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20V输出DC-DC开关电源的设计

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基于模拟电路或单片机技术实现一款20V输出DC-DC型开关电源,并数码显示输出电压。性能参数:开关电源最大输出功率不小于10W,利用数码管或液晶屏显示输出电压,输出电压纹波不大于100mv。

1  整体设计
1.1设计要求
研究开关电源的工作原理,基于模拟电路或单片机技术实现一款20V输出DC-DC型开关电源,要求设计出电路方案,利用仿真平台验证方案的可行性,并制作实物样机。
功能需求:DC-DC开关电源输出电压20V,并数码显示输出电压。
性能参数:1、开关电源最大输出功率不小于10W。
          2、利用数码管或液晶屏显示输出电压。
          3、输出电压纹波不大于100mv。
1.2 整体设计方案
由220V交流电压经变压器和整流滤波后得到直流的输入电压24V;将输入电压输入Buck降压电路,由控制电路提供PWM控制信号控制开关管的导通与截止,用来调节直流电压的占空比,最后得到稳定或者可调的直流输出电压。输出电压范围为:0V至20V直流电压。
2 系统电路设计
2.1整流滤波电路


220V交流电压通过电源变压器变为24V交流电压。24V交流电压经过整流滤波电路转换成24V直流电压。最终220V的交流输入电压变为24V直流输入电压进入DC-DC转换电路中。2.2 BUCK主原理电路


BUCK电路图如图4.2所示,C13为输入滤波电容,TV1为开关MOS管,VD1为续流二极管,L1为电感,C15为输出滤波电容,R22 、R21为输出电压的采样电阻,R23为输出电流采样电阻,该电路图是通过PWM波控制TV1开关MOS管的开关,并采样输出电压来调整PWM占空比的变化来达到使输出电压稳定。2.3 采样电路2.3.1电压采样图2.1中R22,R21电压采样电阻采样输出电压,R22=10K,R21=2.2K,根据分压原理,采样电压为:                      V1=V0*R21/(R21+R22)=3.6V                (1)式中V1为采样电压,VO 为额定输出电压20V。这样,通过采样电压进行PI控制就可以使输出稳定在额定值,在图4.3中运放U6A用跟随器接法起到一定隔离作用,采样电压经滤波后通过AD采集送到STC12C5A60S2单片机进行处理,并对MOS的驱动PWM进行调整,从而实现电路的闭环控制。
2.3.2电流采样R23为电流采样电阻,取0.05Ω。当输出电流为1A时,R3、R4的采样电压Vc为0.05V,这个电压太小,对于有10位AD的M0,控制精度是不够的,为了提高精度,。U5B组成放大器,根据公式:                          Vop=Vc(1+R14/R20)=6*Vc                             (2) 可计算得电流采样电阻的电压VC被放大了69倍,达到3V级别。电流采样电路中也用到了和电压采样一样的低通滤波器。2.4 驱动电路
这里选用型号为IR2103的驱动芯片驱动MOS管,其高端输出电压:                          VHO=Vs+20                              (3) 图2.4为IR2103组成的MOS管驱动电路,2脚接STC12C5A60S2单片机的PWM引脚,7脚连到MOS管的G极,6脚VS连到MOS管的S极,这样通过IR2103的自举能力,就可以起到可靠驱动MOS开关管的作用。图中D3为1N4148消特基快恢复二极管,其作用是给驱动提供电源并防止电流倒灌。电容C7、C4为滤波电容,值取10µF2.5 显示电路
3系统仿真及调试3.1 软件仿真调试
根据原理图进行仿真图的绘制,运行仿真图,驱动波形和输出波形都正常,输出电压在范围内可调,经仿真证实电路原理图符合设计要求。3.2 实物调试测试方法:将开关电源电路板放在地上,插上电源,查看数码管显示的输出电压,用万用表测输出电压是否和数码管显示的电压相同。测试结果:随着调试,电压从0V至20V递增数码管都正确的显示出实际的输出电压。


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沙发
ID:446064 发表于 2020-4-16 19:01 | 只看该作者
ir2104和2103一样么
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板凳
ID:128989 发表于 2020-4-18 10:20 | 只看该作者
占空比可以到多少
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地板
ID:837828 发表于 2021-4-27 23:02 | 只看该作者
不错,除了没程序很细
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