《恒压源电设报告》word版

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1、数控直流恒压源By杨辉辉陈侠达傅杰摘要本作品采用ST公司的stm32f103rct6开发板为系统处理器，设计并制作的数控直流恒压源，用来稳定输出恒定电压。整个电路由主控处理器、辅助电源、主电路电源组成。电参数的测量由片上AD采样通过处理器滤波完成。整个系统结构清晰，经测试基本完成题目所要求的各项指标。关键词：恒压源电压采样一：系统方案1.方案的论证与比较1)主电路拓补的选择方案一：采用buck变换器。通过PWM驱动外置mos管，控制其导通时间达到降压目的。这是一种降压斩波电路，效率高，电路结构和参数设计简单。方案二：采用同步型降压转换芯片。这类

2、芯片采用同步整流的方式，效率高达90%，只需配置较少的外围电路参数，设计较为简单。综上，由于题目只要求电流达到1A，并且1.2A保护，所以不必用外置mos管(大才小用)。故而选择buck型降压芯片。查找TI的电源芯片知:TPS54335是一款同步降压开关转换器，效率可高达95%，开关频率50K到1.5M可调，通过控制其自身的使能端可进行芯片的保护，故采用方案二。2)辅助电源的选择方案一：采用多路输出的反激式直流变换电路获得+5V的辅助电源。此种形式的辅助电源抗扰动能力强，且带隔离功能，但是效率较低。方案二：利用LM2596系列开关集成稳压芯片产

3、生稳定的+5V电压为系统中的芯片可靠供电。此方案输出的电压纹波较小，且效率极高。综上，为提高系统效率，简化电路设计，且题目中没有要求隔离，因此本设计选用方案二。3)控制系统的选择方案一：采用STM32F103处理器。STM32系列是为要求高性能，低成本，低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。运行速度快，具有丰富的IO口，并且内置3个12位A/D转换器，2个12位D/A转换器。方案二：采用MSP430单片机。其CPU实高效的16位RISC体系结构，处理速度快，拥有内置A/D，可选择低功耗模式。综上，鉴于STM32F103系列单

4、片机功耗更低，运算速度更快，且本设计需要用到较多的IO口资源，故而选择方案二。4）闭环控制方案的选择方案一：通过运放构建的PID调节器来实现输出电压的稳定。这种方案的缺点是控制系统的性能取决于外围电路元件参数的选择,如果PID调节器的参数选择不当，择输出电压难以维持稳定。而且，模拟电路难免受到一定程度的干扰，从而影响系统运行的稳定性。方案二：采用单片机控制的数字PID控制算法，通过单片机系统控制实现输出电压的稳定。数字PID的控制算法易于实现，参数的选取与修改方便。与模拟控制算法相比，数字控制方法灵活性高、可靠性好，抗干扰能力强，同时节省了系统

5、的开发成本、缩短开发周期。综上，软件调节更准确，故选方案二。二：电路设计与理论分析1：DC/DC主拓补电路设定开关频率为300K，故取R2=160K，由于datasheet要求VIN必须通过一个低ESR的旁路电容来与地线隔开，故输入引脚并联多个电容器来降低ESR值。由Vin=25V，Vout=2V,Imax=1.5(1.2A保护，故取最大输出电流大于1.2A)，f=300K取K=0.1，故占空比：D1=Vout/Vin×100%=8%，D2=1-D1=92%周期：T=1/f=3.33×10^-6s电感值：L=(Vout×T×D2)/(2×k×I

6、max)=20uh必须使电感工作在电流连续状态，否则闭环稳压时易振荡，并需留有一定的裕量，故电感值取25uh，在实际设计中需自行调整。降压式开关电源中电容C提供泄放通路，取值要足够大，取C=1000uf，为了减少输出电容的ESR值，采用多个小电容并联，以提高滤波效果。对芯片的COMP引脚设计补偿电路，通过引入一个额外的高频极点来降低高频噪声，确定交叉频率为1/10×f=30K，由datasheet可计算得R4=200k,C19+C20=1.1nf,C8+C9=11pf。2：输出一阶LC滤波电路由于开关电源输出纹波较难减小，故而增加一阶LC滤波电

7、路来有效的降低纹波，在实际测量中发现纹波频率为1.5K左右，故取LC滤波电路的截止频率为1.5K。fc=1/(2×3.14×√LC)取L=47uh,算得C=300uf，取C17=10nf。在最初制作电路板时LC滤波电路可先不焊接，等观测到实际纹波情况时在灵活得选择LC参数。3：电流检测电路采用高边电流采样。由于高边电流采样要求放大器必须具备大动态输入范围以及高共模抑制比，故采用TI专用的高边电流采样芯片INA282，将串联在正极的采样电阻R11两端的电压转化为单端电压，供控制电路使用。INA282的增益为50，故反馈电压为：V=50×R11×I

8、o考虑到STM32单片机的ADC采样范围为0~3.3V，故取R11=0.05R，满载时功耗为50mw，损耗很小。4：电压反馈环路输出电压检测电路采用电