開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　2. 2. 2 電壓反饋取樣電阻

　　最高輸出電壓為36 V，電壓調(diào)節(jié)器的參考電壓為2. 5 V，反饋網(wǎng)絡(luò)按無穩(wěn)態(tài)誤差原則設(shè)計(jì)，即：

　　取R1 = 35 kΩ，計(jì)算得R2 = 8. 5 kΩ。

　　2. 2. 3 電壓調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

　　電壓誤差放大器為比例積分放大器，Kp = 10，Ki =1 /3000。

　　2. 2. 4 電流取樣電阻Rs

　　系統(tǒng)能正常工作的必要條件是送入U(xiǎn)C3842 的電流取樣端（ 3 腳） 的信號(hào)小于1 V，且能達(dá)到電壓調(diào)節(jié)器送到電流比較器輸入端信號(hào)的大小。設(shè)開關(guān)管的電流峰值時(shí)的信號(hào)大小為500 mV，則：

　　實(shí)際系統(tǒng)用3 個(gè)0. 33 Ω 電阻并聯(lián)。

　　2. 3 保護(hù)電路設(shè)計(jì)與計(jì)算

　　由于主電路采用Boost 電路，單純的封鎖開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并不能滿足在線過流保護(hù)的要求。

　　為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自恢復(fù)，在Boost 輸出和負(fù)載之間增加Buck 電路。Buck 電路的開關(guān)管由單片機(jī)直接控制，采用電流霍爾作為電流傳感器，單片機(jī)通過AD（ MAX197） 實(shí)時(shí)取樣輸出電流信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，Buck 開關(guān)管直通； 一旦出現(xiàn)過流故障，單片機(jī)檢測(cè)到故障信號(hào)后，可以兩種方式實(shí)行保護(hù)，一種是限流輸出保護(hù)方式，另一種是封鎖輸出保護(hù)方式。在限流輸出保護(hù)方式下，單片機(jī)發(fā)出PWM信號(hào)，控制Buck 開關(guān)管，降低輸出電壓，從而達(dá)到限制輸出電流的目的，同時(shí)在液晶上顯示故障。過流故障解除后，在輸出封鎖保護(hù)方式下，單片機(jī)發(fā)出Buck 開關(guān)管的封鎖信號(hào)，切斷輸出電流。之后單片機(jī)每隔0. 5 s 發(fā)出封鎖解除信號(hào)，若過流故障排除，單片機(jī)停止發(fā)出封鎖信號(hào)，系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。

　　加入Buck 電路后系統(tǒng)成本有所增加，但Buck 電感和電容正好構(gòu)成了二級(jí)輸出濾波器，以進(jìn)一步降低紋波。由于正常運(yùn)行時(shí)，Buck 開關(guān)管處于直通狀態(tài)，對(duì)效率影響甚微。

　　2. 4 人機(jī)接口設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)中的人機(jī)接口包括鍵盤和液晶顯示器?？紤]到要求輸出電壓進(jìn)行鍵盤設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整，需要大量按鍵（ 如0 ～ 9 數(shù)字鍵，+、－ 鍵，取消、確認(rèn)鍵等） ，PS2 鍵盤的小鍵盤區(qū)剛好滿足此要求，又PS2 鍵盤通過PS2 協(xié)議與單片機(jī)進(jìn)行串行通信，接口簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，因此采用PS2 鍵盤作為系統(tǒng)輸入設(shè)備。設(shè)計(jì)指標(biāo)又要求能顯示輸出電壓、電流的測(cè)量值等系統(tǒng)信息，為了更好地美化顯示界面，采用控制器為RA8803 的240× 128 帶國(guó)標(biāo)字庫液晶顯示器。液晶顯示器通過并行數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)進(jìn)行通信。

　　2. 5 輔助電源設(shè)計(jì)

　　另外制作了小型的開關(guān)電源電路，用作系統(tǒng)控制部分的工作電源。此小型開關(guān)電源的直流輸入連接到主電路整流濾波輸出之后，主電路接上交流輸入電以后，開關(guān)電源開始工作，向控制電路提供工作電源。輔助電源設(shè)計(jì)為+ 5 V/100 mA、± 12 V/100 mA。

　　2. 6 效率分析及計(jì)算

　　2. 6. 1 控制電路功耗

　　經(jīng)實(shí)際測(cè)試控制電路各個(gè)部分的功耗如表1 所示。

表1 控制電路主要器件正常工作時(shí)功耗

　　2. 6. 2 Boost 主開關(guān)管功耗

　　主開關(guān)管功耗由兩部分構(gòu)成： 開關(guān)損耗和通態(tài)損耗。開關(guān)損耗估算為：

　　式中，UDS為開關(guān)管阻斷電壓的峰值； IDS為開關(guān)管電流的峰值； tr為開關(guān)管上升時(shí)間； trd為開通延遲時(shí)間； tf為開關(guān)管下降時(shí)間； tfd為關(guān)斷延遲時(shí)間； fs為開關(guān)頻率。

　　查閱IRF3710 手冊(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)和以上相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)求得Pds = 0. 08 W?？梢娊档烷_關(guān)頻率能明顯降低開關(guān)損耗。

　　通態(tài)損耗為：

　　式中，ID為通態(tài)平均電流； Ron為通態(tài)電阻； D 為平均占空比。經(jīng)粗略計(jì)算得出Pdon = 0. 09 W。

　　Boost 二極管的損耗由兩部分構(gòu)成： 反向恢復(fù)損耗和通態(tài)損耗。反向恢復(fù)損耗估算為：

　　式中，UDR為二極管反向電壓峰值電壓的峰值； IDR為二極管反相恢復(fù)電流峰值； tr為反向恢復(fù)時(shí)間； fs為開關(guān)頻率； UFD為正向?qū)▔航担?IF為正向?qū)ㄆ骄娏鳌?/font>

　　計(jì)算出Pdd = 1. 14 W。

　2. 6. 3 系統(tǒng)總效率