開關穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設計方案

　　2. 2. 2 電壓反饋取樣電阻

　　最高輸出電壓為36 V，電壓調節(jié)器的參考電壓為2. 5 V，反饋網絡按無穩(wěn)態(tài)誤差原則設計，即：

　　取R1 = 35 kΩ，計算得R2 = 8. 5 kΩ。

　　2. 2. 3 電壓調節(jié)器設計

　　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UC3842 的電流取樣端（ 3 腳） 的信號小于1 V，且能達到電壓調節(jié)器送到電流比較器輸入端信號的大小。設開關管的電流峰值時的信號大小為500 mV，則：

　　實際系統(tǒng)用3 個0. 33 Ω 電阻并聯(lián)。

　　2. 3 保護電路設計與計算

　　由于主電路采用Boost 電路，單純的封鎖開關管的驅動信號并不能滿足在線過流保護的要求。

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

　　加入Buck 電路后系統(tǒng)成本有所增加，但Buck 電感和電容正好構成了二級輸出濾波器，以進一步降低紋波。由于正常運行時，Buck 開關管處于直通狀態(tài)，對效率影響甚微。

　　2. 4 人機接口設計

　　本系統(tǒng)中的人機接口包括鍵盤和液晶顯示器。考慮到要求輸出電壓進行鍵盤設定和步進調整，需要大量按鍵（ 如0 ～ 9 數字鍵，+、－ 鍵，取消、確認鍵等） ，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)議與單片機進行串行通信，接口簡單，易于實現(xiàn)，因此采用PS2 鍵盤作為系統(tǒng)輸入設備。設計指標又要求能顯示輸出電壓、電流的測量值等系統(tǒng)信息，為了更好地美化顯示界面，采用控制器為RA8803 的240× 128 帶國標字庫液晶顯示器。液晶顯示器通過并行數據總線與單片機進行通信。

　　2. 5 輔助電源設計

　　另外制作了小型的開關電源電路，用作系統(tǒng)控制部分的工作電源。此小型開關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，開關電源開始工作，向控制電路提供工作電源。輔助電源設計為+ 5 V/100 mA、± 12 V/100 mA。

　　2. 6 效率分析及計算

　　2. 6. 1 控制電路功耗

　　經實際測試控制電路各個部分的功耗如表1 所示。

表1 控制電路主要器件正常工作時功耗

　　2. 6. 2 Boost 主開關管功耗

　　主開關管功耗由兩部分構成： 開關損耗和通態(tài)損耗。開關損耗估算為：

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

　　查閱IRF3710 手冊相關數據和以上相關計算數據求得Pds = 0. 08 W。可見降低開關頻率能明顯降低開關損耗。

　　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。經粗略計算得出Pdon = 0. 09 W。

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

　　式中，UDR為二極管反向電壓峰值電壓的峰值； IDR為二極管反相恢復電流峰值； tr為反向恢復時間； fs為開關頻率； UFD為正向導通壓降； IF為正向導通平均電流。

　　計算出Pdd = 1. 14 W。

　2. 6. 3 系統(tǒng)總效率