电子大赛开关电源报告.docVIP

题目 ：开关稳压电源 摘 要 本设计是要求制作一个大电流、小电压的开关稳压电源。综合考虑题目基本和发挥部分的要求。可以看出该开关稳压电源对效率的要求非常高，所以在设计电路的时候尽量减少电路中元器件的损耗。其中有以下几个器件对效率的影响非常大，开关管、升压二极管、电感、以及其它一些辅助电路。根据以上要点设计了模拟电路和数字电路相结合的一个系统。其中模拟部分由隔离变压器、整流滤波电路、DC-DC变换器。DC-DC变换器由一个电流脉宽调制集成模块UC3843组成，可以从输出端引一个反馈到UC3843的电压反馈端调制其输出电压的脉宽，这个电压将控制开关管的开关速率从而使输出电压达到稳定。为了降低开关管的开关损耗选用MOSFET管。经测试在正常工作的时候MOSFET管、整流桥、用于升压的肖特基二极管都会产生大量的热量，所以要加上散热片进行散热以保证整个电路的正常工作。 数字电路控制部分使用高性能低功耗的增强性51单片机C8051F021来控制。控制核心采用内置12位A/D、D/A转换器，电路简洁、控制精度高低功耗。其组成的电路可以实现以下三个功能：1.测试输出电流、电压、功率并显示。2.设定输出电压值。3.当输出电流大于2.5A时，单片机就会启动过流保护电路并同时产生声光报警信号。当短路恢复时，单片机的P0.3口又会输出低电平，使得电路又恢复正常。 引言 为了满足题中发挥部分规定的电源调整率、电阻调整率以及效率的指标。我们在这次设计中主要是通过尽量减少电路的损耗来完成。通过单片机和脉宽调整电路来稳定输出电压、电流，并通过单片机的控制对整个电路进行过流保护，排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态。同时单片机能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进为1V，并具有测量和数字显示输出电压、电流、功率的功能。增加了在过流的时候系统发出声光报警信号的功能。 二、方案论证与比较 1．DC-DC主回路拓扑方案论证 方案一：采用无变压器的核心部件为直流-直流变换器的电路，此电路简单易操作，但输入输出间不隔离，实现功能简单达不到要求。所以不采用此方案。 方案二：采用高性能固定频率电流方式低功耗控制芯UC3843A，构成使用外部原件最少的低成本高效率电路。因此采用此种方案。 2. 控制方法及实现方案 方案一：采用电压控制脉宽调整技术，产生频率固定，脉冲宽度可调整的方波脉冲，采用电压反馈环控制系统，它的反馈信息取自输出电压，用反馈电压调整控制器的输出脉冲宽度，改变脉冲占空比，实现开关电源的稳定。 方案二：采用电流控制脉宽调制，此技术相比传统的仅有输出电压反馈的PWM系统比较增加了一个电感电流反馈。此反馈就做为PWM的斜坡函数，就不再需要锯齿波发生器，更重要的是使用电感电流反馈使系统的性能有了明显的改善。一使系统具有快速的瞬态响应及高速的稳定性，二，输出电压精度很高。三，具有内在的对功率开关电流的控制及限流能力。四，具有良好的并联运行能力。 经比较可以看出方案二的控制性能明显优于方案一，所以采用方案二。 3. 提高效率的方法及实现方案 单片机的功耗对电源的效率有很大的影响。所以选用一款功耗低的单片机来控制电路。 采用效率高、开关速度高、损耗小的MOS场效应管。 选用低损耗的硝特基二极管作为输出端的整流二极管。 根据以上可以提高效率的方法综合出包括以下三个方面的方案： 放弃使用常规的高功耗单片机8051而改用与51系列兼容但内置高分辨率A/D, D/A转换器的新型低功耗单片机C8051F021，由于A/D, D/A转换器内置，电路结构简单，性能可靠。内部嵌入了一款高速、低功耗、高性能的8位微处理器，显示屏采用液晶屏。这样可以减小控制电路的损耗，使电源的整体效率提高。 使用高效率的MOSFET管IRF9540代替传统的双极型晶体管，因为它的开关速度高导通和关断的时间短，开关损耗小。并且是电压控制型元件，驱动功率小，可以用集成电路直接驱动，不存在二次击穿，热稳定性好因而可靠性高。 采用低功耗、超高速、反向恢复时间短的肖特基二极管，可大幅降低开关损耗并提高开关频率。 三、电路设计与参数计算 系统框架 本系统由以下几大部分组成：隔离变压器、整流滤波电路、过流保护电路、DC-DC变换电路、控制电路、输入电路、显示电路、声光报警电路。 2.主回路器件的选择与参数计算 18V，输入的电流最大可达5～6A，为了得到较好的直流量，用全桥整流法整流，整流桥的耐压应为8A左右。 C1选择：题目输出的最大电流为2A，最大电压为36V，所以输出最大功率约为72W，按照电路效率为80％计算。可得整个电路输入的功率约为90W。电路自身功率达18W，根据P=U2/R,可求得电路的等效电阻RE=5.38ΩC1×RE＝30mS～50mS，所以C1取4700μF/