寇水潮全国大学生电子设计开关稳压电源.docVIP

电子设计模拟竞赛论文 题目: 开关稳压电源 组员：寇水潮 陈雄 程聪 指导老师：全体教练组 2011年8月18日 开关稳压电源 摘 要：本系统以Boost升压斩波电路为主电路，采用TL494作为开关稳压电源的核心控制芯片，并加入反接保护、输入过压欠压保护、输出过流保护、输出电压反馈、输出电压显示等辅助系统，实现输出电压30～36V可调，最大输出电流2A的功能。 关键词：Boost TL494 开关电源 msp430f149单片机 目 录 1 绪 论 2 2 系统方案设计 2 2.1 DC-DC主回路拓扑 3 2.2控制方法及实现方案 3 2.3系统总体框图 3 2.4 提高效率的方法及实现方案 4 3 电路设计与参数确定 4 3.1 Boost升压子系统的设计 4 3.2重要元器件参数的选择 5 3.3 输入欠压过压保护 5 3.4 TL494控制电路的设计 6 4测试与分析 7 4.1测试环境及仪器 7 4.2测试结果 7 4.3测试结果与要求比较分析 8 5结论 9 参考文献 9 附 录 9 1 绪 论 开关稳压电源简称开关电源（Switching Power Supply），通过控制开关管的导通比来维持输出电压的稳定，体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的20～30%）、效率高（一般为60～70%，而线性电源只有30～40%）、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。功耗低、纹波小、噪音低、易扩容等特点，使得开关电源具有高的稳定性和性价比，在仪器、仪表、工业自动化等领域得到广泛应用。 2 系统方案设计 2.1 DC-DC主回路拓扑 方案一：隔离型 2.4 提高效率的方法及实现方案 Boost升压斩波电路中开关管的选取：电力晶体管（GTR）耐压高、工作频率较低、开关损耗大；电力场效应管（Power MOSFET）开关损耗小、工作频率较高。从工作频率和降低损耗的角度考虑，选择电力场效应管作为开关管。 选择合适的开关工作频率：为降低开关损耗，应尽量降低工作频率；为避免产生噪声，工作频率不应在音频内。综合考虑后，我们把开关频率设定为20kHz。 Boost升压电路中二极管的选取：开关电源对于二极管的开关速度要求较高，可从快速恢复二极管和肖特基二极管中加以选择。与快速恢复二极管相比，肖特基二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点，但反向耐压较低，多用于低压场合。考虑到降低损耗和低压应用的实际，选择肖特基二极管。 3 电路设计与参数确定 3.1 Boost升压子系统的设计 这里我们在常见的Boost升压结构的基础之上外加反接保护、过压欠压保护构成，达到使系统更加安全可靠地目的，输出滤波部分加多级电容使输出文波更小， 反接保护功能由二极管和保险丝实现，电路如图3-1 。 图3-1 输入反接保护模块原理图 Boost升压的DC-DC拓扑结构如图3-2所示。 图3-2 Boost升压模块原理图 3.2重要元器件参数的选择 开关管的选择：选择导通电阻小的IRF540作为开关管，其导通电阻仅为77mΩ（VGS=10V, ID=17A）。IRF540击穿电压VDSS为55V ，漏极电流最大值为28A（VGS =10 V， 25°C），允许最大管耗PCM可达50W，完全满足电路要求。 肖特基二极管的选择：选择ESAD85M-009型肖特基二极管，其导通压降小，通过1 A电流时仅为0.35V，并且恢复时间短。实际使用时为降低导通压降将两个肖特基二极管并联。 电感参数的计算： （3-1） 其中，m是脉动电流与平均电流之比取为0.25，开关频率f=25 kHz,输出电压为36V时，LB=527.48μH，取530μH。 电感线径的计算：最大电流IL为2.5A，电流密度J取4 A/mm2，线径为d,则由得d=0.892 mm,工作频率为25kHz,需考虑趋肤效应，制作中采取多线并绕方式，既不过流使用，又避免了趋肤效应导致漆包线有效面积的减小。 电容的参数计算： （3-2） 其中，ΔUO为负载电压变化量，取20 mV,f=25kHz,UO=36V时,CB=1465μF,取为2000μF，实际电路中用多只电容并联实现，减小电容的串联等效电阻（ESR），起到减小输出电压纹波的作用，更好地实现稳压。 3.3 输入欠压过压保护 输入的15V～21V交流电经整流滤波后电压为18V～27V，当输入18VIN27 时VV,VV,2脚出高电平，1脚输