开关电源改

开关电源综合设计报告学院名称：电子与信息工程学院专业：电气工程及其自动化班级：电气13-2姓名：施鹏飞学号13401170226同组者姓名：指导教师：孔中华日期：2016.6.4～2016.6.18基于TL494的开关稳压电源设计本系统为基于TL494的开关稳压电源。系统由单片机控制,辅以必要的数模模数转换电路,实现了输出电压可调与实时显示的功能。随着电力电子技术的发展,电源在各个系统中的核心作用日趋明显。系统要求电源提供长期稳定的电压,而市电电压的不稳定又使传统电源难以实现输出电压长期稳定的功能,过大的电压偏差可能会导致设备的永久损坏。开关电源正由于其输出电压长期稳定,而且轻巧,高效,高可靠性的优点,得到了越来越广泛的发展与应用。本系统以单端反激变换器为核心,辅以必要的控制电路及外围电路,构成了一个开关稳压电源。控制模块由单片机、D/A转换芯片及PWM控制芯片TL494组成。单片机根据输入产生8位控制信号,通过D/A转换成电压后控制TL494产生PWM信号,驱动反激变换器中的MOSFET管启动,实现电压的输出。TL494自带的电压比较器接收来自输出电压的采样信号,调整PWM的脉冲宽度,实现输出电压的稳定。同时,系统利用A/D转换芯片对输出电压进行采样,将数字信号返回到单片机,实现输出电压与输出电流的显示功能。设计方案总体方案的确定本设计决定采用以单片机控制核心,TL494为PWM信号产生芯片的单端反激电路制作开关电源。单片机从键盘输入接收输出电压设定信号,通过D/A转换芯片AD0832对TL494进行控制,并利用TL494内部的比较器实现输出电压的稳定,对输出电压与电流的采样利用AD0809实现,信号返回单片机后实现输出电流与电压的显示。系统框图如下:图1系统框图主回路器件的选择及参数计算单端反激电路的工作原理为:在开关管VD处于导通状态时,电源UIN向电感L充电,同时电容C向负载R供电;在VD处于断开状态时,电感L向R释放能量,继续提供电压,电感L储存的能量与释放的能量相等。理想状态下,L与C都应该无穷大。事实上,L与C都不能无穷大。L取得大的话会增大电感线圈的体积,根据经验值,L可以取1mH进行尝试。实验效果不错,故L选用1mH。C也需要尽可能大,并且耐压值至少要50V以上,根据实际情况,电容选取2200uF/63V。开关管方面尝试了许多MOSFET与IGBT,结果MOSFET管2SK790的效果最好,故采用此管。对应的电路图如图2。图2主回路电路图控制电路设计与参数计算控制电路以TL494为核心产生PWM脉冲控制信号。TL494的2脚接收单片机的控制信号,输出对应频宽的PWM信号;1脚接收从采样电阻返回的反馈信号,对PWM信号进行调整,以达到稳定输出电压的目的。单片机控制信号由单片机经D/A转换后输出。D/A芯片采用AD7521,它是12位的D/A芯片,对于向TL494输入的0～5V电压,具有足够的精度。TL494的6脚外接定时电阻RT,5脚外接定时电容CT,产生锯齿波电压并送至比较器和死区时间比较器,振荡频率为f=1/RTCT。RT常取数千欧以上,故不妨取RT=2.5KΩ,CT=0.01μF,设计振荡频率为40kHz,实际振荡频率为40kHz。振荡频率的调整可以通过调节RT阻值的大小实现。控制电路电路图如下图所示。图3主回路电路图效率的分析及计算DC-DC变换器的效率定义为总输出功率除以总输入功率。输入功率必须包括假负载、辅助电源、EMI滤波等一切损耗。本设计的损耗主要包括电感损耗、电容损耗、MOSFET的功率损耗及辅助电源损耗。其中MOSFET的功率损耗及辅助电源损耗占的比例较大,故效率估算的时候主要针对此两项损耗进行。MOSFET的损耗PL包括阻性损耗PR与开关损耗PS。PR=[I2LOAD×RDS(on)hot]×VoutVin其中ILOAD=2A为负载电流,RDS(on)hot=0.4Ω在芯片手册上获得,Vout=36V,Vin=18V,代入算得PR=3.2W。PS=Crss×Vin×fs×ILOAD/Igatb其中Crss=680PF为MOSFET的反向传输电容,Igatb=300μA为MOSFET管临界导通时的吸收源出电流,均可在芯片手册上获得,fs=40KHZ。代入得PS=3.264W。综合得PL=PR+PS=6.464W。系统用到的辅助电源有7805,7815与555,分别产生+5V,+12V,5V的电压。7805,7812,555的最大输出电流分别为1A,1A,200mA。于辅助电路负载不多,所以计算功率损耗不必用最大电流计算。妨分别取0.5A,0.5A,100mA进行估算,则辅助电源的功率损耗为P=5×0.5+15×0.5+5×0.1=10W。由此得,系统的效率约为η=POUT/PIN=36×/(36×2+6.46+10)≈81.5%。储能电感L的确定由于产生脉冲的芯片相应R=4.7K欧姆，C=2200uF，61.0VINOVDHDfIrVLOO429)1(一般实际的电感量为计算值的3倍左右，故所选的电感量为L=1.29mH原边绕组匝数N=1minmin2UU=0.193N2=SBtUmonmaxmin2=3.7取4副边绕组匝数计算2121NNN二极管电流：Id1_ave=D1_max*Isft1=0.3500AId1_peak=(2r1)Isft1=1.5086AId1_rms=1212rIsft1max_1D=0.5933AId2_ave=D1_max*Isft2=0.05AId2_peak=(2r1)Isft2=0.2156AId2_rms=1212rIsft2max_1D=0.0848A液压控制系统压控制系统主要是对软起动装置进行控制,本系统设计有双路系统,一自动回路,一套手动回路。结论行星轮传动装置、盘式制动器与电液比例控制系统相结合的控起动装置,能适应我国目前的制造水平,造价相对低廉,安装维护比较方便。因此,本文的研究结果,为降低带式输送机的起动动张力及解决带式输送机的可控起动问题,提供了一个新途径。于估算过程忽略了一些其他损耗,实际的效率会比估算值要低一些。保护电路设计与参数计算根据题目,要求具有过流保护功能,动作电流IO(th)2.5±0.2A。本设计采用继电器实现过流保护功能。因为过流保护动作电流为2.5A,故过流时0.1Ω采样电阻两端的电压为2.5*0.1=0.25V。由于电压相对较小,故不妨先将采样电压适当放大,再与电压比较器的参考电压比较。不妨取UREF=2V,则放大器的放大倍数为8,电阻阻值容易选取。当输出电流大于2.5A时,继电器关断,切断主回路,所有电源从供电,故要是利用78系列与79系列产生正负电压,系统将产生地线冲突,要解决地线冲突比较困难。但要是没有负电压的话,AD与DA芯片都无法正常工作。本设计利用555产生一个-5V的电源,解决了上述的问题。对应的电路图如下:图4负电源电路图数字设定及显示电路的设计数字设定及显示电路利用单片机最小系统与A/D转换芯片实现。单片机最小系统上含有16个按键,可以满足数字0~9,步进±1V的输入要求,实现输出电压设定的功能。最小系统还含有8位LED,可以实现设定输出电压,实际输出电压,实际输出电流的数字显示功能。要对输出电压和输出电流进行测量显示,需要用A/D芯片对输出信号进行采集转换。由于测量精度要求不高,故可以使用普通A/D芯片实现。本设计选用AD0809对电压进行采样,将数据返回到单片机经处理后进行显示。力矩关系由式(2)看各构件间有一个稳定的力矩关系,当输出构件的力矩确定后,调节构件和输入构件的力矩也就确定了。只要构件的强度足够,就能满足负载所要求的起动力矩和传动力矩值。所以可以通过改变制动器对内齿轮的制动力矩就可以改变输出轴的输出力矩,从而控制负载的起动要求,以实现可控起动。3.2功率关系设输出力矩M2=-M,则输出功率若认为带式输送机负载为近似定恒转矩负载,则在调节过程输入功率是个定值,输出功率是按比例增加的;调节轴功率是按例比减小的。实现保护功能。保护电路对应的电路图如下图所示。图5保护电路图结语：利用本文所设计的方案,可以设计出基于TL494与单片机控制的开关稳压电源,输出电压30～36V可调,并具有数字设定电压,实时显示电压,过流过压保护等功能,具有广泛的应用意义。