【浙江理工电赛】MC34063升压模块（H题） - 嘉立创EDA开源硬件平台

## 本项目获浙江理工大学第五届大学生电子设计竞赛一等奖 #### 队伍编号：ZSTU011 #### 队伍成员：毛晓宇，胡雨琛，杨飞宇 #### 指导教师：金海 ## 相关工程 #### [STM32F103RCT6主控](https://oshwhub.com/ZSTU-EDC-5th/zhe-jiang-li-gong-dian-sai-stm32f103rct6) #### [MC34063升压模块](https://oshwhub.com/ZSTU-EDC-5th/zhe-jiang-li-gong-dian-sai-mc34063) ## 《校级电子设计竞赛》 设计总结报告 #### **浙江理工大学电子设计大赛校赛H题：LED闪光灯电源** ###### **工程描述：本工程包含以****MC34063稳压芯片为基础的****升压模块电路** * MC34063的输入输出特性：模块的输出电压可调，Vout=1.25*(1+R2/R1)，在本工程中，R2用500K滑动变阻器代替，R1选用47K电阻。 * 实际测量输出电压范围为X~15.2V，X约为输入电压。 * 在题目中，输入电压选取3.6V时，输出功率最大4W左右，3W最为稳定。

- - - #### **设计报告** ###### **一、题目要求** 任务描述：设计并制作一个 LED 闪光灯电源。该电源的核心为直流-直流稳流电源变换器，它将电池的电能转换为恒流输出，驱动高亮度白光 LED。电源有连续输出和脉动输出两种模式，并具有输出电压限压保护和报警功能。 * 1．基本要求 * （1）输入电压3.0V～3.6V。 * （2）连续输出模式输出电流可设定为100、150、200mA三档，最高输出电压不低于 10V，最低输出电压为0V(输出短路)。 * （3）在规定的输入电压和输出电压范围内，输出电流相对误差小于2%。 * （4）等效直流负载电阻过大时，输出电压限幅值不高于10.5V并报警。 * （5）输出电流200mA，输出电压10V时，效率不低于80%。 * （6）自制一个 LED 闪光灯，用于演示。 * 2．发挥部分 * （1）具备脉动输出模式，输出占空比为1∕3，相对误差小于2%。 * （2）输出电流峰值可设定为300、450、600mA三档，相对误差小于5%，间歇期电流小于1mA。 * （3）脉冲周期可设定为10、30、100ms三档，相对误差小于2%，上升时间、下降时间均不大于100μs，电流过冲不大于10%。 * （4）输出脉冲个数可设定为1到5个和连续的脉冲串(以便测试)，每按一次启动键输出一次脉冲串。 * （5）其他。  ###### **二、整体方案设计** 该系统由 DC-DC 电源升压电路、恒流电路、控制电路和报警电路四部分组成。系统结构框图如下图所示。DC-DC 电源升压电路由MC34063稳压芯片电路组成，也就是本工程的主角；恒流电路由线性压控稳流源电路构成；控制电路采用STM32F103RCT6 为控制核心，其中包含矩阵按键操控、DAC、OLED显示等功能；报警电路由三极管、蜂鸣器以及运放芯片OP07等组成，当系统达到一定条件时进行报警。通过将输入电压升压后传入负载，并通过恒流电路使通过负载的电流处于稳定值，并时刻连接报警电路，当负载电阻过大导致负载两端的电压大于给定值时，蜂鸣器报警。  ###### **三、升压模块电路** * 方案一：使用XL6009T稳压芯片，XL6009T输入电流可达到4A，根据功率守恒，本题中最后的输入电流需要达到2A左右，XL6009T可满足要求。 * 方案二：使用MC34063稳压芯片，MC34063稳压芯片可通过修改外部电阻的比值任意改变输出电压的大小。MC34063输入电流可达到1.1A左右，满足要求。 方案分析：经过两个方案的测验比较后发现XL6009T稳压电路发热功率较高导致整个电路的效率低下，达不到题目要求，故不选择。MC34063芯片效率较高，能够满足题目要求，故选择方案二。  ###### **四、恒流电路模块** * 方案一：将多组开关与电阻并联，用多组开关的不同开关状态来实现多组不同的电流值。这样，只要开关的数目足够多就能实现多种电流的控制。 * 方案二：通过MOS管，利用合适的电容，电感，电阻及二极管来搭建BUCK电路，通过单片机PWM输出来控制MOS管的开关的占空比，根据MOS管的打开与关断时等效电路的续流与放电来实现恒压输出，再与适当值的采样电阻串联来实现恒流输出。 * 方案三：在运算放大器的输出端接一个MOS管，利用运算放大器的“虚短”原理，由单片机的DA给予基准电压，通过电阻分压输入运放将MOS管处于线性区，控制采样电阻两端的电压为一个恒定值，再配合采样电阻来实现恒流，原理图如下所示。 方案分析：根据题目发挥部分要求，需要负载两端的电压为一个占空比为1/3的方波，故方案一始终为一直流值不能满足要求，故不选择。通过实验后发现方案二为恒压电路，通过与采样电阻的串联达到恒流的效果，且MOS管的干扰较大对电路的精度会产生影响，而方案三通过运放的形式，电路很容易达到一个恒流状态并且只需改变单片机的DA输出就可以改变恒流的电流值，相对而言简单并且稳定，故选择方案三。 ###### **五、报警电路模块** * 方案一：根据额定电压要求，采用运放电路驱动三极管开断，此方案为纯硬件电路。运用运放电路正负输入脚的大小比较，当正极输入大于负极输入时输出正电压驱动三极管导通使蜂鸣器响，当负极输入大于正极输入时，输出负电压，三极管关断，蜂鸣器不响。 * 方案二：通过单片机AD采样负载两端的电压，当负载两端电压超过额定值时，单片机驱动蜂鸣器报警，达到题目要求。 方案分析：方案一为纯硬件电路，对题目要求精度高能够很好的完成题目并且硬件电路简单且容易搭建。方案二为纯软件方法，通过AD采样来获取电压值报警，由于AD采样存在误差，很难保证精度要求，故不采纳。综上所述，选取方案一为报警电路。  - - - ##### 电路实物图：