恒压恒流恒功率设计报告

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1、 恒压恒流恒功率 【摘要】本系统以电压型PWM控制器UC3525为核心，采用BOOST作为主回路拓扑结构，设计出一个恒压恒流恒功率控制系统。该系统通过输出电压经过电阻分压后反馈到UC3525的误差放大器的反相输入端，从而实现输出电压的恒定控制；通过在输出接一个康铜丝作为作为输出电流采样，然后反馈到UC3525的误差放大器的反相输入端，从而实现输出电流的恒定控制；恒功率则采用纯软件的控制方法，通过两路ADS1286分别采样输出电压和输出电流，然后计算输出电压和输出电流的乘积，将这个乘积项与设定的功率进行比较，实时改变电压型DAC输出值，从而也实现了输出功率的恒定控制。三种模式是通过继电器切换实现

2、。此外，本系统还可通过单片机MSP430F169和按键实现输出电压电流和功率的步进调整，以及具有液晶显示和测量输出电阻等功能。 【Abstract】This system with voltage source PWM controller is adopted for the core, UC3525 hee as loop topology structure, design a constant pressure constant power control system. The system through the output voltage after resistance po

3、ints after UC3525 feedback to the error amp reversed-phase input, so as to realize the constant voltage control, Through a KangTong in output rose as output current, and feedback to UC3525 sampling error amp reversed-phase input, so as to realize the constant current output control, Constant power a

4、dopts pure software control method, through two road ADS1286 respectively sampling output voltage and current output, then calculate output voltage and current output will be the product of the product, and compares the power set, real-time change voltage output value, thereby DAC realized constant

5、wattage output control. In addition, this system can also achieve output voltage current through the buttons and power of stepping adjustment, and with LCD display and measurement output resistance etc. Function. 一方案论证与比较 1.DC-DC主回路拓扑 方案一：采用单端反激式拓扑。单端反激式电路结构简单，输出端不需要滤波电感，输出纹波小，适合应用在大电压小功率的场合，但是对高频变压

6、器设计要求较高，而且效率不是很高。方案二：采用推挽拓扑结构。 推挽式拓扑因其变压器工作在双端磁化情况下二适用于低电压大电流的场合。但是，推挽电路中的高频变压器如果在绕制过程中不对称，就会使变压器因磁通不平衡和饱和，从而导致开关管烧毁；同时由于电路中需要两个开关管，系统的损耗会增加。方案三：采用BOOST拓扑结构。BOOST拓扑结构电路简单，需要的元件少，变换的效率高，经实际验证发现，该方案完全能够满足要求。综上所述,选用方案三。 2.控制方法及实现方案 根据题目要求，要达到电压调整率，负载调整率和电流调整率小等大部分题目要求，必须设计出一高性能的PWM控制器，所以PWM控制部分的设计就显得尤为

7、关键。PWM控制一般采用数字控制和模拟控制方法。以下将分别论述这两种控制方法。 方案一：数字控制方法。 数字控制方法就是采用单片机，ARM或DSP等数字控制器，通过软件编程输出PWM波，再结合PID算法实现闭环控制。该方法控制灵活,能较好的完成各种控制任务，但此法对软件编程要求较高，短时间内难以实现。方案二：模拟控制方法。模拟控制方法是以一些集成的PWM控制器为代表，常用的电压型有TL494，UC3524,UC3525, 电流型UC3842等。这种控制方法简单，外围只需少许电阻电容即可精确实现PWM闭环控制，能够比较容易达到各种性能指标，而且从成本的角度来说，这种方法成本较低 。综上所述，采用

8、方法二，PWM控制器选用公司的电压型控制器UC3525。系统总体框图如图a 图a系统整体框图二电路设计及参数计算1. 主回路器件的选择与参数计算1.1开关管的选择由变压器二次侧电压Ui=15V，系统输出电压Uo=36V，输出电流Io=2.5A可知，输入电流有效值= 通过电感的峰值电流 结合最大输出电压和最大输出电流，并考虑一定的余量，我们选择IRFP460，其，完全能满足题目的要求。1.2续流二极管的选择 由于采用BOOST拓扑结构，通过续流二极管的最大电流为2.5A，承受反向的最大电压值为36V，为此选用MUR3060，其允许通过的最大正向电流为30A，反向耐压典型值为400V，完全满足题目

9、的要求。1.3储能电感的选择由零界负载电流,当D=1/3时，取得最大值，电流连续，有，则1.4 输出电容的选择 当变压器二次侧电压Ui=15V,输出电压Uo=36V时，当变压器二次侧电压Ui=21V,输出电压Uo=30V时， 输出电容主要是为了滤除纹波，由可知，设定纹波=50mv,C2. 控制电路的设计与参数计算 由1.4知，题目要求PWM占空比变化范围为0.30.583。因为UC3525单路输出PWM波最大占空比为50%，为了满足输出占空比的要求，我们采用将UC3525的11和14脚各连接一个50电阻后再连接于一点输出，可实现几乎100%的占空比输出。电路图如下： 3. 过流保护电路的设计与

10、参数计算 该电路的设计思想是：系统输出端有一康铜丝作为电流取样，将该取样电压经过仪表放大后，再进过电压型比较器LM311比较，当过流时LM311输出高电平，从而驱动了继电器，电路处于断电状态，但一旦输出电流减小时LM311又输出低电平，主电路又导通，因此为了较好的实现过流保护，我们在LM311后面接一个锁存器，用于保持LM311输出高电平的状态。电路图如下： 4. 数字设定与显示电路的设计 数字设定主要是通过电压型DAC和MSP430结合实现输出电压，输出电流和功率的步进调整。电路图如图下； 图1数字设定控制电路 显示电路：考虑到此次显示内容较多，如输出电压，输出电流，输出功率，以及相关的设定

11、值，输出电阻等，所以我们选择LCD12864进行显示。LCD12864出来能较好的现实各个参量，而且能方便的设计友好的界面。三软件设计 系统主流程图b如下: 图b系统整体软件流程图四.系统测试与结果分析 1.测试仪器 本次测试所使用的仪器如表1 表1 测试使用的仪器 测试仪器名称型号数量普通万用表DT 92054 2.测试结果 输出电压测试 测试方法：保持变压器二次侧电压值为Ui=18V，通过键盘设定设定输出电压，用电压表测量实际输出电压值，验证输出电压可调范围。如表2。 表2 输出电压测试数据 步进电压值/V30.031.032.033.034.035.036.0实测电压值/V30.031.

12、032.033.034.035.036.0液晶显示值/V29.9330.9431.9633.0334.0435.0436.06 由以上数据可知，输出电压可实现30V36V。恒压测试电压调整率测试测试方法：在输出电压为Uo=36V,输出电流Io=2A的条件下，调节自耦调压器使隔离变压器二次侧电压Ui变化范围为1521V，记录的数据如表3： 表3 电压调整率测试测试数据Ui/V15171921Uo/V35.835.835.835.8 由以上数据可知，电压调整率= 负载调整率测试 测试方法：调节自耦调压器使变压器二次侧电压Ui=18V，记录输出电压Uo的值和输出电流值Io的值，记录数据如表4 表4

13、负载调整率测试数据Io/A0.501.001.502.0Uo/V36.036.035.935.8 由以上数据可知，负载调整率= （注：，因为DT9205万用表精确不够，实际压降120mv，则负载调整率=） 恒流测试电流调整率测试 测试方法：调节自耦调压器使变压器二次侧电压Ui=18V，使输出的电流值恒定在2A，记录输出电压Uo的值和输出电流值Io的值，记录数据如表5表5电流调整率测试数据Uo/V25303336.0Io/A1.971.981.971.97 由以上数据可知，电流调整率= 恒功率测试 测试方法：在恒定功率为36W条件下，调节负载电阻，记录输出电压和输出电流值，记录数据表6表6 恒功

14、率测试数据Uo/V36.5333027.125.1Io/A0.991.091.201.331.43P/W36.1435.9736.0036.0435.89 注：Uo为输出电压值，Io为输出电流值，P为计算值。由以上数据可知，36W条件下的设定误差=过流保护测试 改变负载电阻值使输出电流逐渐增大，观察输出电压为2.5A时自动切断电源，而且能够自恢复。3.测试结果分析 从测试数据可以看出，此设计较好的完成了题目要求，达到了很好的恒压恒流恒功率的效果，电压调整率和负载调整率小。此外，此系统还可通过按键实现输出电压，输出电流和功率的步进调整，而且精度较高。但由于测量所使用的万用表（DT9205）精度不高，所以因为仪器的因素就导致了一些测量误差，如果使用高精度的测量仪器，可进一步提高精度。五总结 本系统较好的完成了各项指标，工作性能稳定。但也一些地方有待提高，如恒功率部分，如采用增量式PID算法可进一步提高性能。附页1：主回路电路图电压电流采样电路的设计.反馈电路的原理图。说明：上面一部分，即INA128和OPA 277部分是电流反馈电路，下面仅有277电压跟随部分是电压反馈部分。