电子设计竞赛设计报告A题Word格式文档下载.docx
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优点:
电路简单,稳定。
缺点:
电流比例不稳定。
结论:
只能完成基本部份,方案不可取。
方案二外部电路控制法
采用两个DC/DC电源模块组成,在每一个输出模块加一个电流检测电路,产生反馈信号来调节每个模块的电流,从而达到均流的目的,该方案均流效果好,但是每个单元需附加一个电流控制电路,成为控制环路的一部分,需满足环路的总体要求,否则会降低单元的技术指标及工作稳定性,降低系统的动态响应特性。
均流效果好。
电路复杂,稳定性较差。
从稳定性上考虑,方案不可取。
方案三对等互补分流法
系统由恒压输出模块和电流互补模块组成,让两个模块的输出电流分别流经两个0.1Ω水泥电阻,然后采样水泥电阻两端的电压,经过运算放大器放大电压后,使用A/D模块(ADC0804)将模拟信号转换为数字信号传输给单片机,经过单片机运算后转换成电流,单片机根据收到的两个模块输出电流之和来判断输出电流之比,再通过电子开关控制运放来反馈给电流互补模块来实现电流互补,并按比例输出。
输出稳定,代码执行效率高,调试简单,能够进行电流自动分配。
电路复杂,运放放大器需要负电压供电。
综合考虑,该方案能实现题目要求,方案可行。
2系统设计与分析
2.1总体框架分析
图2总体原理框图
2.2单元电路设计
2.2.1降压电路设计
降压电路部分采用LM2596芯片实现,为后续电路工作提供所需的电源。
如图3所示。
LM2596具有很好的线性和负载调节特性。
由于该器件只需4个外接元件,可以使用通用的标准电感,极大地简化了开关电源电路的设计。
而且具有自我保护电路,输出电压在1.2V~37V可调,输出电流可高达3A,输入电压可达40V。
本系统中LM2596输入DC24V电源,输出
≈8.0V(
=1.23V)
图3LM2596降压电路示意图
2.2.2采样放大电路设计
让两个DC/DC模块的输出电流分别流经两个0.1Ω水泥电阻,然后采样水泥电阻两端的电压,经过运算放大器放大,实现电压采样。
2.2.3A/D转换模块设计
A/D转换模块使用ADC0804实现,ADC0804从采样电路得到信号后将其转换为数字信号并提供给51单片。
图4ADC0804数据转换电路示意图
2.2.4控制模块设计
控制部分使用51单片与CD4066结合实现电路的自动控制。
51单片接受到来自ADC0804的信号后,单片机根据收到的两个模块输出电流之和来判断输出电流之比,再通过电子开关控制运放来反馈给电流互补模块来实现电流互补,并按比例输出。
详细控制图见系统总原理图。
2.2.5负电压产生电路设计
负电压产生电路使用LM2596完成,产生一个-5V电源给运算放大器供电。
3理论分析与计算
3.1DC/DC变换器稳压
DC/DC变换器稳压模块选用的芯片是LM2596,它是一款降压型开关电源芯片,内部集成PWM控制电路,通过接收到第四引脚的反馈来调节占空比,输出端由电感和电容虑波,从而输出稳定的DC-8V电源。
3.2电流电压检测
电流检测是由电流经过0.1欧的水泥时电阻两端产生的压降△U=I*0.1,然后再经过运放来进行放大20倍,最后经过电压跟随器出来的电压虑波后输给AD0804读取电流值。
3.3均流方法
ADC0804将模拟信号转换为数字信号并传输给单片机,经单片机运算后转换成电流,单片机根据收到的两个模块输出电流之和来判断输出电流之比,再通过电子开关控制运放来实现电流调节,实现按比例输出,在电流1A以下,可自动调整为1:
1电流输出;
在1A~1.5A之间实现1:
2电流输出;
在1.5A~3A之间,可以手动调节使电路输出电流为任意比;
在3.5A~4.5A时,在控制下自动恢复到自动控制模式,并以1:
1输出电流;
当电流大于4.5A时,单片会控制相应开关断开电路,起到自动过流保护。
3.4过流保护
过流保护以51单片为核心,通过采样输出电流给A/D变换电路,然后将变换得到的数据传输给51单片,由51单片计算、判断输出电流的值,若大于4.5A则给LM2596的EN端一个高电平信号,使其停止输出,达到过流保护的目的,当系统检测到电流小于4.5A时恢复输出。
如图5所示。
图5过流保护原理图
4软件设计
程序流程图如图5所示。
图5程序流程图
5系统测试
5.1测试仪器
测试使用的仪器设备如表1所示。
表1测试使用仪器与设备
序号
仪器名称
主要技术指标
1
直流可调稳压电源
0V-30V
2
数字万用表
3位半
3
指针万用表
500mA
5.2测试方法
接入负载(变阻箱)后接通电源,调节负载至需要阻值,用万用表测试输入电流、电压与输出电流、电压,并计算系统效率,具体数值见测试数据。
5.3测试数据
a.基本要求:
(1)调整负载电阻在2欧姆,输出总电流是4A,I1=2A,I2=2A
U0(V)
标准
△U0(V)
7.8
8.0V
0.2
(2)效率测量
输入电压(V)
输入电流(A)
输出电压(V)
输出电流(A)
效率
24
1.81
4
71.82%
(3)调整负载,输出电流总和I0=1.0A
U0
标准U0
△U0
8.04V
8V
0.04V
I1
标准I1
|△I1/500mA|
498mA
0.4%
I2
标准I2
|△I2/500mA|
508mA
1.6%
(4)调整负载,输出电流总和I0=1.5A
7.88V
0.02V
496mA
0.8%
|△I2/1000mA|
1009mA
1000mA
0.9%
b.发挥部分
(1)调整负载电阻,输出电压U0=8.0±
0.4V
I0(A)
I1:
I1(A)
|△I1/I1|
I2(A)
|△I2/I2|
理论值
实测值
1.5
1:
0.5
2.0
0.8
1.2
1.18
2.5
1.25
3.0
1.5:
1.8
1.79
0.5%
1.19
3.5
2:
2.33
1.17
1.15
1.7%
(2)调整负载电阻,输出电压U0=8.0±
0.4V,I0=4.0A
|△I1/2A|
|△I2/2A|
1.98
1%
2.01
(4)调整负载电流至电路停止工作。
阈值电流
|阈值电流-4.5A|
4.5A
6结论
本系统能较好的完成基本部分和发挥部分,输出电压8V,均流效果好,误差在±
1.7%以内,工作状态稳定,过流及短路保护准确,具有过热保护功能,转换效率达71.82%。
参考文献
[1]杨素行,《模拟电子技术基础简明教程》,第三版,高等教育出版社,2006年出版。
[2]何希才,《常用集成电路应用实例》,第一版,电子工业出版社,2007年第一次印刷。
[3]全国大学生电子设计竞赛组委会,《全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编2005》,第一版,北京理工大学出版社,2007年第一次印刷。
[4]黄智伟,王彦,陈文光,《全国大学生电子设计竞赛训练教程电子》,电子工业出版社,2005。
[5]黄继昌,乔苏文,张海贵,《电源专用集成电路及其应用》,人民邮电出版社,2006。
附录
系统总原理图
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- 关 键 词:
- 电子设计 竞赛 设计 报告