开关电源报告

武汉理工大学

开放性实验报告

开关稳压电源

实验室： 606 组别： 9组

摘要：

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。

开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

关键词：开关稳压电源，Boost电路，短路保护，msp430

1. 功能介绍

本实验设计的电源为升压型开关稳压电源 ，开关稳压电源设计输入8V，输出实现10V到30V输出可调。设计输出电流为1A。

本系统由msp430控制，电压步进式调节，由键盘设置输出值，电源自动调节到设置值后，恒压输出。

2. 方案选择

2.1 方案一：降压型开关电源，

Q?Vin+MOSFET NL?Vout+INDUCTOR2kD?DIODEC?CAPACITORVin-Vout-

本方案如图所示，采用单片机发出占空比可调的方波，控制开关管通断，通过改变控制信号的占空比，实现输出电压可调。本方案设计思路简单，但单片机抗干扰能力不强，容易被开关电源影响，可靠性不强。且本电路以多次使用，创新点不多，故不选择。

2.2 方案二：采用2110控制的降压型开关电源。

+90VR2U11.2KR3C10.33/3WTLP521-1104IRF840IN4007D5Q3104/100VC10R17200/3W0UTQ4C11104/100V18IN4007D6R200/3W 本方案采用IR2110控制上线管90V供电，输出0到50v，通过单片机输出两路PWM波，控制2110，由2110驱动mos管轮流到同，加后级电感电容滤波，实现直流稳压输出。本方案非常规开关电源方案，输出功率有限。加之无大功率负载测试，设计难以实现，故不选择。

2.3 方案三：升压型开关稳压电源

D1B20200L1VOUT+400uHB20200D2+34VC?+ITOR POLCAPACD?DIODEQ1IRFP350R70.1/10WVOUT-SGND升压型开关电源采用bost升压电路，采用tl494控制mos管的通断。通过改变tl494内部比较器输入电压，tl494自动改变占空比改变输出电压。

3.硬件设计

3.1 系统设计

Bost升压电路 压设定值 按键电路 单片机控制电路 显示电路

系统整体设计框图如上图，由MSP430Z自带AD采集输出电压，与输入电压比较，步进式调节，控制DA输出控制电压，控制494输出PWM波的占空比，实现调压功能。

3.2 第一部分bost升压电路

D1B20200L1VOUT+400uHD2+34VB20200C?+ITOR POLCAPACD?DIODEQ1IRFP350R70.1/10WVOUT-SGND 电路工作原理：电路通过控制mos管通断，当mos管开通时，相当于

正电源通过电感与很小的电阻与地相接，在短时间内，电流会很大，这是当mos管关断后，由于电感的续流作用电流通过二极管向电容充电，这样电容两端电压就会变得很大，实现升压功能。这样通过改变电感对电容充电时间就可以改变输出电压。

3.3 第二部分tl494电路

TL494引脚,参数,特点及脉宽调制控制电路图

广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式，以适应不同场合的要求。其主要特性如下：

主要特征：

集成了全部的脉宽调制电路。

片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电

容）。

内置误差放大器。 内止5V参考基准电压源。

可调整死区时间。

内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力。 推或拉两种输出方式。 工作原理简述：

TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：

输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个

控制信号进行比较来实现。功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。参见上图。 控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在0—3.3V之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。

脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到（Vcc-2.0）的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路

Tl494电路设计：

D1B20200L1VOUT+60uHRefR?10KR212KC?103R?510KU?12345678+V1-V1COMPDTCCTRTGNDC1TL494GNDC4104R132KVOUT-Q19012SGND+V2-V2VREFOCVCCC2E2E1161514131211109R11R101KGNDC5102R82KR1410KR121KQ3IRFP350C74700uF/63VB20200R1330KD2+34VR4C1100K2.2uF/16V7.4KC6102+12VR5R11K20KC3102Q29013R910R70.1/10WR152K3.4 过流保护电路

+90VR2U11.2KR3C10.33/3WTLP521-1104 光耦30mv可靠导通，当输出端接后，通过电阻R1电流增大，光耦导通，光耦后级接单片机引脚，引脚输入高电频，单片机停止工作，494出去保护状态，mos管常关，电路进入过流保护状态。

3.5 单片机电路

控制电路采用实验室常用的msp430单片机，硬件电路如下

J1U2J3CON212R31KVCC/INJ212DOWNLOADU4J9powerCON20COM32024012TMSXOUT34TECSKTT56GND78RST91011121314GND7VCC/3.38GND90VCC/31.311GND12131412345678910GNDV0VCC/3.3VCC/3.3GNDVCC/3.3GND1VCC/32.3GND3VCC/34.3VCC/3.3GND5VCC/36.3TDOTDI1VCC/523CON3J4R2S110KSW SPSTC510uF1VCC/3.323CON311121314151617181920NCP4.7P4.6P4.5P4.4P4.3P4.2P4.1P4.0VEEGNDRSTP5.3P5.2P5.1LCD-VCCP5.0LCD-VCCV0VCC/3.3GNDD1LEDR11KR4102J5CON3C30.1uFC156PFY2C256PFVEERSTJ61P5.4R51KQ19013J7VCC/3.312VCC-IO3VCC/3.345CON5IN4148DIODE123VCC-IOLCD-VCCVCC/3.38MHZDGNDVCC/3.3RSTTCKTMSTDITDOP6.2P6.1P6.064636261605958575655545352515049P5.7P5.6P5.5J8s2sP6.D2V/As1sP6.A1V/AP6.0/A0NUMTIP5.7/TBoutH/RSSVTS/OCDKTDOT/TITMSTDIX2INXT2TOUTP.5ACP55./6S/MCLLKKAVccP61234567812345678P6.0P6.1P6.2P6.3P6.4P6.5P6.6P6.7C4VREF0.1uF12344PINS1234VREF+XOUTVeREF+VREF-1P6.32P6.43P6.54P6.65P6.76VREF+78XOUT9VeR10EF+VREF-11P1.012P1.113P1.214P1.315P1.4168PINSP1123456788PINSP2123456788PINS12345678P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.712345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7Y132KHZP1.5/TA0P22/CAOUT/TP.2.AD1C2CLAK0/DMAE0P1.61//TTAAIN1CLKPP12..70//TAAC2LKP2.3/CA0/TA1P2.4/CA1/TA2P3.3/UCLK0/SCLP32..07//STTAE00PP2oscO0/SDA3.51/RSIMDVccP6.3/A3P6.4/A4P6.5/A5P6.6/A6/DAC0P6.7/A7/DAC1/SVSINVREF+XINXOUT/TCLKVeREF+VREF-/VeREF-P1.0/TACLKP1.1/TA0P1.2/TA1P1.3/TA2P1.4/SMCLKMSP430F169IPMP5.4/MCLKP5.3/UCLK1P5.2/SOMI1P5.1/SIMO1P5.0/STE1P4.7/TBCLKP4.6/TB6P4.5/TB5P4.4/TB4P4.3/TB3P4.2/TB2P4.1/TB1P4.0/TB0P3.7/URXD1P3.6/UTXD1P3.5/URXD048474645444342414039383736353433P5.4P5.3P5.2P5.1P5.0P4.7P4.6P4.5P4.4P4.3P4.2P4.1P4.0P3.7P3.6P3.5P4.71P5.03P5.25P5.47GND9VCC11/3.3VCC13/3.3VCC15/3.3P4.117P4.319P4.521D7CSRDRSTGNDVCCVCCVCCD1D3D5D6RSWRNCGNDGNDVCCVCCD0D2D4246810121416182022P4.6P5.1P5.3GNDGNDVCC/3.3VCC/3.3P4.0P4.2P4.4320240-BP5P5.78P5.67P5.56P5.45P5.34P5.23P5.12P5.01876543218PINSP4P4.78P4.67P4.56P4.45P4.34P4.23P4.12P4.01876543218PINSP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.71234567812345678P1.51.7P161.8P171.9P202.0P212.1P22P22.2323P2.4P22.452.5P262.6P2727P3.02.8P312.9P323.0P33P33.1432P3.4/UTXD0P3.2/SOMI0P38PINS

4. 软件设计 软件流程图：

开始 设定输出电是否输出 步进式调节输出电是否结束输出 结束

软件设计采用步进式调节，将取回电压值与输出电压比较，动态控制输出电压，达到合适输出值后，跳出比较函数，实现恒压输出。系统采用320240液晶显示，界面清晰可读性好。以下是部分程序：

#include \#include \#include \#include \#include \#include \#include \

//时钟初始化函数，设置系统时钟。 void Init_CLK() { unsigned int i;

BCSCTL1&=~XT2OFF; //打开XT2振荡器 do

{ IFG1 &= ~OFIFG; // 清除振荡器失效标志 for (i = 0xFF; i > 0; i--);// 延时，等待XT2起振 }

while ((IFG1 & OFIFG) != 0); // 判断XT2是否起振 BCSCTL2 =SELM_2+SELS; //选择MCLK、SMCLK为XT2 }

void dalay() {

int i;

for(i=0;i<1000;i++); }

//调压函数根据ad输入电压步进式调节da输出电压的参数，调节开关电源输出电压

void work(void) {

float shezhi,shuchu; int DAOUT,i=0;

da_init();

shezhi=(shi*10)+ge+(fen/10); DAOUT=2500-shezhi*24.576; da_out(DAOUT); ad_init();

shuchu=results/10; while(i<20000)

//while((shuchushezhi+0.2)) {

if(shuchu

DAOUT=DAOUT-5; da_out(DAOUT); //dalay(); ad_init();

shuchu=results/10; }

else if(shuchu>shezhi+0.1) { i=0;

DAOUT=DAOUT+2; da_out(DAOUT); //dalay(); ad_init();

shuchu=results/10; } else {

i++; } }

while(key()!=11);

//DAC12_0CTL = ~DAC12ENC;

LCD_DispChineseStr(tingzhi,60,181,24,5,4,BLUE,RED); }

//系统主函数 void main(void) {

//unsigned int color = 0;

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; //关看门狗 ad_init(); Init_CLK(); lcd_init(); while(1) {

ad_init(); switch(key()) {

case(12):lcd_shi();break; case(13):lcd_ge();break; case(14):lcd_fen();break; case(10):work();break; } } }

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4xo7.html