不间断直流工作电源(电子设计大赛).docVIP

编号：H乙2104 不间断直流工作电源 关键词：开关电源；BULK电路；BOOST电路；PWM；MEGA8； ABSTRACT This system consists of three part of Switching Power Supply circuit.The power supply management is controlled by MEGA8,the AVR series. The main power supply circuit has a lower output of ripple,a lower load regulation,a large output of current and has a protection of short circuit.The charging circuit is drived by MEGA8, which can generate the PWM signals to meet the requirments of contant current and constant voltage. A special IC is selected for the boost circuit ,with which has the function of large output of current and lower output of ripple. Keywords: Switching Power Supply; BULK; BOOST; PWM; MEGA8 1 方案论证与模块设计 1.1主电路结构的选择 DC-DC变换主要有串联稳压电源式结构和开关稳压电源式结构两类。 串联稳压式结构以78系列稳压集成电路为代表。这种结构具有输出纹波较小的特点。但由于主稳压管工作在放大状态，管子本身损耗大，发热厉害，效率低。利用这种结构完成课题的要求显然是达不到要求的。 开关稳压电源式结构又分两大类电路拓扑方式，并联式和串联式。 并联式DC-DC变换多采用开关变压器为主的电路拓扑。该方式有如下的优缺点。输入电路和输出电路靠磁路耦合隔离输出，安全性高。但由于开关变压器的设计以及材料的选用要求较高，短时间内调校出漏磁小、损耗低、效率高的变压器很困难。串联式DC-DC变换器由于输入电压和输出电压是共地结构，所以在高电压DC-DC变换器上较少使用，但在低压直流变换方面则有无与伦比的优越性。用串联式DC-DC变换器构成的开关电源电路具有输出电流大、转换效率高、设计简单等特点。 根据以上分析，结合课题的要求，我们选择串联式开关稳压电路来进行设计和调试。 串联式DC-DC变换有两种基本的电路拓扑结构：BULK电路和BOOST电路。BULK电路是降压电路，BOOST电路是升压电路。根据课题的要求，我们选择了两种BULK电路和一种BOOST电路来完成所要求的设计。主回路和充电回路选用BULK电路，锂电升压选用BOOST电路。 系统电路框图如下所示： 图1-1 系统电路框图 1.2模块电路设计及方案论证 本系统由主备电源转换模块、降压模块、充电模块、升压模块、保护模块、显示模块组成。 1.2.1主备电源切换 方案一：采用手动切换方式进行主备电源的切换，此方案设计的切换方式不能及时完成电源转换、且实际操作不便。 方案二：采用继电器进行主备电源的切换，继电器是最可靠的电气隔离方式采用继电器能够自动在主备电源之间进行切换，而且能够及时完成这一操作。对于切换电压的扰动用增加输出滤波电容的方法进行弥补。 基于实用性、经济性和时效性考虑选择方案二。 1.2.2降压模块 方案一：采用78系列三端稳压芯片进行降压，78系列稳压管散热量大，易损坏，且输出电压不稳定此系统对电压精度要求较高所以此方案不符合设计要求。 方案二：采用智能暂波型电源稳压模块KIC-053，KIC-053带散热体，输出电流电压：3A 5V，模块带有过流过压过热自动保护功能，选择此方案作为设计模块。 1.2.3充电模块 本系统充电方式规定为先恒流后恒压，由于采购的原因，选用专用的充电管理芯片比较困难。所以选用MEGA8单片机作为控制芯片，通过采集电池的充电电流和电池的电压进行PWM控制，即可满足本系统的要求。 充电回路选择分立元件构成的BULK电路，原理图上面已经进行了介绍。该电路的基本拓扑结构如下图所示: 图1-2 基本拓扑结构 电流的工作模式选择为电流连续工作模式。电流连续工作状态，在下一周期到来时，电感中的电流还未减小到零，电容的电流能够得倒及时的补充，输出电流的峰值较小，输出纹波电压小。由于条件限制，采购不到高磁通密度的磁芯。所以选用直径为20mm的普通铁氧体磁芯，该