程控直流稳压电源设计

程控直流稳压电源设计

一、方案设计与论证

1、系统方案

本系统为设计一个输出电压可调，最大电流为3A的直流稳压电源。题目基础部分要求能进行电压增减调节，电压步进可设定为0.1、0.5、1V，输出电压1.25V~6V；纹波＜10mV，输出电流不小于1A。题目的扩展部分为扩展输出电压为0~20V，3A输出以及其他发挥。

所以可以采用分立三端原件组合的开关电源和直接使用集成可以调节输出的开关电源芯片用单片机输出电压控制输出端电压的输出。系统框图如图1下：

图1 系统整体框图

2、方案论证

一、直流稳压部分

方案一：采用三端元件制作开关电源，其能稳定输出，也可调节输出，但其电路复杂，且收元器件精确度影响较大，故不宜采用此方案。

方案二：采用集成开关电源芯片进行设计，输出稳定可调，电路简单，效率高，能达到题目要求。

综上所述我们采用方案二。

二、电压控制部分

方案一：采用电阻分压调节反馈电压，但是达不到电路所要求的步进要求。

方案二：采用PWM调节，脉宽调制的运作发的效率高达90%，有效的降低了功率浪费和热耗散，降低了对电源的要求。

方案三：采用DA输入电压调节输出电压，DA的输出电压达到步进可以满足要求。

综上所述故我们采用方案二。

三、单元电路方案

直流稳压部分：

图2

电压控制部分：

图3

3、参数设置与原理分析：

利用单片式开关稳压器LM2596-ADJ 替代线性稳压器构成串联开关式稳压电源,在电路中只需增加续流二极管和储能电感等几只元器件,使电路更加简洁,除具有线性电源宽范围连续可调的优点外,同时使电源效率得到了大幅度提高,在负载较轻时,不加散热片也能正常工作,又使整机的重量和体积有所减少。LM2576内部包含52kHz振荡器、1.23V基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等。为了产生不同的输出电压，通常将比较器的负端接基准电压（1.23V），正端接分压电阻网络，这样可根据输出电压的不同选定不同的阻值，其中R1=1kΩ（可调-ADJ时开路），R2分别为1.7kΩ（3.3V）、3.1kΩ（5V）、8.84kΩ（12V）、11.3 kΩ（15V）和0（-ADJ），上述电阻依据型号不同已经在芯片内部做了精确调整，因而无需使用者考虑。将输出电压分压电阻网络的输出同内部基准稳压值1.23V

进行比较，若电压有偏差，则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比，从而使输出电压保持稳定。

二、软件设计

本系统采用MSP430G2553微控制器进行控制。通过硬件DAC输出来控制电压，通过ADC来采集电压并通过液晶显示采集到的电压和输出电压。

图4

三、实测数据：

1.测试仪器：

(1)YB1732B3A直流稳压电源

(2)FLUKE万用表

(3)TDS3032B数字示波器

2.测试数据：

输入电压=23V 负载=6.6Ω：

输入电压=23V 负载= 6.6Ω：

4、纹波输出大小为：400mV

四、误差分析：

通过上述测试，可分析本系统引入误差的因素主要有以下几个方面：

（1）单片机DA输出存在的量化误差.

（2）仪器测量时的误差及人为因素读数时造成的误差。

（3）用来供电的直流稳压电源数值存在误差使得计算的效率值存在误差。

（4）负载阻值存在一定误差。

五、调试心得：

1.开关电源输出脚与所接的电感、电容、肖特基二极管之间的连线应尽可能的短。

2.输出的反馈线应尽量远离输出线。

3.所有大电流流过的地方应将线加粗。

4.开关电源的器件应该按照要求，所有元器件的耐压值必须大于电路的最大电压。

5.调控开关电源输出时，必须存在反馈。

6.因为仪器测试器件的问题小于10mV的纹波不可能测出。

7.使用万用表测直流比示波器更加精确。

六、测试结果分析：

本系统较好的完成了题目要求的基本部分，完成基本的电源要求，本系统采用LM2596芯片，使得系统较好的完成发挥部分的电流达到3A、较低的步进等指标。由于我们做工程实践经验的不足使得电路仍有很大的改进空间，比如效率不能完全达到题目要求，另外可以通过再加一个负电源作为地，使输出达到0到20V可调。

七、参考文献：

[1] 康华光. 电子技术基础•模拟部分.高等教育出版社.第5版.2006

[2] 康华光. 电子技术基础•数字部分.高等教育出版社.第5版.2006

[3] 黄争.德州仪器高性能单片机和模拟器件在高校中的应用和选型指南.2012