数控稳压电源设计方案

目录数控稳压电源设计方案...................................................................................................................2一、设计方案论证...........................................................................................................................2一．DC-DC主回路拓扑的方案选择..........................................................................................2二．控制方法的方案选择...........................................................................................................3三．电流工作模式的方案选择.................................................................................................4二、详细软硬件分析.......................................................................................................................5一．整体设计：.........................................................................................................................5三、电路设计与参数计算...............................................................................................................61、电源主电路设计.....................................................................................................................62、控制与计算...........................................................................................................................10四、单片机软件设计.....................................................................................................................111.设计目的.................................................................................................................................11结论................................................................................................................................................12参考文献.........................................................................................................................................12附件................................................................................................................................................13一．线性电源电路，BUCK电路，BOOST电路原理及分析：................................................13二.芯片的原理及应用：...........................................................................................................13三．MOS管IRF3205特性：.....................................................................................................15四．仿真数据图像汇总：.........................................................................................................15数控稳压电源设计方案摘要本系统以8位ATMEGA8作为主控制器，主电路采用buck降压电路，保证系统效率、电压控制精度、电压调整率和负载调整率。系统具有限流保护功能，HD7279键盘输入输出，以及LCD显示等多种功能。系统采用闭环控制可以稳定输出电压或电流。本系统功能完善，达到了输出电压3—9.9V，输出电流最小500mA,电压值精确到0.05V，由键盘控制电压步进增减，步进值0.1V，由AD采样，串联高精度电阻读出电流，电流分辨率1/256A,显示精度2位，芯片程序控制，关机后开机电压不变等各项设计指标。AbstractThisdesignfiguredthe8-bitatmega8asthehardcore.ThemaincircuituseBuckcircuitasthemainloopinthispaper,toensuretheefficiencyofthesystem,thevoltagecontrolprecision,thevoltageadjustmentrate,andtheloadadjustment.Thecurrent-limitingmodeandkeyboardinputandoutput,LCDdisplayareapplied.Itusedclosedcycletostabilizeoutputvoltageorcurrent.Thissystemhascomprehensiveperformance,andmetallrequirements.一、设计方案论证本题中直流部分的主电路有多种结构，主电路结构的选择是本设计的核心问题之一。一．DC-DC主回路拓扑的方案选择DC-DC变换有隔离和非隔离两种。输入输出隔离的方式虽然安全，但是由于隔离变压器的漏磁和损耗等会造成效率的降低，而本题没有要求输入输出隔离，所以选择非隔离方式，具体有以下几种方案：方案一：buck电路形式。开关管V1受占空比为D的PWM波的控制，交替导通或截止，再经L和C滤波器在负载R上得到稳定直流输出电压Uo。只要电感电容选择合理，能达到题目要求的3-9.9V，且输出电压Uo呈现连续平滑的特性。（见图1）图1图2图3图4方案二：boost电路形式。并联开关电路原理与串联开关电路类似，但此电路为升压型电路，开关导通时电感储能，截止时电感能量输出。该电路属于升压型电路，达不到题目要求的3-9.9V的输出电压。（见图2）?方案三：串并联开关电路形式。实际上此电路是在串联开关电路后接入一个并联开关电路（BUCK结合BOOST实现既可以升压又可以降压）。用电感的储能特性来实现升降压，电路控制复杂。（见图3）以上三种方案属开关电源。采用纯开关电源（AC-DC变换器）。开关稳压电路控制功率晶体管或MOS-FET工作在开关状态，截止时无电流，导通时饱和压降很小，所以管耗也很低，大大提高了电源的效率，其效率可达70%~95%。但其纹波电压较高，控制电路复杂，制作难度高、周期长。方案四：使用纯线性稳压电源。这种电源的输出以线性调整晶体管为基础，利用晶体管的电流放大作用增大负载电流，在电路中引入深度电压负反馈，是输出电压稳定。通过改变反馈网络设定参数使输出电压可调，在次基础上引入电流设定和电流反馈电路既可实现稳流功能。该方案结构简单、技术成熟、调节方便，但调整管集电极始终消耗功率。特别是在负载电流较大且输出电压较低时，调整管自身的功耗很大、效率很低，既浪费能源，又使调整管产生很高的温度。总之，线性电源调整管工作在放大状态，发热量较大，效率低（35%左右），需要加体积庞大的散热片。本题只需要降压，考虑到效率问题，采用开关buck稳压电路,同时为了减小纹波可引入线性稳压方法，即采用开关型稳压电路和线性稳压电路相结合的方法。直流电源的前级采用降压式开关电源（DC—DC变换器），提高其工作效率，后级采用线性稳压电路以减小纹波电流、提高电路的稳定性，而且便于控制。这样还可以减少设计制作难度。故本设计采用此方案。二．控制方法的方案选择方案一：使用基准源加线性电位器。可以实现基本设计任务，电路简单，电压连续可调，但是无法实现数控操作。方案二：使用基准源加数字电位器。此种方案与方案一原理相同，电路简单，数字电位器可实现数控操作，但是数字电位器位数有限，电路电压无法精确调节。D1231AR1R2R0VinGNDGNDUoUzQ1NPNQ2NPNRP方案三：使用基准源加DAC。DAC精度可以做到很高，12位DAC电压可精确到小数点后3位甚至更高，并且不需要自己实现调节算法，调节过程由硬件实现，编程简单，并且容易达到较高指标。方案四：采用ADC+单片机+PWM波输出，单片机软件实现控制算法。PWM波控制功率晶体管或MOS-FET工作在开关状态，截止时无电流，导通时饱和压降很小，所以管耗也很低，大大提高了电源的效率，其效率可达70%~95%。根据A/D后的反馈电压程控改变占空比，使输出电压稳定在设定值。负载电流在康铜丝上的取样经A/D后输入单片机，当该电压达到一定值时关闭开关管，形成过流保护。//但其控制电路相对复杂，制作难度高，编程工作量较大，调节过程全由软件实现，调节效果的提升需要反复调试。鉴于上面分析，选用方案四。决定采用恒频脉宽调制控制器UC3832，这个芯片可推挽或单端输出，工作频率为1--300KHz，输出电压可达40V,内有5V的电压基准，死区时间可以调整，输出级的拉灌电流可达200mA，驱动能力较强。芯片内部有两个误差比较器，一个电压比较器和一个电流比较器。电流比较器可用于过流保护，电压比较器可设置为闭环控制，调整速度快。三．电流工作模式的方案选择方案一：电流连续模式。电流连续工作状态，在下一周期到来时，电感中的电流还未减小到零，电容的电流能够得倒及时的补充，输出电流的峰值较小，输出纹波电压小。方案二：电流断续模式。断续模式下，电感能量释放完时，下一周期尚未到来，电容能量得不到及时补充，二极管的峰值电流非常大，对开关管和二极管的要求就非常高，二极管的损耗非常大，而且由于电流是断续的，输出电流交流成分比较大，会增加输出电容上的损耗。由于对于相同功率的输出，断续工作模式的峰值电流要高很多，而且输出直流电压的纹波也会增加，损耗大。鉴于上面分析，本设计采用方案一。1.4提高效率的方案选