現了過流保護。并且當過流故障消除時，會自動回到恒壓方式。雙環反應實現了恒壓與恒流方式的自動切換。采樣電阻為錳銅絲，實測Rs0.05歐，當動作電流

7、為I2.5A時，壓降將是125mv，該信號幅度太小，由一片LM358對其放大約20倍后到達2.5V，送入TL494的電流誤差放大器，與DAC輸出的過流門限進展比擬。只要改變DAC的輸出值即可改變過流門限，實現了附加的過流保護值的設置功能。三、軟件設計之所以選擇MSP430F169是因為其自帶數個12位的AD和DA，本作品使用USB型MSP430仿真器在IAR環境下編輯程序、調試程序、執行程序一步步來實現仿真。其中程序下載采用JTAG口本作品軟件要實現的功能是：鍵盤向單片機的DA中輸入數據， 12位DA轉換后,將兩路轉換后的模擬電壓分別送入TL494的兩個電壓基準端。然后將12位AD采樣的電壓變

8、換成數字量送數碼管顯示。框圖如下單片機模塊方框圖 鍵盤模塊程序方框圖四、系統測試及數據處理1輸出電壓：U0步進設置、電壓調整率、負載調整率測試儀器：GDM-8055五位半數字萬用表一臺測試方法：將數字萬用表兩表筆并聯到輸出電壓兩端，分別改變設定值、U2，負載，將設定值與示波器值比擬測試數據：1步進設定設定值/V實際值/V顯示值/V設定誤差測量誤差3030.04430.010.15%0.14%3131.03631.010.12%0.11%3232.02931.990.09%0.09%3333.04533.020.14%0.13%3434.06234.020.18%0.18%3535.03635.

9、010.10%0.07%3636.05136.010.14%0.11%設定誤差: 0.18%(2)電壓調整率 測試條件：U0設定為30V，I02A U2/VU0實際值/V15.1230.10120.1330.08625.2530.13530.1830.144電壓調整率：0.193%3負載調整率測試條件：U2=20.08VI0/AU0實際值/V0.7130.2331.0530.1241.5530.0112.0730.305負載調整率：0.98%2. 輸出效率測試數據UinIinU0U1效率21.984.0836.111.9478.12%22.114.1236.081.9878.71%3 過流保護動作電流/A2.48參考文獻：1 王水平等 線性穩壓器集成電路及應用 電子科技大學 2006年2 肖子等 模擬電子電路及技術根底第二版 電子科技大學 2021年3 建華 艷琴 翟驍曙 MSP430系列16位超低功耗單片機原理與應用 清華大學 2004年 4 龍 MSP430單片機C語言應用程序設計 電子工業 2006年 儀器儀表1 HY17雙路可跟蹤直流穩定電源 市儀器儀表2 數字示波器DS1052E 普源精電