电子设计竞赛报名方案

报告1

基本信息

一、设计方案工作原理

1.预期实现目标定位

制作一个LED闪光灯电源，以DC-DC稳电源转换器为核心，能将电池的电能转换为恒流输出，驱动高亮度白光LED,具有连续输出和脉动输出两种模式，并具有输出电压限压保护和报警功能的装置。作品采用UC3842将输入的3.0-3.6V电压升压至恒定值，通过TL431得到一个2.5V 的基准电压，然后通过按键和AT89C52单片机来控制输出的电流，再通过数码管将输出电流的值显示出来。本电路还具备等效直流负载电阻过大时，电路中LED控制报警，并使输出电压值不高于10.5V的功能。

2.技术方案分析比较

（1）启动电路模块选择：

方案1：选用UC3842,UC3842可直接驱动MOSFET,具有管脚数量少，外围电路简单，安装与调试简便，性能优良，价格低廉等优点。

方案2：PT4105是一款大功率LED驱动用18V降压转换器。它包含一个PWM控制器、一个高精度的能带隙参考源、一个误差放大器、相位补偿电路、软启动电路、保护电路、IC使能电路、输入电压检测电路、逻辑控制电路和功率MOS管。PT4105采用固定功能以避免在输

出过载对器件造成损害。

由于任务要求升压电路的制作，无其他附带功能，因此UC3842更符合我们的任务要求，所以我们选择了方案1。

（2）设定电路模块选择：

方案1：采用LM336,LM336典型输出电压为2.49V时，其输出电压的波动范围为2.39-2.59V。方案2：采用TL431,TL431是一种具有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源，其典型输出电压为2.5V时，其输出电压的波动范围为2.47-2.52V。

本设计中参考电压要求恒定于2.5V,TL431电压稳定性高于LM336，所以我们选择了方案2。（3）控制电路模块选择：

方案1：采用可编程逻辑器件CPLD,CPLD可实现各种复杂的逻辑功能，体积小，稳定性高，价格也高，适合作为大规模控制系统的控制核心。

方案2：采用Atmel公司的AT89C52,低功耗，高性能，但其本身功能较小，因此需要增加较多的外围电路来实现。

本设计中仅要求控制电源模块参考电压，AT89C52更适合我们电路设计的要求，所以我们选择了方案2。

（4）键盘模块选择:

方案1：选用独立按键，编程简单，但浪费IO口（适用于按键在6个内的场合）。

方案2：选用矩阵按键，编程复杂，节省IO口。（适用于按键大于6个的场合）。

由于我们所需的按键在6个内，所以选择了方案1。

（5）显示模块选择：

方案1：采用数码管显示。数码管耗能低，电压低，寿命长，同时采用二进制编码显示数字，程序编译容易，资源占用少，操作简单、经济。

方案2：采用LCD1602液晶显示。1602一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式，驱动简单，但不能显示汉字。

考虑到成本问题以及本系统没必要输出太多字母和汉字，所以选择了方案1。

（6）报警装置模块选择：

方案1：采用LED控制，LED易于控制，硬件和软件的设计非常简单，成本低。

方案2：采用蜂鸣器报警装置，蜂鸣器噪音太大。

LED不但功能达到了题目的要求，而且无噪音，所以我们选择了方案1。

3.系统结构工作原理

根据题目要求，本系统可划分为启动电路模块、设定电路模块、控制电路模块、键盘模块、显示模块、报警装置模块，系统总体方框图如图1：

图1 系统总体方框图

考虑到模块多，我们最终把控制电路模块、设定电路模块、键盘模块、显示模块、报警装置模块这几个模块整合，集成在一个电路板上，启动电路模块集成在另外一个电路板上，共两个集成电路板。

4.功能指标实现方法

启动部分电路（图3）输入电压为3-3.6V，供给升压变换。UC3842的工作电压为7.5V,T1是另一路升压电路，主要是给UC3842供电的，工作原理也是利用电感电容的充放电来升压的。待电压升至7.5V时将前级升压电路断开用第一路升压电路输出的电压给UC3842供电。开关管以UC3842设定的频率周期开闭，使电感L储存能量并释放能量。开关管导通时，电感以V1／L的速度充电，把能量储存在L中。当开关截止时，L产生反向感应电压，通过二极管D把储存的电能以(Vo-Vi)／L的速度释放到输出电容器C9中。输出电压由传递的能量多少来控制，而传递能量的多少通过电感电流的峰值来控制。

UC3842的频率计算公式：

F =1.8/(R1×C5)=1.8/(2000×0.015uf)≈50KHZ

电感通电时的电压为3V，断电时电压为输出电压加二极管的导通压降减去电源电压（图2）：

UL =10.5+0.7-3=8.2V

占空比PWM：

ton * 3V = 8.2 * toff

PWM =ton/(ton+toff)=8.2/11.2

导通时间：

ton =8.2*（1/50KHZ）/11.2=14.64us

电感的平均电流IL:

3V*IL=10.5V*0.2A

IL=0.7A

电感计算公式L:

IL*L = V*ton

0.7A*L=3V*14.64us

L=63uH

电感绕制采用外径26mm的铁粉芯环，计算公式为：

L=93nH/N²

63uH =（93nH/N²）* N²

N=26匝

图2

设定部分电路我们采用线性电流源电路，主要特点是输出端短路时还有电流输出。LM358是一个集成双运算放大器，所以其具有虚短的功能，又因为R25为1Ω，所以根据欧姆定律可知I=U/1Ω，那么我们只要根据LM358的同向输入端的电压就可以调节输出电流。输入电压经过TL431得到基准电压2.5V，那么我们只要调节TL431后面并联的电阻的阻值就可以得到LM358同向输入端需要的电压，从而就调节想要的输出电流。电路如图4所示。