基于dsp_的数控直流稳压电源的设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

基于dsp_的数控直流稳压电源的设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

的增加而减少。 VL随 IL的变化关系称为输出特性或是外特性。 当 C值一 定 时 且空载电压 VL=； 当 电容 C=0 时，即纯阻 性 负载时， VL=。 在整流电路 通过 电容滤波， 会因为 电容 C充电的瞬时电流 值过大 ， 容 易 使得 二极管 损坏 ， 所以 在选 则 二极管 时，其 最大整流电流参数要 保 留有 充足 的余量，一般都需要 2～ 3 倍的 IL。 因为 负载电流 对电流值的 要求比较 大 ， 则我们选择大容量电容。 滤波电路结构图如图 7所示： 10 图 7 滤波电路基本结构图 稳压电路 稳压电路 是为了 确保 其 输出直流电压稳定 而存在的 ，不 因为 交流电网 的 电压和负载变化而发生变化。 它 通过 调节流过稳压 管的电流大小来满足负载电流的改变，并与限流电阻配合将电流的变化转换成电压的变化以适应电网电压的波动。 我们经常使 用的集成稳压器 是 固定式三端稳压器。 三端固定 式 稳压 IC 有正输出 与 负输出两种类型，正输出稳压 IC 有 W78xx系列， W78Mxx 系列， W78Lxx 系列，负输出稳压 IC 有 W79xx 系列、 W79Mxx 系列、W79Lxx 系列，最常用的是正输出大电流的 W78xx 系列。 Xx是 表示稳压 数 值， 比如： W7805表示稳定输出电压 是 5V， W7815 表示稳定输出电压 是 15V。 7 79 系列稳压 IC 主要参数如表 1所示： 表 1 7 79 系列稳压 IC主要参数 参数类型 型 号 最大输出电流 峰值输出电流 固定输出电压 最高输入电压 最低输入 电压 备注 78 系列正输出 W78xx 35V U0+2V (U012V 时 ) U0+3V (U015V 时 ) 功 率大 过1W 时 需加散热片，随 着 功耗的增加，散热片的面积、厚度 也会 增大 W78Mxx W78Lxx 79 系列负输出 W79xx – – – 35V U0+（ – 2V） (|U0|12V 时 ) U0+（ – 3V） (|U0|15V 时 ) W79Mxx – – W79Lxx – – 11 保护电路 1 过电流保护电路 在 数控 直流电源电路中 ,为了 使电路不因为电路短路、过电流时不被烧坏，其 根 本方法是 ,当输出电流 高 过 规定值 时 ,调整管 会 反向偏置 ,从而截止 ,自动 把电路的电流 切断 .如 下 图 2 所示 ,过电流保护电路 是 由 分压电阻和三极管构成，电路正常工作时 ,经 过 R4 与 R5 的 分 压作用 ,会 使得 三极管 BG2 的基极电位 高于 发射极电位 ,反向电压 通过发射结 .因此 三极管 BG2 处于截止状态 ,稳压电路不 受其影响 .当 电路短路时 ,输出电压 是 零 , 三极管 BG2 的发射极 可看作 接地 ,所以三极管 BG2 处于饱和导通 的 状态 (可看作 短路 ),从而使调整管 BG1 基极 与发射极近于短路 ,而 变成 截止状态 ,切断电路 的 电流 ,以 达到保护 电路的 目的 .过电流保护电路如图 8 所示： 图 8 过电流保护电路 2 过电压保护 电路 在数控 直流 稳压 电源中 ，主电路的 过电压保护包 含 输入过电压保护 与 输出过电压保护 .若 开关稳压器所使用的未稳压直流电源 (诸如整流器 )的电压 高于限定值 ,就会使得 开关稳压器不 可以 正常工作 ,乃 至 毁 坏内部 的电子元 器件 ,所以在开关电源中 非常 有必要 加入 输入过电压保护。 如 下 图所示： 三极管 T1 为 开关管，电阻 R电阻 R2 的串联分压， DZ为 稳压二极管， R4 为 限流电阻， D1为 可控硅，方框的三端 为 三 引脚 的稳压芯片。 过 电 压保护的工作原理：当输入正常 时 ，由 电阻 R 电阻 R2 的串联分压值小于 DZ 时会截 止。 三极管 T1 导通，输 入的电压加 至 三 引脚 芯片， 使 电路 稳定保持正常工作；当输入电压 超 过我们所设的规定值时， DZ 的反击电压 会小于电阻 R2 12 两端电路分压， 稳压二极管 DZ 击穿后使 可控硅 D1 导通， 三极管 T1 的 基极没有偏压所以截止， 三极管 T1断开， 达到 过电压保护。 过电压保护电路如图 9 所示： 图 9 输入过电压保护电路 3 过热保护电路 数控 直流 稳压 电源中开关稳压器 因为 高集成化 与量轻 体积 小 ,使 得 其单位体积内的功率密度 会大步 提高 ,所以若工作环境温度过高，而电源内部元器件又不能适应，就 会使 得 电路性能变 差 ,元器件 寿命下降 .因此 我们设计 的数控直流稳压电源中应该设计 过热保护电路 . 如图所示：芯片温度正常，热敏元件 T2 截止；当芯片温度上升至限定值时，温度 的 系数电阻 R3 增大，电压降增加，但负温度系数的 T2 的 基极到发射极的 be结 的 正向压降下降，从而让 T2 导通，对调整管 进行 分流，减小输出电流，稳压器 功率消耗 受限，芯片温度 控制 在一定范围内，保护芯片 不受过热而损坏。 过热保护电路如图 10 所示： 13 图 10 过热保护电路 开关变换器的设计 Buck 变换器基本工作原理 Buck 电路是由 负载串联和一个功率晶体管开关 Q组 成的， Buck 电路如 下图 所示，功率 晶体管 Q 的导通 和 截止 由 驱动信号 ub 周期地控制。 如果 晶体管导通时，忽略 它的 饱和压降，输出电压 值 uo 就 等于输入电压 的值 ；当晶体管截止时，若忽略晶体管的漏电流，输出电压为 0。 变换器 电路 如图 11，主要工作波形如图 12 所示。 14 图 11 Buck 变换器电路 U b0 A00tttV i nLi LiQ O NQ O f f 图 12 Buck 变换器的主要工作波形 滤波电容的设计 滤波电容是指把大容量的电解电容直接接在直流电源的正极与负极之间，用以滤除直流电源中所不需要的交流成分，让直流电压变得平滑。 由于 输出纹波 的 电压只 和 电容的容量 及 ESR相 关 ， rr rrCVVR iI （ 1） 电解电容 器制造 厂商很少 会 给出 ESR，但 是电容 C和 RC的乘积 近于 常数，大 约 是 50~80μ* ΩF 滤波电感的设计 电感通直阻交的特点，当通过电感的电流变化时，电感线圈阻止电流的变化，当经过电感的电流变大时，阻止电流的变大，当经过电感的电流变小时，阻止电流变小，则通过电感滤波后，负载电流与电压的脉动会变小，波形变平滑，并且整流二极管的导通角变大。 15 开关管闭合 和 导通状态的基尔霍夫电压方程分别如式 (2)、 (3)所示： I N O L O N L O N/V V V V L i T     （ 2） O L D L O F F/V V V L i T    （ 3） o ff 1/on sT T f (4) 由上得： Lin o L Don V V V VLT i    (5) 占空比计算 占空比指的是 在一串理想的脉冲周期序列中，正脉冲的持续时间 和 脉冲总周期的 一个 比值。 根据： onTD T (6) 控制器的设计 基于 DSP 芯片 TMS320C5402 的 最小系统系统框图 如图所示。 该 DSP 最小系统主要 是 由复位 模块 和 WATCH DOG、 时钟模块、 JTAG 的 仿真调试接口 模 块 、供电 源系统等构成。 系统框图如 图 13 所示 ： 电 源 回 路复 位 和 W A T C HD O G 电 路时 钟 电 路T M S 3 2 0 C 5 40 2 芯 片J T A G 接 口 图 13 系统框图 16 主控制器模块 处理而专门设计的，其采用改进的哈佛结构，具有高的操作灵活性和运行速度。 TMS320C5402DSP 是 IT 公司于 1996 年推出的 16 位定点数字信号处理芯片，其外设工作电压时 ，内核工作电压为 ，是针对低功耗、高性能的高速实时信号。 TMS320C5402 采用的低压供电，使得控制器的功耗降低，以 100MIPS 的速度执行，单周期指令的时 间为 10 纳秒，高至 16K 的数据 \程序片内存储器与4K*16bit 片外存储器空间的地址线一共 20 根，可寻址 1M 与 64K 字数区程序区，拥有 64KI/O 的空间， 100MIPS 的处理速度。 TMS320C5402 用 4 条地址总线与 4条程序 /数据总线，用以运算速度的增强与灵活性的提高。 其采用的指令流水线是一个六级深度的，每条流水线之间相互独立，一至六条不同指令可以在任何一个机器周期内同时进行工作，每条指令是工作在不同流水线上，所以指令的执行时间减小到最小，同时让处理器的吞吐量增大。 TMS320C5402 具有如下特点。 (1)中央处理 器 利用 自身 专用的硬件逻辑和高度并行性 使 芯片的处理性能 得到大大提高。 (2) 存储器 拥 有 192 K 字可寻址存储空间。 (3) 指令集的专业化使算法 能够快速地 完成 并 把其 用于 优化编程的语言。 (4) 片内外设和专用电路采用模块化的结构设计，可以快速地推出新的系列产品。 (5) TMS320C5402 执行 速度为 100MIPS，单周期的定点指令时间是 10纳秒。 (6) TMS320C5402 电源 是 IDLE IDLE2 与 IDLE3 功耗下降指令 来 控制功耗， 用来方 便 主控制器节能。 主控制器电源 控制 CLKOUT 引脚的输出， 功耗减少。 (7) 在片 的 仿真接口、片上的 JTAG 接口 是 符合 边界扫描逻辑接口标准，可 以和 主机 相 连接，仿真和测试 我们的芯片要实现的功能。 TMS320C54X 的管脚图如图 14所示： TMS320C54X 的功能框图如图 15 所示： 17 图 14 TMS320C54X 的管脚图 缓 冲 串 行 口定 时 器可 分 多 路 单 行 口标 准 串 行 口主 机 接 口 1 6 / 8多 通 道 缓 冲 串 行 口锁 相 环 时 钟 发 生 器软 件 等 待 状 态 发 生 器电 源 管 理 单 元J A T G测 试 / 仿 真 控 制程 序 / 数 据 R A M程 序 / 数 据 R O M外围总线D M AC h 0C h 1C h 2C h 3C h 4C h 5C 5 4 x D S P C P U4 0 位 A L U比 较 ， 选 择 和 储 存指 数 编 码 器 A L U1 7 * 1 7 位 乘 法 器4 0 位 加 法 器舍 入 ， 饱 和 电 路M A C4 0 位 累 加 器 A累 加 器( 163。 1 6 , 3 1 )移 位 寄 存 器4 0 位 累 加 器 B4 0 位 桶 形 移 位 器8 个 辅 助 寄 存 器寻 址 单 元2 个 寻 址 单 元D ( 1 5 ～ 0 )A ( 2 2 ～ 0 )程 序 数 据 / 总 线 图 15 TMS320C54X 的功能框图 18 5V 电源 的 产生电路 设计 该 电路主要 实现的 功能是 把 220V的 交流 电 压通过 变压器降 变低 成 9V的 交流电， 经 过整流桥 电路 整流、 过流电路保护、过压电路保护、 电容 来 滤波、 最后通过 三端集成稳压器 78L05 输出稳 5V 电压，为 芯片 TPS73HD318 提供 5V 的电压 输入。 电路 的 连接如下 图 16所示： 图 16 电源产生电路原理图 复位和 WATCH DOG 电路设计 通过按钮实现复位操作。 当按下按钮时， 通过按钮串联电阻 R3 释放电荷电容 C18，所以在 电容 C18 上的电压降为 零。 当松开按钮时， 因为 电容 C18 上的电压不 可以 突变， 则只有 通过电阻 R2 进行充电，充电 的 时间 是 R7 C18 的乘积值来确定 ，一般 是 要求大于 5 个外部时钟周期，可根据具体情况选择。 这样就可以。