高效率數(shù)控電源設(shè)計(jì)報(bào)告

1、高效數(shù)控恒流電源摘要隨著低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，提高能源利用率對(duì)工業(yè)和社會(huì)發(fā)展起著重要的作用?；诖吮疚拿枋隽烁咝蕯?shù)控恒流電源的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法，本系統(tǒng)采用DC/DC變換器芯片TPS5430，它是一款高效的電源開關(guān)控制芯片，輸入電壓范圍寬，輸出電流高達(dá)3。以MSP430F247單片機(jī)為主控制器，通過鍵盤來設(shè)置電源的輸出電流，設(shè)置步進(jìn)等級(jí)為1mA，并可由液晶顯示器顯示實(shí)際輸出電流值和負(fù)載功率。本系統(tǒng)還具有開路檢測和過壓保護(hù)功能，可廣泛應(yīng)用于需要高效恒流源的領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：MSP430F247單片機(jī) DC/DC變換器 高效恒流源 AbstractThis paper describes the de

2、sign of high-power LED power supply principle and method to MSP430F247 microcontroller-based controller, DC power through the keyboard to set the output current, set the step level as 1mA, and the actual output current value and load power can be displayed by the LCD . This system uses DC / DC conve

3、rter chip TPS5430, the output power MOS tube can expansion the current . Single Chip Programmable output digital signal, through D / A converter (TLV5618) output analog, through the operational amplifier isolation amplifier, and precision voltage sampling resistor collection enlarged compared to con

4、trol DC / DC converter's feedback side, to achieve the output current control. Output current through the current / voltage changes, the adoption of A / D converter chip, real-time into the analog data, and then analyzed by microcomputer processing, the feedback through the form of data links, s

5、o that current is more stable, it constitutes a stable voltage-controlled current source. Actual test results show that the system output current stability, with the load and ambient temperature changes and high Jing Du, output current error of ± 5mA, output current at 20mA 2000mA Fan Wei can b

6、e arbitrarily set within, output efficiency up to 90 %, and thus the actual applications requiring high stability and high efficiency constant current field. Key words: MSP430F247 MCU DC / DC converter efficiency constant current source 目錄一：方案設(shè)計(jì)與論證1.1總體設(shè)計(jì)方案與比較：方案一：采用以89C51為核心的單片機(jī)系統(tǒng)來控制12位AD7521的數(shù)據(jù)的輸入

7、并將其轉(zhuǎn)換成模擬量輸出同時(shí)單片機(jī)把輸入的預(yù)值電流送數(shù)碼管顯示，再根據(jù)輸出的電壓量來控制電流的變化，此方案的優(yōu)點(diǎn)是輸入的預(yù)值電流信號(hào)穩(wěn)定且避免了大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，缺點(diǎn)是電路效率低。其電路方框圖如圖1.2所示：圖1.2 方案二方框圖方案二：采用開關(guān)電源控制芯片TPS5430，該芯片其內(nèi)部集成110毫歐的MOS開關(guān)管，效率高達(dá)95%，輸出電流最高3A,能夠滿足題目的要求。該芯片固定為500KHZ開關(guān)頻率，可采用較小的濾波電感，電容消除紋波。用單片機(jī)輸出數(shù)字量經(jīng)過D/A變換和采樣比較可以對(duì)輸出電流程控。此方法優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)輸出電流預(yù)置和顯示，而且效率高，所以電路和設(shè)計(jì)采用方案二，其電路方框圖如圖1.2所示

8、：負(fù)載DC/DC變換器 輸入U(xiǎn)i 預(yù)置和輸出顯示MSPF430F247單片機(jī)鍵盤 圖1.2 方案二方框圖二 模塊電路設(shè)計(jì)及比較本系統(tǒng)以MSP430F247單片機(jī)為核心，外圍包括DC/DC變換器模塊，數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，液晶顯示模塊，電流采集模塊。2.1DC/DC變換器模塊TPS5430是一款輸入電壓范圍寬，工作頻率高，轉(zhuǎn)換效率高的直流變換器件，可做升壓和降壓之用，本系統(tǒng)用做降壓輸出，輸出經(jīng)電感電容濾波，可得到穩(wěn)定的電壓，引入電流反饋可得穩(wěn)定電流。電路原理圖如下圖2.1所示圖2.1DC/DC變換器模塊圖2.1TPS5430原理圖2.2數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 TLV5618是TI公司生產(chǎn)的12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片

9、，它采用串行輸入數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化后的模擬電壓可通過2個(gè)通道輸出，采用此芯片可以簡化硬件電路設(shè)計(jì)，而且其轉(zhuǎn)換精度高。其管腳如圖2.2 所示 BIT1BIT12為數(shù)字量輸入，Rfe為模擬量輸出，Vref為參考電壓Vdd為+5V電源。數(shù)模轉(zhuǎn)換公式： （2-1） 例如: BIT1BIT12為（111111111111）且Vref為-5V，則： （2-2） 當(dāng)BIT1BIT12為（100000000000）且Vref為-5V,則： （2-3） 由于該設(shè)計(jì)要求輸出電流步進(jìn)1 0毫安，基與此，本設(shè)計(jì)將采TLV5618 12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。圖2.2TLV5618芯片管腳圖2.3電壓采集與放大模塊考慮溫度和其它因素變化

10、對(duì)電阻阻值的影響，系統(tǒng)采用精密康銅絲為采樣電阻，考慮系統(tǒng)效率因此選擇阻值為0.1歐姆。采樣電壓放大10倍和單片機(jī)給定的電壓通過加法器相加后送給TPS5430的第4腳，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋，能夠保證輸出電流恒定。電路參數(shù)計(jì)算 如下：2.3模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用TLC2543模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，該芯片具有11個(gè)模擬通道輸入端，轉(zhuǎn)換結(jié)果有8位，12位，16位并可編程配置，其轉(zhuǎn)換速率快，線性誤差小。 本系統(tǒng)采用其模擬通道0采集輸出電流，模擬通道1采集輸出電壓。并分別用跟隨器可保證采集的數(shù)據(jù)穩(wěn)定。將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送給單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電流和輸出功率的顯示。轉(zhuǎn)換結(jié)果為12位，滿足系統(tǒng)精度要求，原理圖如圖2.3圖2.3模數(shù)轉(zhuǎn)換

11、模塊2.4單片機(jī)最小系統(tǒng)與液晶顯示和鍵盤連接模塊本系統(tǒng)用MSP430F247為主控制器，該單片機(jī)靜態(tài)工作電流小，功耗低，滿足該系統(tǒng)高效的要求。其P3口作為液晶的數(shù)據(jù)端口，P2口為控制口，P1口高4位為鍵盤接口，原理圖如下圖2.42.5集成運(yùn)放和單片機(jī)供電模塊2.5.1采用TPS5430,通過調(diào)節(jié)反饋電壓，可得到5V的穩(wěn)定電壓，原理圖如圖2.5.1圖2.5.1 5V電源模塊2.5.2 -5V電源模塊，系統(tǒng)采用MC34063電源芯片，得到-5V電壓，原理圖如下圖5.2.2圖2.5.2 5V電源2.53單片機(jī)用3.3V供電，系統(tǒng)用TPS733芯片得到3.3V電壓，原理圖如下圖2.5.3圖2.5.3

12、3.3V電源模塊2.4各單元連接框圖三：軟件設(shè)計(jì)本作品采用IAREmbeddedWorkbench作為開發(fā)軟件，它是以WINDOWS為開發(fā)平臺(tái)，使用時(shí)，先建立一個(gè)工程文件夾，以保存相應(yīng)的工程文件。打開該軟件后，先建立工程文件，然后保存，編輯完目標(biāo)代碼后，點(diǎn)擊編譯運(yùn)行即可實(shí)現(xiàn)軟件仿真。適配好目標(biāo)器件，使用計(jì)算機(jī)并口和GTAG接口，可將代碼下載到硬件進(jìn)行在線調(diào)試。 本作片軟件要實(shí)現(xiàn)的功能是：3.1：軟件設(shè)計(jì)思想3.2：軟件設(shè)計(jì)流程圖3.3：各模塊程序設(shè)計(jì)及相應(yīng)的軟件算法四：系統(tǒng)測試本系統(tǒng)具有輸出200 mA到2000mA的穩(wěn)定電流，可在該范圍內(nèi)預(yù)置，同時(shí)具有+/-10mA的步進(jìn)。4.1測試方案測試

13、儀器：電流調(diào)整率SI的測試：（Io1000mA，負(fù)載為5的條件下測試）；測試結(jié)果如表4.1表4.1輸入電壓 （V）12131415161718實(shí)際輸出電（A）電流變化量Io（mA）電流調(diào)整率SI 負(fù)載調(diào)整率SR的測試：（Ui=15V， Io1000mA，負(fù)載在15條件下測試）測試結(jié)果如表4.2表4.2負(fù)載R（）12345實(shí)際輸出電電流Io（mA） 電流變化量Io（mA）負(fù)載調(diào)整率SR紋波電流測試：測試條件為（Ui =15V，Uo=10V，Io=2000mA）；測試結(jié)果如表4.3表4.3紋波電流測量電流值(mA)交流毫伏表讀數(shù)(mv)示波器讀數(shù)（Vpp）(mV)200500100015002000整機(jī)效率測試：（Ui=15V，Uo=10V，Io=2000mA）；4.2測試儀器4.3測試結(jié)果五：設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過為期四天的設(shè)計(jì)，感觸頗深的是解決問題的方法、技巧。在這四天中，我們遇到許許多多問題，對(duì)待問題要多方法處理，多角度處理。通過這幾天的設(shè)計(jì)競賽，我們不但增強(qiáng)了實(shí)踐能力和協(xié)作精神，而且懂得了聯(lián)系實(shí)際的重要性，這對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)和工作不無裨益。當(dāng)然，我們的設(shè)計(jì)還存在著一些缺陷，有待于在將來