程控直流稳压电源

2012年吉林省电子设计竞赛设计与总结报告程控直流稳压电源（A题）

摘要

直流稳压电源是电子技术领域不可缺少的设备，目前直流稳压电源已朝着多功能和数字化的方向发展。本系统以MSP430单片机为核心结合数字反馈控制技术实现程序控制的直流稳压电源。硬件主要包括：单片机系统、传统供电直流电源、升降压斩波电路、及由6N137光耦合组成的反馈电路等。软件系统使用模块化形式编程，易维护。电路具有电压调整简便，读数直观，电压输出稳定，便于智能化管理的特点，有效地克服了传统电源的不足。测试符合各项指标要求。

关键字：MSP430单片机、540场效应管、数控、升降压斩波电路

目录

摘要 (2)

1.方案比较与论证 (4)

1.1方案一 (4)

1.2 方案二 (4)

1.3 方案论证 (5)

2 主要硬件选择 (5)

2.1单片机的选择 (5)

2.2 显示屏的选择 (6)

2.3 高频开关的选择 (6)

2.4键盘的选择 (6)

3 系统设计 (7)

3.1总体要求 (7)

3.2 总体设计 (7)

3.2.1单片机的信号与控制的分析 (8)

3.2.2 PWM占空比和频率的计算 (8)

3.3电路的设计 (9)

3.3.1单片机最小系统 (9)

3.3.2显示电路设计 (9)

3.3.3直流电源的设计电路 (9)

3.3.4数控反馈回路的设计 (10)

3.3.5 升降压斩波电路图 (11)

3.3.6输出电流检测电路图 (11)

4 系统调试 (12)

4.1 测试方案 (12)

4.2 测试仪器 (12)

4.3 测试结果 (12)

4.4结果分析 (14)

1.方案比较与论证

1.1方案一

以sepic斩波电路作为开关控制电路，如图1.2-1所示。该电路的基本工作原理是：当V处于通态时，E-L1-V回路和C1-V-L2回路同时导电，L1和L2储能。V处于断态时，E- L1- C1-VD-负载（C2和R）回路及L2-VD-负载回路同时导电，此阶段E和L1及向负载供电，同时也向C1充电，C1储存的能量在V处于通态时向L2转移。

图1.2-1

1.2 方案二

以升降压斩波电路作为开关控制电路，如图1.2-2a所示。该电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源经Ｖ向电感Ｌ供电使其储存能量，此时电流为ｉ1，方向如图所示，同时电容Ｃ维持输出电压基本恒定并向负载供

电。此后，使Ｖ关断，电感中储存的能量向负载释放，电流为ｉ

2

1.3 方案论证

升降压斩波电路为最基本的电路，从原理上并不优于方案一种的sepic电路，sepic电路中，电源电流和负载电流均为连续，有利于输入和输出滤波，而且输出电压为正极性的。但是为了我们从另一个角度考虑，解决问题，选择了最基本的电路作为开关控制电路，提高解决问题的能力，同时也为问题的解决找出新的思路。

图1.2-2a

升降压斩波电路的波形

2 主要硬件选择

2.1单片机的选择

要完成该题目要求的任务，有多种单片机可供我选择作为系统的控制单元，由于我们知识有限，所以锁定MCS51系列单片机和MSP430系列单片机作为选择范围。

MCS51系列单片机是国内使用最多的产品，对其使用的技术很成熟。我们优先考虑使用该系列的单片机作为系统控制单元，我们所熟知的该系列的单片机没

有LCM驱动模块，为了达到题目要求的显示相关数据的目的，我们需要外接LCM 驱动电路。

MSP430系列单片机是一款16位超低功耗的产品，具有丰富的外部接口，该系列单片机有许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，包括A/D 转换， LCM驱动电路等，消除了使用MCS51单片机需要外接某些电路的麻烦，可以使整个系统更加简洁。

经过综上比较，我们选择了MSP430F169单片机作为我们的控制单元。

2.2 显示屏的选择

我们手中实验用的液晶显示屏有LCD和LCM，为了满足显示内容的要求以及外观需要，我们选择LCM作为整个系统的显示模块。

2.3 高频开关的选择

选择一：IGBT（绝缘栅双极晶体管）作为新型电力半导体场控自关断器件，集功率MOSFET的高速性能与双极性器件的低电阻于一体，具有输入阻抗高，电压控制功耗低，控制电路简单，耐高压，承受电流大等特性，驱动功率小而饱和压降低，非常适合用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、照明电路等。

选择二：场效应管它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，

综上IGBT与场效应管的优缺点，结合设计题目的实际情况，我们选择540场效应管作为整个系统的高频开关。

2.4键盘的选择

选择一：普通独立式键盘，焊接方便，编程简单。

选择二：4*4矩阵式键盘，焊接不便，编程困难，占用版面较大。

在满足题目要求的前提下以最简、最易为原则选择普通独立式键盘。，

3 系统设计

3.1总体要求

设计并制作直流稳压电源，输入电压范围为DC 10V～30V，输出电压为DC 18V。

基本要求：

(1)输入电压变化范围10V～30V，输出电压保持为18V；

(2)最大输出电流IOmax：1A；

(3)输入电压UIN从10V～30V变化时，电压调整率SU≤2%（IO=1A）；

(4)电流IO从0～1A变化时，负载调整率SI≤5%（UIN=10V）；

(5)输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤0.5V（UIN=10V～30V,UO=18V, IO =1A）；

(6)DC-DC变换器的效率η

≥70%（UO =18V, IO =1A）；

3.2 总体设计

以5

±V，和15V直流电源作为整个系统的供电电源。接入外部直流电源（10V～30V）输入到升降压斩波电路，对输出电压采样，并改变极性输入给MSP430单片机，通过片内ADC（A/D、模数转换）模块把模拟量转化为数字量，经单片机分析处理发出PWM的数字信号反馈调节，控制IGBT的通断，从而构成稳定的直流电压源，并且将有关数据反映在液晶屏上。，

系统总体设计框图如图3-1所示