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1、2024高校生电子设计竞赛论文题目：输出可调直流稳压电源的设计论文编号：参赛学校：参赛学生：韩洪健刘义李晓凯指导老师：王国新二。一二年五月高效DC-DC开关稳压电源摘要：本作品是基于开关电源基本拓扑之一的正激拓扑设计而成的输出小电压,大电流DC-DC开关稳压电源，通过电压反馈环节对主电路的输出进行稳压，本文所设计的开关电源输入为DC41-57开关频率为75kHz,实现输出电压0-30V可调，恒流限制0-3A可调。单管正激变换器具有外围电路简洁，效率高，抗过载实力强,输入与输出隔离等优点，适合低压、中小功率的电能变换，恒压过程采纳0P07作为比较器，变更基准电压，从而实现输出电压可调，原副边用光
2、耦隔离，恒流部分也采纳比较器，但是电流采样采的是负压，这样只调整电位器就可变更0P07输入端的电压大小，从而调整恒流限制。关键字：开关电源同步整流协助电源单片机显示Abstract：Thisworkisbasedonswitchpowersupplyofbasictopologyofshocktopologydesigned,Outputsmallvoltage,largecurrentDC-DCswitchingpowersupply,Throughthevoltagefeedbackpartofmaincircuitvoltageoutput,Duetothecircuitdiodesre
3、lativetotheoutputvoltageofthepressuredropisbigger,Sotooutputvoltagehavelargereffects,inordertogetahigherefficiency,thesynchronousrectifiertechnologyofsynchronousrectifiersincedrivetechnology,circuitandovercurrentprotectionfunction.KeyWord:SwitchingpowersupplySynchronousrectifierauxiliarypowersupplym
4、icro-controlIershows1 .设计任务与要求1.1 设计任务电源框图1 .2技术指标基本要求在电阻负载条件下，使电源满意下述要求：1 .基本要求(1)输出电压%：DC030V可调；(2)输出恒流限制:03A可调；(3)输出噪声纹波电压峰-峰值1V(c=48V,%=30V,7o=3A)；(4) DC-DC变换器的效率q270%(=48V,%=30V,73A)；2 .发挥部分(1)进一步提高效率，使.85%(=48V,=30V,=3A)；(2)具有输出电压、电流步进调整功能，电压步进IV,输出电流限制步进0.1A；(3)具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。(4)其他。1.3题目
5、分析从设计任务上看，本次设计是个DCDC的电源开关变换器，而且其中电源变换器的效率要求也是特别高的，并且本题的第一个难点在于它输出电压为可调，输出电流也可调。所以要求电压调整与电流调整要精确。而且应当留意的就是协助电源和磁复位绕组的设计，即变压器的设计，确定要有足够的磁复位时间，协助绕组带来的电压应尽量大些，在用稳压芯片变更来精准的电源。2.方案论证2.1 开关电源主拓扑的选择方案一：主拓扑采纳双管正激，限制芯片采纳SG3525,由于原副边不共地，所以须要加驱动变压器，输出电压采样送到1脚，2脚作为基准供应一个2.5V的电压,变更基准的电压可以实现输出电压可调。恒流部分采纳0P07作为比较器，
6、在输出电路中加采样电阻，采负压，送到0P07的2脚，与3教的基准电压比较，将0P07的输出接到SG3525的9脚，利用其外拉电流大于100uA,使芯片关断，从而达到恒流的目的。方案二：主拓扑采纳单管正激，限制芯片采纳SG3525,为了使原副边隔离，与方案一的驱动方案相同，利用驱动变压器。将输出电压采样接到SG3525的1脚，2脚与16脚相连利用其内部基准。恒流部分与方案一相同。方案三：主拓扑主拓扑采纳单管正激，采纳电流型的限制芯片UC3844,原副边利用光耦进行隔离，恒压、恒流部分均利用0P07作为比较器。输出电压采样送到0P07的3脚，给2脚供应一个2.5V的基准电压，变更基准电压的大小，就
7、可变更输出电压的大小。0P07的输出端接到NPN型的三极管8050,8050的集电极接光耦PC817的2脚。同理恒流部分也利用比较器，在输出电路中加采样电阻，经过一个电位器接到0P07的2脚，给2、3脚均供应一个2.5V的基准电压，当电路中电流变更时，2脚的电压也在变更，变更0P07输出端的电压，从而实现恒流限制功能正激原理图UC3844原理图如下Z放人摆电乐反馍2(3 O触发Ze 侬在脉 蜜调制欠压镇定出电源地2 .2方案选择对以上三种方案进行比较，方案一电路较困难，须要2个MOS管，而且还须要驱动变压器；方案二，主电路最然适合低压输出，效率也很高，但是存在一个缺陷,由于SG3525的内部基
8、准不行调，故输出电压只能从2.5-3OV之间可调。相对比较,方案三比较便利简洁、可行、效率高，适合低压的DC/DC变换.3 .硬件系统设计4 .3可调恒压环工作原理采纳电流型的限制芯片UC3844,原副边利用光耦进行隔离，恒压、恒流部分均利用0P07作为比较器。输出电压采样送到0P07的3脚，给2脚供应一个2.5V的基准电压，变更基准电压的大小，就可变更输出电压的大小。0P07的输出端接到NPN型的三极管8050,8050的集电极接光耦PC817的2脚。原理图如下5 .4可调恒流环工作原理与恒压环工作原理相同，恒流部分也利用比较器，在输出电路中加采样电阻，经过一个电位器接到0P07的2脚，给2
9、、3脚均供应一个2.5V的基准电压，当电路中电流变更时，2脚的电压也在变更，变更OPO7输出端的电压，从而实现恒流限制功能。原理图如下2. 3方案选择对以上三种方案进行比较，方案一电路较困难，须要2个MOS管，而且还须要驱动变压器；方案二，主电路最然适合低压输出，效率也很高，但是存在一个缺陷,由于SG3525的内部基准不行调，故输出电压只能从2.5-3OV之间可调。相对比较,方案三比较便利简洁、可行、效率高，适合低压的DC/DC变换.3.硬件系统设计3. 1系统总体流程图3.2 主电路电源的设计与计算输出Vin=41-57VIo=0-3AVo=0-30Vf=75KHz变压器的AP公式:AP =
10、 L*i p2104X 1.4375*103 0.20.114?cm4 =1.101 Icm4因此选EE40磁芯，Ae=I.28cm2,Aw=I.08cm2实际的AP=AeAw=1.38cm41.0Icm4但是考虑到实际因素，手工绕制漆包线时所挪体积较大，所以要留有余懿石石50磁芯计算NP值令Bm=0.2T,Vin(min)=41V,Dmax=O.4(Np*Ae*ABnE=Vz(mn)=4IV;Dmax)= 8.5 匝_rVin(min)Dmax410.4pIk)ll.280.210-475103令匝比为N依据伏秒积平衡:N*Vin(Inin)-VoN=41x0.41+35=0.46Dmax=
11、Vo*(l-Z)max)NS=互之18.56匝，因此选19匝NNp=M*片=19X0.468.74匝所以取NP=9匝磁复位绕组：Nm=NP=9匝计算副边线径：DsJ=4.5*1.380,25=4.322Amm2Isrms=/o*JDmax=4V.4=2.53AIsrms八UOq2As=0.583mmJQS=J生他=0.8635m2考虑集肤效应：75=0.274V1175*10325=0.548YZ)S所以取多股并绕1=/8635=3.375。4月殳I0.47)计算原边线径：DpTVs/1.prms=*/o*Z?max=5.4996ANPAp=1.2725mm2Dp=4Ap_1273/Wn考虑集
12、肤效应：S=1=0.27475*1O32b=0.548YQP所以取多月殳并绕1=(1273)=7.336。8月殳JOpFP1.0/TllSTADDCS 56RST11131415161720Pl. LTP1.2P1.3RSTATDP3.0/RXDP3.1/TWP3.2T0 P3.3nmP3.47T0P3.5/T1P3.6 匹P3.7/RDVccP0.0 PO. 1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7EA/VPPAlezprogPSENXTAL2XTALlCind7 6 5 4 3 2 10 2.2.2.2.22.2.2. Pppppppp514. 2软件实现的功能通过运
13、用单片机和数码管等是电路具有输出电压、电流的测量和数字显示功能,从而达到设计的基本要求。4.3程序ftincludezzreg52.h#defineucharunsignedchardefineuintunsignedintsbitST=PO;sbitEOC=P1;sbit0E=P2;sbitCLK=Pr3;sbitADDCS=P4:sbitxiaodian=P37;uintyge,yxiaol,yxiao2,Ishi,Ige,lxiao;uintyazhi,Iiuzhi;ucharAD_DATA2;保存INO和INl经AD转换后的数据ucharxianshidaima=0xc0,0xf9,0
14、xa4,OxbO,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x98;/uchardaimal=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x18;/*延时函数*/voiddelayl(uintk)uchara;while(k一)for(a=10;a0;a一);voiddelay(uchari)ucharj;while(i一)for(j=10;j0;j);/*系统初始化*/voidinit()EA = 1;TMOD =0x02;TH0=216;TL0=216;TRO=I;ETO=I;ST=O;OE=O;开总中断启动定时器TO?ETO=1;
15、设定定时器TO工作方式利用TO中断产生CLK信号*T0中断服务程序*/voidtO(void)interrupt1using0CLK=CLK;*AD转换函数*/voidAD()ST=O;ADDCS=O;选择通道INOdelay(10);ST=I;启动AD转换delay(10);ST=O;While(O=EOC);OE=I;AD_DATAO=PO;yazhi=AD.DATAO;0E=0;ST=O;ADDCS=I;选择通道INldelay(10);ST=I;启动AD转换delay(10);ST=O;While(O=EOC);OE=I;AD_DATA1=PO;liuzhi=AD_DATA1;0E=0
16、;/*计算和除法*/voidchufa()(yazhi=yazhi*l.953125;yge=yazhi100;yxiaol=yazhi%10010;yxiao2=yazhi%100%10;liuzhi=liuzhi*7.8125;Ishi=IiuzhiZlOOO;lge=liuzhi%1000100;lxiao=liuzhi%1000%10010;)/*显示函数*/*位选07f,Oxbf,Oxdf,Oxef,0xf7,Oxfb,Oxfd,()fe*/voidxianshi()P3=xianshidaimayge;xiaodian=0;P2=0x7f;delayl(5);P2=0xff;P3=
17、xianshidaimayxiaol;P2=0xbf;delayl(5);P2=0xff;P3=xianshidaimayxiao2;P2=0xdf;delayl(5);P2=0xff;P3=0xcl;P2=0xef;delayl(5);P2=0xff;P3=xianshidaimalshi;P2=0xf7;delayl(5);P3=0xff;P3=xianshidaimalge;xiaodian=0;P2=0xfb;delayl(5);P2=0xff;P3=xianshidaimalxiao;P2=0xfd;delayl(5);P2=0xff;P3=0x88;P2=0xfe;delayl(5
18、);P2=0xff;/*主函数*/voidmain()(init();while(l)AD();chufa();xianshi();5.系统调试5.1 电路的测试方法纹波噪声1、测试环境温度：252、示波器探头：1：13、示波器带宽设为最大：40MHz4、测试地点：正常试验台测试5、输入电压：Uin=41-57V6、输出电压、电流：Uo=0-30V,Io=0-3A输入电压调整率1、环境温度：252、输出：Io=0-3A3、输入电压：最小、正常、最大负载调整率1、环境温度：252、输入：U2=48V3、输出电流：最小、正常、最大5. 2测试仪器电路测试中运用的仪器设备及其用途如表3-1所示。表3
19、-1电源音B分测试运用的仪器设备序号仪器名称及型号数量用途1DT9205三位半数字万用表3测量电源输入输出电压、电流2TDS1001B40MHZ示波器1视察电源输出噪声纹波电压峰峰值3电阻IOQ500W1负载5.3测试数据：输出电压：0-30V；输出电流维持在0-3A时能够长时间稳定工作;表3-2负载调整率测试数据负载调整率Io（八）Uo(V)S1(%)Uin=48V030.020330.02表3-3电压调整率测试数据电压调整率Uin(V)U0(V)S1(%)Io=3A48300.84130.015730.26输出噪声纹波电压峰-峰值Vpp=MOmv;DC-DC变换器的效率=UOlo=3x30
20、.01=88.47%；(71,vhv2.1248过流爱护功能：动作电流2.52A；过流爱护具有自动复原功能。5 .4测试结果分析表47测试内容与结果测试内容基本指标实测结果输出电压0-30V0-30输出电流Iomax=O_3AIOMAX=0-3A电压调整率Su1%S11=0%负载调整率si1%S1=0.8%输出噪声纹波电压峰-峰值U(WWlVUopp=O.14V效率(U2=48V,Uo=3.3V,I0=IOA)=285%=88.47%输出电压可调、恒流限制可调有有全部的测试结果如表4T所示，均达到基本设计要求，甚至有些测试结果远远超过给定的基本设计指标，尤其是效率的提高有效地保证电源的牢靠性；
21、全部经过大电流的线路均尽量采纳粗导线，开关器件均选用优良器件，器件的各项指标参数均远大于额定值，所以电压调整率和负载调整率均得到提高。6 .总结6.1 系统存在的不足干扰：由于焊接电路时有些地方走线不合理，入电压突变和电流突变等，引入了干扰。效率方面：变压器的漏感，整流二极管的压降，线路的压降，都会影响伏在调整率的大小。再就是线路的布局，引入一些干扰。由于线路，各个器件损耗的功率,还有变压器的漏感。MOSFET开通和关断损耗，电流采样电阻的消耗，都会影响其效率。电压调整率方面：电压采样电阻的精度会影响其电压的变更。电阻随温度的变更而阻值相应的会有所变更，这样给反馈的电压不准，导致输出地电压会变
22、更。这是最主要的缘由之一。外界的干扰也会导致不同程度的变更，外界干扰会导致输出有一个冲击偏差，这样进入反馈就会导致全部的都变更，调整率会变更。纹波电压方面：纹波电压主要有电感的电流变更与电容的等效串联电阻的大小，线路的组织大小有关系。最重要的是外界的干扰和开关噪声的干扰，使纹波电压太大。恒流限制：调横流时电流恒不到OA只能到0.1A,恒压时电压最小为0.IV.6.2系统应改进的方向由于UC3844是电流型的芯片，只要是维持电路的正常工作，电路中就确定存在电流，所以恒流时电流调不到0A,可以试试电压限制型的芯片。在负载调整率方面：尽量使变压器缠的规整一些，紧一些。整流方面可以用同步整流和二极管整流共同作用，这样可以大大的削减管压降。在布线方面，用短而粗的线来布线。削减这些压降，可大大的削减负载调整率。效率方面：可以采纳软开关技术，削减MOS管的开通关断损耗，线路可以运用双线并走，变压器尽量的绕的工整。电压调整率方面：尽量选用高精度的电阻。尽量使布局合理，简洁。走线尽可能的短。总结：经过一个月努力，这个方案最终有了结果，在这一个月里，我们真的学到了许多，学会了团队合作的精神，也提高了我们分析问题解决问题的实力，但是还存在不足之处，在以后的学习生活中我们会更加努力地学习，求真务实，充溢自己。
