全国大学生电子设计竞赛A题论文.docx

全国大学生电子设计竞赛7月28日摘要本设计以TI公司的MSP430G2553单片机作为控制核心,设计制作了一种降压型开关稳压电源。该电源主电路为同步整流BUCK电路,通过LM5117驱动CSD18532KCSMOS场效应管实现稳压输出,电流检测电路使用TI的高精度检流芯片INA282实现对电路的保护,系统效率可达到89%。达到了设计要求中的各项指标。关键词:LM5117同步整流BUCK电路MSP430G2553INA282目录一、系统方案 4DC-DC驱动模块的比较与选择 4主控制器的比较与选择 4过流保护方案的比较与选择 4单片机供电模块的比较与选择 5二、系统理论分析与计算 5主要器件参数选择及计算 5定值电阻RT的计算 5输出电感L0的选取 5电流检测电阻Rs的选取 5输出电容Co的选取 5过流保护电路中检流电阻的选取 6提高效率的方法 6降低纹波的方法 6DC-DC变换方法 6稳压控制方法 7三、电路与程序设计 7 7 7 7控制电路及程序 8控制电路 8主程序流程图 8部分源程序代码 8四、系统测试 8测试方案及条件 8测试仪器 8测试方法 8测试过程及结果 8测试结果分析 9附录1:程序流程图 10附录2:部分源代码 12一、系统方案本设计采用BUCK电流斩波电路,单片机控制输出两路PWM信号经过TI芯片IR2110驱动高端和低端N沟道MOSFET,通过控制PWM的占空比来控制两个MOSFET导通和关断的时间进而调节输出电压。当高端MOSFET导通时,低端MOSFET断开;同理当低端MOSFET导通时,高端MOSFET断开,从而实现了同步整流效果。VIN单片机供电模块MCU降压稳压直流电源负载RL AD PWM 识阻抗R 别系统设计方案总体框图DC-DC驱动模块的比较与选择方案一:采用TI芯片IR2110直接驱动MOSFET,它属于自举升压原理的驱动。单片机控制输出两路PWM信号经过IR2110驱动高端和低端N沟道MOSFET,通过控制PWM的占空比来控制两个MOSFET导通和关断的时间进而调节输出电压。方案二:采用TI公司生产的LM5117同步降压控制器,,工作频率可以在50kHz到750kHz范围内设定。包含几个大电流NMOS驱动器和一个相关的高边电平转换器,可自适应死区时间控制来驱动外部高边和低边NMOS功率开关管。经比较,LM5117Z控制器集成了高边和低边NMOS驱动器可以自适应死区时间,LM5117自带同步整流功能,更易于提高效率。故采用方案二,使用TI公司的LM5117作为DC-DC驱动控制模块。主控制器的比较与选择方案一:采用通用的MCS-51系列单片机,由于不带A/D和D/A转换器且运算速度较慢,外围电路使得整个系统硬件电路变得复杂,同时51单片机获得PWM较为复杂,使得系统的性价比偏低。方案二:采用德州仪器(TI)的MSP430G2553为主控制器。MSP430拥有丰富的片内资源,内置16位定时器具有捕获和比较功能,内置10位的数模转换器,可以输出PWM信号。430独特的超低功耗设计,可以显著降低系统功耗提高效率。经比较,MSP430单片机可以满足系统控制的要求,并且其具有超低功耗的特点可以显著降低电源损耗提高系统效率。所以选用MSP430G2553单片机作为系统的主控制器。过流保护方案的比较与选择方案一:采用AD620运放,AD620是一个低成本、高精度的仪表放大器,使用方便。但输入共模电压范围太小且静态功耗较大,无法满足题目要求中的电压及功耗要求。方案二:采用专用TI检流芯片INA282进行电流检测,INA282是TI的电流分流模拟输出型电流感应放大器,其电压增益为50倍,共模抑制比较高,测量准确。利用INA282实现检流功能,电路简单,且静态功耗较小。经比较,由于AD620的电压范围不能满足题目要求,故采用方案二,使用TI的高精度检流芯片INA282作为电流检测的方案。单片机供电模块的比较与选择方案一:以MP2307芯片为电源供电芯片,使用一体成形功率电感和同步整流控制芯片,体积更小,效率更高。方案二:用lm7805三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少。但当稳压管温度过高时,稳压性能将变差,甚至损坏。需安装足够大的散热器。综合以上两种方案,由于本设计对重量选择方案一。二、系统理论分析与计算主要器件参数选择及计算定值电阻RT的计算较高频率的应用体积较小,但损耗也较高。在我们方案中,选定330kHz作为小尺寸和高效率之间的合理折中方案。用公式(2-1)可以计算出330kHz开关频率下RT的值:RT=×109fSW-948(2-1)输出电感L0的选取 最大电感纹波电流出现在最大输入电压时,电感值计算公式如下,LO=VOUTIPP(MAX)×fSW×1-VOUTVINMAX(H)(2-2)