大学生电子设计大赛LED照明用不间断恒流电源.docx
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大学生电子设计大赛LED照明用不间断恒流电源
大学生电子设计大赛
(J题)
《LED照明用不间断恒流电源》
(高职高专组)
参赛学生:
指导老师:
学校:
院系:
时间:
摘要02
一、方案设计与论证03
1主控电路03
2、显示电路03
二、电路与程序设计03
1电路总体框图03
2、单元电路的设计03
三、分析与计算及改进04
1整流滤波后电压的大小04
2、提高效率的方法05
四、测试方案与测试结果05
1测试仪器及设备05
2、测试结果分析05
五、结论06
六、参考文献06
附录07
1MSP430F14最小系统原理图07
2、电路总体框图07
3、降压电路原理图08
4、升压电路原理图08
5、LED驱动电路原理图08
6、备用电源欠压保护电路设计框图09
7、自动调光电路设计框图09
&EMI抑制电路设计09
摘要
本系统有主电源和备用电源两部分,主电源和备用电源能进行自主切换并实现
恒流输出,电源具备短路保护和欠压保护功能。
系统以MSP430F14单片机为主控制器结合变压器、整流滤波、DC-DC变换、A/D模块ADS1251电压信号采集、D/A模块DAC8522俞出数字信号实现LED亮度自动调节。
12864液晶实时显示数据,本系统较好的完成了设计任务的基本要求和发挥部分的要求,在部分电路的设计中优于设计指标。
关键字:
MSP430F14单片机、12864液晶屏、DAC8522ADS1251UDC-DC变
换
一、方案设计与论证
1、主控电路
根据要求,我们拟定了以下两种方案并进行了综合的比较论证,具体如下:
方案一:
采用89C52单片机操作简单,价格低廉,运用技术成熟,应用范围广泛,可以实现要求的一些基本功能。
但考虑该单片机功耗相对较大,运算速度较慢,所以我们不采用这种方案。
方案二:
控制器模块采用MSP430F14单片机作为控制芯片,MSP430F14芯片具有功耗低、运算速度快、精度高、I/O口丰富等特点,适合多个外部中断处理,片内集成12位ADC采样速率高。
方案选择:
综合以上考虑,我们选择方案二。
MSP430F149单片机最小系统图
(见附录)
2、显示电路
方案一:
用数码管进行显示。
数码管显示速度快,操作简单,显示效果简洁明了。
但是不能显示字母和汉字,显示内容较少,人机关系较差。
而且需要单片机实时扫描,占用单片机CPU内存多。
方案二:
1602字符液晶,只能显示两行字母和数字,使用不便。
方案三:
12864图形液晶,内带中文字库,可直接显示中文,多种显示模式,使用方便。
方案选择:
综合以上考虑,我们选择方案三。
采用12864液晶,操作简单,可直接用MSP430F14单片机10口控制。
12864液晶使用ST7920控制器,5V电压驱动,带背光,内置8192个16*16点阵、128个字符(8*16点阵)及64*256点阵显示RAM与外部CPU接口采用并行或串行两种控制方式。
二、电路与程序设计
1、电路总体框图
(见附录)。
2、单元电路的设计
2.1降压电路
降压电路(该原理图见附录)采用降压芯片LMK2596SS行降压,该电路为变压器次级输出的20V交流电经过整流、滤波后通过DC-DCt路降压到8V,最大电流为1A。
2.2升压电路:
升压电路(该原理图见附录)采用升压芯片XL6009进行升压,当主电源断电后,备用电源(3V-4.2V)经过升压电路升压后,输出电压为8V,输出电流最大1A。
2.3LED驱动电路设计
该电路(原理图见附录)采用大功率CMO管IRF840进行设计,将RP1调整到适当的位置,通过调整电位器RP2能使IRF840漏极电流在300Ma~500m内恒流输出。
2.4备用电源欠压保护电路设计
该电路利用单片机对备用电源电压进行采样,当采样值低于3V时单片机动作
控制继电器断开,使备用电源与升压电路断开,用以保护蓄电池。
2.5短路保护电路
在220v输出电路中加有自恢复保险丝来保护电路,当后级电路中发生短路情况后,保险丝会自动切断电路,当电路正常后,保险丝会自动恢复畅通,正常工作。
2.6自动调光电路设计
自动调光电路采用光敏电阻作为感光元件,利用光敏电阻的采取的感光强弱来转换成高低电平信号,使用模数转换芯片ADS1251U将电压信号采回到单片机,当光照强度较高时,单片机控制设置的负载电流为500mA让LED亮度可随环境光线增强而自动降低。
2.7开机冲击电流
开机冲击电流采用热敏电阻串联在电源输入端,温度较低时电阻很大,随着电
阻发热温度升高,电阻逐渐变小,达到抑制开关冲击电流过大的目的。
2.8EMI抑制电路设计
本电路是利用电感和电容的特性,使频率为50Hz左右的交流电可以顺利通过
滤波器,但高于50Hz以上的高频干扰杂波被滤波器滤除,这就使开关电源产生的高频谐波被滤掉而不会污染电网。
三、分析与计算及改进
1、整流滤波后电压的大小
用20V的交流变压器将220V市电变压并整流后直流电压为U,经滤波后的电压为U1,贝
U1=U*1.2=24V
考虑在全波整理信号滤波之前加入校正电路,可以有效的改善整流滤波后交流电
的纹波,可以提高滤波后的电压值,进而改善电路的功率因数。
2、提高效率的方法
在设计电路中选择合适的开关器、变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件,以及供电输入端和负载端,尽可能使用最少的元器件,降低开关频率;控制
电路尽可能使用数字方法实现等都可以有效地提高系统的效率。
四、测试方案与测试结果
1、测试仪器及设备
(1)工频变压器
(2)RigolDM3052台式数字万用表
(3)RigolDP1116A可编程线性直流电源
(4)DT9205A数字万用表
(5)RigolDS1302CA高性能数字示波器
2、测试结果分析
在输入电压220v、50HZ电压变化范围+15%~20条件下,变压器次级输出的20V
交流电经过整流桥、滤波后通过DC-DC电路降压到8V,最大电流为1A。
测试结果
分析如下表:
测试次数
输入电压(v)
输出电压(V)
输出电流(A)
1
176
7.98
0.98
2
186
7.98
0.98
3
196
7.99
0.99
4
206
7.99
0.99
5
216
8.0
1.0
6
226
8.0
1.0
7
236
8.0
1.0
8
246
8.01
1.01
9
253
8.01
1.01
当主电源断电后,备用电源(3V-4.2V)经过升压电路升压后,输出电压为8V,输出电流最大1A。
从下表两次测试结果可以得出:
当电池电压低于3V时升压电路关断,输出为0V,静态电流在20uA到50uA之间。
A当升压电路输入电压在3V~4.2V内测试数据下:
测试次数
输入电压(V)
输出电压(V)
输出电流(A)
1
3.0
7.98
0.98
2
3.1
7.98
0.98
3
3.2
7.98
0.98
4
3.3
7.99
0.99
5
3.4
7.99
0.99
6
3.5
7.99
0.99
7
3.6
8.0
1.0
8
3.7
8.0
1.0
9
3.8
8.0
1.0
10
3.9
8.0
1.0
11
4.0
8.0
1.0
12
4.1
8.0
1.0
13
4.2
8.0
1.01
B、当输入电压小于3V时,测试结果如下
测试次数
输入电压(v)
输出电压(V)
静态电流(ua)
1
2.0
0.0
0
2
2.1
0.0
0
3
2.2
0.0
0
4
2.3
0.0
1
5
2.4
0.0
2
6
2.5
0.0
2
7
2.6
0.0
3
8
2.7
0.01
5
9
2.8
0.01
5
10
2.9
0.01
6
五、结论
本系统利用MSP430F14单片机控制,结合数模和模数转换、液晶显示等外围电路,经过我们四天三夜的设计与制作,完成了题目的基本要求与发挥要求,并在此基础上加入了我们自己的想法。
在制作过程中我们遇到了一些困难,曾一度陷入困境,但通过团队的共同努力,从各个方面仔细分析,多角度思考,终于解决了所有问题,圆满的完成了作品,提高了我们分析及解决问题的能力,同时也深刻的体会到了共同协作和团队精神的重要性,使我们获益匪浅。
六、参考文献
【1】秦增煌•电工学模电部分(第七版)•北京.高等教育出版社,2009年
【2】谭浩强.C程序设计(第四版)•北京.清华大学出版社,2010.
TI器件设计方法.北京.
【3】黄根春等编著.全国大学生电子设计竞赛教程一一基于
电子工业出版社,2011年
【4】胡大可.,MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用.北京航空航天大学出版
社,2001年
附录:
1、MSP430F14最小系统原理图
图1
2、电路总体框图
f1、
f
r1
AC
变
1
抑
保
220v
■
压
制
*
护
■
50Hz
器
电
电
JJ
路
路
L.J
功率因数控制、电路
LED
LED
驱动
电源
电流
降压电路
检光
电路
开关控制
=>
r
Lr
备用电源
Lj
检测电压
升压电路
r——1
DAC
ADC]
L_/
L)
检
测
电
流
5、
6、
3、降压电路原理图
图3
4、升压电路原理图
图4
5、LED马驱动电路原理图
图5
6、备用电源欠压保护电路设计框图
MSP430F149单片机
图6
7、自动调光电路设计框图
&EMI抑制电路设计
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- 大学生 电子设计 大赛 LED 照明 不间断 流电