方案二:场效应管它属于电压控制型半导体器件,具有输入电阻高(108~109Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点, 综上IGBT与场效应管的优缺点,结合设计题目的实际情况,我们选择540场效应管作为整个系统的高频开关。
综合以上二种方案,选择方案一。
1.7 驱动模块的论证与选择
方案一:NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
方案二:PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。
跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。这个很容易做到,但是我们还需要速度。在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。对电 容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。第二注意的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。 因此选用方案一NMOS场效应管,驱动电路采用光耦驱动,起到模拟电路与数字电路的隔离作用。
1.8 控制系统的论证与选择
方案一:1. 单片机系统电路由MSP430F149芯片、复位电路、低速时钟电路(32768Hz)、 高速时钟电路(8MHz)、按键和LCD1602液晶显示器构成.。
2.PID:PID调节器实际是一个放大系数可自动调节的放大器,动态时,放大系数较低,可以防止系统出现超调与振荡;静态时,放大系数较高,可以蒱捉到小误差信号,提高控制精度。PID控制器是把比例、积分和微分作用结合起来,以利用其各自的优点,通过线性组合作为控制器的输出量,作用于被控对象。PID控制器内各环节作用如下所述:(1)比例环节实时地按照一定比例反映系统的偏差量 ,即一旦偏差出现,控制器立即产生控制作用,以减小偏差。比例系数KP越大,系统的调整时间就越短,稳态误差也越小,但KP过大,会造成超调量过大,引起系统不稳定。(2)积分环节消除系统的稳
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态误差,提高系统的无差度。积分系数KI越大,积分作用越强,稳态误差越小,调整时间越短,但KI大,会造成稳定性变差。(3)微分环节能及时地反映偏差量的变化趋势和变化率,有效改善系统的动态性能。通常,微分系数KD大,系统超调量减小,但KD大,也会造成系统稳定性下降。
2系统理论分析与计算
2.1 系统理论分析
2.1.1
降压控制电路的分析
设计出一种为便携式设备应用的高效率,固定频率操作的降压型DC-DC转换器控制电路。采用峰值电压模PWM控制方式对开关管通断情况进行控制的设计思想,提供了一种在允许输入电压范围内进行降压转换的功能。将控制电路与控制开关集成在一起,这样可以减小外部元件数目,也可以抑制电磁干扰再加以简单的外围电路,构成了完整的 DC-DC 转换器系统。本文主要设计控制电路部分,分七个模块,显示模块、单片机模块、测试采样与反馈模块、降压模块、按键模块、高频开关模块、驱动模块组成电路。 2.1.2 电压控制模式的分析
电压 控制模式控制电路过程中电感电流未参与控制,是独立变量。开关转换器为二阶系统,有两个状态变量,即输出滤波电容的电压和输出的滤波的电感的电流。二阶系统是一个有条件的稳定系统,只有对电路进行精心的设计和计算,满足一定得条件,方能使闭环系统稳定工作。电压控制的优势:1.PWM三角波幅值较大,脉冲宽度调节时具有较好的抗噪声裕量;2.占空比调节不受限制;3.对于多路输出电源,他们之间的交互调节效应较好;4.单一反馈电压闭环设计、调试比较容易;5.对输出负载的变化有较好的响应调节。
2.1.3 开关电源原理的分析
电源是一切电子设备的能量来源,其性能的优势直接关联整个系统的安全性和可靠性指标。电源可分为线性电源和开关电源两种。开关电源的优点是效率高,体积小。DC-DC开关电源的需求量越来越大,性能要求也越来越高。
2.2 斩波降压电路的计算
2.2.1 斩波电路的输入输出关系
如下:
tonton?Uo=toffE=T?tonE=1??E
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由公式可知,输出电压Uo与输入电压E和占空?比有关,当知道输入电压E时,通过计算可得出占空比?,通过单片机改变占空比?的值,可以调节输出电压使输出电压为6-12V。
3电路与程序设计
3.1电路的设计
本设计采用MSP430F169单片机作为系统控制单元,按键设置功能,LCM12864点阵显示器显示测量参数。
3.1.1系统总体框图
系统总体框图如图1所示
LCM12864 按键设MSP430F169单测试与反馈系统 MOSFET驱动电路 降压型斩波电路
图1 系统总体框图
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图2降压型DC-DC变换电路
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图3单片机系统电路图
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