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TI公司功率校正芯片UCC28019 - 大学生电子设计竞赛 -
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TI公司功率校正芯片UCC28019
19:12:41  
最近在研究TI给的这款芯片UCC28019,纵观各论坛,此芯片经典应用于电路从100w-2kw的开关电源电路,不知是否可以应用在一般的低功率的开关电源中?比如说50w的36v安全电压输入。芯片推荐的80-390v可以之后更换
19:20:23  
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UCC28019TI建议的是 在100w以上,我们做了个大概100w完全可以。
19:37:35  
UCC28019TI建议的是 在100w以上,我们做了个大概100w完全可以。
那ucc28019可以简单的当一个模块来调整低功率开关电源的功率因数吗?毕竟100w以上的对元件的要求挺高
00:20:01  
具体低于100w多少我不太清楚,但是我们做了负载调整率0.2-2.0A 为0.4几 ,说明小功率还是可以的。
11:04:41  
具体低于100w多少我不太清楚,但是我们做了负载调整率0.2-2.0A 为0.4几 ,说明小功率还是可以的。 ...
你们做的不用功率因数校正的情况,功率因数大概在多少,我们的小功率开关电源居然有0.8几,难以置信
22:29:45  
自己做了个功率因素测试,测出来大概有0.98几(现在还没有确认自己测的对不对,因为身边没有功率因数表)。关键还是那几个脚电阻电容的取值。其实TI官网上有个excel表可以帮你计算28019的取值的。非常的方便。
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15:14:59  
UCC28019TI建议的是 在100w以上,我们做了个大概100w完全可以。
怎么做的,求资料啊...邮箱:& &&&谢谢
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毕业设计(论文)任务书专业 题目 专题 班级班 姓名 下发日期 2014 年 3 月 1 日高效 DC-DC 升压电路设计 电源类 主要内容:1.概括开关稳压电源的发展背景以及 DC-DC 升压电路基本工作原 理,并概括论文的主要研究内容。2.概括论文的主要设计思想和方案论证。3. 电路的硬件设计与分析:PWM 开关电源、隔离与驱动电路、整流与滤波电路、主 要 内 容 及 要 求DC-DC 变换器等电路的设计与实现。 4.电路的整体分析, 性能指标的测试以及 制作与调试。5.电源的测试及仿真:开关稳压电源的实现与验证,并得出相应 的波形图。6.总结与展望:总结本论文的主要内容、设计过程遇到的问题和解 决方法以及对所研究问题的展望。 设计要求:1.掌握 DC-DC 电路变换的基本知识;2.熟练掌握 protel 或者 DXP 软件对电路原理图及 PCB 的绘制, 及电路板的腐蚀制作; 3.论文必须全面完整, 对各模块论述清晰;4.必须要有详细的方案论证以及实际数据记录;5.具有简 洁可行的软件程序及相关调试记录。 1.输出电压 UO 可调范围:30V~36V;主 要 技 术 参 数2.能对输出电压进行键盘设定和步进调整,步进值 1V; 3.同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能; 4.U2 从 15V 变到 21V 时,电压调整率 SU≤0.2%; 5.输出噪声纹波电压峰-峰值 UOPP≤1V; 6.DC-DC 变换器的效率 η≥85%;具有过流保护功能,动作电流 IO(th)=2.5± 0.2A 3 月 1 日 ~ 3 月 15 日 在老师的指导下完成开题报告 查阅资料,方案设计以及可行性分析 系统硬件设计以及各模块调试 软件调试,各项指标的进一步完善 完成论文电子版初稿,并发给老师做进一步修改 完成论文设计,将论文打印交给老师并准备答辩进 度 及 完 成 日 期3 月 16 日 ~ 4 月 15 日 4 月 16 日 ~ 4 月 30 日 5 月 1 日 ~ 5 月 15 日 5 月 16 日 ~ 5 月 31 日 6 月 1 日 ~ 6 月 15 日教学院长 签字日期教研室主任签字日期指导教师签字日期第1页 青岛理工大学毕业设计(论文)摘要随着开关稳压电源市场的迅猛发展,以及开关电源在计算机、通信、仪器仪 表等方面的广泛应用,与之相适应,对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面 提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐 步取代了效率低、体积大的线性电源。同时随着电子系统的渐趋小型化,供电系 统渐渐由分散的 DC-DC 电源模块所代替。 本文设计了一种高效 DC-DC 升压电源模块,能够满足供电系统对供电电源 高效率、小体积、非线性失真度低、输出电压和电流稳定等的需求。设计系统由 主电路、驱动电路、采样电路、供电电路组成。采用 STM32F103 为主控芯片, 以 BOOST 斩波电路为主电路,用芯片 IR2104 输出两路 PWM 驱动 MOS 管,采 用同步整流技术取代原来的二极管,从而达到更高效率。采样电路由电阻分压, 经过电压跟随器将分压值送入单片机。电流采样电路由 INA282 采康铜丝电压, 根据电压电阻之比计算电流。供电模块由两片 TPS5430 芯片及其外围电路构成, 产生 15V 与 5V 的稳定供电电压。 通过理论分析研究以及实验调试结果,本文设计的系统可以满足高效 DC-DC 升压电路的各项性能指标要求。关键词:开关稳压电源,BOOST 斩波电路,高效率,STM32F103I 青岛理工大学毕业设计(论文)ABSTRACTWith the rapid development of switching power supply market, as well as the wide application of switching power supply in the computer, communication, instrumentation, and in conformity with which put forward higher requirements for efficiency, volume, weight and reliability of power supply. Switching power supply with its high efficiency, small size, light weight and other advantages in many areas gradually replaced the linear power supply,for its low efficiency and large volume. At the same time, along with the electronic system is miniaturization, power supply system by DC-DC power module dispersed gradually replaced. In this dissertation describes the design of a high efficiency DC-DC boost power supply module, which can satisfy the power supply system for supply power efficiency, small volume, low nonlinear distortion, the output voltage and current stability requirements. The design of the system consists of the main circuit, drive circuit, sampling circuit, power supply circuit. Using STM32F103 as the main control chip, with boost chopper circuit of main circuit, with the chip IR2104 output two PWM drive the MOS, to replace the original diode using synchronous rectification technology, so as to achieve higher efficiency. The sampling circuit comprises a resistor divider, through a voltage follower will pressure value into the one chip computer. The current sampling circuit composed of INA282 mining constantan wire voltage according to the voltage, resistance ratio calculation of current. The power supply module is composed of two pieces of TPS5430 chip and its peripheral circuit, stable power supply voltage 15V and 5V. Through theoretical analysis and experimental results, this system can meet the requirements of various performance indicators for efficient DC-DC boost circuit. KEY WORDS: switching power supply, BOOST chopper circuit, high efficiency, STM32F103II 青岛理工大学毕业设计(论文)目录摘要................................................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................................. II 第 1 章 绪 论................................................................................................................ 1 1.1 开关电源的定义与分类................................................................................... 1 1.2 开关电源的基本工作原理与应用................................................................... 1 1.2.1 开关电源的基本工作原理.................................................................... 1 1.2.2 1.4 开关电源的应用 ........................................................................... 3 1.3 开关稳压电源发展趋势及优点...................................................................... 5 研究意义内容及技术要求............................................................................ 6 1.5 本章小结.......................................................................................................... 7 第 2 章 DC-DC 升压拓扑选择及原理分析 ................................................................ 8 2.1 升压斩波电路的基本原理.............................................................................. 8 2.2 带隔离的直流―直流变流电路....................................................................... 9 2.3 同步整流技术................................................................................................ 10 2.4 本章小结........................................................................................................ 11 第 3 章 硬件电路设计及分析计算............................................................................ 12 3.1 高效 DC-DC 升压电路主回路分析 ............................................................. 12 3.2 MOS 管驱动电路 ........................................................................................... 14 3.3 电压电流采样电路......................................................................................... 14 3.4 过压过流报警电路......................................................................................... 15 3.5 供电模块设计................................................................................................ 15 3.6 设计电路 saber 仿真图形 ............................................................................. 16 3.7 开关电源 PCB 排版要点及本设计 PCB 布局 ............................................ 17 3.7.1 电容并联高频特性.............................................................................. 17 3.7.2 电感特性.............................................................................................. 18 3.7.3 焊盘和旁路电容的放置...................................................................... 19 3.7.4 功率器件组成的电流回路设计.......................................................... 19 3.8 本章小结........................................................................................................ 21 第 4 章 软件设计以及调试记录................................................................................ 22 4.1 程序流程简介................................................................................................ 22 4.2 程序具体清单................................................................................................. 23 4.3 实验验证与测试结果..................................................................................... 23III 青岛理工大学毕业设计(论文)4.3.1 输出电压测试结果.............................................................................. 23 4.2.2 电压调整率测试结果........................................................................... 23 4.2.3 负载调整率测试结果........................................................................... 23 4.2.4 噪声及纹波测试.................................................................................. 24 4.2.5 效率测试.............................................................................................. 24 4.4 本章小结........................................................................................................ 24 第 5 章 总结与展望.................................................................................................... 25 5.1 毕业设计总结................................................................................................ 25 5.2 未来展望........................................................................................................ 25 致 谢.......................................................................................... 错误!未定义书签。 参考文献...................................................................................................................... 27 附录.............................................................................................................................. 28 附录一 电路各模块原理图................................................................................. 28 附录二 设计实物图............................................................. 错误!未定义书签。 附录三 程序清单................................................................................................. 30IV 青岛理工大学毕业设计(论文)第1章 绪 论1.1 开关电源的定义与分类电是工业的动力,是现代社会生活的源泉。电源是电力装置的一种,同时, 也是很多电子设备如变频器、仪器仪表、照明器等的重要组成单元。开关电源以 其效率高、 重量轻、 体积小等优势在许多方面渐渐取代了效率低体积大的线性电 源。 随着许多电器设备尺寸的不断减小,供电电源所占的尺寸便显得大了许多, 人们在降低开关电源的体积重量等方面做了很多工作。 发展小型便携式电源尤为 重要。为了实现高功率密度,就必需要提高 PWM 开关电源的工作频率。在 1980 年以前,功率变换器的开关频率在 20~50kHz,到 20 世纪 80 年代起,提高开关 频率渐渐成为减小开关尺寸的有效手段,同时也改善了电源的动态性能。现在 200~500kHz 已成为 100W 输出的 DC-DC 功率变换器的标准开关频率。随着开 关电源工作频率的提高,开关电源的功率体积也不断减小。 尽管通信基础的电源系统容量比较大, 但还是紧跟开关电源技术的发展而在 不断进步。各种开关电源的发展方向基本上都是采用更先进的新器件、新技术、 新材料、新工艺逐步减少开关电源的体积和重量,改善其电气性能指标,提高工 作可靠性,消除对其他设备的干扰,增强智能化程度等等。 按照电子理论,所谓 AC/DC 就是交流转直流即使整流;AC/AC 称为交流变 交流即交交变频;DC/AC 直流变交流即为逆变;DC/DC 直流变直流即为斩波。 在开关电源技术领域, 随着电力电子器件的不断发展,与此同时开关变频技术也 在不断提高,两者相互推动着开关电源向着轻、小、薄、低噪声、高可靠性、抗 干扰的方向发展。1.2 开关电源的基本工作原理与应用1.2.1 开关电源的基本工作原理 开关电源由主回路和控制回路两大部分构成,它们的主环节是输入滤波器、 整流器、高频变压器、功率因数校正环节、低通滤波器、主开关管、反馈电阻分 压器、给定环节、误差放大器、驱动模块、电流采样模块等构成。由它们组成电1 青岛理工大学毕业设计(论文)压负反馈、电流负反馈或前馈补偿。图 1.1(a)所示结构图,在电阻分压器后, 可以按实线所示组成闭环控制系统,也可以按照虚线所示构成控制回路,均由所 选元件决定。图 1.1(b)是结构框图和代号,其中 G1 ( s ) 代表了误差放大器占空 比的传递函数, G2 (s) 代表了主回路、低通滤波器等的传递函数。N (s)整流器振荡器 给定环节 E + A功率因数器Y (s)误差放大器 电压/占空比 DC-DC 低通滤波器R( s)B( s)电压 负反馈光电耦合/PWM误差放大器给定环节B光电耦合转换器电阻分压器(a)N (s)R( s)E ( s)AG1 ( s )G2 ( s )H (s)Y (s)B( s)B(b)R( s)-ER ( s )Er ( s )G1 ( s )B( s)H (s)G2 ( s )(c)图 1.1 开关电源结构图、框图及代号在图 1.1 (b) 中 A 点断开, R(s)作用下,系统的偏差传递函数(见图 1.1 (c) ) 为?? ( s) ?ER ( s ) 1 ? R( s) 1 ? G1 ( s)G2 ( s) H(s)2(1.1)当只有扰动 N ( s ) 输入,而 R( s ) ? 0 的闭环系统,系统的闭环扰动传递函数 青岛理工大学毕业设计(论文)为?? ( s) ?EN ( s ) ?G2 ( s) H ( s) ? N ( s) 1 ? G1 ( s)G2 ( s) H ( s)(1.2)1.2.2 开关电源的应用 随着电力电子技术的发展,尤其是大功率 MOS 管技术的迅速发展,将开关 电源的开关工作频率提高到了 150~200kHz,这使得开关电源的功率损耗更小, 电源的效率也越高,基本可以达到 90%~95%甚至更高。用高频变压器取代工频 变压器可以降低重量,同时还可以大大减小体积;而且输出电压纹波能够降到 0.05%以内, 稳定度可达 0.5%~1%,抗干扰能力强且稳定性好智能化程度高。由 于这些优良的特性, 高功率开关稳压电源被广泛应到工业和军事上。如电磁发射 器、粒子加速器、微波武器等脉冲功率应用领域,电源设备的平均功率通常在几 百千瓦甚至几兆瓦以上,而且其体积和重量也只有线性电源的几十分之一。 ① 通信电源 通信行业的迅速发展极大地促进了通信电源的发展。 高频轻型化的开关电源 技术已逐渐成为现代通信用电系统的主流。在供电领域中,通常将整流器称为一 次电源,而将 DC/DC 变换器称为二次电源。一次电源是把单相或三相交流电网 电压变换为标称值为 48V 及以下 的直流电源。通信设备的运行速率不断提高, 使得时钟频率不断上升, 所采用的集成电路种类繁多且体积小,其对电源电压要 求也各不相同,在通信供电系统中采用大功率密度的高频 DC- DC 隔离电源模块, 从中间母线电压(一般为 48V 直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减 小损耗、 方便维护,且安装使用非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二 次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增 加。 ②高频逆变式整流焊机电源 高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表 了当今焊机电源的发展方向。由于 IGBT 大容量模块的商用化,这种电源更有着 广阔的应用前景。 逆变焊机电源大都采用交流 - 直流- 交流 - 直流(AC- DC-AC-DC)变换的 方法。50Hz 交流电经全桥整流变成直流,IGBT 组成的 PWM 高频变换部分将直流 电逆变成 20kHz 的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流, 供电弧使用。3 青岛理工大学毕业设计(论文)由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁地处于短路、燃弧、开路交替变化之中, 因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性成为最关键的问题,也是用户最关心 的问题。采用微处理器作为脉冲宽度调制 ( PWM) 的相关控制器, 通过对多参 数、 多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做 出调整和处理, 解决了目前大功率 IGBT 逆变电源可靠性。 国外逆变焊机已可做 到额定焊接电流 300A,负载持续率 60%,全载电压 60~75V,电流调节范围 5~ 300A,重量 29kg。 ③大功率开关型高压直流开关电源 大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用 X 光机 和 CT 机等大型设备。电压高达 50~l59kV,电流达到 0.5A 以上,功率可达到 100kW。 自从上个世纪 70 年代开始, 日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整 流后逆变为 3kHz 左右的中频,然后升压。进入 80 年代,高频开关电源技术迅速 发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到 20kHz 以上, 并将干式变压器技术成功地应用于高频高压电源 ,取消了高压变 压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。 国内对静电除尘高压直流电源进行了研制, 市电经整流变为直流, 采用全 桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器 升压,最后整流为直流高压。 在电阻负载条件下,输出直流电压达到 55kV,电流达 到 15mA,工作频率为 25.6kHz。 ④ 电力操作电源 在上个世纪 90 年代之前, 电力操作电源几乎全部选用相控电源, 即采用 可控硅整流充电设备, 由于可控硅整流在纹波、效率、体积等方面不尽人意, 监 控系统也不够完善, 尤其现在变电所逐步采用微机保护和监控 , 对直流系统的 性能和可靠性要求更高, 因此 90 年代之后更新换代为开关电源。 变电所中的电力操作电源是保证可靠供电必不可少的,它的主要任务是为继 电保护、 开关分合闸及控制等提供可靠的直流操作电源。它的性能优劣直接关系 到变电所的正常安全供电, 进而关系到生产设备的正常运行。采用高频开关后, 输出电压精度高, 其输出纹波系数从 2%提高到 0.1%, 电源稳压、稳流精度从 2%减小到 0.5%, 能够保证对蓄电池的平稳充放电, 延长了电池使用寿命。由于 采用模块化结构和 N+1 备份方式, 可根据实际负载容量的大小, 选择合适的整 流模块数量。当 1 台电源故障时, 只需将该模块退出检修, 而其它模块仍可继 续运行, 在保证系统充电容量的前提下 , 为负载的正常供电提供了更加可靠的 保障。以往的可控硅整流相控电源系统, 其备件需要 1 个同样大小的硅整流模4 青岛理工大学毕业设计(论文)块, 而改用高频开关后, 只需备 1~2 个高频开关单元就可以了 , 减少了备件 储备成本。 由于高频开关电源的功率因数大于 0.9, 而常规整流功率因数仅为 0.7 左右, 对同样的负载, 采用高频开关模块可节省输入功率 30%。1.3 开关稳压电源发展趋势及优点(1) 非隔离 DC/DC 技术迅速发展近年来, 非隔离 DC/DC 技术发展迅速。 现在的非隔离的 DC,DC 基本上分成两大类。一是在内部含有功率开关元件, 称 DC,DC 转换器;二是不含功率开关.需要外接功率 MOSFET,称 DC,DC 控制器 按照电路功能划分有降压的 BUCK、升压的 BOOST ,还有升降压的 BUCK―BOOST 等. 以及正压转负压的 INVERTOR 等。其中品种最多芨展最 快的是 BUCK 型。控制方式以 PWM 为主。 (2)初级PWM控制IC不断优化有源筘位技术自从2002年VICOR公司此项专 利技术到期解禁之后 新型有源箝位控制IC纷纷涌现。在大功率领域,全桥移相 ZVS软开关技术在解决开关电源的效率上功不可没。INTERSIL公司推出的PWM 对称全桥的 ZVS 控制 IC―ISL6752, 既能控制初级侧的四个 MOS 开关为 ZVS 工作 状态,又能准确地给出控制二次侧的同步整流为ZVS工作状态的驱动信号。采用 这种 IC 制作的 100W 的 DC , DC 再加上先进的功率 MOSFET ,转换效率可达到 95% 。小功率的开关电源仍用反激变换器的 PWM 来控制IC。低压DC,DC领 域Linear公司的LTC38o6不仅能控制好PWM, 还给出准确的二次侧同步整流驱动 信号,是比较好的低压小功率电源控制IC 。 (3)数字化开关稳压电源,传统的开关稳压电源中最基本的稳压电源有六种: BUCK、BOOST、 BUCK―BOOST、CUK 、ZETA 、SEPIC 。其中以 BUCK 和 BOOST 最基本,其它四种是从中派生的。许多模拟电源系统能满足当今电子 系统的要求。 但以目前电子信息发展趋势, 未来电源系统将朝向两极化方向发展: 模块化微型电源和具有多功能用途的大型电源。大型电源的发展将趋向大型化、 模块化、智能化、网络化。大型电源设备组成复杂,同时又需要以模块化方式满 足不同的应用需求, 因此应用数字控制技术于电源控制将是未来发展的趋势。数 字化开关稳压电源是数字信号处理与模拟技术的新结合点。 数字信号处理近年来 在理论取得了重大的发展而且在应用上日益扩大。 DSP 是为实现数字信号处理的 专用处理器, DSP 器件具有较高的集成度以及更高的效率可以高速处理极为大 量的数字化数据,因而应用到广泛数字化器件当中。其中 TI 推出的数字电源的 新产品包括 UCD9K、UCD8K 及 UCD7K 系列辅助器件。5 青岛理工大学毕业设计(论文)开关稳压电源的应用前景越来越广,技术也在不断提高,有着下列优点: (1)可编程:比如通讯、检测、遥测等所有功能都可用软件编程实现 (2)易于设计配置稳定调节:通过编写几行简单的代码,就可以将数字集成电 路配置成各种需要的稳压器,如升压、降压,负输出、SEPIC、反激式等。 (3)有直接监控、处理并适应系统条件的能力,能满足任何复杂的电源要求。 (4)通过远程诊断确保持续的系统可靠性,包括故障管理、过电流保护以及避 免停机等。1.4 研究意义内容及技术要求随着我国开关稳压电源市场的迅猛发展, 与之相关的核心生产技术应用与研 发亦成为业内关注的焦点。特别是电子计算机技术应用到各工业、科研领域后, 各种电子设备都要求稳定的电源供电,并且电网直接供电已不能满足需要,因此 正向着小功率直流稳压电源发展。越来越多的人开始关注电源变换器的设计,高 效 DC―DC 升压变换器可以方便、精确地由低压变换到高压,在低损耗的同时 达到高效地为各种电子设备供电的目的。 高效DC―DC升压变换器主要由Boost升压电路的拓扑结构与脉宽调制器组 成。Boost升压电路由升压电感、续流二极管、滤波电容及全控型开关管(增强 型MOS管)等几部分组成。当关闭全控型开关管时,电感将电能转换为磁场能 储存起来,当MOS断开后电感将储存的磁场能转换为电场能,这个能量在和输 入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载, 这个电压是输入电源电压和电感的磁砀能转换为电能的叠加后形成的, 所以达到 直流到直流的升压目的。 从而可以高效地将直流输入电源电压升到所要求的电压 范围,给电动车及其他直流设备供电。通过外部AD对Boost电路取样转化为低压 直流信号,送入误差比较器,与内部的基准电压比较,根据比较结果通过PID调 节,从而达到输出稳定电压的目的。 本设计的技术指标要求: 1.输出电压 UO 可调范围:30V~36V; 2.能对输出电压进行键盘设定和步进调整,步进值 1V; 3.同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能;6 青岛理工大学毕业设计(论文)4.U2 从 15V 变到 21V 时,电压调整率 SU≤0.2%; 5.输出噪声纹波电压峰-峰值 UOPP≤1V; 6.DC-DC 变换器的效率 η≥85%;具有过流保护功能, 动作电流 IO (th) =2.5± 0.2A。1.5 本章小结本章主要介绍了开关电源的定义与分类, 开关稳压电源的工作原理及其在各 方面的广泛应用,同时介绍了开关电源的发展趋势及优点。最后,本章说明了本 设计的设计目的以及主要设计内容和各技术指标要求。7 青岛理工大学毕业设计(论文)第 2 章 DC-DC 升压拓扑选择及原理分析2.1 升压斩波电路的基本原理升压斩波电路的原理图及工作波形如图 2.1 所示, 该电路中使用全控型 MOS 管。iILVDi0 VE iI(a)Cu0RLuGEO iOtO(b) 图 2-1 升压斩波电路原理及其工作波形 a)电路图 b)波形t分析升压斩波电路的工作原理时,首先假设电路中电感 L 值很大,电容 C 的值也很大。当可控开关 V 处于通态时,电源 E 向电感 L 充电,充电电流基本 恒定为 I1 ,同时电容 C 上的电压向负载 R 供电。因 C 值很大,基本保持输出电 压 u0 为恒定值,记为 U 0 。设 V 处于通态的时间为 ton,此阶段电感 L 上积蓄的 能量为 EI1ton 。当 V 处于断态时 E 和 L 共同向电容 C 充电并向负载 R 提供能量。8 青岛理工大学毕业设计(论文)设 V 处于断态的时间为 toff ,则在此期间电感 L 释放的能量为 (U0 ? E)I1toff 。当电 路工作于稳态时,一个周期 T 中电感 L 积蓄的能量与释放的能量相等,即EI1ton ? (U0 ? E) I1toff化简得(2.1)U0 ?式中,ton ? toff T E? E toff toff(2.2)T ≥1,输出电压高于电源电压,故称该电路为升压斩波电路,用英文名 t off称称之为即 boost 变换器(Boost Converter) 。 式(2.2)中T 表示升压比,调节其大小,即可改变输出电压 U 0 的大小, t off根据对输出电压平均值进行调制的方式不同,斩波电路可有三种控制方式: ⑴保持开关周期 T 不变,调节开关导通时间 ton,称为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)或脉冲调宽型。 ⑵保持开关导通时间 ton 不变,改变开关周期 T,称为频率调制或调频型。 ⑶ ton 和 T 都可调,使占空比改变,称为混合型。 将升压比的倒数记作 ? ,即 ? ?toff T。则 ? 和占空比 ? 有如下关系:? ? ? ?1因此式(2.2)可表示为U0 ? 1 1 E 1??(2.3)?E?(2.4)升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压,关键有两个原因:一是电 感 L 储能之后具有使电压泵升的作用,二是电容 C 可以将电压保持住。在以上 的分析中,认为 V 处于通态期间因电容 C 的作用使得输出电压 U 0 不变,但实际 上 C 值不可能为无穷大,在此阶段其向负载放电, U 0 必然会有下降,故实际输 出电压会略低与式(2.4)所得结果。不过,在电容 C 值足够大时,误差很小基 本可以忽略。2.2 带隔离的直流―直流变流电路带隔离的直流―直流变流电路结构如图 2.2 所示,同直流斩波电路相比,直9 青岛理工大学毕业设计(论文)流变流电路中增加了交流环节,因此也称为直―交-直电路。直流 逆变 交流 变压器 交流 电路图 2.2整流 脉动直流 滤波器 电路直流带隔离的直流-直流变流电路的结构采用这种结构较为复杂的电路来完成直流-直流的变换有以下原因: ⑴ 输出端与输入端需要隔离。 ⑵某些应用中需要相互隔离的多路输出。 ⑶输出电压与输入电压的比例远小于 1 或远大于 1。 ⑷交流环节采用较高的工作频率,可以减小变压器的滤波电感、滤波电容的体积 和重量。通常,工作频率应高于 20kHz 这一人耳的听觉极限,以免变压器和电 感产生刺耳的噪声。 随着电力半导体器件和磁性材料的进步,电路的工作频率已 达几百千赫兹至兆赫兹,进一步缩小了体积和重量。 由于工作频率较高, 逆变电路通常使用全控型器件, 如 GTR、 MOSFET、 IGBT 等。 整流电路中通常采用快恢复二极管和通态压降较低的肖特基二极管,在低压 输出的电路中,还采用低导通电阻的 MOSFET 构成同步整流电路,进一步降低 损耗。2.3 同步整流技术由于现代高速大规模集成电路的尺寸在不断地减小,并且要求 DC-DC 电源 的功耗不断下降,同时供电电源的电压亦随之要求越来越低。 过去输出 10-15V 的 DC-DC 开关变换器,采用肖特基二极管(SBD) 、快恢 复二极管(FRD)等作为输出整流管,其正向压降大约在 0.4-0.6V,甚至有的达到 近 1V,在大电流输出时通态功耗很大,差不多占开关变换器总损耗的 50%。现 代高速集成电路的电源电压已经降低到差不多和 SBD 或 FRD 正向压降可比的程 度。 对 DC-DC 变换器输出整流管的功耗进行分析,设 DC-DC 变换器输出电压 为 VO,电流一定时,输出整流管的压降为 VF,已知PF / P O ? VF I F / VO IO故有(2.5)PF 与 PO 分别为二极管功耗及 DC-DC 变换器输出功率。 对于有些变换器中, IF=IO,PF / P O ? VF / VO器的效率就越低。10(2.6)可以看出在 DC-DC 变换器中,整流管上的压降越大,整流管的功耗越大,变换 青岛理工大学毕业设计(论文)而采用图 2.3 所示的同步整流技术,以低电压功率 MOSFET 代替输出整流 二极管, 由于功率 MOS 管的通态电阻值极小仅为 6 m? 左右以及正向压降很小, 所以作为替代输出整流二极管的功率 MOSFET 上的功耗极小,能够大大提高 DC-DC 变换器的效率,同时也可以提升电路的开关频率,从而降低变换器的重 量,减小变换器的体积。iILi0V2 输入V1 C 输出图 2.3 同步升压电路2.4 本章小结本章首先详细分析了 DC-DC 升压斩波电路的基本原理,分析了 boost 电路 中在开关管导通和关断时电感电容的充放电过程,以及 DC-DC 变换器的基本调 制方式;之后简单介绍了带隔离的直流直流变换电路与直流直流电路进行对比; 最后本章介绍了此设计采用的一个重要的技术同步整流技术, 详细说明了采用功 率 MOSFET 替代输出整流二极管得以使效率大大提高的原因。11 青岛理工大学毕业设计(论文)第 3 章 硬件电路设计及分析计算3.1 高效 DC-DC 升压电路主回路分析从电网过来的 220V 交流电经过隔离变压器降压至 20V 左右, 然后经由整流 滤波电路之后将平稳的直流电压接入 boost 升压斩波电路中去,通过调节 PWM 占空比改变开关管打开与关断时间,从而调节输出电压至 30V~36V。J1 R1P12 1RS810D康铜丝INR2 124K R3 10KVF1Q1 MOSFET-N PWM1IN+L1 90uH18VACC1 C2 470uF 0.1ufPWM2Q2 MOSFET-NVF C4 1000uf 0.1uf C3P21 2P31 2VOtestIOtestGND图 3.1 主回路电路图主回路主要器件参数计算: ①电感值的计算: 开关管导通时,电感中的电流在电压 VON ? L ? ?ION / tON 作用下斜坡上升, 在开关管导通时间内,电流正增量为: ?ION ? VON ? tON / L 。开关管关断时,电 感的电流在电压 VOFF ? L ? ?ION / tOFF 作用下下坡下降, 这段时间内电流的负增量 为 ?IOFF ? VOFF ? tOFF / L 。电流的正增量 ?I ON 和电流的负增量 ?IOFF 必须相等, 因此在一个开关周期结束时滤波电感中的电流值应精确等于开关周期开始时的 电流值,否则,系统不能工作在稳定状态。根据此原理能够得出 boost 电路的输 入输出传递函数,应用伏秒平衡原则和 D ? tON / (t ON ? t OFF ) 推导:VON ? tON ? VOFF ? tOFFtON VOFF ? tOFF VON tON VOFF ? tON ? tOFF VOFF ? VON(3.1) (3.2) (3.3)因此,D? tON tON ? tOFF12(3.4) 青岛理工大学毕业设计(论文)在 boost 电路中,能量仅在开关管关断时通过二极管传递到输出端。因此, 二极管的平均电流必须和负载电流相等。在二级管导通时,二极管的平均电流等 于电感的平均电流。在计算二极管在整个开关周期内的平均电流时,就要用 IL 电感的电流与电压的关系 U ? Ldi ,当开关管导通时, 电感 L 的电压为 Ui , 则有: dt ?I (3.5) Ui ? L Ton所以L? Ui D frI(3.6)在 boost 电路中D ? 1? Ui Uo(3.7)带入式(3.6)即可得:L?? Uo ? U i?UU o frIi(3.8)取 r=0.4, U o =36V, Ui =21V ,f=30k, 计算可得 L=291uh ,电路中实际取 L=500uh. ②MOS 管的选择: 常用的 MOS 管一般为 IRF540/640, 本设计方案中选择的 MOS 管 为 TI 公 司 的 NCE8580 功 率 MOSFET , 通 用 IRF540 的 VDS=100V , RDS(ON)=77mΩ,ID=23A;而 NCE8580 芯片 VDS=85V,ID=80A, RDS(ON)=6.8mΩ, VGS=10V.比较可得当使用 NCE8550 芯片时, 在开关管上的损耗大约降低 10 倍左 右。 ③采样电阻的选取: 选择具有较低的电阻温度系数,较宽的使用温度范围以及具 有良好的焊接性能的康铜丝, 康铜丝阻值的选择:单片机采样电压值的取值范围 在 0~3.3V,INA282 芯片会将采样值放大 50 倍,流过的最大电流为 2.7A,通过 3.3 ? 0.024? 。 如下计算可得: R ? 50 ? 2.7 ④滤波电容的选择:在理论上当电容越大,输出电压越稳定,但是当电容越大, 电容的损耗越大,所以根据电容电压的变化则有如下公式: I ? toff I ? (1 ? D) C? ? ?u 0.2?fUO 将值带入计算可得:C=772uf,实际电路选择 1000uf。 ⑤采样电阻值得选取:单片机采样电压最大为 3.3V,电路输出电压为 36V,则13(3.9) 青岛理工大学毕业设计(论文)可取比例系数为36 =10.9 , 为降低在采样电阻芯片上的功耗, 电阻值应适当取大, 3.3同时根据常用的电阻芯片值,选取电阻值为 124k,10k。3.2 MOS 管驱动电路将采集的电压与单片机预置电压值比较,差值经过 PID 算法来改变占空比。 由于单片机管脚电压不具有驱动 MOSFET 的能力,因此单片机输出 PWM 波要 经过芯片 IR2104 放大后驱动电路 MOS 管。本设计采用同步整流技术,用低功 耗的功率 MOSFET 代替肖特基二极管,驱动芯片应用 IR2104 替代以前用的 IR2101,因 IR2104 能够输出两路互补 pwm,同时其中一路具有自举升压电路。自 举电路常用在高压驱动电路中, 通常由一个电容和一个二极管,电容用于存储电 压,二极管防止电流倒灌,在频率较高的时候,自举电路的电压就是电路输入的 电压加上电容上的电压,从而起到升压的作用。由于 MOS 管的导通需要漏极与 源极之间有稳定电压差,故在此处通过自举电路即可满足。驱动电路见图 3.2。D3+15VGND0.1uf C12U31 2 3 4 Vcc Vb IN Ho SD Vs ComLo 8 7 6 5P4PWM1 PWM2C11 2.2uf2Vs1PWM1IR2104GND图 3.2 MOS 管驱动电路3.3 电压电流采样电路电压采样通过两个电阻值分别为 124k 和 10k 的电阻分压,然后经由电 压跟随器接入单片机。 电压跟随器的特点就是, 输入阻抗高, 而输出阻抗低。 一般来讲,输入阻抗能够达到几兆欧姆,输出阻抗低,通常只有几欧姆,甚 至更低从而起到缓冲和隔离的作用。电路原理图见图 3.3(a) 。P101 2GNDP92 1Uo-test U11 2 VF 3 4 GND Outa Vcc -Ina Outb +Ina -Inb Gnd +Inb 8 7 6 5104 C15+5VIo C10+5V 5 6 7 8 Out V+ RF1 IN+ NC RF2 Gnd IN4 3 2 10.1ufGNDGNDopa2333IN+ INA282IN-图 3.3(a) 电压跟随器采样电路14(b)电流采样电路 青岛理工大学毕业设计(论文)电流采样是在电压采样基础上实现的。通过采集康铜丝两端的电压,由于此 时电压过小,需要经过由 INA282 放大后供给单片机。电路见图 3.3(b) 。3.4 过压过流报警电路当电路正常工作时,绿灯亮;当检测到电路电流过流时,红灯亮同时蜂鸣器 报警,动作电流为 2.5A;当检测到电路电压过压时,黄灯亮同时蜂鸣器报警。LS1P11B e l l 4 3 2 1 R6 R5 R4 500 500 500 D6红 黄D5 D43.5 供电模块设计选用两片高效降压芯片 tps5430,tps5430 降压芯片的效率能达到 95%以上, 极大的降低辅助供电模块的功耗。通过两块 tps5430 降压产生 15V 电压,再由 15V 降压到 5V。 15V 电压给 2104 供电驱动 mos 管导通。5V 电压给单片机和 INA282 以及运放 opa2333 供电。电路如图 3.5。U4 VIN C11 C12 4.7uf 7 5 2 4.7uf 3 6 TPS 4 C13 0.1uf D7 L3 35uH 15V C14 R8Vin BOOT ENA PH NC NC VSNS Gnd过压过流报警PwPd 9GND绿图 3.4 过压过流报警电路470uf 10KR9 1K15 青岛理工大学毕业设计(论文)U5 15V C15 C16 4.7uf 7 5 2 4.7uf 3 6TPS 4Vin BOOT ENA PH NC NC VSNS GndPwPd 9C17 0.01uf D8L422uH VOUT 5V C18 220uf R10 10KR11 3.3K图 3.5 供电模块电路3.6 设计电路 saber 仿真图形在 saber 软件下对电路进行仿真,图 3.6(a)为仿真电路图, 图(b)是当电压为 36V 电流 1.5A 是的电压波形,图(c)是电流值为 1.5A 时的波形,可以看出电压电 流值比较稳定,纹波较小。(a) DC-DC 升压电路图(b) 输出电压波形图16 青岛理工大学毕业设计(论文)(c) 输出电流波形图 图 3.6 电路 saber 仿真图3.7 开关电源 PCB 排版要点及本设计 PCB 布局3.7.1 电容并联高频特性 电容基本结构以及其高频等效模型如图 3.7 所示,计算电容的公式是: A C ?? (3.10) d 可见电容器电容的大小与电容器极板正对面积大小成正比与极板间距成反比, 正 对面积越大板间距离越小电容器的电容就越大。 通常电容都存在寄生电和等效电 阻这两个寄生参数。图 3.7 电容器结构和等效电阻电感模型通常滤波电容有一个大的电解电容和一个小的瓷片电容构成, 大的电解电容 一般有很大的容量和等效串联电感值,由于它的谐振频率低,为了改善电容的频 率特性, 常由多个不同特性的电容器并连起来使用,可以在一定程度上改善系统 的电器特性。 本设计 PCB 电容布线采用图 3.8 (b) 的布线方式, 图 3.8 显示了在一个 PCB 上输入电源(Vm )至负载( RL) 的不同走线方式。为了降低滤波电容器(C)的 ESL,17 青岛理工大学毕业设计(论文)其引线长度应尽量减短;而正极 Vin 至 RL 和负 Vin 极至 RL 的走线应尽量靠近。(a) 差的布线方式(b) 好的布线方式 图 3.8 两种电容布线方式对比电源 PCB 排板要点之一:旁路瓷片电容的电容量不易太大, 而它的寄生串联电 感量应该尽量减小。 多个电容并联能改善单个电容的阻抗特性。最小容量的瓷片 电容应最靠近负载。 3.7.2 电感特性 在本设计中有一个电感,此电感是该 DC-DC 升压电路的核心,通过该电感 的充放电与电容积蓄的电压形成一个电压抬升的效果, 电感回路的布线显得就尤 为重要了。(a) 不好的电感走线方式(b) 好的电感走线方式 图 3.9 电感的 PCB 走线方式对比电源 PCB 排板要点之二:电感的寄生串联电容量要尽量减小,所以电感引脚之 间的距离越远越好。与电感并联的寄生电容量应大,这样电感的高频特性更好。18 青岛理工大学毕业设计(论文)3.7.3 焊盘和旁路电容的放置(a) 焊盘寄生串联电感(b) 旁路电容放置优劣分析 图 3.10 焊盘及旁路电容的放置及分析电源 PCB 排板要点之三:不同的焊盘形状会产生不同的串联电感值,旁路电容 的放置亦应该考虑到它的串联电感值,旁路电容须是低阻抗和低 ESL 的瓷片电 容,旁路电容的放置应紧挨着电源放置。 3.7.4 功率器件组成的电流回路设计 功率器件所组成的回路面积应尽可能的小,一般来讲,电源的功率回路主要 包括有输入滤波电容、功率开关管、输出滤波电容、滤波电感。控制回路主要包 括有 PWM 控制芯片 IR2104、旁路电容器、反馈分压电阻、自举电阻、反馈补 偿电路。如图 3.11 所示,开关回路,电感回路,负载回路,在布局上尽可能的 使回路面积减小,信号地与电源地通过 0 ? 电阻单点连接。19 青岛理工大学毕业设计(论文)高频开关回路负载回路信号地与电源地单 点连接图 3.11 主回路 PCB 双层板及 3D 视图2 112432111 8 294722323645111 2 3 4 212 1 2 1211212135 421221416937222811 212120 青岛理工大学毕业设计(论文)图 3.12 辅助供电电源 PCB 及 3D 视图电源 PCB 排板要点之四:功率器件所组成的电流环路面积要尽可能的小,信号 地与电源地要单点连接。3.8 本章小结本章首先详细介绍了 DC-DC 升压变换器的主回路原理,同时详细计算了主 回路中个主要器件的选择, 以及各元件参数的计算;然后分别介绍了本设计的驱 动模块、电流电压采样模块、过压过流报警模块以及供电模块和 saber 仿真的各 个原理图; 最后详细讲述了开关稳压电源 PCB 排版注意要点以及对本设计的 pcb 布局的分析。21 青岛理工大学毕业设计(论文)第 4 章 软件设计以及调试记录4.1 程序流程简介开始各模块初始化检测按键是有按键按下 否执行各按键相应功能,切 换界面更新显示AD采样是 是否过压过流 否 PID调节 pwm输出置零否 0.3s是否达到 是 标志置零,更新标志单片机上电后,各模块进入初始化,检测是否有按键按下,如果有按键按下 检测各按键功能,例如检测到按键功能是电压设置键,则经 AD 采样后与设定值 相比较,经过 PID 调节不断调整与设定值的偏差,直到偏差为零。如没有检测 到有按键按下,则执行程序初始的默认设定值为 30V。程序执行周期为 300ms, 没个 300ms 程序刷新一次。过压过流检测与处理,当 AD 检测到电压值或电流 值超过设定值时,程序输出 PWM 的占空比置零,这时 MOS 管关断,同时将一 个管脚至于高电平,红灯或黄灯亮同时蜂鸣器报警。22 青岛理工大学毕业设计(论文)4.2 程序具体清单具体程序清单详见附录4.3 实验验证与测试结果4.3.1 输出电压测试结果 经过硬件测试与软件的反复调试, 能够达到液晶显示在误差范围内与预置电压相 同的效果。实测电压与预置电压比较如下表所示。表 4.1 输出电压范围测试预置电压(V) 30 输出电压(V) 30.01131 31.018323334353632.015 33.021 34.025 35.030 36.0254.2.2 电压调整率测试结果 当输入电压在 15V~22V 之间变化时,记录输出电压值得变化,测试条件为输出 电压 36.052V,输出电流为 2.00A。表 4.2 电压调整率测试输 入 电 压 14.96 (V)16.0117.0418.0519.0420.0121.0122.02输 出 电 压 35.981 35.991 35.996 35.998 36.001 36.005 36.003 36.006 (V) 电压调整率为:(36.006-35.981)/35.998*100%=0.069%。 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。 4.2.3 负载调整率测试结果表 4.3 负载调整率测试输出电流(A) 输出电压(V)0.00 35.9591.53 36.0092.00 35.995负载调整率: (36.009-35.959)/36.009*100%=0.13%。23 青岛理工大学毕业设计(论文)4.2.4 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)Vopp&= 290mV 4.2.5 效率测试 效率测试的测试条件为(U2=18V,Uo=36V,Io=2A)Iin= 4.32A,Uin=18.01V, Uo=36.005V ,Io=2A,计算得效率为: U I 36.005 ? 2.0 ?? O O ? ? 92.55? Ui Ii 4.32 ?18.014.4 本章小结本章首先对本设计软件设计流程进行了简介, 之后列出了本设计的具体程序 清单, 最后是对此次设计所得的实际测试数据的记录进行具体分析,分析各个指 标的完成情况。在对软件的调试过程中,不断的对参数进行更改,让我对 PID 的调节原理理解的更加透彻。24 青岛理工大学毕业设计(论文)第 5 章 总结与展望5.1 毕业设计总结毕业设计是在毕业前的最后一个重要学习环节, 是将所学知识应用到具体实 践中去, 对四年来所学知识的一次全面深化升华的重要过程,同时为以后工作打 下知识基础。 本设计旨在设计一个高效便携的 DC-DC 升压电源模块,通过本次设计,首 先让我对国内外开关电源的发展有了一定了解, 如今开关电源在各个领域内被广 泛应用,同时随着磁元件和功率开关管的高频化,以及软开关技术的发展, DC-DC 电源模块正朝着高功率密度,小型化,轻质量发展。本设计之初所遇到 的难题是效率很难提上去,之后采用同步整流技术,以及 tps5430 高效降压芯片 作为辅助电源供电芯片, 得以将效率提高到 92 ? . 通过此次设计, 让我对 DC-DC 变换电路有了更深刻的认识,对 DC-DC 电路工作时电感电容上的电流电压的变 化有了更深的理解。 由于开关电源产生的电磁干扰会影响到电源的正常工作以及 系统的稳定性, 所以一个好的 PCB 排版是必不可少的。通过此次对 DC-DC 升压 电源设计电路 PCB 布局及布线上收获颇多,一个好的 PCB 排版能在很大程度上 减小电磁干扰, 大大有利于整个系统工作的稳定性,同时在一定程度上能够有效 提高电源的效率。 最后, 通过此次设计让我在面对难题时有了勇于面对迎难而上的勇气,很多 事想做成功是不容易的, 中间难免会经历很多挫折,在本次设计过程中遇到过很 多困难, 但是凭着一种敢于尝试永不放弃的精神,最终还是成功的完成了此次的 设计。5.2 未来展望随着各种电子设备广泛的出现在人们生活中, 给这些设备供电的电源市场也 随之迅速发展起来,而且伴随着现代高速超大规模集成电路的尺寸的不断减小, 功耗的不断降低,DC-DC 电源变换器也正朝着高效率轻质量小型化发展,设计 指标优良的小型 DC-DC 变换器会越来越受到人们的青睐。25 青岛理工大学毕业设计(论文)26 青岛理工大学毕业设计(论文)参考文献[1]王兆安、刘进军《电力电子技术》第 5 版北京:机械工业出版社,2009 [2]王水平、付敏江《开关稳压电源原理设计与使用原理》西安:西安电子科技 大学出版社,1997 [3]童诗白、华成英《模拟电子技术基础》北京:高等教育出版社,1998 [4]SanjayaManiktala《精通开关电源设计》北京:人民邮电出版社,2008 [5] H. G. Sarmiento, and E. Estrade. A Voltage sag study in an industry with adjustable speed drives[J]. IEEE Industry Application Magzine, ): 16-19. [6] A. Van Zyl, R.Spee, A. Faveluke, et al. Voltage sag ride-through for adjustable-speed drives with active rectifiers[J]. IEEE Transactions on Industrial Application, ): . [7] Carrasco J M, Franquelo L G, Bialasiewicz J T, et al. Power-electronics systems for the grid integration of renewable energy sources: a survey[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, ): . [8]蒙博宇《STM32 自学笔记》北京:北京航空航天大学出版社,2012 [9]阎石《数字电子技术》第 4 版北京:高等教育出版社,1998 [10]刘胜利《现代高频开关实用技术》北京:电子工业出版社,2001 [11]郭锁利 《基于 Multisim 9 的电子系统设计、 仿真与综合应用》 北京: 人民 电出版社,2008 [12]胡寿松《自动控制原理》第 5 版北京:科学出版社,2007 [13]胡汉才《单片机原理及其接口技术》第 3 版北京:清华大学出版社,2010 [14]潘新民、王燕芳《微型计算机控制系统》北京:电子工业出版社,2011 邮27 4321DrawnBy:DC-DC.SchDoc效高\收接件文\QQ载下F:\File:SheetofDate:4ARevisionNumberSizeDD图理原路电压升DC-DC效高Title警报光声样采随跟压电样采流电块模动驱绿 D N G D N G D N GINA2827D005R103332apoIN-IN+IN-IN+IR21041 0.1uf8警+InbGndDNGGndRF1oLCom1PWM报5 Vs1427541-Inb+InaRF2+VPWM2 s V D S 26 流D0059R63FV36V5+63DNG2Outb-InaCNOutoHNIP12黄 过 2.2uf7245C16 7 23V5+VccOutaPWM1 b V Vcc D N G压 C15811814C145 过 C13D0058R4UoI3U0.1uf21红11P4011附录一 电路各模块原理图BellV51+2Uo-test4DDNG01P9PCC块模号信LS13.3KK1源电V51电供助辅源电V57R6R99PwPdPwPd附录青岛理工大学毕业设计(论文)28Gnd 6 4.7uf K 0 1 f u 0 7 4 VSNS C N 4 3 4.7uf D 2 D C N C11 2 4 R H P A N E 8 5 C10 9 C T O O B Vin 0.01uf 1 7 V 5 1 V 5 1 0.1uf 6 TPS5430 2 U C 5 C 2 L H u 5 3 D N G K 0 1 IOtest VOtest MOSFET-N V 5 + 0.1uf 2 2 3 R 0.1uf f u 0 0 0 1 V 5 1 + V 5 + 1 1 PWM1 V 2 Q 4 C F 2 C 1 C 1 1 7 P 8 P K 4 2 1 2 2 PWM2 3 3 2 R 0.024 4 4 丝 铜 康 2 P 1 P ININ+ 1 R 1 Q MOSFET-N H u 0 0 5 1 L 3 2Gndfu022K0164.7ufVSNSCN434.7uf3CNC125R2HPANE858C7CTOOBVinV5TUOV17VINTPS54301UB3LBHu22脚引针插DNGFu074 18VACVINV5+V51+DNGVINV5+3C111122221DRS8106P3334445P4P3PAAVF11J 路回主41 青岛理工大学毕业设计(论文)29 青岛理工大学毕业设计(论文)附录三 程序清单#include &stm32f10x_lib.h& #include &maze.h& /*----------------------------------------------------------------------------*/ double SET_I,SET_U,SET_R; double over_I=2.5,over_U=36.0,over_W=40; s8 re_ extern char MODE; extern char MODE_ double DAout_ u16 //DA 计算输出 //过压保护否? //工作模式 //电流、电压、电阻设定值 //过载值设置/*AD 相关----------------------------------------------------------------------*/ AD_value_0[10],AD_value_1[10],AD_value_2[10]; //采样数据保存 //AD 采样电压电流 double AD_Vin_get,AD_Vout_get,AD_I_ double V_input,V_output,I_ double R, //double /*冒泡排序--------------------------------------------------------------------*/ u16 maopao_0_data[10]={15,16,17,18,19,14,13,12,11,10}, maopao_1_data[10]={25,26,27,28,29,24,23,22,21,20}, maopao_2_data[10]={5,6,7,8,9,4,3,2,1,0}; s8 data_ /*************矩阵键盘相关变量*************************************/ s8 key_check=0; s8 key_bit, s8 b1[4]={&123A&}; s8 b2[4]={&456B&}; s8 b3[4]={&789C&}; s8 b4[4]={&*0#D&}; //函数返回值列表 /*ASCII 值 /* /* 0----48 A----65 a----97 */ */ */ //输入电压、输出电压、输入电流/*----------------------------------------------------------------------------*/ /*液晶显示---------------------------------------------------------------------*/ void display(s8 key)30 青岛理工大学毕业设计(论文){s8 key_ s8 add_v=0x8a; s8 re_show=1,guozai_reshow=1 s32I_preset=0,U_preset=0,R_preset=0,over_I_present=0,over_U_present=0;//if((key!='#')||((key=='#')&&((SET_I!=0)&&(SET_U!=0)||(SET_R!=0)))) switch(key) { case 'A': //电流 send_com(LCD12864_CLEAR); if((SET_I==0)||(re_set==1)) { data_show=0; re_set=0; while(1) { if(re_show) { print(0,0,&请输入初始化电流&); print(2,6,&mA&); print(3,3,& #键确定&); } key_input=key_scan(); if(key_check&&((key_input-'0')&=0)&&((key_input-'0')&=9)) { re_show=0; key_check=0; send_com(add_v); add_v++; send_data(key_input); I_preset=I_preset*10+key_input-'0'; if(I_preset&2500){ send_com(LCD12864_CLEAR); print(1,2,&Input Error&); print(2,1,&请重新输入!&); re_show=1; I_preset=0;31 青岛理工大学毕业设计(论文)Delayms(200); send_com(LCD12864_CLEAR); add_v=0x8a; send_com(add_v); } } else if(key_check&&(key_input=='#'))//确认键 { key_check=0; SET_I=I_ } } } send_com(LCD12864_CLEAR); print(0,0,&恒流预置&); if(SET_U&36) SET_U++; else SET_U=36; send_com(0x84); print_Number(SET_U,3); send_data('A'); print(1,0,&电流 A :&); print(2,0,&电压 V :&); print(3,0,&电阻 Ω:&); data_show=1; display_data(); case 'B'://电压 send_com(LCD12864_CLEAR); if((SET_U==0)||(re_set==1)) { data_show=0; re_set=0;32 青岛理工大学毕业设计(论文)while(1) { if(re_show) { print(0,0,&请输入初始化电压&); print(2,7,&mV&); print(3,3,& #键确定&); } key_input=key_scan(); if(key_check&&((key_input-'0')&=0)&&((key_input-'0')&=9)) { re_show=0; key_check=0; send_com(add_v); add_v++; send_data(key_input); U_preset=U_preset*10+key_input-'0'; if(U_preset&36000){ send_com(LCD12864_CLEAR); print(1,2,&Input Error&); print(2,1,&请重新输入!&); re_show=1; U_preset=0; Delayms(200); send_com(LCD12864_CLEAR); add_v=0x8a; send_com(add_v); } } else if(key_check&&(key_input=='#'))//确认键 { key_check=0; SET_U=U_preset/1000.0;33 青岛理工大学毕业设计(论文)} } } send_com(LCD12864_CLEAR); print(0,0,&恒压预置&); send_com(0x84); print_Number(SET_U,3); send_data('V'); print(1,0,&电流 A :&); print(2,0,&电压 V :&); print(3,0,&调整率%:&); data_show=1; display_data(); case '*': send_com(LCD12864_CLEAR); data_show=0; //MODE_store=MODE; while(1) { print(0,1,&==过载设置==&); if(guozai_reshow==1) { print(1,0,&A:电流&); print(1,7,&A&); send_com(0x94);// print_Number(over_I,0); print(2,0,&B:电压&); print(2,7,&V&); send_com(0x8C);//显示 print_Number(over_U,0); print(3,0,&#:确定&); } guozai_reshow=0; key_input=key_scan();34 青岛理工大学毕业设计(论文)switch(key_input) { case 'A': send_com(LCD12864_CLEAR); guozai_reshow=1; print(0,0,&请输入过载电流&); print(2,6,&mA&); print(3,3,& #键确定&); add_v=0x8a; while(key_input!='#') { key_input=key_scan(); if(key_check&&((key_input-'0')&=0)&&((key_input-'0')&=9)) { key_check=0; send_com(add_v); add_v++; send_data(key_input); over_I_present=over_I_present*10+key_input-'0'; } else if(key_check&&(key_input=='#'))//确认键 { key_check=0; guozai_reshow=1; over_I=over_I_ over_I_present=0; send_com(LCD12864_CLEAR); } } key_input=0; case 'B': send_com(LCD12864_CLEAR); guozai_reshow=1; print(0,0,&请输入过载电压&);35 青岛理工大学毕业设计(论文)print(2,7,&mV&); print(3,3,& #键确定&); add_v=0x8a; while(key_input!='#') key_input=key_scan(); if(key_check&&((key_input-'0')&=0)&&((key_input-'0')&=9)) { key_check=0; 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while(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_TC)==RESET); }38
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