2013年国大学生电子设计大赛(L题)杨.docVIP

摘 要 本设计为直流稳压电源及漏电保护装置，系统主要由MSP430-149单片机、升压电路、直流稳压电路、LCD显示电路及漏电保护装置四部分组成。电路系统设计中以硬件电路为主体，实现了整机系统设计，达到设计任务书要求。在电路中以电感升压后提供给稳压电路，使输出电压稳定为5V、电流恒定为1A；通过取样电阻对输出电压、电流采样后送入单片机进行A/D转换与计算，将输出功率在1062液晶进行实时显示输出功率；通过取样电阻的来比较电压，使关断元件继电器动作，从而达到漏电保护的目的。本直流稳压电源及漏电保护装置具有电路结构简单、稳定度好、指标精度高等优点。 关键词：升压；稳压；MSP430单片机；继电器 目 录 1系统方案 1 1.1直流稳压电源方案论证与选择 1 1.2升压电路方案论证与选择 2 1.3电流取样及放大电路方案论证与选择 4 1.4显示模块方案论证与选择 5 1.5漏电保护装置实现方案论证与选择 5 1.6 单片机系统方案论证与选择 6 2系统理论分析与计算 6 2.1直流稳压电源电路分析及设计 6 2.2 漏电保护装置电路分析及设计 8 2.3电路与程序设计 9 3程序的设计 12 3.1程序功能描述与设计思路 12 3.2程序流程图 13 4测试方案与测试结果 13 4.1测试方案 13 4.2 测试条件与仪器 13 4.3 测试方法及结论 14 总结 15 附录：总电路原理图 16 1系统方案 设计并制作一台线性直流稳压电源和一个漏电保护装置，电路连接如图所示。图中RL为负载电阻、R为漏电电流调整电阻、A为漏电流显示电流表、S为转换开关、K为漏电保护电路复位按钮 图1 直流稳压电源及漏电保护装置 根据设计任务的要求，按图1所示系统结构，直流稳压电源及漏电保护装置主要由直流稳压电源、漏电保护装置、单片机系统控制及显示电路等几部分组成，为突出设计思路，这里分模块、分单元进行方案设计论述。 1.1直流稳压电源方案论证与选择 直流稳压电路在电子系统中是最常用的基本模块，实现直流稳压电路的方案较多，例如分离式串联型线性直流电路、三端线性集成稳压、开关直流稳压电源、DC-DC稳压模块等均可实现直流稳压，结合设计任务技术指标及设计要求，可实现本任务的技术方案主要有三端固定集成稳压、三端线性可调稳压与DC-DC开关集成稳压。 方案一：LM7805三端稳压集成电路 LM7805三端稳压集成属于典型的串联型线性直流稳压器，电路内部结构主要由调整、采样、比较放大、基准、过流过热保护等几部分组成，输出电压范围是4.8V~5.2V,稳定电压为5V，输出电压范围5mA~1A。具有稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。采用LM7805三端稳压集成组成稳压电源电路具有电路结构简单，应用中所需元器件极少，可靠性较高。 但是当输入25V时，7805上的损耗功率达20W，同时，负载调整率和电压调整率达不到题目所需的要求。因此放弃该方案。 方案二：LM317三端可调稳压集成电路 LM317是可调三端正输出电压线性稳压器，电路工作原理、内部结构与LM7805相似。LM317输出电压范围从1.2V到37V连续可调，输出电流超过1.5A，LM317它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压调节范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。 LM317与7805有类似的缺点，也放弃该方案。 方案三：串联型开关稳压电路 LM2576是典型的串联型开关稳压电路，是降压开关型集成稳压电路，具有最大电流可以达到3A，最大输入电压可以达到45V，较高的输出效率，输出电压连续可调，但是输出纹波大，由于输入输出压差较大，在输入5.5V时，输出不能达到5.0V，不能满足设计任务要求。所以放弃此方案。 方案四：开关稳压+串联稳压 结合串联开关稳压电源优点，利用LM2576 开关稳压集成外接MOS功率管构成开关稳压+串联稳压电路。将LM2576稳压电路输出电压提供给MOS管的稳压电路，不仅提高了系统效率，限制MOS管上的功耗，达到我们所需要的要求。在电路设计中，由于双极性晶体管双极性晶体管发射结提供超出允许范围的反向偏置，并不对流经晶体管的电流进行限制，所以选用增强行MOS管。 通过对LM7805三端稳压集成电路、LM317三端可调稳压集成电路、串联型开关稳压电路、开关稳压+串联稳压比较，在本系统选用方案四开关稳压+串联稳压来实现直流稳压电源设计。 1.2升压电路方案论证与选择 由于IRFP250、IRFP450等功率MOS管要处于导通状态，要求栅-源极之间的压差大于8V，在开关稳压+串联稳压电路中LM2576输出电压为5V，不