在线可调电源模块的设计与实现

作者:印月;王栋;高策;舒心;樊金柱;田宇; 刊名:实验科学与技术 上传者:肖亮

【摘要】该文主要介绍"口袋"实验室中电源模块的设计原理,并通过单片机对设计电路进行了验证。该电源模块作为满足其他模块需求的供能装置,利用USB数据线与学生个人电脑连接,在电脑中配置有"口袋"实验室的仪器显示界面,可通过电源模块控制界面对电源硬件部分实时调控以及对其他模块供能。

全文阅读

为推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革,有助于高等学校实施素质教育,培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风,四川大学定期开展“大学生创新活动”,培养学生工程实践的素质、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力。目前,在实验课程中学生所使用的仪器,包括函数信号发生器、示波器、万用表都是分开的单独的仪器设备,体积大,受实验时间与地点的限制影响很大,极不利于自主实验探究。而“口袋实验室”凭借其轻便的装置与简洁的优势,能够让实验实现“anywhere and anytime”,从而使学生获得更多的实验机会与乐趣,也为学生的创新探索提供了广阔的平台。“口袋实验室”是一款方便在更灵活的时间与地点进行实验的模拟电路实验设备,分为硬件和软件两部分。硬件部分将电源、信号源、示波器和万用表等模块集成一体,软件部分将硬件检测并采集到的信息数据显示到电脑界面,以实现对数据参数的实时监测与控制。“口袋实验室”的设计主要分为电源、仪器仪表、软件界面3个部分。本文主要介绍电源模块的设计与搭建,使其作为其他模块的可控供能装置,具有更好的可视性、便携性与可操作性。在线可调电源模块主要利用USB数据线与学生个人电脑连接,通过对电脑界面中的“口袋实验室的仪器操作平台”中的电源模块控制界面的参数设置,实现对电源硬件部分的实时调控以及对其他模块的供能。电源模块由单片机进行操作与显示来验证电路的可行性,不涉及软件编程部分,主要包括固定电源和可调电源两个部分。本文主要实现以DC-DC降压电路为基础,在自然环境温度(0~40℃)下,得到可调输出电压0~19 V,功率15 W,步进电压0.1 V,并能以数字方式显示的在线可调电源。1固定电源的设计1.1固定电源的设计基本原理固定电源主要为单片机或DSP等不需要过高功率的模块和器件提供稳定可靠的5 V以及3.3 V电源。在固定电源设计中本小组选用了AMS1117稳压电路。ASM1117为正电压输出的三端线性稳压电路。在输出1 A电流时,输入输出的电压差典型值为1.8 V。AMS1117分为固定电压输出和可调电压输出两个版本,固定输出版本的输出电压可以为1.8 V、3.3 V或5.0 V,可调电压输出版本能提供的输出电压范围为1.8 V~5.5 V。AMS1117内部集成过热保护和限流电路,确保芯片和电源系统的稳定性。AMS1117是一个低漏失电压调整器,它的稳压调整管是由一个PNP驱动的NPN管组成的,漏失电压定义为VDROP=VBE+VSAT。为了确保AMS1117的稳定性,对可调电压版本,输出需要连接一个至少22μF的钽电容。对于固定电压版本,可采用更小的电容,具体可以根据实际应用确定。通常,线性调整器的稳定性随着输出电流的增加而降低。固定电源部分设计原理图如图1所示,12 V的输入电压经过两级电容滤波,传输到AMS1117进行降压,再经过稳压二极管和LC滤波器稳压得到5V电压。5 V电压又可以作为输入电压经过类似的AMS1117稳压电路得到3.3 V电压,电路图与图1类似。图1 AMS1117稳压电路图1.2固定电源的设计小结按照图1的AMS1117稳压电路进行设计,经实际电路测试,测试结果为空载时,当输入12 V模拟电压,测得两路输出电压为5.0 V和3.3 V;负载为50Ω(滑动变阻器)时,最大输出电流可以达到560 m A,纹波在15~25 m V间变化。设计结果可以满足基本功率要求。2可调电源的设计在可调电源设计中,以DC-DC降压斩波电路为核心,采用TL494固定频率脉宽调制

参考文献

引证文献

问答

我要提问