基于立创天空星的可调恒压恒流直流电源

          

 

 一、作品介绍

         本作品是一款基于立创天空星开发板制作的120W级别的可调恒压恒流直流电源，并且采用模块化设计，分为主控电路板(即天空星拓展板)、辅助电源板、主功率板，方便重复设计迭代。

         设计目标为输入电压0~48V，输出电压范围1~36V，输出电流在0~5A，效率超90%，具备恒压与恒流两种工作模式，可以自由切换恒压恒流模式和调节输出电压与输出电流大小，并且在恒压模式带有短路保护，在恒流模式带有断路保护。作品使用常规的同步BUCK拓扑方案，对比异步BUCK，MOSFET的导通电阻小，在大电流应用下，极大地降低了续流阶段的导通损耗，因此效率高，发热小，适合大电流，高效率的环境。

 

 

二、参数计算

电感参数计算：

         令开关频率为20KHz，输入电压为48V，输出电压范围1~36V，最大输出电流5A，电感电流纹波0.3，按照最恶劣的工况输出电压1V和36V设计，选择计算结果较大的那个参数。

公式如下：

占空比：

 

电感参数：

代入计算，我们最终选择680uH的电感，留有一定裕量。

 

 

PI参数计算：(这部分怎么计算建议看电力电子或者开关电源的教科书)

BUCK变换器的控制到输出传递函数：

谐振角频率为：

PI控制器的传递函数：

选择交叉频率fc = 100Hz，零点在fz = 50Hz，C = 220uF，综上得到的PI控制器的Kp= 0.014，ki= 4.4。

 

 

三、仿真验证

在验证实物前，可以先在仿真软件验证，也可以在仿真软件调试PI参数，如下

恒压电压环输出24V:

 

恒流电流环输出3A:

OK，仿真没有问题后，就可以编写代码和打板验证了，下面是实物测试结果

 

恒压模式：

输出12V:

 

输出18V：

 

输出24V:

 

 

恒流模式：

输出1A:

 

输出2A:

 

输出3A:

 

 

触发故障保护并记录次数：

 

PS:如果你用的是我BOM表的MOS管，其实输出功率远不止120W的限制，完全可以做到低电压大电流的(在别的项目中使用过)，我现在因为测试仪器限制就没有去测大电流了，这个水泥电阻(100W/20R)感觉不太行，有电子负载仪的可以大胆测。