开关稳压电源报告.docx
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开关稳压电源报告.docx
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开关稳压电源报告
数显稳压电源
摘要:
电路为一主控芯片为TL494控制的开关电源,系统通过TL494控制输出电压2.5~15V可调,系统通过单片机控制TL494二脚分压从而控制输出开关脉冲的占空比,从而控制输出电压的大小,另外系统采用C8051F330D作程序控制,从而实现系统输出电压的程序控制。
电路中采用CH452和数码管做输出电压和电流显示。
一.方案设计
方案一
采用TL494作为开关管主控芯片,C8051F330D作为程序控制芯片,CH452作为数显驱动芯片。
方案二
采用MC34063作为开关稳压器,C8051F330D作为程序控制芯片,CH452作为显示驱动。
方案三
采用LM2575作为开关管主控芯片,C8051F330D作为程序控制芯片,CH452作为显示驱动。
二.方案对比
方案一采用TL494作为开关管的主控芯片,采用C8051F330D作为程控芯片,由于C8051F330D中带有10位的A/D转换器和一个10位的电流型D/A转换器,足够满足电路中的精度要求,另外电路相比于AT89S51即经济又简单,而TL494为一相当成熟的开关管控制芯片,用TL494控制的开关管控制电路相对也较简单。
且电路效率足可以满足电路的设计要求70%。
方案二采用MC34063作为开关稳压器,C8051F330D作为程序控制芯片,MC34063为八脚DIP封装芯片,电路只需少许元件即可实现相应的要求,另加之该芯片使用较普遍,有相应的电源设计软件,设计起来也较方便。
方案三采用LM2575作为开关稳压器,C8051F330D作为程序控制芯片,LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路,它内含固定频率振荡器(52kHz)和基准稳压器(1.23V),并具有完善的保护电路,包括电流限制及热关断电路等,利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路,而且电路很容易实现电路设计。
综上搜述,方案二和方案三相对也较简单,而且实现电路的一些扩展相对于方案一也较容易,点考虑到电路要实现程控和设计时间,电路设计成功的几率等几方面的原因,最终确定采用方案一进行电路设计,应为TL494相对于LM2575和MC34063前者我们比较熟悉,从而可以缩短电路的实际时间,更增加了电路的成功机率。
三.电路设计及可行性论证
1.电路总体框图
2.开关电源电路设计
开关电源采用TL494作为开关管脉冲控制,配合开关管和电感,电容,续流二极管组成的降压斩波电路一起构成开关电源的主题部分。
开关电源总体框图如图
(1),电路如下图(3)。
此电路的工作过程,电路中国的输出电压改变是通过调节电路中TL494的14脚的电位器来调节的,其调节原理就是改变TL494的二脚分压来控制TL494输出脉来控制开关管,从而来控制输出电压的线性变化。
2.1电压稳定环节
图(3)中的R24和R23组成分压电路,将R23上的电压送到TL494上,从而控制开关脉冲,起到稳定输出电压的作用。
2.2电流检测环节
本系统采用一0.1欧姆的电阻进行电流的检测控制,当过流是0.1欧姆电阻上的电压增大,从而使TL494的15脚的电压升高,这时TL494产生的脉冲受15脚的电压控制从而起到过流和电流检测的作用。
电流电路如图
(2)
图
(1)
图
(2)
图(3)
3.显示电路
显示电路采用CH452进行驱动,CH452为数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片,CH452内置时钟振荡电路,可同时驱动位数码管,其与单片机的连接采用串口连接方式,节约了单片机的资源。
电路中用CH452的SEG0---SEG7作为段驱动,DIG0---DIG7作为位驱动。
其与数码管的连接电路图如图(4)
图(4)
4.键盘连接电路
因为本系统为程序控制的开关电源,所以电路中键盘是必不可少的,系统中在C8051F330D的P1.0----P1.3接了四个按键,这四个按键的作用是实现电压的粗调和细调,其中与P1.0相接的按键为粗调增加按键,步进为1V,与P1.1相接的按键为细调增加按键,步进为0.05V。
与P1.2相接的按键为粗调减小按键,步进也为1V,与P1.3相连接的按键为细调减小按键,步进也为0.05V.其与单片机连接的电路如图(5)。
图(5)
5.程控部分设计
本系统中采用程序控制,则A/D转换器和D/A转换器则是必不可少的,由于我们采用C8051F330D作为程控芯片,其内部含有10位的A/D转换器和D/A转换器,足可以满足电路中的精度要求。
所以我们就采用C8051F330D内部的资源,电路相对也较简单。
其中C8051F330D的P0.0脚作为D/A转换器的输出,P1.4和P1.5作为A/D转换器的输入,其中P1.4为电压采样端,P1.5为电流采样端。
四.主要元器件介绍
1.C8051F330D简介
C8051F330D为新华龙公生产的与单片机完全兼容的控制芯片,其内部含有10位A/D转换器和D/A转换器,最大的特点是C8051F330D提供全实时的在线调试功能,便于程序的调试修改,提高了编程效率。
同时C8051F330D具有768字节的内RAM和4KB的ROM,17个I/O接口,4个16位的通用定时/计数器。
相对于AT89S51具有良好的优越性。
供电电压2.7---3.6V.
2.CH452简介
CH452是数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片。
CH452内置时钟振荡电路,可以动态驱动8位数码管或者64位LED,具有BCD译码、闪烁、移位、段位寻址、光柱译码等功能;同时还可以进行64键的键盘扫描;CH452通过可以级联的4线串行接口或者2线串行接口与单片机等交换数据;并且可以对单片机提供上电复位信号.此芯片位28脚DIP封装。
供电电压为5V.
3.TL494简介
fosc=1.1/RTCT
TL494是一种固定频率脉宽调制电路,它包含了开关电源控制所需的全部功能广泛应用于单端正激双管式,半桥式,双桥式开关电源。
本系统采用PDIP-16封装形式。
其内部含有锯齿波振荡器,通过外接一个电容和一个电感来进行调节,其振荡频率计算如下:
注:
RT.CT为外接的电阻和电容。
TL494内置功率晶体管可提供500mA的驱动电流,具有推和拉两种输出方式,最大工作电压为42V,本系统工作电压为20V+20%,最大功耗为1000mW,额定工作环境温度不超过40℃。
五.电路中一些元器件参数的确定
1.采样电路中电阻的选择
采样电路中的采样电阻R23和R24的选定,由于电路中采样点电压在输出电压最大时的电压值为2.2V,则可由下式计算其分压比:
R23/(R23+R24)=15/2.2
则R23/(R23+R24)≈6.82
则当R23取1.1KΩ时
R24≈6.4KΩ
故R24取7.8KΩ后再串接一1KΩ的可调电位器,便与准确调节。
2.电流检测电路中的运放选择
电路中的运放采用通用运放LM358,且LM358接成单电源供电的反相比例运放,应为电流检测电阻R22对地的检测到的信号极性为反极性,而A/D转换器只能检测到正极性的信号,所以运放接成反相比例运放。
应为当电流为1A时R22上的电压为0.1V,要使其输出3V的电压,则电阻R25和R26阻值的选择如下:
3V=-R25/R26*(-0.1V)
R25/R26=15/1
则当R26选1KΩ时
R25选30KΩ
六.电路调试检测及电路中的各个参数
1.电路电源部分调试
本系统个芯片的供电采用统一的20V的供电,其中TL494直接接20V供电,CH452采用20V电压经电阻分压供给7805进行稳压,理论上7805可以正常工作,但实际供给7805的电压值只有4V左右,故系统不能正常工作,经考虑,决定20V与一250欧姆大功率电阻限流来分压,但由于电阻压降较大,供给电压还是不正常,且消耗的功率较大,发热严重,最终决定由四个150欧姆的电阻两两并联后再串联,经实际验证,电路供电正常,且电阻发热问题也得到了较大的改善。
2.TL494的11脚和8脚所接的一个电阻R14的调节
由于TL494的11脚和8脚与地之间的压降只有0.3V左右,且开关管的发射级电压有0.7V,若忽略的话,R14上的压降就有20V左右,R14上消耗的功率较大,故应选用大功率电阻。
经考虑最终决定选用两个150欧姆3瓦的电阻串联得到300欧姆的电阻来连接。
经验所选电阻工作正常。
七.电路元器件清单
元器件名称封装
参数
数量
C8051F330D
DIP20
1
CH452
DIP24
1
数码管
自定义
共阴极型4位一体
2
TL494
DIP16
1
A117
自定义
3.3V
1
7805
TO-220
5V
1
LM358
DIP8
1
TIP32
TO-220
极限值40V
1
晶振
XTAL1
1
开关
自定义
1
按键
自定义
4
10脚的双排插针
自定义
1
2脚插针
SIP2
2
发光二极管
自定义
1
二极管
DIODE0.4
MR850
1
30pf
RAD0.1
2
0.1UF
RAD0.1
5
10UF
自定义
2
50uf
自定义
2
470uf
RB.2/.4
1
0.01uf
RAD0.1
1
电感
自定义
10mH
1
R1
1K
1
R2
1K
1
R3
1K
1
R4
510
1
R5
200
1
R6
200
1
R7
200
1
R8
200
1
R9
200
1
R10
200
1
R11
200
1
R12
200
1
R13
47
1
R14
300/3W
1
R15
150
1
R16
47K
1
R17
47K
1
R18
5.1K
1
R19
5.1K
1
R20
5.1K
1
R21
1M
1
R22
0.1
1
R23
1.1K
1
R24
7.8K
1
R25
30K
1
R26
1K
1
R27
1K
1
R28
4.7K
1
R29
2K
1
R30
2K
1
RP1
4.7K
1
RP2
1K
1
附录1:
程序框图
附录2:
电路原理图
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