2013年全国大学生电子设计竞赛论文模板（修复的）

2014年福建省大学生电子设计竞赛

LED驱动并联供电系统设计

（E题）

组员： 叶榕 郑伯强 陈子峰

2014年9月6日

摘要：

本系统以STC89C5电路为核心，以UCC28019为主控制器，以LM5017为辅助控制，根据反馈信号对电压做出调整，进行可靠的闭环控制，从而实现最大范围调整输出电流，检测相应的输出电压范围，参数测量显示。同时系统具有输出过流保护和输入欠压保护功能，且可以实现对输入电压、输出电压和输出电流的测量和检测。

关键词：电源 ；功率因数校正；UCC28019；LM5017

I

目 录

1．系统方案 ......................................................... 1

1.1整流方案论证 ................................................ 1 1.2控制系统方案论证 ............................................ 1 1.3 隔离电路的论证与选择 ........................................ 2 1.4单片机模块的论证和选择 ...................................... 2 2．系统理论分析与计算 ............................................... 3

2.1 电路的分析 .................................................. 3

2.1.1 Boost变换器 .......................................... 3 2.1.2 PFC ................................................... 4 2.1.3 隔离电路 .............................................. 7 2.2电路的计算 .................................................. 8

2.2.1 桥式整流器 ............................................ 8 2.2.2 输入电容 .............................................. 8 2.2.3 升压电感 .............................................. 9 2.2.4 升压二极管 ............................................ 9 2.2.5 开关元件 ............................................. 10 2.2.6 检测电阻 ............................................. 10 2.2.7 输出电容 ............................................. 11

3．电路与程序设计 .................................................. 19

3.1电路的设计 ................................................. 19

3.1.1系统总体框图 ......................................... 19 3.1.2 主控制子系统框图与电路原理图 ......................... 20 3.2程序的设计 ................................................. 20

3.2.1程序功能描述与设计思路 ............................... 20 3.2.2程序流程图 ........................................... 21

4．测试方案与测试结果 .............................................. 21

4.1测试方案 ................................................... 21

4.1.1 硬件测试 ............................................. 21 4.1.2 硬件软件联调 ......................................... 22 4.2 测试条件与仪器 ............................................. 22 4.3 测试结果及分析 ............................................. 22

4.3.1测试结果(数据) ....................................... 22 4.3.2测试分析与结论 ....................................... 23

附录1：电路原理图 ................................................. 24 附录2：源程序 ..................................................... 25

II

LED驱动并联供电系统设计

（题） 【Z016组】

1．系统方案

本系统主要由整流模块、主控制模块、隔离模块、单片机模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。

1.1整流方案论证

方案一:采用有中心抽头的整流,可以做到无论正半周或负半周，通过负载电阻R的电流方向总是相同的,这样可以有较高的效率。但在这种整流方式时其电源变压器必须有中心抽头。

方案二:采用桥式整流,桥式整流克服了一般整流的利用率不高的缺点。而且,桥式整流电路克服了变压器次级有中心抽头的全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点，只多用了两只二极管。在半导体器件发展快，成本较低的今天，此缺点并不突出.

基于上述分析，选择方案二。

1.2控制系统方案论证

方案一：采用无源功率校正方式(PPFC)，此种方案由无源器件构成功率校正模块,可以轻松简单地实现开关电源的控制，并且可以使输入电流的总谐波含量与基波比降低到30%以下,输入电流总谐波含量及3、5、 7等奇次谐波都得到很大改善,功率因数也可以提高到一定程度上。由于在电路中使用串联电感补偿的方法,所以成本相对较低。但无源PFC的缺点是增加的无源元件,一般体积都很大也比较重,校正后的功率因数也不是很高,只能达到0.7～0.8,并且发热量比较大,容易产生工频振动和噪声。

1

方案二：采用有源功率校正方式(APFC)中的升压变换方式(Boost PFC)，此种方案由有源器件构成功率校正模块, 其中,Boost变换器具有电感电流连续,储能电感同时也可作为滤波器抑制RFI和EMI噪声,传导噪声低,电流波形失真小输出功率大,共发射极(或源极)使得驱动电路简化.使用此方案可以很方便地在程序中实现对电源的调节，减少了硬件电路。

基于上述分析，选择方案二。

1.3 隔离电路的论证与选择

方案一：使用光耦隔离，对输入输出电信号有良好的隔离作用。使用多用，途广泛，但是传输延迟较大，。

方案二：LM5017可为隔离式输出提供出色的调整。与传统反激式电路相比，此设计具有板尺寸更小、BOM 最低、无需光耦合器等特点。此款设计非常适合需要偏置电源的应用。

综合考虑采用方案二。

1.4单片机模块的论证和选择

方案一: 采用凌阳的16位单片机进行数据测量。凌阳的16位单片机具有丰富的资源、指令周期短、工作速率快、低功耗、低电压、可编程音频处理等优点，完全适合于对开关电源的控制。

方案二: 采用STC89C52单片机进行测量。STC89C52虽然处理速度和所拥有的资源上不如凌阳单片机,然而其基本能够完成一些简单的数据处理.其运算速度已经可以满足控制开关电源的需求,而且具有价格低廉、使用简单等优点。

基于上述分析，选择方案二。

2

补偿元件的选择对于采用UCC28019的电流环和电压环很容易设计计算，用TI的网站工具即可。电流环补偿首先确定内部环的变量乘积M1*M2，用内部控制器的常数K和KFQ。

VCOMP的工作点可以从图4中找出，设计计算延伸，使用户可以重复选择合适的VCOMP值。对于给出的M1*M2的值0.372us，VCOMP大约等于4。

独立的环路因子M1是电流环的增益因子。M2是电压环的PWM的斜波的斜率。用下面的条件计算。

M1电流环的增益因子：

M2的PWM的斜波斜率：

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核实各自的增益因子的乘积，要大约等于上面定出的M1*M2，如果不是，则重新计算M1*M2。

图4 M1，M2与VCOMP的关系曲线 现在可以计算可变的非线性增益因子M3。

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电流平均极点的频率f IAVG选择在9.5KHz，ICOMP所需要的电容CICOMP用内部电流放大器的跨导增益gmi来决定。

电流环的传输函数可以写出如下：

图5 电流环的增益幅频特性曲线

电压传输函数GVL(f)的开环包括电压反馈增益GFB与功率级脉宽调制器的增益GPWM_PS的乘积。其包括脉宽调制器到功率级的极点f PWM_PS，结果示于图6。

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图6 开环电压传输函数的增益频率特性

电压误差放大器补偿用一个零点f ZERO，在f PWM_PS的极点和f POLE位于20Hz处，抑制噪声，并滑移出增益幅度。整个电压环的覆盖频率f V希望在10Hz处。 电压误差放大器的补偿元件根据下面的计算选择。

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从图15和设计计算扩展表来看，电压传输函数的开环增益在10Hz处大约是0.709dB，估计并联电容CVCOMP_P比串联电容CVCOMP略小一些，单位增益将在f V处，零点将在f PWM_PS处，串联补偿电容由下式决定。

CVCOMP选择3.3uF。

RVCOMP选择33KΩ。

CVCOMP_P选 整个闭环极合并给出,如

择0.22uF。 传输函数将两图6。

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3. Io=300mA 参数(单位) Vout(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 LED 4.

参数(单位) 保护电流 5.

参数(单位) Vin(V) Iin(A) 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Vout(V) Iout(A) Vout(显示)(V) Iout(显示)(A)

4.3.2测试分析与结论

根据上述测试数据,由此可以得出以下结论：

1、在相同的输入电压条件下，调整输出电流时并联电源的输出电压按LED的正向导通特性有相应变化，输出电流调节范围： ，可按 在任意指定负载点（不超载情况下）自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差绝对值不大于5%。

2、测量并显示每个电源模块的功率因数，显示分辨率0.01，精度2.0%。 综上所述，本设计达到设计要求。

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附录1：电路原理图

D1A12X3+12V4MBR20100D1B+63V35L13722L2LINE1F1LGRESD2D4R5LR2010012400740071M MBSIP4-2.54D6X42A24C1C23C5C6105C3E1238~55AC1051IN4148C8104104105IRF640104R101D3D5IRF640R6R750RL1000uF/200V3C7SIP4-2.54344007400720k102X58R443R0.312220U11SGND1R9SIP4-2.54GNDGATE8GATE+12V1MX6ICOMP2ICOMPVCC7VCCRW14SGND3ICOMPISENSE36VSEN1kISENSEVSEN2ISENSE1VINSVINS4C10VINSVCOMP5VCOMPRSIP4-2.541023312kC14X7C9R11C11UCC28019C12C134VCOMP200kC41UF4.7UF1023VSEN102224224R132VCC43k1GATESIP4-2.54主电路D?GND2OUT3R?C?DiodeC?R?2k1uDf?1uf2KOUT2GND3Diode658746352817UVLOR?L-1236523IC1+63VLM50172VinBST7R?103RESR1R3C4127K130K4RONR?C?SW8SW46K43300PFC1C2C33C5105105105UVLOD5104+12VR214KVCC64148R6X1N8K8TR51FB2R7E2SIP2-2.541C71K2.2uF/35V1uf

+12VE2C10uF1

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1504

附录2：源程序

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yed2.html