开关稳压电源
指导老师：
队 员：
学院院系：
初步方案设计报告 赵建 、王水平 苏杭（05）、聂晓伟、杨瑞、朱云龙 西安电子科技大学 测控技术与仪器
摘要：
本作品为07全国电子设计大赛的参赛题（E题）——开关稳压电源，计划完成其基本要求和发挥部分。
本作品以电源控制芯片tl494 为核心，以及超低阻MOS 管为主开关器件，主回路拓扑结构采用电感Boost 电路。使用了电压、电流双反馈闭环技术实现了恒流恒压自动切换式的过流保护；从而实现了DC－DC 变换。通过MSP430F169 为核心的单片机系统实现了输出电压步进调节、过流保护设定、电压电流的实时测量与显示等功能。
一、方案设计与论证
本电源系统分隔离变压器部分、恒压输出模块、DC/DC变换部分(TL494芯片)、系统控制及显示部分(MPS430单片机)、外围辅助部分,方框图如下：
电压输出电压误差放大电流误差放大PWM调制-+-+MOS驱动升压电路滤波电压取样康铜丝TL494电流取样电压测量电流测量放大DACADCLCD1602显示部分键盘部分
MSP430F169单片机系统
全系统以模拟电路为主体，配合数字电路控制，并通过MPS430进行精密全局控制。电压输出部分，在误差允许范围通过键盘及显示部分按照要求输出精密电压，外围辅助部分还包括过流保护模块，加以对系统进行更有效的保护。通过论证，系统使对输出电压调整率、负载调整率、DC/DC变换效率基本符合甚至好于基本要求。
二、模块电路设计及比较
电源模块：
方案一：利用自己用导线绕的变压器实现从交流220V到交流18V的输出。 方案二：直接到市场上定做符合设计要求（AC220V~DC18V 100W）变压器
18V及5V电压产生原理图
3.3V电压产生原理图
考虑到自己动手绕变压器比较麻烦，而且在精度上和变压器的功率上得不到保证，而从市场上定做可以满足要求，所以直接选择从市场定做隔离变压器。 稳压输出模块(含过流保护模块)：
方案一：利用430单片机产生PWM脉冲波控制场效应管的导通与截止，并
配合一些外围电路实现降压和升压，产生稳定的电压输出。
方案二：采用TI的电源芯片Uc3842，但考虑到电压电流的反馈，仅能很好
的支持一路反馈的Uc3842无法很好的满足题目的要求。
方案三：采用TI的稳压电源芯片TL494产生稳定的电压输出。TL494的自
带双路反馈，并能自行控制死区时间。所以最终选择了TL494为主导芯片
考虑到430单片机产生的PWM的占空比不易控制，且在速度上达不到要求，
导致产生的电压输出不稳定。完成该升压功能可以采用电感Boost 电路，Boost
电路主要靠电感的储能、放能完成转换并且方案采用的芯片具有反馈调节能力和过流保护功能，使输出能够满足要求，且494 内部含有2 个误差放大器，由输出较高的一个自动获得反馈控制权。利用该特性可以设计双环反馈。
负载较轻时电压误差比较器获得反馈控制权，电源恒压输出，当负载较重（过载）时，电流误差比较器获得反馈控制权。该方法可以实现恒压与恒流的自动切换，是一种非常实用的控制、保护方法。故选用方案二。 430控制显示模块
方案一：采用多位LED显示当前输出电压大小，并用发光二极管指示状态。 方案二：使用LCD1602液晶显示屏显示当前输出电压大小，并用发光二极管
指示状态
用LED显示耗电功率较大，且MSP430具有LCD控制功能，故拟用方案二。
键盘模块
键盘对单片机输入数据，键盘为4×4矩阵键盘，用MSP430的并行口P2接4×4矩阵键盘。每个按键有它的行值和列值，行值和列值的组合就是识别这个按键的编码。矩阵的行线和列线分别通过两并行接口和CPU通信。键盘处理程序的任务是：确定有无键按下，判断哪一个键按下，键的功能是什么；还要消除按键在闭合或断开时的抖动。两个并行口中，一个输出扫描码，使按键逐行动态接地，另一个并行口输入按键状态，由行扫描值和回馈信号共同形成键编码而识别按键，通过软件查表，查出该键的功能。
输出模块 双反馈闭环
如图所示，控制电路以tl494 为核心， 通过其内部的两个误差比较器完成电压、电流的反馈控制。当电流低于设定值时，完成恒压控制，当电流超出设定值，经入恒流控制， 输出电压降低。信号由电阻分压得到， 电流反馈由0.05 欧锰铜丝采样，再经LM358 放大后获得。两路闭环均设有校正电位器。 过流保护设计与参数计算
由于采用双反馈，当电流值大于DA输出的设定值时，tl494中电流误差放大器作用，进入恒流状态，输出电压下降。从而实现了过流保护。并且当过流故障消除时，会自动回到恒压方式。双环反馈实现了恒压与恒流方式的自动切换。 采样电阻为锰铜丝，实测Rs＝0.05欧，当动作电流为I＝2.5A时，压降将是125mv，该信号幅度太小，由一片LM358对其放大约20倍后达到2.5V，送入TL494的电流误差放大器，与DAC输出的过流门限进行比较。只要改变DAC的输出值即可改变过流门限，实现了附加的过流保护值的设置功能。
三、软件设计
之所以选择MSP430F169是因为其自带数个12位的AD和DA，本作品使用USB型MSP430仿真器在IAR环境下编辑程序、调试程序、执行程序一步步来实现仿真。（其中程序下载采用JTAG口）
本作品软件要实现的功能是：键盘向单片机的DA中输入数据， 12位DA转换后,将两路转换后的模拟电压分别送入TL494的两个电压基准端。然后将12位AD采样的电压变换成数字量送数码管显示。框图如下
KEYDAMSP430F169ADTL494LCD 单片机模块方框图
键盘扫描N按键闭合延时消抖扫描键盘N寻找按键Y计算键值N闭合键释放Y建立有效标志建立无效标志返回
键盘模块程序方框图
四、系统测试及数据处理
1输出电压：U0步进设置、电压调整率、负载调整率
测试仪器：GDM-8055五位半数字万用表 一台
测试方法：将数字万用表两表笔并联到输出电压两端，分别改变设定值、U2，负载，将设定值与示波器值比较 测试数据：
（1）步进设定
设定值实际值显示值设定误测量误/V /V /V 差 差 30 30.044 30.01 0.15% 0.14% 31 31.036 31.01 0.12% 0.11% 32 32.029 31.99 0.09% 0.09% 33 33.045 33.02 0.14% 0.13% 34 34.062 34.02 0.18% 0.18% 35 35.036 35.01 0.10% 0.07% 36 36.051 36.01 0.14% 0.11% 设定误差: 0.18% (2)电压调整率
测试条件：U0设定为30V，I0≈2A U0实际值U2/V /V 15.12 30.101 20.13 30.086 25.25 30.135 30.18 30.144 电压调整率：0.193% （3）负载调整率 测试条件：U2=20.08V I0/A U0实际值/V 0.71 30.233 1.05 30.124 1.55 30.011 2.07 30.305 负载调整率：0.98% 2. 输出效率
测试数据
Uin Iin U0 21.98 4.08 22.11 4.12 3 过流保护 动作电流/A U1 36.11 36.08 2.48 效率 1.94 78.12% 1.98 78.71% 参考文献：
[1] 王水平等 线性稳压器集成电路及应用 西安电子科技大学出版社 2006年
[2] 孙肖子等 模拟电子电路及技术基础（第二版） 西安电子科技大学出版社 2008年
[3] 沈建华 杨艳琴 翟骁曙 MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用 清华大学出版社 2004年
[4] 秦龙 MSP430单片机C语言应用程序设计 电子工业出版社 2006年
仪器仪表
[1] HY17双路可跟踪直流稳定电源 江苏淮阴市仪器仪表有限公司
[2] 数字示波器DS1052E 北京普源精电科技有限公司 [3] 4位半数字万用表VC9807A+ 深圳市胜利高电子科技有限公司
软件
[1] Protel 99 SE
[2] IAR Assembler for MSP430 V4.11A/W32 [3] LabVIEW 8.2
[4] Microsoft Office Visio 2003 [5] Adobe Photoshop CS2 9.0.2
附录： 实物照片
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