【工程师6】+实践类+降压DC/DC开关稳压电源的设计过程和感想

驱动电路由IR2104半桥驱动芯片驱动BUCK型同步整流电路实现系统降压的操作

该芯片采用被动式泵荷升压原理。上电时，电源流过快恢复二极管D向电容C充电，C上的端电压很快升至接近Vcc，这时如果下管导通，C负级被拉低，形成充电回路，会很快充电至接近Vcc，当PWM波形翻转时，芯片输出反向电平，下管截止，上管导通，C负极电位被抬高到接近电源电压，水涨船高，C正极电位这时已超过Vcc电源电压。因有D的存在，该电压不会向电源倒流，C此时开始向芯片内部的高压侧悬浮驱动电路供电，C上的端电压被充至高于电源高压的Vcc，只要上下管一直轮流导通和截止，C就会不断向高压侧悬浮驱动电路供电，使上管打开的时候，高压侧悬浮驱动电路电压一直大于上管的S极。采用该芯片降低了整体电路的设计难道，只要电容C选择恰当，该电路运行稳定。

BUCK型同步整流电路如下

之前测试在输出端采用Π型滤波大大降低了纹波，但是由于滤波使得公共端地的不稳定造成电路有时的故障不能工作

一开始以为是基准电压的浮动就用另一片494的基准作为控制端2脚的基准电压。滤波电路带来的损耗也比较大

而该电路只能实现对系统稳压降压以及带载功能过流和负载识别尚没使用。

在经过一系列调试测试参数，发现利用494做的纯硬件的稳压电源可以实现过流保护功能、负载识别功能。并且再通过滤波电路的调整会得到一个满足的纹波值

但是这种电路效率最高只能达到75%，离要求还有很多距离而且负载调整率严重不行，重量也严重超标，因此决定换用覆铜板，利用频率和电路PCB布局走线来降低纹波，

在用TL494主控调试中发现，494虽然设计利用起来简便，但在需要高频环境下以及高效率低纹波都满足不了设计要求。

而且负载调整的采样电阻分压补偿，硬件做起来难度大精度不高，过流精度也稍微低一点。

因此对电路主控进行重新选择，用stc12单片机作为系统主控通过软件实现过流精度以及负载调整的采样电阻分压补偿，

stc12单片机可以提供50khz的工作频率进一步降低纹波电压。

第一代覆铜板产品乍一看又丑又大，主要是自己对ADPCB绘制的不熟悉造成的，但是电路实用而且纹波降低的效果明显

测试调试数控稳压电源时的写照

经过一系列调整这是二代PCB电路，在原有基础上对电路的主控布置进行了大范围调整

在二代基础上把控制电路移到了中间在四周通过主回路。更一步集成

当时做的双层板，下层主回路上层控制回路

为了增加滤波的效果延长了输出回路并通过差分走线进一步改善滤波效果

最终的成品电路如下

对系统进行全面的调试后，进行了对系统参数的测量，此次的系统全部符合题目要求

电压调整0.1%

负载调整1.1%

效率95%

纹波10%

对系统进行并联测试未发现有环流

测试结果分析

根据上述测试数据，由此可以得出结论：

(1) 额定输出电压下，输出电压偏差为：5.5mV，远小于100mV。说明电路的输出准确。

(2) 额定输入电压下，已测最大输出电流为3.102A，大于3A。说明电路能承受大电流。

(3) 输出噪声纹波电压峰峰值为20.5mV，小于50mV。满足题目要求。

(4) 负载调整率为1.02%，小于5%；以及电压调整率为0.01%，小于0.5%。说明整个电路稳定性好，不易受到外部的干扰。

(5) 满载时效率为90.4%。说明该电路效率极高。

(6) 具备3.2A过流保护。

(7) 整体重量为0.17kg说明该电路具有小体积小重量的优势。

附部分源程序

#include 
#include 	      /*use _nop_() function*/
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ADC_FLAG      0X10
#define S1_S0 0x40              //P_SW1.6
#define S1_S1 0x80              //P_SW1.7

	
sbit SD1	=	P3^3; 		
sbit LED3    =   P1^7;
sbit LED4    =   P3^4;
sbit key1  	= 	P0^0;		//ok
sbit key2  	= 	P2^0;		//+

sfr P_SW1   = 0xA2;             //外设功能切换寄存器1


uint Vout=0;
uint Iout = 0;							//输出电压
uint V1=0;
uint I1 = 0;
uint sum = 0;
uint Vref = 0;
uchar block = 175;
uchar log = 0;
uchar lag = 0;
uchar snm = 0;
uint get = 0;
uint got = 0;
float R = 9.998;
float Vin = 5.08;
float Vget;
float Rfu;
bit busy;




void delay();
void Key_1_();
void Key_2_();
void init_pca();
void init_timer();
void SendData(uchar dat);
void SendString(char *s);

/**********************************************************
函数说明： 延时程序
**********************************************************/
void delay(uchar t)
{
	uint j;
	uchar i;
	for(i=0;i0;i--)
        for(v=168;v>0;v--)
            for(k=22;k>0;k--);
}

/**********************************************************
函数说明： 过流保护开启按键
**********************************************************/
void Key_1_()
{
if(key1==0)
	{
		delay(100);
		if(key1==0)	
		{    
		SD1 = 1;
		LED4 = 1;
		delay(200);
		LED4 = 0;                               
		}	 delay(100);
	}		
}
/**********************************************************
函数说明： 模式选择按键
**********************************************************/
void Key_2_()
{
if(key2==0)
	{
		delay(100);
		if(key2==0)	
		{
		if(log<3)log+=1;
		else log = 0;
		LED4 = 1;
		delay(200);
		LED4 = 0;
		}
				delay(100);
	}	 
}

/**********************************************************
函数说明： 调整电压
**********************************************************/
void VAdjust()
{	uchar a,b,c,d;
	

	switch(lag)
	{
	case 0:	  I1 = GetADC(1); sum+=1;Iout +=I1;break;
	case 1:	  ADC_CONTR=0X00;_nop_(); _nop_();_nop_();  _nop_();sum+=1;break;
	case 2:	  V1 = GetADC(0); sum+=1; Vout +=V1;break;
	case 3:	  ADC_CONTR=0X80;_nop_(); _nop_();_nop_();  _nop_();sum+=1;break;
	}	
	if(sum >= 100)
	{
		sum = 0;	
	 switch(lag)
	{

	case 0:	Iout = Iout/50;
			 a = 48+Iout/1000;
			 b = 48+Iout%1000/100;
			 c = 48+Iout%100/10;
			 d = 48+Iout%10;
//           SendData(e);
		   SendData(a);
		   SendData(b);
		   SendData(c);
		   SendData(d);
		   SendData('\n');
	  		Vref = 119+ Iout/29
			;
	 	  break;
	case 1:	break;
	case 2:	Vout = Vout/100;
			 a = 48+Vout/1000;
			 b = 48+Vout%1000/100;
			 c = 48+Vout%100/10;
			 d = 48+Vout%10;
//           SendData(e);
		  SendData(a);
		   SendData(b);
		   SendData(c);
		   SendData(d);
		   SendData('\n');		  
	
	   			if(Vout>Vref)		//输出电压小于36V
		{
			if(block==255) 
				block=255;
			else
				block++;
		}
		else						//输出电压大于36V
		{	
			if(block==50) 
				block= 50;
			else
				block--;	
	
		}  break;
	
		case 3:	break;
	}
		 

				lag+=1;
		if(lag>3) lag=0;
		Vout = 0;
		Iout = 0;
	}
}
/**********************************************************
函数说明： 过流保护
**********************************************************/ 
void IAdjust()
{	uchar a,b,c,d;
	

	switch(lag)
	{
	case 0:	  I1 = GetADC(1); sum+=1;Iout +=I1;break;
	case 1:	  ADC_CONTR=0X00;_nop_(); _nop_();_nop_();  _nop_();sum+=1;break;
	case 2:	  V1 = GetADC(0); sum+=1; Vout +=V1;break;
	case 3:	  ADC_CONTR=0X80;_nop_(); _nop_();_nop_();  _nop_();sum+=1;break;
	}	
	if(sum >= 100)
	{
		sum = 0;	
	 switch(lag)
	{
	case 0:	Iout = Iout/50;
			 a = 48+Iout/1000;
			 b = 48+Iout%1000/100;
			 c = 48+Iout%100/10;
			 d = 48+Iout%10;
//           SendData(e);
		   SendData(a);
		   SendData(b);
		   SendData(c);
		   SendData(d);
		   SendData('\n');
		  if(Iout>=218) 
	 {
	  snm+=1;
	  if(snm >=20)
  		SD1 = 0;
	 }		Vref = 119+ Iout/29;  break;
	case 1:	break;
	case 2:	Vout = Vout/100;
			 a = 48+Vout/1000;
			 b = 48+Vout%1000/100;
			 c = 48+Vout%100/10;
			 d = 48+Vout%10;
//           SendData(e);
		  SendData(a);
		   SendData(b);
		   SendData(c);
		   SendData(d);
		   SendData('\n');	
		   			if(Vout>Vref)		//输出电压小于36V
		{
			if(block==255) 
				block=255;
			else
				block++;
		}
		else						//输出电压大于36V
		{
			if(block==50) 
				block= 50;
			else
				block--;	
	
		}  break;
	
		case 3:	break;
	}
		 

				lag+=1;
		if(lag>3) lag=0;
		Vout = 0;
		Iout = 0;
	}
}


/**********************************************************
函数说明： 负载识别
**********************************************************/
void KnowLoad(void)
{	uchar a,b,c,d;
	switch(lag)
	{
	case 0:	  get = GetADC(2); sum+=1;got +=get;break;
	case 1:	  ADC_CONTR=0X00;_nop_(); _nop_();_nop_();  _nop_();sum+=1;break;
	case 2:	  V1 = GetADC(0); sum+=1; Vout +=V1;break;
	case 3:	  ADC_CONTR=0X80;_nop_(); _nop_();_nop_();  _nop_();sum+=1;break;
	}	
	if(sum >= 100)
	{
		sum = 0;	
	 switch(lag)
	{
	case 0:	got = got/100;
		  	 a = 48+got/1000;
			 b = 48+got%1000/100;
			 c = 48+got%100/10;
			 d = 48+got%10;
//           SendData(e);
		   SendData(a);
		   SendData(b);
		   SendData(c);
		   SendData(d);
		   SendData('\n');
		   if(got>=240) Vref = 0;
		   else
		   {   if(got<=60)	 {Vget =  (got+2)*0.02; 
		   Rfu =Vget*R/Vin/(1-Vget/Vin)/2.0; 
			 Vref = Rfu/0.02-3;
			 }
		    if(got>60 && got<100)	
			{ Vget =  (got-3)*0.02; 
			 Rfu =Vget*R/Vin/(1-Vget/Vin)/2.0; 
			 Vref = Rfu/0.02+2;
			 }
		   if(got>=100)	
		   { Vget =  (got-6)*0.02; 
		   Rfu =Vget*R/Vin/(1-Vget/Vin)/2.0; 
			 Vref = Rfu/0.02;
			 }
		   			  
	    	}  break;
	case 1:	break;
	case 2:	Vout = Vout/100;
			 a = 48+Vout/1000;
			 b = 48+Vout%1000/100;
			 c = 48+Vout%100/10;
			 d = 48+Vout%10;
//           SendData(e);
/*		  SendData(a);
		   SendData(b);
		   SendData(c);
		   SendData(d);
		   SendData('\n');	 */
		   			if(Vout>Vref)		//输出电压小于36V
		{
			if(block==255) 
				block=255;
			else
				block++;
		}
		else						//输出电压大于36V
		{
			if(block==50) 
				block= 50;
			else
				block--;	
	
		}  break;
	
		case 3:	break;
	}
		 

				lag+=1;
		if(lag>3) lag=0;
		Vout = 0;
		Iout = 0;
	}
}

/**********************************************************
函数说明： 主函数
**********************************************************/
void main(void)
{	 LED1 = LED2 =LED3 =LED4 =0;
	delay(255);delay(255);delay(255);
	InitADC();
	init_pca();
	init_timer();
	EA=1;//开总中断
	while(1)//主循环
	{	

		Key_2_();
	//	VAdjust();		
       switch(log)   
	   {
	   case 1:  break;
	   
	   case 0:	VAdjust();LED1 = 1;LED2 = LED3 = 0;break;
	   
	   case 3:	IAdjust();LED2 = 1;LED1 = LED3 = 0;Key_1_();break;

	   case 2:	KnowLoad();LED3 = 1;LED1 = LED2 = 0;break;   
	   } 

		
	}
}