高效直流穩(wěn)定電源new

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，根據反饋信號進行可靠的閉環(huán)控制，從而實現穩(wěn)壓輸出、穩(wěn)流輸出。通過控制TPS540的VSNS端，實現穩(wěn)壓源和穩(wěn)流源輸出大小的控制。電壓檢測部分利用數字電位器實現穩(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。雙向模擬開關實現穩(wěn)流和穩(wěn)壓之間的切換。MSP430F149實現A/D轉換，1602液晶顯示器顯示出電壓、電流值。實現了基本部分和部分發(fā)揮部分。關鍵詞：穩(wěn)壓電穩(wěn)流TPS5430數字電位器Abstract：thesytemwithadjusta

2、blestep-downTPS5430chipasthecore,whichisgivenprioritytowithMSP430controller,accordingtothefeedbacksignalisreliableclosed-loopcontrol,soastorealizestablevoltageoutput,currentoutput.BycontrollingtheTPS5430VSNSend,thesizeofthevoltagesourceandcurrentsourceoutputstabilizationcontrol.Voltagedetectingpartu

3、singthedigitalpotentiometervoltagerangecontrol,currentdetectioncircuitwithTIhighprecisioninstrumentationamplifierLM358andINA210currentsamplingcircuit.Two-waybetweenanalogswitchtotealizesteadyflowandvoltagestability.MSP430F149achieveA/Dconversion,1602LCDshowsthevoltageandcurrentvalue.Implementsthebas

4、icpartsandplayapart.KeyswordsstablevoltageelectriccurrentTPS5430digitalpotentiometer.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方案11.3 提高效率的方法及實現方案1.2系統(tǒng)總體方案框圖設計23電路設計與計算2.3.1 電路設計與計算2.3.1.1 主回路器件的參數計算23.1.2 控制電路設計與參數計算33.1.3 效率的分析與計算.4.3.1.4 保護電路設計與參數計算43.1.5 數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.測試儀器5.測

5、試方法與測試數據及處理5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：9.1方案論證穩(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5V-10V,使用另一個電位器分壓，選用一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。穩(wěn)壓及穩(wěn)流的控制方法及實現方案穩(wěn)壓控制方案一：LDO芯片和穩(wěn)壓管聯合控制，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聯合控制，使之輸出為5V,再

6、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。提高效率的方法及實現方案方案一：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

7、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TPS5430DDA片，TSP543比一種DCDCF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流右。溫度范圍-40-125,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?？傮w框圖如圖1所示。3

8、電路設計與計算電路設計與計算主回路器件的參數計算輸出5V的主回路電路圖如圖2所示。圖25V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?？刂齐娐吩O計與參數計算控制電壓調節(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1

9、0k。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，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I=U/R(3)計算出電流的大小。效率的分析與計算n=(Uo*Io)/(Uin*Iin)當所需的電壓或電源確定時，所需輸入越小，則效率越高。保護電路設計與參數計算根據芯片手冊得知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

10、正常工作。電壓低于0.5V時，ENA置零，TSP5430停止工作。數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、換算輸出數字量。輸出輸入到1602中顯示。當電位器變化為010k時，穩(wěn)壓的輸出范圍為5.00V-10.00V,穩(wěn)流的輸出范圍為150mA1500mA。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，輸出數字信號，由液晶顯示。開始初始化采樣A/D結束圖6程序流程圖4測試方案和測試結果測試儀器電壓源電壓表DS1052示波器測試方法與測試數據及處理穩(wěn)壓電源測試結果如表（1）所示表（1）:穩(wěn)壓電源測試結

11、果a、輸出電壓范圍Ui(v)13.00514.00614.99916.005Uo(V)范圍5.232-10.1195.334-10.0435.156-10.1605.213-10.044測量范圍為5.156V-10.160Vb、最大輸出電流Io次數1234Io(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、負裁調整率Ui=15V已調輸出空載Io=1A負裁（歐）100200300400Uo(V)8.0217.9908

12、.0017.964負裁調整率1%e、輸出噪聲紋波Ui=15VUo=5VIo=1.5A次數1234Um(mV)70305060輸出噪聲紋波小于100mV1f、整機效率Ui=15VUo=5VIo=1.5A次數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1234Uo(V)10.1608.9249.3449.625最大輸出電壓為

13、10.160Vc、電流調整率負裁5歐Io=1AUi(v)13.00814.00914.99816.002Io(A)0.9981.0041.0011.003電流調整率為0.59%d、負裁調整率Ui=15VIo=1A負裁（歐）1234Io(A)0.9901.0080.9991.002負裁調整率為1.8%e、輸出噪聲紋波Ui=15VUo=5VIo=1.5A次數1234Im(mA)20mA10mA15mA10mA輸出噪聲紋波小于70%f、整機效率Ui=15VUo=10VIo=1.5A次數1234效率78%83%81%79%整機效率大于70%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

14、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U0的可調范圍為5.15610.160V。最大輸出電流I0=1.503AO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U0=10.160Vo電流調整率同負載調整率您%輸出噪聲紋波電流030rA整機效率70%改進措施：若位數更高的A/D芯片能夠提高數字輸出的精確度。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11全國大學生電子設計設計競賽組委會.全國大學生電

15、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2012附錄:附錄1:系統(tǒng)原理圖一片一個一個兩個一個一個一個附錄2:器件清單TPS5432DAAB340LM358電位器INA210TS5A3159DBVR線圈電感電容、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floatad_value;floattemp_value;intmain(void)(WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;關看門狗BCSCTL1

16、=CALBC1_1MHZ;設定DCO為1MHZDCOCTL=CALBC1_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retu

17、rn0;)#pragmavector=ADC10_VECTOR/ADC10中斷服務_interruptvoidadc_isr(void)1_ad_value=ADC10MEM;將AD采樣值存入ad_value_BIC_SR_IRQ(CPUOFF);/退出低功耗0)定時器PWM輸出程序intmain(void)(WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;/關看門狗BCSCTL1=CALBC1_1MHZ;/設定DCO為1MHZDCOCTL=CALBC1_1MHZ;TACTL=TASSEL1+TAR;/SMCLK為時鐘源，清TARCCR0=512;/設定PWM周期CCTL1|=OUTMOD_7;/CCR1輸出為reset/set模式CCR1=384;/CCR1的PWM占空比設定CCTL2|=OUTMOD_7;/CCR2輸出為reset/set模式CCR2=128;/CCR2的PWM占空比設定P1SEL|=BIT2+BIT3;/TA1,TA2輸出功能P1DIR|=BIT2+BIT3;TACTL|=MC0;啟動定時器A增計數模式_BIS_SR(CPUOFF);return0;定時器A比較模式intmain(void)WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;/關看門狗BCSCTL1=CALBC1_1MHZ;設定DCO為1M