课程设计（论文）高效数控恒流电源.doc

高效数控恒流电源摘要随着低碳经济时代的到来，提高能源利用率对工业和社会发展起着重要的作用。基于此本文描述了高效率数控恒流电源的设计原理和实现方法，本系统采用DC/DC变换器芯片TPS5430，它是一款高效的电源开关控制芯片，输入电压范围宽，输出电流高达3。以MSP430F247单片机为主控制器，通过键盘来设置电源的输出电流，设置步进等级为1mA，并可由液晶显示器显示实际输出电流值和负载功率。本系统还具有开路检测和过压保护功能，可广泛应用于需要高效恒流源的领域。关键词：MSP430F247单片机 DC/DC变换器 高效恒流源 AbstractThis paper describes the design of high-power LED power supply principle and method to MSP430F247 microcontroller-based controller, DC power through the keyboard to set the output current, set the step level as 1mA, and the actual output current value and load power can be displayed by the LCD . This system uses DC / DC converter chip TPS5430, the output power MOS tube can expansion the current . Single Chip Programmable output digital signal, through D / A converter (TLV5618) output analog, through the operational amplifier isolation amplifier, and precision voltage sampling resistor collection enlarged compared to control DC / DC converter's feedback side, to achieve the output current control. Output current through the current / voltage changes, the adoption of A / D converter chip, real-time into the analog data, and then analyzed by microcomputer processing, the feedback through the form of data links, so that current is more stable, it constitutes a stable voltage-controlled current source. Actual test results show that the system output current stability, with the load and ambient temperature changes and high Jing Du, output current error of ± 5mA, output current at 20mA 2000mA Fan Wei can be arbitrarily set within, output efficiency up to 90 %, and thus the actual applications requiring high stability and high efficiency constant current field. Key words: MSP430F247 MCU DC / DC converter efficiency constant current source 目录一：方案设计与论证1.1总体设计方案与比较：方案一：采用以89C51为核心的单片机系统来控制12位AD7521的数据的输入并将其转换成模拟量输出同时单片机把输入的预值电流送数码管显示，再根据输出的电压量来控制电流的变化，此方案的优点是输入的预值电流信号稳定且避免了大量的数据存储，缺点是电路效率低。其电路方框图如图1.2所示：图1.2 方案二方框图方案二：采用开关电源控制芯片TPS5430，该芯片其内部集成110毫欧的MOS开关管，效率高达95%，输出电流最高3A,能够满足题目的要求。该芯片固定为500KHZ开关频率，可采用较小的滤波电感，电容消除纹波。用单片机输出数字量经过D/A变换和采样比较可以对输出电流程控。此方法优点是可以对输出电流预置和显示，而且效率高，所以电路和设计采用方案二，其电路方框图如图1.2所示：负载DC/DC变换器 输入Ui 预置和输出显示MSPF430F247单片机键盘 图1.2 方案二方框图二 模块电路设计及比较本系统以MSP430F247单片机为核心，外围包括DC/DC变换器模块，数模和模数转换模块，液晶显示模块，电流采集模块。2.1DC/DC变换器模块TPS5430是一款输入电压范围宽，工作频率高，转换效率高的直流变换器件，可做升压和降压之用，本系统用做降压输出，输出经电感电容滤波，可得到稳定的电压，引入电流反馈可得稳定电流。电路原理图如下图2.1所示图2.1DC/DC变换器模块图2.1TPS5430原理图2.2数模转换模块 TLV5618是TI公司生产的12位数模转换芯片，它采用串行输入数据，转化后的模拟电压可通过2个通道输出，采用此芯片可以简化硬件电路设计，而且其转换精度高。其管脚如图2.2 所示 BIT1BIT12为数字量输入，Rfe为模拟量输出，Vref为参考电压Vdd为+5V电源。数模转换公式： （2-1） 例如: BIT1BIT12为（111111111111）且Vref为-5V，则： （2-2） 当BIT1BIT12为（100000000000）且Vref为-5V,则： （2-3） 由于该设计要求输出电流步进1 0毫安，基与此，本设计将采TLV5618 12位数模转换器。图2.2TLV5618芯片管脚图2.3电压采集与放大模块考虑温度和其它因素变化对电阻阻值的影响，系统采用精密康铜丝为采样电阻，考虑系统效率因此选择阻值为0.1欧姆。采样电压放大10倍和单片机给定的电压通过加法器相加后送给TPS5430的第4脚，整个系统构成一个负反馈，能够保证输出电流恒定。电路参数计算 如下：2.3模数转换模块采用TLC2543模数转换芯片，该芯片具有11个模拟通道输入端，转换结果有8位，12位，16位并可编程配置，其转换速率快，线性误差小。 本系统采用其模拟通道0采集输出电流，模拟通道1采集输出电压。并分别用跟随器可保证采集的数据稳定。将转换后的数据送给单片机实现电流和输出功率的显示。转换结果为12位，满足系统精度要求，原理图如图2.3图2.3模数转换模块2.4单片机最小系统与液晶显示和键盘连接模块本系统用MSP430F247为主控制器，该单片机静态工作电流小，功耗低，满足该系统高效的要求。其P3口作为液晶的数据端口，P2口为控制口，P1口高4位为键盘接口，原理图如下图2.42.5集成运放和单片机供电模块2.5.1采用TPS5430,通过调节反馈电压，可得到5V的稳定电压，原理图如图2.5.1图2.5.1 5V电源模块2.5.2 -5V电源模块，系统采用MC34063电源芯片，得到-5V电压，原理图如下图5.2.2图2.5.2 5V电源2.53单片机用3.3V供电，系统用TPS733芯片得到3.3V电压，原理图如下图2.5.3图2.5.3 3.3V电源模块2.4各单元连接框图三：软件设计本作品采用IAREmbeddedWorkbench作为开发软件，它是以WINDOWS为开发平台，使用时，先建立一个工程文件夹，以保存相应的工程文件。打开该软件后，先建立工程文件，然后保存，编辑完目标代码后，点击编译运行即可实现软件仿真。适配好目标器件，使用计算机并口和GTAG接口，可将代码下载到硬件进行在线调试。 本作片软件要实现的功能是：3.1：软件设计思想3.2：软件设计流程图3.3：各模块程序设计及相应的软件算法四：系统测试本系统具有输出200 mA到2000mA的稳定电流，可在该范围内预置，同时具有+/-10mA的步进。4.1测试方案测试仪器：电流调整率SI的测试：（Io1000mA，负载为5的条件下测试）；测试结果如表4.1表4.1输入电压 （V）12131415161718实际输出电（A）电流变化量Io（mA）电流调整率SI 负载调整率SR的测试：（Ui=15V， Io1000mA，负载在15条件下测试）测试结果如表4.2表4.2负载R（）12345实际输出电电流Io（mA） 电流变化量Io（mA）负载调整率SR纹波电流测试：测试条件为（Ui =15V，Uo=10V，Io=2000mA）；测试结果如表4.3表4.3纹波电流测量电流值(mA)交流毫伏表读数(mv)示波器读数（Vpp）(mV)200500100015002000整机效率测试：（Ui=15V，Uo=10V，Io=2000mA）；4.2测试仪器4.3测试结果五：设计总结经过为期四天的设计，感触颇深的是解决问题的方法、技巧。在这四天中，我们遇到许许多多问题，对待问题要多方法处理，多角度处理。通过这几天的设计竞赛，我们不但增强了实践能力和协作精神，而且懂得了联系实际的重要性，这对我们以后的学习和工作不无裨益。当然，我们的设计还存在着一些缺陷，有待于在将来设计中进一步提高，在此恳请各位老师批评指正。六：参考文献1 童诗白，华成英 模拟电子技术基础 高等教育出版社 2003年3 全国大学生电子设计竞赛组委会 第四届全国电子设计竞赛获奖作品选编 北京理工大学出版社 2001年4 电子线路基础教程，科学出版社，2003年1月5黄智伟 主编，王彦、陈文光、朱卫华 编著全国大学生电子设计竞赛训练教程电子工业出版6MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用 胡大可 主编 2006年1月