基于模擬電路或單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一款20V輸出DC-DC型開(kāi)關(guān)電源，并數(shù)碼顯示輸出電壓。性能參數(shù)：開(kāi)關(guān)電源最大輸出功率不小于10W，利用數(shù)碼管或液晶屏顯示輸出電壓，輸出電壓紋波不大于100mv。
1 整體設(shè)計(jì) 1.1設(shè)計(jì)要求 研究開(kāi)關(guān)電源的工作原理，基于模擬電路或單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一款20V輸出DC-DC型開(kāi)關(guān)電源，要求設(shè)計(jì)出電路方案，利用仿真平臺(tái)驗(yàn)證方案的可行性，并制作實(shí)物樣機(jī)。 功能需求：DC-DC開(kāi)關(guān)電源輸出電壓20V，并數(shù)碼顯示輸出電壓。 性能參數(shù)：1、開(kāi)關(guān)電源最大輸出功率不小于10W。 2、利用數(shù)碼管或液晶屏顯示輸出電壓。 3、輸出電壓紋波不大于100mv。 1.2 整體設(shè)計(jì)方案 由220V交流電壓經(jīng)變壓器和整流濾波后得到直流的輸入電壓24V；將輸入電壓輸入Buck降壓電路，由控制電路提供PWM控制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與截止，用來(lái)調(diào)節(jié)直流電壓的占空比，最后得到穩(wěn)定或者可調(diào)的直流輸出電壓。輸出電壓范圍為：0V至20V直流電壓。 2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 2.1整流濾波電路
圖2.1整流濾波電路圖
220V交流電壓通過(guò)電源變壓器變?yōu)?4V交流電壓。24V交流電壓經(jīng)過(guò)整流濾波電路轉(zhuǎn)換成24V直流電壓。最終220V的交流輸入電壓變?yōu)?4V直流輸入電壓進(jìn)入DC-DC轉(zhuǎn)換電路中。2.2 BUCK主原理電路
圖2.2 BUCK原理電路圖
BUCK電路圖如圖4.2所示，C13為輸入濾波電容，TV1為開(kāi)關(guān)MOS管，VD1為續(xù)流二極管，L1為電感，C15為輸出濾波電容，R22 、R21為輸出電壓的采樣電阻，R23為輸出電流采樣電阻，該電路圖是通過(guò)PWM波控制TV1開(kāi)關(guān)MOS管的開(kāi)關(guān)，并采樣輸出電壓來(lái)調(diào)整PWM占空比的變化來(lái)達(dá)到使輸出電壓穩(wěn)定。2.3 采樣電路2.3.1電壓采樣圖2.1中R22，R21電壓采樣電阻采樣輸出電壓，R22=10K,R21=2.2K,根據(jù)分壓原理，采樣電壓為: V1=V0*R21/(R21+R22)=3.6V (1)式中V1為采樣電壓，VO 為額定輸出電壓20V。這樣，通過(guò)采樣電壓進(jìn)行PI控制就可以使輸出穩(wěn)定在額定值，在圖4.3中運(yùn)放U6A用跟隨器接法起到一定隔離作用，采樣電壓經(jīng)濾波后通過(guò)AD采集送到STC12C5A60S2單片機(jī)進(jìn)行處理，并對(duì)MOS的驅(qū)動(dòng)PWM進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)電路的閉環(huán)控制。
圖2.1采樣電路圖
2.3.2電流采樣R23為電流采樣電阻，取0.05Ω。當(dāng)輸出電流為1A時(shí)，R3、R4的采樣電壓Vc為0.05V，這個(gè)電壓太小，對(duì)于有10位AD的M0，控制精度是不夠的，為了提高精度，。U5B組成放大器，根據(jù)公式： Vop=Vc(1+R14/R20)=6*Vc (2) 可計(jì)算得電流采樣電阻的電壓VC被放大了69倍，達(dá)到3V級(jí)別。電流采樣電路中也用到了和電壓采樣一樣的低通濾波器。2.4 驅(qū)動(dòng)電路
圖2.4驅(qū)動(dòng)電路圖
這里選用型號(hào)為IR2103的驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)MOS管，其高端輸出電壓： VHO=Vs+20 (3) 圖2.4為IR2103組成的MOS管驅(qū)動(dòng)電路，2腳接STC12C5A60S2單片機(jī)的PWM引腳,7腳連到MOS管的G極，6腳VS連到MOS管的S極，這樣通過(guò)IR2103的自舉能力，就可以起到可靠驅(qū)動(dòng)MOS開(kāi)關(guān)管的作用。圖中D3為1N4148消特基快恢復(fù)二極管，其作用是給驅(qū)動(dòng)提供電源并防止電流倒灌。電容C7、C4為濾波電容，值取10µF。2.5 顯示電路
圖2.5顯示電路圖
3系統(tǒng)仿真及調(diào)試3.1 軟件仿真調(diào)試
圖3.1 BUCK電路仿真圖
根據(jù)原理圖進(jìn)行仿真圖的繪制，運(yùn)行仿真圖，驅(qū)動(dòng)波形和輸出波形都正常，輸出電壓在范圍內(nèi)可調(diào)，經(jīng)仿真證實(shí)電路原理圖符合設(shè)計(jì)要求。3.2 實(shí)物調(diào)試測(cè)試方法：將開(kāi)關(guān)電源電路板放在地上，插上電源，查看數(shù)碼管顯示的輸出電壓，用萬(wàn)用表測(cè)輸出電壓是否和數(shù)碼管顯示的電壓相同。測(cè)試結(jié)果：隨著調(diào)試，電壓從0V至20V遞增數(shù)碼管都正確的顯示出實(shí)際的輸出電壓。
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