高效直流穩(wěn)定電源new(2)

1、高效直流穩(wěn)定電源（C題）本科組摘要：本系統(tǒng)以可調降壓芯片 TPS5430為核心，以MSP430單片機為主控制 器，根據(jù)反饋信號進行可靠的閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出、穩(wěn)流輸出。通過 控制TPS540的VSNS 端,實現(xiàn)穩(wěn)壓源和穩(wěn)流源輸出大小的控制。電壓檢測部分利用數(shù)字電位器實現(xiàn)穩(wěn)壓的范圍控制，電流檢測電路以TI高精度儀表放大器INA210和LM358組成電流取樣電路。雙向模擬開關實現(xiàn)穩(wěn)流和穩(wěn)壓之間的切 換。MSP430F149實現(xiàn)A/D轉換，1602液晶顯示器顯示出電壓、電流值。實現(xiàn) 了基本部分和部分發(fā)揮部分。關鍵詞：穩(wěn)壓電 穩(wěn)流 TPS5430 數(shù)字電位器Abstract： the sytem

2、 with adjustable step-dow n TPS5430 chip as the core,which is give n priority to with MSP430 con troller,accord ing to the feedback sig nal is reliable closed-loop control,so as to realize stable voltage output,current output.By con trolli ng the TPS5430 VSNS en d,the size of the voltage source and

3、curre nt source output stabilization control.Voltage detecting part using the digital potentiometer voltage range con trol,curre nt detecti on circuit with TI high precisi on in strume ntati on amplifier LM358 and INA210current sampling circuit.Two-way between analog switch to tealize steady flow an

4、d voltage stability.MSP430F149 achieve A/D conv ersi on ,1602LCD shows the voltage and curre nt value .Im pleme nts the basic parts and play a part.Keyswordsstable voltage electric current TPS5430 digital potentiometer.I目錄1方案論證1.1.1穩(wěn)定電源主回路拓撲1.1.2穩(wěn)壓及穩(wěn)流的控制方法及實現(xiàn)方案11.3提高效率的方法及實現(xiàn)方案1.2系統(tǒng)總體方案框圖設計 23電路設計與計算

5、 2.3.1電路設計與計算 2.3.1.1主回路器件的參數(shù)計算23.1.2控制電路設計與參數(shù)計算 33.1.3效率的分析與計算 .4.3.1.4保護電路設計與參數(shù)計算 43.1.5數(shù)字設定及顯示電路的設計 43.2軟件設計4.4測試方案和測試結果5.4.1測試儀器5.4.2測試方法與測試數(shù)據(jù)及處理54.3誤差分析7.5結論與系統(tǒng)改進措施7.6參考文獻8.附錄：9.II1方案論證1.1穩(wěn)定電源主回路拓撲方案一：可調電壓芯片輸出可調電壓，控制電壓范圍。再用另一芯片輸出 可調電流，控制電流范圍。方案二：使用降壓芯片輸出穩(wěn)定電壓，使用電位器分壓，控制電壓輸出為 5V10V，使用另一個電位器分壓，選用一

6、電阻轉化為電流輸出，使用檢流芯片 檢流，再經放大芯片放大后反饋。綜合考慮，選用方案二。1.2穩(wěn)壓及穩(wěn)流的控制方法及實現(xiàn)方案穩(wěn)壓控制方案一：LDO芯片和穩(wěn)壓管聯(lián)合控制，使之輸出為 5V，再使用電位器調節(jié) 輸出電壓的范圍。方案二：高效率的TPS5430芯片和肖特基二極管B340A聯(lián)合控制，使之輸 出為5V，再使用電位器反饋回TPS5430的VSNS引腳調節(jié)輸出電壓的范圍。綜合考慮，選用方案二。穩(wěn)流控制方案一：直接串連一個電阻，從電阻的兩端取出電壓，進而轉化為電流。方案二：電阻的電流經210檢流后，經過LM358放大，反饋回TPS5430的 VSNS引腳經電位器調節(jié)輸出電流的范圍。1.3提高效率的方

7、法及實現(xiàn)方案方案一：選用普通型的降壓芯片低壓線性穩(wěn)壓器LDO，線性穩(wěn)壓器的工作 原理是通過消耗能量的方式來實現(xiàn)降壓，在線性穩(wěn)壓器內部有一個功率耗散管，通過輸出的反饋電壓，內部參考電壓和誤差放大器產生一個控制電壓來控制功 率管的導通程度，使得功率耗散管呈現(xiàn)出不同的阻抗來消耗不同的功率，從而 得到穩(wěn)定的輸出電壓。但是效率不是很高，無法滿足要求。方案二：選用高效率的開關型的降壓芯片，TI公司的TPS5430DD芯片，TSP5430是一種DCD開關電源芯片，8個腳，工作溫度-40到125,底部帶散熱 片，輸入電壓為5.5V-36V。能在5V輸出時提供3A的最大負載電流，最高效率95%左右。溫度范圍-4

8、0-125，系統(tǒng)過電流限制保護，過壓保護和熱關閉。只需 外接電感、電壓反饋電阻、肖特基二極管 等。根據(jù)效率要求，選用開關式降壓芯片，即方案二。2系統(tǒng)總體方案框圖設計根據(jù)題目要求，系統(tǒng)總體方案如圖1所示。輸入信號經TPS5430輸出穩(wěn)定 電壓，經電位器反饋調節(jié)輸出穩(wěn)定可調電壓，電壓轉換電流輸出可調穩(wěn)定電流。總體框圖如圖1所示。3電路設計與計算3.1電路設計與計算3.1.1主回路器件的參數(shù)計算輸出5V的主回路電路圖如圖2所示圖2 5V輸出主回路電路圖VSNS引腳電壓為最小為1.2V,通過R1和R2的選擇，使輸出電壓為5V, 電流最大達3A。為后續(xù)的電壓和電流調節(jié)提供電壓。3.1.2控制電路設計與參

9、數(shù)計算控制電壓調節(jié)電路如圖3所示。圖3:電壓范圍調節(jié)電路滑動變阻器 W1阻值大小可以調節(jié)輸出電壓的大小，電壓要求要控制在 5V10V，設計為范圍5V11V。芯片要求VSNS腳所接電壓為1.22V。根據(jù)公式R2/R1+W1+R2=1.22/11W+R2/R1+W1+R2=1.22/5當滑動變阻器電阻從0變到最大時，輸出電壓從5V變化到11V.計算出R1的 值為10k。控制電流調節(jié)電路如圖4所示。圖4:電流范圍調節(jié)電路滑動變阻器 W2阻值大小可以調節(jié)輸出電流的大小，電流要求控制在150mA1500mA。利用電阻將電壓轉化為電流，經過210穩(wěn)流和LM538放大后引回TPS5430的VSNS引腳反饋，

10、使之輸出范圍控制在 150mA1500mA。電阻兩端只能測量電 壓，利用歐姆定律匸U/R(3)計算出電流的大小。3.1.3效率的分析與計算n二(Uo*Io)/( Uin*I in)(4)當所需的電壓或電源確定時，所需輸入越小，則效率越高。3.1.4保護電路設計與參數(shù)計算根據(jù)芯片手冊得知TSP5430自帶保護電路，TSP5430正常工作所需電壓最低 為1.2v, ENA管腳電壓值大于1.3V時，芯片正常工作。電壓低于0.5V時，ENA 置零，TSP5430停止工作。3.1.5數(shù)字設定及顯示電路的設計顯示電路如圖5所示利用MSP430自帶的A/D轉換，采樣、換算輸出數(shù)字量。輸出輸入到1602中 顯

11、示。當電位器變化為010k時，穩(wěn)壓的輸出范圍為5.00V10.00V,穩(wěn)流的輸 出范圍為 150mA1500mA。3.2軟件設計軟件設計如圖6所示，將電壓經電阻分壓后，輸入單片機 A/D部分，單片 機初始化后，進行采樣處理，輸出數(shù)字信號，由液晶顯示。開始初始化采樣A/D數(shù)字顯示結束圖6程序流程圖4測試方案和測試結果4.1測試儀器電壓源 電壓表 DS1052示波器4.2測試方法與測試數(shù)據(jù)及處理穩(wěn)壓電源測試結果如表（1）所示表（1）:穩(wěn)壓電源測試結果a、輸出電壓范圍Ui (v)13.00514.00614.99916.005Uo(V)范圍5.232-10.1195.334-10.0435.156-

12、10.1605.213-10.044測量范圍為5.156V-10.160Vb、最大輸出電流Io次數(shù)1234lo(mA)1491148414731503最大輸出電流為1503mAC、電壓調整率輸出空載時Io=1AUi( v)13.00314.00615.01215.999Uo(V)7.9818.0128.0467.990電壓調整率0.5%d、負載調整率Ui=15V已調輸出空載Io=1A負載（歐）100200300400Uo（V）負載調整率1%8.0217.9908.0017.964e、輸出噪聲紋波Ui=15V Uo=5VIo=1.5A次數(shù)1234Um(70305060輸出噪聲紋波小于 100mV

13、1f、整機效率Ui=15V Uo=5VIo=1.5A次數(shù)1234效率80%87%79%84%整機效率大于70%穩(wěn)流電源測試結果如表（2）所示表（2）:穩(wěn)流電源測試結果a、輸出電流范圍Ui （v）13.00014.00315.00016.005Io范圍（mA）156-1488149-1398167-1476163-1498輸出電流范圍為149mA-1498mAb、最大輸出電壓次數(shù)1234Uo（ V）10.1608.9249.3449.625最大輸出電壓為10.160VC、電流調整率負載5歐 Io=1AUi（v）13.00814.00914.99816.002Io（A）0.9981.0041.00

14、11.003電流調整率為0.59%d、負載調整率Ui=15VIo=1A負載（歐）1234Io（A）0.9901.0080.9991.002負載調整率為1.8%e、輸出噪聲紋波 Ui=15VUo=5V Io=1.5A次數(shù)1234Im（ mA）20mA10mA15mA10mA輸出噪聲紋波小于70%f、整機效率Ui=15V Uo=10V Io=1.5A次數(shù)1234效率78%83%81%79%整機效率大于70%4.3誤差分析線路的連接，布線的方式，以及焊接的關系都影響了系統(tǒng)的精確性，使之與 理論值存在差異。5結論與系統(tǒng)改進措施結論:穩(wěn)壓電源在輸入電壓Ui=1316V波動下，輸出電壓 Uo的可調范圍為5

15、.15610.160V。最大輸出電流lo=1.5O3A。電壓調整率 0.5%負載調整率 1%輸出噪聲紋波電壓 100mV 整機效率 70%穩(wěn)流電源在輸入電壓Ui=1316V波動下，輸出電流的可調范圍為 149mA1498mA 最大輸出電壓U=10.160V。電流調整率1%負載調整率%輸出噪聲紋波電流 30rA整機效率 70%改進措施：若位數(shù)更高的A/D芯片能夠提高數(shù)字輸出的精確度。若能改進電流輸出方案, 則輸出會更加穩(wěn)定、精確。6參考文獻【1】全國大學生電子設計設計競賽組委會.全國大學生電子設計競賽訓練教程 M.北京電子工業(yè)出版社，2005年.【2】全國大學生電子設計設計競賽組委會.全國大學生

16、電子設計競賽獲獎作品 匯編（第一屆第五屆）M.北京理工大學出版社，2014年.【3】童詩白等 模擬電子技術基礎高等教育出版社 201212二亙附錄2 :器件清單TPS5432DAA一片B340一個LM358一個電位器兩個INA210一個TS5A3159DBVR一個線圈電感一個電容、電阻、導線若干附錄3:部分程序清單ADC10測量單通道單次模式float ad_value;float temp_value;int main( void )WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; / 關看門狗BCSCTL1 =CALBC1_1MHZ; / 設定 DCO 為 1MHZDCOCTL =CALBC1_

17、1MHZ;ADC10CTL1=INCH_10; / 選擇第 10 通道ADC10CTL0=REFON+SREF_1; /打開1.5V正參考,地為負參考ADC10CTL0 |=ADC10ON+ADC10SHT_3+ADC10IE; / 打開 ADC10 內核,設定采 樣保持時間為64個ADC10CLK,使能ADC10中斷ADC10CTL0 |=ENC+ADC10SC; / 啟動 AD 轉換_BIS_SR(GIE+CPUOFF); 開總中斷并進入低功耗 temp_value=(ad_value*1.5/1023)-0.986)/0.0035; /計算電壓 / 電流 return 0;#pragma

18、 vector = ADC10_VECTOR /ADC10 中斷服務_in terrupt void adc_isr(void)廠_ad_value=ADC10MEM; /將 AD 采樣值存入 ad_value _BIC_SR_IRQ(CPUOFF); /退出低功耗 0 r定時器PWM輸出程序int main( void )WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; / 關看門狗 BCSCTL1 =CALBC1_1MHZ; / 設定 DCO 為 1MHZ DCOCTL =CALBC1_1MHZ;TACTL=TASSEL1+TAR; /SMCLK 為時鐘源，清 TARCCR0=512; 設定 PWM 周期CCTL1 |=0UTM0D_7; /CCR1 輸出為 re