1、开关稳压电源全国大学生电子设计竞赛全国一等奖开关稳压电源全国大学生电子设计竞赛全国一等奖摘要：本系统从使用简单、测试方便、功能完备、成本低廉，用户界面友好出发，以Boost DC/DC变换器作为主要功能模块，通过电压反馈实现电压的稳定输出。采用Atmaga16单片机，开发了全程中文菜单操作环境，具有全中文提示和电压电流显示，通过键盘实现输出电压的步进调整，并且有时间和温度显示。输出电压30-36V可调，最大输出电流达2A，并且具有过流保护和自动恢复的功能。输出噪声纹波电压峰-峰值小于1V，变换器效率超过85%。关键词：开关电源，电压可调，过流保护，高效率。Abstract：We design
2、our system at the standing point of the use of simple, convenient testing, a fully functioning, low-cost and user-friendly. The key function module of our system is a Boost DC / DC converter, and it achieved stable output voltage through voltage feedback. We developed a wholly Chinese developing and
3、 operating environment using a ATmaga16 MCU. The system can display the value of output current and voltage, and the output voltage can be adjusted from 30V to 36V through the keyboard, and the maximum output current is 2A. The system has a function of over-current protection, and it can return to t
4、he normal state automatically when the current is under the threshold value. The output-voltage ripple noise of the system is lower than 1V, and the converter efficiency of over 85%.Keywords：Switching Power Supply, Voltage adjustable, Over-current protection, High efficiency1. 方案论证根据设计要求，本系统主要由前级滤波部
5、分、交流降压部分、整流滤波部分、DC/DC转换部分、PWM产生及输出反馈部分、控制部分、保护部分等组成。为较好的实现各模块的功能，我们分别设计了几种方案并分别进行了论证。 DC-DC主回路方案一：采用半桥型DC/DC变换器。半桥型DC/DC变换器高频变压器利用率高、抗不平衡能力强，但是该变换器输出脉冲电压的顶部呈倾斜状态，并且输出功率较小。方案二：采用Boost变换器。Boost变换器又称升压变换器、三端开关型升压稳压器。该变换器仅由开关器件、电感、电容、二极管组成，最大的特点是系统结构简单、成本低、效率高。但Boost变换器升压范围有限，并且只能一路输出。考虑到题目要求的升压率不是很高，Bo
6、ost变换器已经可以满足要求，并且综合考虑成本，我们采用了方案二，高频变压器工作频率设计为150Khz，DC-DC主回路如图1所示：图1 Boost变换主电路拓扑 PWM信号的产生和输出反馈采样开关电源的关键在于利用脉冲控制高频变压器的开关，实现能量的转换。因此，脉冲信号的产生和输出信号的反馈决定了整个系统的稳定性。我们经过对比论证，采用集成控制芯片TL494。TL494是美国德州仪器公司生产的一种性能优良的电压驱动型脉宽调制器件，内置有5 V5的基准电源，末级输出级的最大电流可达250 mA，有死区时间可调控制端，可对它的锯齿波振荡器的工作状态执行外同步控制，末级输出可采用双端对称输出或单端
7、输出的工作方式。TL494的PWM信号最高频率可以达到500KHZ，并且具有两路误差比较放大器，可以方便的采集反馈电压，并自动进行PWM调整。该芯片满足作品的设计要求，TL494的外围电路如附图所示。 微控制器模块采用Atmel公司的Atmaga16L单片机作为主控制器。Atmaga16L是一个低功耗，高性能的8位单片机，片内含16k空间的可反复擦写100,000次的Flash存储器，具有1Kbytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO口，2个8位可编程定时计数器，1个16位可编程定时计数器，四通道PWM，内置8路10 位ADC，硬件SPI和TWI，可编程看门狗电路，抗干扰能力强，可在
8、电磁干扰环境下工作。且Mega系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。单片机最小系统的电路如附图所示。1.4 提高效率的方案设计开关电源的效率与电源的工作频率有直接关系。一般说来，工作频率越高，开关电源的效率越高，但是，较高的频率对系统硬件电路的要求和元器件的性能也相应的提高，同时，感性元件在过高的频率下工作，对外辐射的电磁波也相应的增加，考虑到以上问题，兼顾成本因素，我们将DC/DC模块的工作频率定位150KHz。在Boost模型中，能量主要消耗在快恢复二极管和大功率开关管上，因此，对以上两种器件参数的选择将直接影响到整个模块的效率。对于两种器件参数的详细计算和功耗
9、的讨论请见本文2.1和2.3部分。1.5 系统总体方案以Boost电路为核心，ATmega16为主控制器，通过TL494产生高速PWM控制Boost电路，辅以DA、AD、键盘、液晶实现电压的测量以及控制，输入和显示，用DS1302、18B20实现时间和温度的实时显示。系统结构框图如图2所示：图2：系统结构框图1 电路设计与参数计算2.1 Boost变换器的设计和各参量分析Boost变换器的主电路拓扑如图1所示，为了减小Vs电源瞬间电流的要求，实际升压变压器，多数在输入处加上一个L1，C1组成的滤波器。L1，C1的数值由(1)、(2)、(3)确定。 (1) (2) (3)下面，结合系统的要求，就
10、本作品中各主要器件的选择和参数计算进行详细阐述：(1) 输入输出参数的设计根据系统设计，DC/DC转换器的输入电压范围确定为18V32V，输出电压36V，设计输出电流范围0.52.5A，开关频率150KHz，纹波电流0.2A，纹波电压0x29)&(key0x29)&(key0x40) Iset = (Iset%100)*10 + key - 0x30; disp_insert_I_update(Iset); if(key=#) update_I(Iset); /将Iset中的值,更新到输出,并且更新设定值显示 if(key=*) goto_default_screen(); /返回 else if(state=3)/温度时间显示 if(key=*) goto_default_screen(); /返回 if(key=#) SET1302(); /设置时间 /end key!=0 if(AD_done=1)&(state=1) /AD转换结束并且在电压模式下 AD_done_add+; if(AD_done_add=100) /100次转换显示一次 update_V_get(); /更新 AD_done_add=0; AD_done=0; if(state=3) goto_TEMP_mod(); /温度时间显示模式需要不断更新 delay_ms(50); /end while(1)
