具有跟踪功能的开关电源报告讲解.docx

摘 要本作品以单片机ATMEGA16作为系统控制核心，采用XL6012实现电源模块DC/DC的转换，单片机通过其内部AD、DA和外扩键盘对系统输入输出的电压电流进行实时采样和监测，并对输出电压程控调节。系统以1602字符型液晶作为输出器件，显示采样所得的输入输出的电压电流及功率。经测试，作品均达到设计要求。关键字：ATMEGA16、XL6012、AD、DA系统方案论证与选择本系统主要由DC-DC升降压电路、显示模块、运放控制电路模块，电流测量模块、单片机控制模块组成，其系统框图如下图2所示： DC-DC可调直流稳压电源负载输出电流测量运放控制输入电流测量DAADCADC单片机图2DC-DC升降压芯片选取方案一：LM2596-ADJ是LM2596中可调输出电压的电源管理单片机集成电路，内部集成固定频率发生电路以及频率补偿电路，最大输出电流可达3 A，具有功耗小（待机电流仅80 μA）、效率高、过热保护和限流保护功能、很好的线性和负载调节、外围电路简单等特性。 方案二：XL6012是一个升降压DC-DC转换器，输入电压范围为5V-48V，最大输出电流可达6A，开关频率180KHz，内置OCP、OTP等保护电路，内置软启动功能，效率可达94%。　　 方案三：XL6009也是一个升降压DC-DC转换器，与XL6012的指标基本一致，而XL6012的电流、电压、效率都比XL6009略高。 根据题目要求可知，RL=24欧，输入电压为15V，输出电压24V，整机效率η≥60%，计算得：输出电流为1A，输出功率Po=24W，从而求出输入功率为Pi=40W，可以计算出最大的输入电流为Iinmax=4A，XL6012的性能比XL6009和LM2596-ADJ还好，又满足题目要求，所以我们选用方案二。 1.2 显示模块的论证与选择 方案一：用液晶1602作为显示器件，功耗较低，而且显示的内容比较丰富，可显示数字、字母、字符等。 方案二：采用液晶12864作为显示器件，具备了方案二的功能，且可以显示汉字和图形，屏幕大效果好。但是相对LCD1602来说，功耗略大。 经比较分析，LCD1602价格便宜，功耗低，故选取方案二。1.3单片机选择 方案一：AVR单片机可靠性高、功能强大，高速度、低功耗、性价比高，操作简单，BASIC语言简单易学。 方案二：由51单片机构成的主控电路，支持ISP下载技术，控制操作简单，价格低廉，通用性强。但编写程序有些复杂，加大编写难度。 通过比较，AVR单片机更方便实现题目要求，而且操作简单，故选择方案二。电路设计2.1 DC-DC升降压模块本模块以芯片XL6012为核心，制作输入电压可变，输出电压保持恒定不变的电路图如图一所示，输出电压的计算可由下式给出：，其中?=1.25V。图一2.2 输出电流检测电路 输出电流采样电阻阻值为0.05Ω，采用ＩＮＡ１２２芯片对电流信号进行十倍精确放大，放大后输出电流通过1kΩ电阻接地，通过电位器对采样信号进行分压处理，处理后信号回输到ＩＮＡ１２２的4号管脚，形成闭环调节。电路设计如图二所示：图二　　　２.３　输入电流检测电路　　　输出电流采样电阻阻值为0.05Ω，采用ＬＭ３５８芯片中两路放大器对电流信号进行２０倍或３９倍放大，放大后输出电流通过1kΩ电阻接地，通过电位器对采样信号进行分压处理，处理后信号回输到ＬＭ３５８的4号管脚，形成闭环调节，构成两路同相放大。电路设计如图三所示：图三运算放大器Ｕ３Ａ的放大倍数==２０运算放大器Ｕ３Ｂ的放大倍数==３９　　　２.４运放控制输出电压模块　　　采用LM358芯片中一路放大器做运放控制输出电压，其中放大倍数为一倍，运放的反相输入端接单片机，利用单片机自动控制运放的反相输入端的电压，从而能调整输出电压。图四　　　２.５　ＡＤ采样　　　对输入输出电压的采样，方法是对要采样的电压进行分压，使采样得到的电压不能出过单片机的工作电压范围２.７Ｖ－５.５Ｖ，因此，我们衰减的倍数是１３倍。原理图如图五所示：图五　　　２.６　电路原理图（见附录2）程序设计控制单片机采用ATMEGA16，是 8 位AVR微处理器。它具有高性能、低功耗的特点，应用先进的RISC结构，非易失性程序和数据存储器，具有独立锁定位的可选Boot 代码区，可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密等功能。它的外设具有两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器，一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器，具有独立振荡器的实时计数器RTC，六通道PWM，可编程的串行USART 接口，可工作于主机/从机模式的SPI 串行接口。可以实现上电复位以及可编程的掉电检测，支持片内/