X年全国大学生电子设计竞赛论文模板(修复的)

2014年福建省大学生电子设计竞赛LED驱动并联供电系统设计（E题）组员：叶榕郑伯强陈子峰2014年9月6日I摘要：本系统以STC89C5电路为核心，以UCC28019为主控制器，以LM5017为辅助控制，根据反馈信号对电压做出调整，进行可靠的闭环控制，从而实现最大范围调整输出电流，检测相应的输出电压范围，参数测量显示。同时系统具有输出过流保护和输入欠压保护功能，且可以实现对输入电压、输出电压和输出电流的测量和检测。关键词：电源；功率因数校正；UCC28019；LM5017II目录1．系统方案.........................................................11.1整流方案论证................................................11.2控制系统方案论证............................................11.3隔离电路的论证与选择........................................21.4单片机模块的论证和选择......................................22．系统理论分析与计算...............................................32.1电路的分析..................................................32.1.1Boost变换器..........................................32.1.2PFC...................................................42.1.3隔离电路..............................................72.2电路的计算..................................................82.2.1桥式整流器............................................82.2.2输入电容..............................................82.2.3升压电感..............................................92.2.4升压二极管............................................92.2.5开关元件.............................................102.2.6检测电阻.............................................102.2.7输出电容.............................................113．电路与程序设计..................................................193.1电路的设计.................................................193.1.1系统总体框图.........................................193.1.2主控制子系统框图与电路原理图.........................203.2程序的设计.................................................203.2.1程序功能描述与设计思路...............................203.2.2程序流程图...........................................214．测试方案与测试结果..............................................214.1测试方案...................................................214.1.1硬件测试.............................................214.1.2硬件软件联调.........................................224.2测试条件与仪器.............................................224.3测试结果及分析.............................................224.3.1测试结果(数据).......................................224.3.2测试分析与结论.......................................23附录1：电路原理图.................................................24附录2：源程序.....................................................251LED驱动并联供电系统设计（题）【Z016组】1．系统方案本系统主要由整流模块、主控制模块、隔离模块、单片机模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1.1整流方案论证方案一:采用有中心抽头的整流,可以做到无论正半周或负半周，通过负载电阻R的电流方向总是相同的,这样可以有较高的效率。但在这种整流方式时其电源变压器必须有中心抽头。方案二:采用桥式整流,桥式整流克服了一般整流的利用率不高的缺点。而且,桥式整流电路克服了变压器次级有中心抽头的全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点，只多用了两只二极管。在半导体器件发展快，成本较低的今天，此缺点并不突出.基于上述分析，选择方案二。1.2控制系统方案论证方案一：采用无源功率校正方式(PPFC)，此种方案由无源器件构成功率校正模块,可以轻松简单地实现开关电源的控制，并且可以使输入电流的总谐波含量与基波比降低到30%以下,输入电流总谐波含量及3、5、7等奇次谐波都得到很大改善,功率因数也可以提高到一定程度上。由于在电路中使用串联电感补偿的方法,所以成本相对较低。但无源PFC的缺点是增加的无源元件,一般体积都很大也比较重,校正后的功率因数也不是很高,只能达到0.7～0.8,并且发热量比较大,容易产生工频振动和噪声。2方案二：采用有源功率校正方式(APFC)中的升压变换方式(BoostPFC)，此种方案由有源器件构成功率校正模块,其中,Boost变换器具有电感电流连续,储能电感同时也可作为滤波器抑制RFI和EMI噪声,传导噪声低,电流波形失真小输出功率大,共发射极(或源极)使得驱动电路简化.使用此方案可以很方便地在程序中实现对电源的调节，减少了硬件电路。基于上述分析，选择方案二。1.3隔离电路的论证与选择方案一：使用光耦隔离，对输入输出电信号有良好的隔离作用。使用多用，途广泛，但是传输延迟较大，。方案二：LM5017可为隔离式输出提供出色的调整。与传统反激式电路相比，此设计具有板尺寸更小、BOM最低、无需光耦合器等特点。此款设计非常适合需要偏置电源的应用。综合考虑采用方案二。1.4单片机模块的论证和选择方案一:采用凌阳的16位单片机进行数据测量。凌阳的16位单片机具有丰富的资源、指令周期短、工作速率快、低功耗、低电压、可编程音频处理等优点，完全适合于对开关电源的控制。方案二:采用STC89C52单片机进行测量。STC89C52虽然处理速度和所拥有的资源上不如凌阳单片机,然而其基本能够完成一些简单的数据处理.其运算速度已经可以满足控制开关电源的需求,而且具有价格低廉、使用简单等优点。基于上述分析，选择方案二。32．系统理论分析与计算2.1电路的分析2.1.1Boost变换器Boost变换器由Q1、电感L1、二极管D1和输出电容C0组成，原理框图如图1所示：Q1L1D1C0R0R1R2PWMEA+VdcVeaVwmV+VrefV0图1Boost调整器原理框图工作原理：在Vdc和开关管Q1之间串接电感L1，电感的下端通过整流二极管D1给输出电容C0及负载供电。当Q1在Ton时段导通时，D1反偏，L1的电流线性上升直到/1PdcdcIVtL,此时了L1存储了能量2210.5121()PPELILI3-1由于在Q1导通时段输出电流完全由C0提供，所以C0应选得足够大，以使在Ton时段向负载供电时其电压降低能满足要求。Q1关断时，由于电感电流不能突变，L1的电压极性颠倒，L1异名端电压相对同名端为正。L1同名端为Vdc且L1经D1向C0充电，使C0两端电压高于Vdc，此时电感储能给负载提供电流并补充C0单独向负载供电时损失的电荷。若Q1下次导通之前，流过D1的电流已下降到零，则认为上次Q1导通时存储于L1中的能量已释放完毕，电路工作于不连续模式；反之若电流在关断时间结束时还未下降到零，则由于电感电流不能突变，Q1下次导通时电流上升会有一个阶梯，此时称电路工作于连续模式。4输出电压的调整是通过负反馈环控制Q1导通时间实现的。若直流负载电流上升，则导通时间会自动增加为负载提供更多能量。若Vdc下降而Ton不变，则峰值电流即L1的储能会下降，导致输出电压下降。但负反馈环会检测到电压的下降，并通过增大Ton来维持输出电压恒定。2.1.2PFCUCC28019主要用于AC/DC，如服务器，通讯整流模块，工业电源等。仅用一支8PIN的IC及少数外围元件即可解决问题。外部元件非常简捷。主要特色如下:不用检测线路电压。内部定频在65KHz，易于处理EMI。最大占空比达97%。逐个周期峰值电流跟制。开环检测。UCC28019引脚说明UCC28019采用8-LeadPDIP和8-LeadSOIC两种封装形式，其引脚排列如图8所示，引脚功能介绍如下5图2UCC28019的引脚排列表3.1UCC28019引脚功能说明引脚号引脚符号引脚功能1GND芯片接地端2ICOMP电流环路补偿，跨导电流放大器输出端，引脚的工作电压高于0.6V3ISENSE电感电流检测。该管脚通过对电流检测电阻外接一220电阻可以有效抑制浪涌电流的涌入4VINS交流输入电压检测。当系统交流输入电压高于用户定义的正常工作电压或低于掉电保护电压时，输入掉电保护（IBOP）动作5VCOMP电压环路补偿。该引脚经过外部阻容电路接地，构成电压环路补偿器6VSENSE输出电压检测。BoostPFC变换器的直流输入电压经过电阻分压器采样后接入该引脚，为了滤除高频噪声干扰，该引脚对地外接一个小电容7VCC芯片工作电源。为防止高频噪声对电源的干扰，通常该管脚对地外接一个0.1uF的陶瓷电容，并且尽量靠近UCC28019GNDGATEICOMPVCCISENSEVSENSEVINSVCOMP123487656芯片8GATE栅极驱动。推挽式栅极驱动，可以驱动外部一个或多个功率MOSFET，提供1.5～2.0A电流驱动UCC28019的内部结构和工作原理UCC28019是一款在连续工作模式下，以固定频率工作的具有功率因数校正功能(PFC)的控制芯片，该芯片具有软启动、欠/过压保护、过流保护、开路保护以及峰值电流限制等功能，UCC28019内部结构框图，如图3所示：2gmiM1GainICOMPPWMRAMPM2SQRQOscillator65KHzMinOffTimeM2VCOMPM1SOCEDRFaultLogicIBOPUVLOOLPSQRQCLOCKPCLOVPPre-DriveandclampcircuitVCCGateDriver3VPCL1.08VVSOC0.73V300nsLeadingEdgeBlankingPCLSOCPeakCurrentLimitSo