基于Boost变换器的DC-DC可调电源设计.pdf基于Boost变换器的DC-DC可调电源设计pd

文件名称: 基于Boost变换器的DC-DC可调电源设计.pdf

所属分类: 其它

开发工具:

文件大小: 2mb

下载次数: 0

上传时间: 2019-09-13

提供者: weixin_********

下载 (2mb)

不能下载？报告错误

详细说明：基于Boost变换器的DC-DC可调电源设计pdf,提供电子工程最新解决方案和设计趋势 oFweek Ec, ofweek. com 电子工程网中国领先的电子工程专业媒体 EE.ofweek. com 图2主电路及UC3842控制电路图以UC3842为基础构成的电压申流双环控制的 Boost变换器当脉冲占空比人于0.5时,存在不稳定现象。为使系统稳定,要么降低控制环的低频増益, 要么采取斜坡补偿的办法,前者使输岀电压的控制精度降低,后者实现上要求比较严格。鉴于系统已设置单片机以满足监测显示功能的要求,可以利用单片机对 Bost变换器控制系统进行校正,在系统稳定的前提下可以使输出电压的控制精度大幅提高,而技术实现上切实可行,方案如图3所示。输出电压电流检测电压检测图3控制方案 1.3提高效率的方法及实现方案影响系统效率的主要因素有:a.功率变换器开关器件的开关损耗:b.感性元件的铁损和铜损;c.控制电路的损耗等。其中,开关器件的开关损耗是影响系统效率的最主要方面,因此,除主电路结构尽量简化外,选用开通、关断比较迅速、通态电阻小的功率MS管作为主开关器件, Boost二极管也选用超快恢复二极管。感性元件主要是 Boast电感,选取铁损比铰小的铁氧体为磁芯, 尽量选用截面比较粗的漆包线以降低损耗。控制电路的工作电源采取两种方式来降低损耗ε主控制芯片U℃3842直接用主电路的整流滤波电路供电,单片机和少量外围电路用自制的开关电源供电 2电路设计与参数计算提供电子工程最新解决方案和设计趋势 oFweek Ec, ofweek. com 电子工程网中国领先的电子工程专业媒体 EE.ofweek. com 2.1主电路器件的选择和参数计算 2.1.1电感量计算主电路的主妻参数为:整流滤波后的直流输入电压18~26V,输出电压在30~36V范围内可调,最大输出电流2A,开关频率取10kHz, Boost电路工作在电流连续工作模式(CCM) 忽略电路的损耗,根据 Boost.电路输电压表达式,可得FWM片空比: U D=1 最人占空比Dmax发生在输入直流电压最低(18V)而输出直流电压最高 36v)的时候,最小古空比Ⅷmin发生在输入直流电压最高(26V)而输出直流电压最低(30V)的时候,根据式(1冫计算Dmax为0.5、Dmin为取电感器电流的变化量为半载吋输入电流的30%,即: △l1=30%×/1N=30% (2) 最坏的情况为占空比最小的时候,根据甩流临界连续条件求得电感值为 2U1D(1-D) 2×18×0.13×0.87 =588H(3) 1×10000 实际取值500uH 2.1.2主开关管选取提供电子工程最新解决方案和设计趋势 oFweek Ec, ofweek. com 电子工程网中国领先的电子工程专业媒体 EE.ofweek. com 主开关管承受的最大漏源电压为最大输出电压36V,考虑到过载条件,开关管最大实际漏源电流为: l≥115%xl1N=115%x =5,75A (4) 考虑到实际电压电流尖峰和冲击,电压电流耐量分別取2.5和2倍裕量, 即应选取耐压高于90V,最大电流12A。实际选用IRF3710型MS管,最大漏源电压100V,最大漏极电流57A,通态电阻25mg,最高开关频率超过1MHz。 2.1.3快恢复二极管选取二极管选取依据是通态平均电流 m/F(AvY T 1.57 式中,η为波形系数;IF(A)是实际通态平均电流。考虑到实际系统控制时占空比的变动性,依据最人峰值电流(5.75A)选取FR6O7 2.1.4输出滤波电容选取设计输出电压的纹波小于200m,考虐到负线电流可能达到3A,滤波电容 CE计算如下实际选用10001F/50V的电解电容。 2.2控制电路设计与分析 BOus L变换器控制电路如图(2)所小,输出电压经取样电阻R1、R2反馈到LC3842的电压误差放人器的反相输入端,与其内部基准电压Uref比较之后得到误差电压Ue,经过电压调节器,送入UC3842的电流比较器,与主开关源极上的取样电阻Rs上取得的电流信号进行比较,产生PwM输出。电压调节器为PI 调节器(在该芯片1胂和2肜之间并积分电容和比例电阻)。 2.2.1开关频率的设计提供电子工程最新解决方案和设计趋势 oFweek Ec, ofweek. com 电子工程网中国领先的电子工程专业媒体 EE.ofweek. com 开关频率由UC3842第4脚锯齿波发生器的定时电容、电阻确定其计算公式为: =172 R,O 根据 UNITROD公司关于UC3812的特性图表,考虑到实际运行时脉宽占空比可能大于0.5,选取Rt=16kg,Ct=9.4nF,对应的开频率为11kz 2,2,2电压反馈取样电阻最高输出申玉为36V,电压调节器的参考电压为2.5V,反馈网络按无稳态误差原则设计,即 2.5= 2 (8) R, +r 取R1=35kΩ,计算得R2=8.5kg。 2.2.3电压调节器设计电压误差放大器为比例积分放大器,Kp=10,Ki=1/3000 2.2.4电流取样电阻Rs 系统能正常工作的必要条件是送入UC3842的电流取样端(3脚)的信号小于1V,且能达到电压词节器送到电流七较器输入端信号的大小。设丌关管的电流峰值时的信号大小为500m,则: 0.50.5 R =0.08g (9) 5.75 实际系统用3个0.339电阻并联。 2.3保护电路设计与计算由于主电路釆用 Boost电路,单纯的封锁开关管的驱动信号并不能满足在线过流保护的要求提供电子工程最新解决方案和设计趋势 oFweek Ec, ofweek. com 电子工程网中国领先的电子工程专业媒体 EE.ofweek. com 为了实现系统自恢复,在 Boost输出和负载之间增加Buck电路。Buck电路的开关管由单片机直接控制,采用电流霍尔作为电流传感器,单片机通过AD (MAX197)实时取样输出电流信号。当系统正常工作时,Buck开关管直通; 旦出现过流故障,单片机检测到故障信号后,可以两种方式实行保护,一种是限流输出保护方式,另一种是封锁输出保护方式。在限流输出保护方式下,单片机发出PwM信号,控制Buck开关管,降低输出电压,从而达到限制输出电流的目的,同时在液晶上显示故障。过流故障解除后,在输岀封锁保护方式下,单片机发出Buck开关管的封锁信号,切断输出电流。之后单片札每隔0.5s发出封锁解除信号,若过流故障排除.单片机停止发出封锁信号,系统恢复到正常状态。加入Buck电路后系统成本有所增加,但Buck电感和电容正好构成了二级输出滤波器,以进一步降低纹波。由于正常运行时,Buck开关管处于直通状态, 对效率影响甚微。 2.4人机接山设计本系统中的人机接口包括键盘和液晶显示器。考虑到要求输出电压进行键盘设定和步进调整,需要大量按键(如0~9数字键,+、一键,取消、确认键等〕,PS2键盘的小键盘区刚好淸足此要求,又PS2键榅通过PS2协议与咩片机进行串行通信,接口简单,易于实现,因此采用PS2键盘作为系统输入设备。设计指标又要求能显示输出电压、电流的测量值等系统信息,为了更好地美化显示界面,采用控制器为RA8803的240×128带国标字阵液晶显示器。液晶显示器通过并行数据总线与单片机进行通信。 2.5辅助电源设计另外制作了小型的开关电源电路,用作系统控制部分的工作电源。此小型开关电源的直流输入连接到主电路整流滤波输岀之后,主电路接上父流输入电以后, 开关电源开始τ作,向控制电路提供T作电源。辅助电源设计为+5V/1C0mA、 ±12V/100mA。 2.6效率分析及计算 2.6.1控制电路功耗经实际测试控制电路各个部分的功耗如表1所示。提供电子工程最新解决方案和设计趋势 oFweek Ec, ofweek. com 电子工程网中国领先的电子工程专业媒体 EE.ofweek. com 表1控制电路主要器件正常工作时功耗器件单片机液晶键盘[C3842mR210霍尔合计功耗50mW150mW150mW270mW320mW480mW1.42W 2.6.2 Boost主开关管功耗主开关管功耗由两部分构成:开关损託和通态损耗。开关损耗估算为: P=1Ul=(2+ta+1+t)(10) 式中,UDS为开关管阻断电压的峰值;IDS为开关管电流的峰值;tr为开关管上升时间;trd为开通廷迟时间;tf为开关管下降时间;tfd为关断延退时问;fs为开关频率。查阅IRF3710手册相关数据和以上相关计算数据求得Pds=0.08W。可见降低丌关频率能明显降低丌关损耗。通态损耗为: UN=18.71(V),l1N=4.30(A); U。=36.01(V),1。=2.05(A)。式中,ID为通态平均电流;Ron为通态电阻;D为平均占室比。经粗略计算得出Pdn=0.09W。 Bost二极管的损耗由两部分构成:反向恢复损耗和通态损耗。反向恢复损耗估算为: DRIORLAUFDIE (12) 提供电子工程最新解决方案和设计趋势 oFweek Ec, ofweek. com 电子工程网中国领先的电子工程专业媒体 EE.ofweek. com 式中,UDR为二极管反向电压峰值电压的峰值;DR为二极管反相恢复电流峰值:tr为反向恢复时间;fs为开关频率:UFD为正向导通压降;IF为正导通平均电流计算出Pdd=1.14W 2.6.3系统总效率 36×2 36×2+1.42+0.08+0.09+1.14=96.3%(13) 3软件流程图开关稳压电源系统软件流程如图4。提供电子工程最新解决方案和设计趋势 oFweek Ec, ofweek. com 电子工程网中国领先的电子工程专业媒体 EE.ofweek. com 开始定时器0中断初始化O及所有 (16ms间隔外部器件(AD 液晶、时钟、键盘通过MAX197读取输出电压值,输出电流值 N 龟流值是y|开始输出方波启动后级的 Buck电路使 <否有键盘按进入参数设置界面过给定2.5 电流不超过2.5A N N P调解器,调节输参数设置完毕并且出电压为给定值保存设置参数关闭Buck 判断过流故障>电路,使Bk 是否到刷新刷新液晶屏幕上面开关管常开晶屏时显示的参数 N 图4软件流程图 4系统测试 4.1测试仪器系统测试所需测试仪器如下:

(系统自动生成,下载前可以参看下载内容)