4 调研报告

4 调研报告 湖南文理学院芙蓉学院 题 目 一种高精度直流开关电源的设计 学生姓名 卜 莎 学 号 07210139 专业班级 自动化 0701 指导老师 曹 玲 玲 2011 年 12 月 25 日 1一种高精度直流开关电源的设计 1.课题介绍 1.1 课题主要目标任务 1.了解稳压电源的发展方向。 2.完成一种开关直流电源的设计， 系统实现输入电压 220V 市电， 输出直流12V。 采纳闭环限制系统， 完成系统硬件及软件设计。 硬件设计包括主电路， 限制电路， 检测及采样电路， 开关管驱动电路， 协助电源电路， 以及爱护电路。 3.通过设计， 培育学生的自学实力， 综合运用学问的实力及创新精神。 通过对系统软硬件的设计与实现， 提高独立分析问题和解决问题的实力， 并使学生驾驭直流开关电源的基本工作原理和设计方法。 1.2 系统设计的技术要求 1.设计方案正确， 具有可行性。 2.给出系统关键元器件及关键电路结构的选择方法。 3.绘出系统总体硬件结构框图， 及系统 PROTEL 电路总图。 4. 运用 DSP 试验箱完成相关软件调试。 5.论文要求 语言表达清晰、 有条理； 内容逻辑性强； 电路图绘制正确、 清晰； 软件要有具体注释， 图表规范； 报告字数及格式等符合规定要求。 1. 3 工作原理概述 本直流开关电源系统有开关电源的主电路和限制电路两部分组成， 主电路主要处理电能， 限制电路主要处理电信号， 采纳负反馈构成一个闭环自动限制系统。 开关电源采纳 PWM 限制方式， 通过给定量和反馈量的比较得到偏差， 并通过数字 PID 调解器限制PWM 输出， 从而限制开关电源的输出。 其中， PID 调解和 PWM 输出都由 DSP 系统采纳软件限制。 21.4 直流开关电源的组成部分和系统原理图简介 图 1 开关电源 DSP 实现设计框图 其基本工作原理 三相工业电经过 EMI 滤波后输入变换器， 首先经过一次不行控整流， 得到较为粗糙的一次直流， 然后高频逆变电路， 得到沟通电压， 经过高频变压器隔离， 最终再经过二次不行控整流和滤波电路， 得到高质量的二次直流电。 限制电路中，通过电压检测及反馈电路， 将电压信号送入 DSP 的 A/D 转换器得到采样二进制值与同样经 A/D 转换器得到基准电压二进制值进行比较调整， 然后限制 DSP 占空比 D， 进而影响功率开关管的通断， 并刚好调整高频变压器的输出， 从而限制电压的稳定。 1） 输入电网滤波器 消退来自电网的各种干扰。 同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散而污染电网。 2） 输入整流滤波器 将电网输入的沟通电进行整流滤波， 为变换器供应纹波较小的直流电压。 而且， 当电网瞬时停电时， 滤波电容器储存的能量尚能使开关电源输出维持肯定的时间。 3） 高频开关变换器 把直流电压变换成高频沟通电 4） 输出整流滤波 将变换器输出的高频沟通电压滤波得到须要的直流电压。 同时还防止噪音对负载的干扰。 5） 限制电路 检测输出直流电压， 与基准电压比较， 进行隔离放大， 调制振荡器EMI 滤波器 整流 滤波 高频变压整流滤波电路直流电源 过压爱护 协助 电源 PWM 调制器误差 比较 基准电压 采样电压 3输出的脉冲宽度， 从而限制变换器以保证输出电压的稳定。 6） 爱护电路 在开关电源发生过电压、 过电流或短路时， 爱护电路使开关电源停止工作以爱护负载和开关电源本身。 7） 协助电源 整个电源电路设计要用到一些芯片， 而这些芯片都须要单独供电， 为限制电路和爱护电路供应满意肯定技术要求的直流电源以保证它们工作稳定牢靠。 2. 课题文献综述 1.基于高性能单片机的功率直流开关电源设计 1） 作者 汪超 2） 摘要 本文是基于高性能单片机限制的功率直流开关电源设计， 先介绍了 该电源的原理和整体设计方案， 其次介绍了部分关键电路的硬件设计， 采纳软件的方式实现了功率直流电源的数字限制， 给出了主程序及部分关键部分的程序流程图， 该电源具有连续可调， 精度高， 电路简洁操作敏捷等优点。 开关电源主要的限制方式是采纳脉宽调制集成电路的输出 PWM 脉冲， 采纳模拟 PID 调整器进行脉宽调制， 这种调制方式存在肯定的误差， 而且电路比较困难， 本文设计了一种以 ST 公司的高性能单片机 PSD3354为限制核心的输出电压大范围连续可调的功率开关电源， 由单片机干脆产生 PWM 波，对开关电源的主电路进行数字限制， 电路简洁， 功能强大。 3） 主要工作原理 本功率直流电源系统由开关电源的主电路和限制电路组成， 主电路主要处理电能， 限制电路主要处理电信号， 采纳负反馈构成一个自动限制系统。 开关电源采纳 PWM 限制方式， 将输入信号和反馈信号进行比较得到偏差， 并通过数字 PID限制器限制 PWM 输出， 从而限制开关电源输出。 其中 PID 调整和 PWM 输出都采纳单片机系统软件限制。 2.高效多路直流开关电源 1） 作者 赵淑杰， 张艾民， 尤权明， 梁永信 2） 摘要 本文介绍一种新型的直流开关电源， 该电源是一种直流电压输入， 三种直流电压输出， 并能够达到相当高的效率， 且适用于数字化设备的无人值守站台。 目前开关电源主要运用的PWM， 运用这种技术的电源有两种问题。 第一是只有在满载时才能保证高效率， 负载越小， 效率越低。 电源设计时都要留出肯定的余量来保证工作的牢靠性， 这样实际运用时很难保证达到高效率。 其次是带载启动实力差， 即带负载启动时， 4常常会出现开关电源振荡不起来， 由此产生的结果是开关处于导通状态时， 形成的输入电流很大， 如不刚好关闭就会造成前端供电设备电瓶和开关电源设备的彻底毁环。 这就急需一种新型开关电源（DCDC转换器） 来解决这一问题。 3） 主要工作原理 高效多路开关电源是将一种电压转变成三种电压， 既有降压、 升压、 反压。 该设备在轻载时和重载时的状况下都有较高的效率， 并且带载启动率可达到100 ， 在这种设备的设计中采纳了 独特的脉冲限流型脉冲频率调制（PFM）， 这种技术是脉冲频率调制（PFM） 和脉冲宽度调制（PWM） 的结合， 并