开关电源比赛报告---BY 黄睿.doc

2015年“创新杯”大学生电子设计竞赛 数控稳压电源（题） 【组】 2015年月日 摘 要 可编程任意电源就是某些功能或参数可以通过计算机软件编程控制的电源。比如设置输出电压是多少，最大输出电流是多少，超过这个值则不能正常供电等等。 例如，当超过最大输出电压的时候为恒流输出，当超过最大输出电流的时候，电源就变成了稳压源等等。“可编程”的意思是电源内部主要功能通过上位机设定状态字实现可控，大部分的电源是通过串口连接的。可通过通讯规约，设定“最大电流、最大电压、最大功率、实际电压”等等。可编程任意电源的主要指标是编程时间，编程精度，编程分辨率等等。 目 录 1系统方案 1 1.1的论证与选择 1 1.2的论证与选择 1 1.3 控制系统的论证与选择 1 2系统理论分析与计算 1 2.1 推挽型变换器的分析 1 2.1.1 1 2.1.2 霍尔式电流传感器的原理分析与设计 1 2.1.3 变换器效率，纹波等参数的分析与计算 1 2.2 开关变换器的计算 1 2.2.1 1 2.2.2 推挽变换器滤波电感的计算与设计 2 2.2.3 推挽变换器的滤波电容的确定 2 2.3 电流电压反馈系统的计算 2 2.3.1 2 2.3.2 电流反馈部分的理论计算 2 2.3.3 电流源模式与电压源模式的输出电压约束与输出电流约束的理论计算 2 3电路与程序设计 2 3.1电路的设计 2 3.1.1系统总体框图 2 3.1.2 子系统框图与电路原理图 2 3.1.3 子系统框图与电路原理图 2 3.1.4电源 2 3.2程序的设计 3 3.2.1程序功能描述与设计思路 3 3.2.2程序流程图 3 4测试方案与测试结果 3 4.1测试方案 3 4.2 测试条件与仪器 3 4.3 测试结果及分析 4 4.3.1测试结果(数据) 4 4.3.2测试分析与结论 4 附录1：电路原理图 5 附录2：源程序 6 （题） 【组】 1系统方案 1.的论证与选择 本系统主要由模块、模块、模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。 方案一： 上图为常规buck电路（虽然我没选用该拓扑，但是我的拓扑里面包含了此拓扑，所以关于它的理论分析将在后面分析我选用的拓扑时给出），说简单了就是用一个LC缓冲网络将能突变电压激励信号（PWM信号-----脉宽调制信号）提取出它的平均值；也可以说是用一个LC低通滤波器对PWM波进行滤波。这种结构由于是不隔离拓扑，效率很高。 然而常规buck电路有一个致命缺陷就是，一旦开关管S出现击穿，输出电压将为电源电压。对于非常昂贵的设备来说，是不允许这种事故的发生的。正是因为这种原因，常规buck一般用于电压非常非常低，电流非常非常大的领域，最典型的应用是电脑主板的CPU供电.CPU供电系统是用多相同步buck将12V电压降压到1.2V左右，40A-60A的处理器所需的电源环境。由于多相同步整流buck与这里说的buck相比具有一些控制上的优势，可以很大程度上避免我刚刚说的事故的发生。 常规buck要求上管S为NMOS管高位驱动，而且该NMOS的栅源电压要想维持在足够的值具有一定的难度（源极电位为波动电位）。虽然目前基于自举电路的桥式驱动芯片非常多，比如说IR2110，然而我依然不愿意在非多相控制领域使用buck结构。因为这个数控电源的定位不应该是只有高效率，应该还要保证出故障的时候别搞坏昂贵的用电器。【也就是说，对于用户来说，可能宁可稍微多费一点电费也不希望自己的价格远高于电费多得多的设备被损坏】 常规buck目前主要应用于低压（15V以下）降压到超低压（2V或以下）的领域。 原因也是很明显的，由于常规buck的峰值电流依然由MOS管S承担，这个拓扑本身并不能扩大峰值电流，又因为耐压稍高的MOS管的内阻就大得多（由几毫欧级别上升到几十毫欧级别），所以这也阻碍了传统buck在高输入电压的降压变换器中的应用。 方案二：方案三：综合以上三种方案，选择方案三。 1.2 的论证与选择 方案一： 光电耦合器具有隔离强电弱电的作用，是一种在开关电源领域常见的闭环反馈模式，然而我们的这个开关电源输入电压最高20V ，故完全没必要用这种方式（反而还增加反馈不精确的问题）。 电流闭环采用康铜丝，康铜丝电流采样电阻的阻值仅仅15毫欧姆，流过1A仅仅15mv压降。采集毫安级别的电流，就必须用专用的仪表放大器，以及需要具备相关的仪表放大器的知识，一些失调电流等参数在这种场合显得影响比较大。 方案二：方案三：综合以上三种方案，选择方案三。 1.3 控制系统的论证与选择 方案一： ”端口来实现稳压，恒流；在这里不需要什么比较器，只要在单片机机程序里查询ADC的端口电压（电流），当查询电压（电流）