DC-DC輸出可調(diào)開(kāi)關(guān)電源

30題目：DC-DC輸出可調(diào)開(kāi)關(guān)電源-23-第一章緒論1.1開(kāi)關(guān)電源概述我們身邊使用的任何一款電子設(shè)備都離不開(kāi)它可靠的電源，計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源化于80年代，并率先完成計(jì)算機(jī)的電源更新?lián)Q代，進(jìn)入90年代，開(kāi)關(guān)電源開(kāi)始進(jìn)入各種電子、電氣設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已大面積使用了開(kāi)關(guān)電源，更加促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅猛發(fā)展。1.2開(kāi)關(guān)電源與線性電源比較是先將交流電經(jīng)過(guò)變壓器變壓，再經(jīng)過(guò)整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，要達(dá)到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過(guò)電壓反饋調(diào)整輸出電壓。它們也需要大而笨重的變壓器需要濾波電容器大小的缺點(diǎn)和重量相當(dāng)大，并且電壓反饋電路在直線狀態(tài)下工作，沒(méi)有在管的電壓降的一定的調(diào)整，較大的輸出電流工作，因此，調(diào)節(jié)器太多功率，轉(zhuǎn)換效率低，而且還安裝一個(gè)大的散熱器。是不是需要電腦和其他設(shè)備的這款電源，開(kāi)關(guān)電源將逐漸被取代。1.3開(kāi)關(guān)電源發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用模塊化是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢(shì)，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成N+1冗余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)擴(kuò)容。開(kāi)關(guān)電源的操作的大噪聲這一缺點(diǎn)，若高頻的個(gè)別的追求，噪聲也將與增加，但與諧振轉(zhuǎn)換器電路技術(shù)的一部分，在理論上可以實(shí)現(xiàn)高頻噪聲可以降低，但一部分技術(shù)的諧振變換器的應(yīng)用，還存在技術(shù)問(wèn)題，它仍需要大量的工作在這個(gè)區(qū)域中，以使得數(shù)字技術(shù)的實(shí)用化。電力電子技術(shù)創(chuàng)新，開(kāi)關(guān)電源行業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。為了加快開(kāi)關(guān)電源行業(yè)發(fā)展的步伐，就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路，走出有中國(guó)特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展做出貢獻(xiàn)。第二章系統(tǒng)功能介紹根據(jù)實(shí)際的使用需要，本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，匯總了以下幾點(diǎn)功能。能夠手動(dòng)切換升降壓工作模式。降壓輸出電壓0-23V可調(diào)，電壓手動(dòng)步進(jìn)可調(diào)，調(diào)節(jié)精度1V（0.05V）。降壓輸出電流0-1.5A，電流步進(jìn)可調(diào)，調(diào)節(jié)精度0.1A（0.05A）。升壓輸出24V-50V，電壓連續(xù)可調(diào)。液晶顯示當(dāng)前工作模式以及降壓輸出電壓、電流值和升壓電壓。拓展：根據(jù)以上功能，本系統(tǒng)可用做恒壓源、恒流源，體積小，成本相對(duì)低，攜帶方便，便于外出測(cè)試攜帶，對(duì)于經(jīng)濟(jì)實(shí)力薄弱的學(xué)生來(lái)說(shuō)，更為實(shí)用。第三章系統(tǒng)方案選取與框圖3.1系統(tǒng)整體框圖本系統(tǒng)采用STM32F103作為主控制器，輸入端接入四路按鍵，其中一路按鍵用于控制系統(tǒng)的升降壓工作模式的切換，兩路按鍵用于調(diào)節(jié)輸入電壓或電流的升降，最后一路用于切換輸入處于恒壓或者恒流工作模式；輸出端接液晶顯示，用于顯示當(dāng)前的工作模式（包括升壓或降壓，降壓是恒流或者恒壓工作模式）、降壓模式下輸出的電壓和電流和升壓模式下輸出的電壓，方便使用者觀察。另外控制器還用于采集降壓模式下的電壓和電流，方便按照使用者要求對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)在過(guò)壓和過(guò)流情況下自動(dòng)切斷輸出，起到電路安全保護(hù)的作用。系統(tǒng)整體框圖如圖3-1所示。升壓模塊升壓模塊液晶顯示模式轉(zhuǎn)換主控制器液晶顯示模式轉(zhuǎn)換主控制器電壓電流調(diào)節(jié)電壓電流調(diào)節(jié)降壓模塊降壓模塊圖3-1系統(tǒng)整體框圖3.2系統(tǒng)方案選取3.2.1降壓模塊方案選取方案一：選用LM2596降壓芯片作為電源芯片。LM2596是一款高集成度的功率降壓芯片，內(nèi)置高頻振蕩器，開(kāi)關(guān)頻率150KHz，輸入電壓可達(dá)40V，輸出電流最大3A，輸出電壓具有3.3V、5V、12V和ADJ四個(gè)版本，其中LM2596-ADJ適用于本系統(tǒng)，根據(jù)輸出電壓的不同，轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)90%，最低靜態(tài)電流低至80UA，自帶過(guò)熱和過(guò)流保護(hù)。最主要的是外圍電路簡(jiǎn)單，避免了復(fù)雜的外圍結(jié)構(gòu)布局，方便調(diào)試使用，縮短開(kāi)發(fā)周期。使用這款芯片可以通過(guò)調(diào)節(jié)FB反饋端的電阻值從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。對(duì)于反饋?zhàn)柚档恼{(diào)節(jié)有兩種方式。其一是單純的通過(guò)硬件調(diào)節(jié)，可以在沒(méi)有程序控制的前提下，外接串聯(lián)多個(gè)電阻，通過(guò)切換串入電阻的阻值，實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)。優(yōu)點(diǎn)是不需要軟件開(kāi)發(fā)，同時(shí)節(jié)省成本和開(kāi)發(fā)周期，缺點(diǎn)是硬件電路復(fù)雜，空間面積大，最重要的是調(diào)節(jié)精度不高。其二是通過(guò)軟件ADC輸出模擬電壓，然后通過(guò)加法器控制反饋端的電阻值，從而使輸出電壓改變，優(yōu)點(diǎn)是，外圍電路簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)精度高，缺點(diǎn)是成本高，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。方案二：采用TPS5430升壓芯片。該芯片是一款高輸出電壓電流PWM轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部集成了高阻抗低通NMOS，寬達(dá)5.5-36V的輸入電壓，高達(dá)3V峰值電流輸出，調(diào)節(jié)精度高，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)95%，具有過(guò)熱保護(hù)和過(guò)流保護(hù)功能，廣泛用于機(jī)頂盒和LCD當(dāng)中，缺點(diǎn)是PCB布局復(fù)雜，調(diào)節(jié)難度高。綜上所述，選用方案一，通過(guò)軟件調(diào)節(jié)反饋端電阻比值。3.2.2升壓模塊方案一：采用UC3843升壓芯片。該芯片是一款高性能的電流模式具有固定工作頻率的控制器，專(zhuān)為直流變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)，該芯片具有可微調(diào)的振蕩器、能夠精確的進(jìn)行占空比的控制、高增益誤差放大器、溫度補(bǔ)償參考。電流取樣比較器和大電流圖騰柱式輸出，通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的通斷給電感充電，從而輸出用戶(hù)想要的電壓，工作效率高。缺點(diǎn)是外圍控制電路復(fù)雜，PCB布局要求高，后期調(diào)試復(fù)雜。方案二：采用LM2577開(kāi)關(guān)電源芯片。該芯片是一款反激式、標(biāo)準(zhǔn)電感和正向的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，具有寬達(dá)3.5-40V的輸入電壓范圍，高達(dá)3A的輸出電流和65V的輸出電壓，外圍電路簡(jiǎn)單，輸出電壓手動(dòng)可調(diào)，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80%具有開(kāi)關(guān)過(guò)流、欠壓和過(guò)熱保護(hù)功能。綜上所述，選用方案二。3.2.3供電方案本系統(tǒng)需要3.3V和12V電源供電給CPU和運(yùn)放使用。方案一：選用TI的TPS5430，該芯片可以調(diào)節(jié)輸出電壓分別帶3.3V和12V，可以直接提供電源。優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)化效率高，并且對(duì)該款芯片熟悉，缺點(diǎn)是外圍電路相對(duì)復(fù)雜，PCB布板要求較高。方案二：選用LM2596-3.3和LM2596-12兩款芯片，可以輕松實(shí)現(xiàn)3.3V和12V穩(wěn)壓。雖然是轉(zhuǎn)換電壓低時(shí)效率會(huì)降低，但是CPU和運(yùn)放耗電小，相對(duì)于增加電路復(fù)雜程度或者選用選用其他芯片，該芯片不需要外部電調(diào)，內(nèi)部已經(jīng)高度集成電阻比值，可縮短焊接調(diào)試時(shí)間，另外也方便用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)。方案三：選用LM7812,LM7805和AMS1117-3.3三款芯片。折三款芯片的外圍電路及其簡(jiǎn)單，其中LM7812和LM7805外部各直需要兩個(gè)濾波電容，AMS1117-3.3也只需要三個(gè)電容，節(jié)約成本，但是轉(zhuǎn)換效率太低，而且芯片數(shù)量多，對(duì)調(diào)試和購(gòu)買(mǎi)都造成很多麻煩。綜上所述，選用方案二。第四章硬件電路設(shè)計(jì)4.1主控制器選用SMT32F103芯片作為主控制器，這是一款基于ARM內(nèi)核的32位的帶有64K字節(jié)的微型處理器，工作頻率72MHz，高達(dá)20個(gè)字節(jié)的SARM，內(nèi)嵌8KHZ的RC振蕩器，3個(gè)模塊12位ADC分為21個(gè)通道，2個(gè)模塊12位ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器，供電和I/O口2.0-3.6V，具有休眠待機(jī)低功耗模式，支持3路UART、2路IIC、2路SPI通信、CNA接口，7個(gè)16位定時(shí)器，ECOPACK封裝。SMT32F103最小系統(tǒng)如圖4-1所示。 圖4-1最小系統(tǒng)圖系統(tǒng)外加了指示燈模塊、按鍵模塊、復(fù)位電路和JTAG下載調(diào)試模塊。如圖4所示。指示燈用來(lái)指示CPU當(dāng)前工作模式，便于調(diào)節(jié)，L02亮表示當(dāng)前處于降壓模式，L03亮表示當(dāng)前處于升壓模式。四路按鍵用于切換升降壓模式、恒壓恒流模式和調(diào)節(jié)電壓電流的升降。圖4-2輔助電路4.2供電模塊本系統(tǒng)提供了3.3V電壓供給CPU和12V電壓供給LM324四路運(yùn)算放大器。采用了LM2596-3.3和LM2596-12兩款芯片，這兩款芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了反饋電阻比，不需要外部電阻匹配即可輕松實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，極大的減少了外圍器件。圖4-3供電模塊電路圖4.3降壓模塊電路設(shè)計(jì)降壓模塊采用LM2596-ADJ實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)整體電路如圖4-4所示。為合理控制系統(tǒng)的升降壓輸出，降低不必要的能耗通過(guò)控制LM2596-ADJ的第五管腳ON/OFF電平的高低，從而控制降壓芯片的工作。為保護(hù)CPU，在控制電路中加入光耦PC817，起到隔離的作用。CPU輸出高電平時(shí)，PC817導(dǎo)通，ON/OFF管腳拉低，降壓芯片工作，有電壓輸出；當(dāng)CPU輸出高電平時(shí)，PC817關(guān)斷，ON/OFF管腳為高，降壓芯片停止工作。光耦控制電路如4-5圖所示。圖4-4降壓模塊整體電路圖圖4-5光耦控制電路降壓輸出采用PWM控制的方法。DC-DC變換器就是通過(guò)控制一個(gè)或者多個(gè)開(kāi)關(guān)器件的通斷，從而將一級(jí)輸入電壓調(diào)節(jié)為另一級(jí)的輸出電壓。在某個(gè)輸入DC電壓下，通過(guò)以某一固定頻率控制開(kāi)斷的時(shí)間，及控制導(dǎo)通時(shí)間段的占空比，從而使輸出電壓穩(wěn)定在某一范圍內(nèi)。這就是脈寬調(diào)制方法，也稱(chēng)PWM調(diào)節(jié)。PWM從控制方式分為電壓控制型和電流控制型兩種。電壓控制型基本控制方法是，通過(guò)將誤差放大器輸出的電壓和某種預(yù)設(shè)的鋸齒波型進(jìn)行電壓比較，控制產(chǎn)生PWM信號(hào)。從控制的角度上講，電壓型控制是一種單環(huán)控制系統(tǒng)。電流控制型是將誤差放大器的輸出電流信號(hào)和采樣到的峰值電流信號(hào)進(jìn)行比較，從而控制輸出占空比，是電感的峰值電流隨誤差輸出的變化而變化、電流控制型是一個(gè)一階控制系統(tǒng)，一階控制系統(tǒng)是無(wú)條件的穩(wěn)定系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的控制方式下，可以通過(guò)增加電流反饋系統(tǒng)，進(jìn)而得到一個(gè)雙環(huán)控制系統(tǒng)，這時(shí)電感上的電流不在是一個(gè)獨(dú)立的變量。本系統(tǒng)采用了傳統(tǒng)的電壓控制方式。通過(guò)CPU輸出一個(gè)電壓值，和輸出采集到的電壓通過(guò)加法器相加然后反饋給降壓芯片的FB管腳，從而控制輸出穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)。降壓反饋電路如圖4-6所示。圖4-6降壓反饋電路采集輸出電壓是否準(zhǔn)確，然后自動(dòng)調(diào)整PWM輸出。由于輸出電壓高于CPU承受電壓，需通過(guò)電阻R26和R27按照規(guī)定比例進(jìn)行分壓后，連接到CPU的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口。另外降壓方面也可設(shè)置為恒流輸出，需通過(guò)采集采樣電阻上的電壓，然后按照U/R求得輸出電流，調(diào)節(jié)PWM穩(wěn)定恒流輸出。本系統(tǒng)使用了0.1R的采樣電阻，如果輸出電流按照1A計(jì)算，采集到的電壓只有0.1V，電壓太小，需要放大后進(jìn)行采集，但小信號(hào)放大不準(zhǔn)確，這是需要太高0.5V后再通過(guò)差分放大50倍方法。=（R214=100K，R213=2K，V-=0V）通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R215的阻值，使得Vref=0.5V，由于運(yùn)放的內(nèi)阻無(wú)窮大，通過(guò)電壓跟隨器保證差分輸入抬高的0.5V電壓不變。電流采樣電路如圖4-7所示。該模塊選用LM324四路運(yùn)算放大器分別供反饋電路和電流采樣電路使用。圖4-7電流采樣電路4.4升壓模塊電路設(shè)計(jì)本模塊采用了由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的LM2577開(kāi)關(guān)電源芯片。LM2577分為5V、12V和ADJ三個(gè)版本。本系統(tǒng)選用了LM2577-ADJ型號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓連續(xù)可調(diào)，最高50V。電路圖如圖4-8所示。通過(guò)控制CPU輸出高電平，光耦U12導(dǎo)通，MOS管柵極電壓拉低導(dǎo)通，升壓電路開(kāi)始工作。該出的MOS管選用P溝道的RF9530，=100V，=-9.3A，滿(mǎn)足本系統(tǒng)的對(duì)于高耐壓和高耐流的需求。圖4-8升壓電路具體工作原理，簡(jiǎn)單的講是通過(guò)以52KHZ的頻率控制在點(diǎn)感動(dòng)上的激勵(lì)的開(kāi)關(guān)從而控制輸出。具體是當(dāng)NPN開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，電感上的電流以斜率Vin/L上升，并且儲(chǔ)存在電感上；當(dāng)NPN開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，電感尾端電壓高于Vin，電感上的電流通過(guò)二極管以斜率（Vout-Vin）/L給Cout充電，因此，在開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)能量?jī)?chǔ)存在電感上，在開(kāi)關(guān)關(guān)閉的時(shí)候，能量轉(zhuǎn)移到輸出，開(kāi)關(guān)的打開(kāi)和關(guān)閉，控制了電感上的電流峰值，進(jìn)而控制了輸出電壓，輸出電壓的一部分分配到反饋管腳上，通過(guò)比較反饋電壓和基準(zhǔn)電壓1.23V的差別從而判斷輸出，在NPN開(kāi)斷的時(shí)間內(nèi)，誤差放大器的輸出電壓和均衡電壓比較，當(dāng)這兩個(gè)電壓相等時(shí)，比較器關(guān)閉開(kāi)關(guān)，從而維持輸出電壓穩(wěn)定不變。電壓電流紋波變化如圖4-9所示。圖4-9升壓調(diào)節(jié)器紋波升壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)步驟如下。這些設(shè)計(jì)步驟可用來(lái)選擇合適的基于這個(gè)系統(tǒng)需要的外圍器件，給出：Vin（min）=最小輸入電壓Vout=調(diào)節(jié)器輸出電壓Lout（max）=最大輸出負(fù)載電流在進(jìn)行這些步驟之前，請(qǐng)先確定LM2577當(dāng)輸入最小的Vin時(shí)，可以提供需要的輸出電壓Vout和負(fù)載電流Lout（max）。上面對(duì)Vout和Lout（max）的限制如下。Vout60V和Vout10*10Vin（min）Lout（max）在這個(gè)應(yīng)用中，這些值必須必特殊值更大或者至少相等。另外電感和二極管的選擇也尤為重要。電感的求法：電感的平均電流：電感的紋波電流：因?yàn)楣ぷ髟谶B續(xù)模式下，所以，平均電感要大于峰值電感（是開(kāi)關(guān)頻率），所以，（取最小輸出電流）（2）二極管的參數(shù)計(jì)算：二極管的導(dǎo)通電流要大于理論計(jì)算，反向擊穿電壓要大于4.5液晶顯示電路為了方便使用者能夠看到當(dāng)前系統(tǒng)的工作模式，輸出的電壓和電流的值，系統(tǒng)加入了液晶顯示模塊。使用12864G液晶顯示模塊，采樣IIC通信，該模塊不帶字庫(kù)，但是本系統(tǒng)只用漢子不多，故選擇該型號(hào)。液晶接口電路如圖4-10所示。圖4-10液晶接口電路五硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境5.1AltiumDesigner09AltiumDesigner是一款強(qiáng)大的繪圖軟件，本設(shè)計(jì)的原理圖，PCB圖便是基于該款軟件繪制的。另外該軟件還可以生成生產(chǎn)電路板時(shí)所需要的gerber文件和鉆孔文件。在使用該軟件時(shí)，首先需要建立一個(gè)完整的PCB工程，包括原理圖、PCB圖、原理圖庫(kù)和器件封裝庫(kù)。原理圖庫(kù)和封裝庫(kù)的關(guān)鍵器件最好自己繪制，方便后期再次使用。原理圖繪制完成后，進(jìn)行繪制PCB繪制，首先應(yīng)該將原理圖中相應(yīng)的器件都添入相關(guān)的封裝，并逐一檢查，然后導(dǎo)入PCB中。在布局時(shí)，應(yīng)當(dāng)特別注意器件的擺放位置，根據(jù)實(shí)際情況判斷是否方便焊接，是否方便接插件的插拔，是否美觀，是否存在信號(hào)間的干擾，電路板的布局面積，制作成本等。在布局方面，需要注意晶振距離CPU的距離，用到一些IC芯片時(shí)，可以參考官方給出的布局來(lái)進(jìn)行PCB的繪制。5.2電源設(shè)計(jì)軟件SwitchPro這是TI公司研發(fā)的一款用于電源電路設(shè)計(jì)計(jì)算的免費(fèi)軟件。打開(kāi)軟件后用戶(hù)可以選擇是設(shè)計(jì)一款新的電路或復(fù)制現(xiàn)有的電路。選用設(shè)計(jì)新的電路后，用戶(hù)可根據(jù)需要進(jìn)行以下四種選擇：1、簡(jiǎn)單的輸入簡(jiǎn)單輸入設(shè)置輸入Min（V）和Max（V）、輸出電壓和電流，然后彈出多種芯片方案，用戶(hù)根據(jù)電路復(fù)雜程度、效率、價(jià)格和布局要求等選擇一款適合自己的芯片。2、復(fù)雜的輸入用戶(hù)可詳細(xì)的將自己的要求輸入進(jìn)去，如：輸入Min（V）和Max（V）、輸出V、OutMin（A）和OutMax（A）、工作效率、頻率、開(kāi)啟時(shí)間、應(yīng)用類(lèi)型等，方便更快的尋找到合適自己的方案，避免了用于自身去進(jìn)行更多方案的對(duì)比，節(jié)省時(shí)間。3、指定芯片設(shè)計(jì)用戶(hù)可根據(jù)自己的原件庫(kù)選用特定的芯片，設(shè)置簡(jiǎn)單的輸入輸出要求即可得到想要的電路。適用于對(duì)效率要求不高、對(duì)某種芯片較為熟悉的用戶(hù)。4、復(fù)制現(xiàn)有電路用戶(hù)可在列表中選擇符合要求的芯片，減少了設(shè)計(jì)和比對(duì)環(huán)節(jié)，但是用戶(hù)自身需要備有大量的芯片才能有實(shí)力去選用該選項(xiàng)。該選項(xiàng)和最開(kāi)始的復(fù)制已有電路是一樣的，用戶(hù)也可在開(kāi)始時(shí)選擇復(fù)制以后電路進(jìn)入該環(huán)節(jié)。SwitchPro軟件工作選擇界面如圖5-1所示。圖5-1witchPro工作選擇界面5.3電路板雕刻機(jī)LPKFProtoMatE33本設(shè)計(jì)在PCB繪制完成之后，采用了LPKFPromatE33進(jìn)行了電路板的制作，首先用AltiumDesigner進(jìn)行了gerber文件的生成。Gerber文件是生產(chǎn)電路板是必要的文件，導(dǎo)入CAM軟件，可以為每一道PCB的工藝流程提供數(shù)據(jù)，由于是自己腐蝕電路板，限于設(shè)備和本設(shè)計(jì)的需求，本設(shè)計(jì)只進(jìn)行了雙面板的雕刻制作。對(duì)于本設(shè)計(jì)雕刻的雙層電路板，只需要生成toplayer，bottomlayer，keepoutlayer的文件以及鉆孔文件即可。Toplayer，bottomlayer代表雙層電路板的頂層和底層，當(dāng)這兩個(gè)文件被導(dǎo)入LPKFCircuitPro之后，ProtoMatE33設(shè)備按照這兩個(gè)文件進(jìn)行頂層和底層的刻線，銑削。keepoutlayer可以用來(lái)切割電路板的輪廓。對(duì)于鉆孔文件，設(shè)備依據(jù)該文件進(jìn)行刀具的自動(dòng)提示，提醒操作人員該使用什么樣的刀具。5.3.1電路板雕刻機(jī)軟件的使用對(duì)于電路板雕刻機(jī)的使用，需安裝相應(yīng)的設(shè)備操作軟件LPKFCircuitPro。在軟件安裝完成之后，需要進(jìn)行一系列的配置。首先，在菜單欄的設(shè)備配置向?qū)е羞x擇設(shè)備的型號(hào)LPKFPromatE33，添加相應(yīng)的刀具庫(kù)，選擇相應(yīng)的電鍍機(jī)LPKFMiniContacRS，以及將使用的CAD系統(tǒng)選擇為AltiumDesigner。其次，在菜單欄的加工工藝流程向?qū)е羞M(jìn)行設(shè)備的配置，包括工藝類(lèi)型的選擇（生產(chǎn)PCB），電路板層數(shù)（選擇雙層），電路板基質(zhì)（選擇FR4*FR5，這是本套設(shè)備所用的雙層板的材質(zhì)）。第三，將相應(yīng)的PCB生產(chǎn)文件導(dǎo)入該軟件中，即導(dǎo)入生成gerber文件時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生的頂層，底層，輪廓以及鉆孔文件，以備后續(xù)工藝使用。當(dāng)彈出的import對(duì)話框中的layer/template下選中對(duì)應(yīng)的層，此時(shí)注意當(dāng)前框圖的右方的尺寸是否接近，如果不接近說(shuō)明右下方選擇比例肯定有錯(cuò)，及時(shí)接近也要核實(shí)右下方數(shù)字比例，小數(shù)、單位的選項(xiàng)是否和導(dǎo)出的Gerber和Nc-Drill的選擇一致。所以在之前的格式轉(zhuǎn)換時(shí)選取英尺2:5，LeadingZeros，減小出錯(cuò)的幾率。第四，生成絕緣道和輪廓銑切刀具路徑。該步驟中可以設(shè)置生成絕緣道時(shí)的剝銅類(lèi)型，共全部擦除，部分擦除等四種類(lèi)型，除此外還可以設(shè)置切割外形時(shí)的刀具路徑類(lèi)型，共有全部切割，水平間隙，垂直間隙，圓角間隙等六類(lèi)。在上述步驟進(jìn)行完畢之后，點(diǎn)擊電路板生產(chǎn)向?qū)?，在設(shè)置了雕版數(shù)量和位置之后，即可開(kāi)始進(jìn)行生產(chǎn)。5.3.2電路板雕刻流程在軟件相關(guān)配置完畢之后，電路板生產(chǎn)的流程主要是鉆孔，電鍍，刻絕緣道，剝銅，切割外形。除電鍍外，其他的每個(gè)工序都需要不同種類(lèi)的刀具，另外需要注意的是在刻絕緣道以及剝銅的時(shí)候應(yīng)當(dāng)特別注意刀具的試用，最好用帶刻度的顯微鏡觀察刻線的深度以及寬度，感覺(jué)寬度深度合適之后，再將該設(shè)置應(yīng)用于即將要進(jìn)行的工藝流程中。還有一點(diǎn)，在剝銅時(shí)的試刀過(guò)程中，當(dāng)在軟件中設(shè)置好試刀位置后，在實(shí)際試刀時(shí)，刀具會(huì)自動(dòng)向電路板的的右下角或右側(cè)移動(dòng)，要注意這點(diǎn)。對(duì)于換刀，最好使用設(shè)備供應(yīng)商自帶的工具，這樣便能將在換刀過(guò)程中損壞刀鋸的可能性降低。5.4電鍍機(jī)LPKFMiniLPS對(duì)于電路板的鍍銅，工藝流程總共分為除油，噴淋，黑孔，微蝕，鍍銅幾個(gè)步驟。除油過(guò)程需要給相關(guān)溶液升溫，目的是為了恢復(fù)銅板表面的潔凈度。噴淋即采用清水沖洗，完成后務(wù)必使用熱風(fēng)機(jī)將其吹干。黑孔是將精細(xì)的石墨和炭黑粉通過(guò)物理作用在孔壁上形成一層導(dǎo)電膜，在該階段進(jìn)行過(guò)程中要注意及時(shí)檢查，確保使每個(gè)孔都能完成很好的黑孔處理。下一步就是鍍銅，需要設(shè)置電鍍電流，一般設(shè)置為10A左右，持續(xù)一小時(shí)，電鍍完成之后，在光線下看看是否有沒(méi)有電鍍完全的，若有，可以考慮延長(zhǎng)電鍍時(shí)間。，在使用雕刻機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到雕刻機(jī)本身的精度，以此來(lái)調(diào)整繪制PCB時(shí)線的粗細(xì)，孔的大小。當(dāng)電路板的鍍銅時(shí)間延長(zhǎng)后，整塊銅板所鍍銅的厚度也會(huì)相應(yīng)增加，因此如果整個(gè)系統(tǒng)對(duì)銅的厚度沒(méi)有嚴(yán)格要求時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)部分孔沒(méi)有鍍上銅時(shí)，延長(zhǎng)鍍銅時(shí)間是可取的，但是對(duì)于高頻電路板，在雕刻天線這部分線路時(shí)，銅厚就顯得非常重要了，因?yàn)樵赑CB中天線這部分的繪制時(shí)基于一個(gè)阻抗計(jì)算軟件的，里面的參數(shù)中有一個(gè)就是銅厚，如果電鍍時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，便會(huì)導(dǎo)致阻抗匹配效果不好，嚴(yán)重影響發(fā)射性能。5.5SMD精密無(wú)鉛回焊爐ZB-2518H本設(shè)計(jì)在電路板制作時(shí)除手工焊接外還采用了回流焊的方式，所用回焊爐ZB-2518H是一種生產(chǎn)和維修SMT工藝產(chǎn)品的回焊設(shè)備，采用紅外線輻射和熱風(fēng)混合加熱方式。在人為設(shè)置溫度后，可以使回焊爐的溫度控制曲線達(dá)到精準(zhǔn)的控制。其溫度曲線精密可調(diào)，另外還具有報(bào)警自動(dòng)關(guān)機(jī)等功能。在SMT工藝中，最主要的就是溫度曲線，若曲線設(shè)置不合理，可能會(huì)導(dǎo)致回流焊效果不好，比如出現(xiàn)錫珠，立片，橋接，元件開(kāi)裂，電路板扭曲變形，該設(shè)備可設(shè)置的溫度曲線段共有五段：預(yù)熱段，加熱段，焊接段，保溫段，冷卻段。在預(yù)熱階段，是將PCB板加熱到120-150℃，該溫度下可以充分揮發(fā)PCB的水分，消除PCB內(nèi)部的應(yīng)力以及部分殘留氣體，時(shí)間控制在1-5分鐘之間較為合適。在加熱階段，是要激活錫漿中的助焊劑，并在助焊劑的作用下取出元器件表面和錫漿中的氧化物。在該階段，對(duì)于低溫的有鉛合金釬料一般設(shè)置溫度為150-180℃，中溫的有鉛合金釬料一般設(shè)置為180-220℃，高溫的有鉛合金釬料一般設(shè)置為220-250℃，本設(shè)備在焊接時(shí)所采用的合金釬料為Sn63%，按照該設(shè)備使用手冊(cè)的描述，加熱段的溫度可以設(shè)置在低于錫漿熔點(diǎn)的10℃,因此該階段的溫度設(shè)置為了173℃，時(shí)間設(shè)置為了90s。焊接階段是為了完成SMT的焊接過(guò)程，該階段的溫度極易損傷達(dá)不到溫度要求的元器件。此階段的溫度設(shè)置應(yīng)當(dāng)依據(jù)焊料的融化溫度而定，一般高于焊料融化溫度30-50℃左右比較合適。目前普遍使用的有鉛釬料是中溫釬料，有著優(yōu)異的抗氧化性能、耐冷熱沖擊性能、物理機(jī)械性能，電氣性能，本次本設(shè)備采用的便是中溫釬料。對(duì)于焊接時(shí)間，有較大元器件和大面積的PCB板應(yīng)當(dāng)設(shè)置較長(zhǎng)的時(shí)間，器件較少的小面積PCB板設(shè)置較短時(shí)間就可以了。本設(shè)計(jì)由于器件均為小器件，PCB板面積也小，因此該階段設(shè)置時(shí)間為30s，以充分保護(hù)元器件，防止其損壞。保溫段是使高溫液態(tài)焊錫凝固成液態(tài)焊接點(diǎn)，如果凝固時(shí)間太快回事焊錫形成結(jié)晶粗糙，焊點(diǎn)不光潔，導(dǎo)致機(jī)械物理性能下降，本階結(jié)束溫度按照產(chǎn)品使用手冊(cè)上設(shè)置為了173℃（比焊錫熔點(diǎn)低10℃）。冷卻階段作用簡(jiǎn)單，只要降到不會(huì)燙人的溫度就可以了?；亓骱笭t如圖5-2所示。圖5-2回流焊爐第六章軟件設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，初始化ADC、DAC、液晶等，然后判斷模式切換按鍵S1的狀態(tài)，按鍵不動(dòng)作時(shí)，S1=0，默認(rèn)選擇降壓模式，ADC1和ADC2采集輸出電流和電壓，和預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，當(dāng)存在偏差是，通過(guò)PWM進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后CPU根據(jù)采樣的結(jié)果控制液晶顯示；如果按鍵動(dòng)作，S1=1，系統(tǒng)切換到升壓模式，MOS管打開(kāi)，電壓輸出，系統(tǒng)采集輸出電壓反饋給CPU控制液晶顯示，與此同時(shí)，判斷按鍵是否動(dòng)作，如果S1=0，繼續(xù)保持升壓模式，如果S1=1，改為降壓模式，依次循環(huán)。系統(tǒng)整體流程圖如圖6-1所示圖6-1系統(tǒng)整體流程圖第七章系統(tǒng)調(diào)試本系統(tǒng)預(yù)設(shè)調(diào)試難點(diǎn)分為硬件調(diào)試難點(diǎn)和軟件調(diào)試難點(diǎn)。其中硬件難點(diǎn)主要是是升壓電路模塊，眾所周知，電源難，難在升壓，難在高效帶載，本系統(tǒng)選用的LM2577需要輸出高達(dá)50V的電壓，這對(duì)于電路的布局和調(diào)試要求很高，同時(shí)需要充分考慮散熱，由于輸出功率大，輸入端的線寬應(yīng)在50mil，防止電流過(guò)大燒毀線路。軟件調(diào)試難點(diǎn)主要在降壓的PWM調(diào)節(jié)，ADC2采集到降壓模式下的輸出電壓，判斷是當(dāng)前輸出電壓是否符合要求，如果不符合要求，CPU控制DAC給出相應(yīng)的模擬電壓，結(jié)合運(yùn)放采集的電壓，反饋給LM2596的RF管腳，難點(diǎn)在于找出輸出電壓和PWM占空比對(duì)應(yīng)的關(guān)系，需要通過(guò)不斷的實(shí)踐調(diào)節(jié)，最終才能得出合適的計(jì)算公式。經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)試，最終系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)要求的功能：打開(kāi)電源，系統(tǒng)默認(rèn)降壓恒壓模式，通過(guò)調(diào)節(jié)S2和S3調(diào)節(jié)電壓升降，能夠?qū)崿F(xiàn)0-23V步進(jìn)1V可調(diào)，按下S4，切換到恒流模式，調(diào)節(jié)S2和S3，電流可在0-1.5A步進(jìn)0.1A可調(diào)，同時(shí)液晶顯示目前的降壓恒流工作模式和當(dāng)前輸出的電流和電壓；在按下獨(dú)立按鍵S1，系統(tǒng)切換到升壓模式，旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)變阻器R12，輸出電壓無(wú)級(jí)可調(diào)，液晶顯示當(dāng)前為升壓模式和輸出的電壓。參考文獻(xiàn)[1]設(shè)計(jì)要點(diǎn)369WilsonZhouTheoPhillips-《電子產(chǎn)品世界》-2005[2]DC-DC變換器峰值電流控制與平均電流控制的分析與比較胡維慶秦杰-《黑龍江科技信息》-2010[3]液晶電視易損集成電路―LD7535／A、LM2576、LM2596、LX1688／CPW景曙光-《家電維修》-2014[4]諧振型高頻逆變式充電機(jī)的研究分析鞏曉昕魏尚紅-《電氣技術(shù)》-2006[5]DC-DC開(kāi)關(guān)電源管理芯片的設(shè)計(jì)郭家榮孟祥瑞周耀-《微計(jì)算機(jī)信息》-2005[6]再流焊工藝技術(shù)的研究鮮飛-《北京表面安裝技術(shù)》-2003[7]電源技術(shù)的應(yīng)用研究與發(fā)展趨勢(shì)王月愛(ài)王勃-《中國(guó)集成電路》-2012[8]淺析回流焊各階段的作用-ReflowOven,SolderingMachine,Screen...互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)[9]限流、過(guò)電流保護(hù)在相控可控硅整流充電裝置中的應(yīng)用李文全呂曉倩等-《電站設(shè)備自動(dòng)化》-2000[10]開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)與技術(shù)追求黃剛-《今日電子》-1995[11]一種兩級(jí)式LED恒流驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)胡國(guó)珍-《計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化》-2015[12]淺談三菱PLC電源無(wú)電壓輸出故障的檢修歐陽(yáng)雄輝-《職業(yè)》-2012[13]基于LM2593HV調(diào)節(jié)器的降壓穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)謝建輝-《國(guó)外電子元器件》-2001[14]基于單片機(jī)的數(shù)控直流電流源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)趙東波郭榮幸-《儀表技術(shù)》-2008[15]新型電源開(kāi)關(guān)的原理和應(yīng)用姚洪慶-《甘肅電力技術(shù)》-20081致謝附錄intmain(void){ floatCur_Val=0.0; floatVol_Val=0.0; u8times=0; delay_init(); USART1_Configuration(); ADC_Configuration(); DMA_Configuration(); Dac1_Init(); Switch_Configuration(); Switch_OFF(); printf("begin...\n"); Vol_Val=Detection(1); vol=(u16)(26.03-(Vol_Val+0.6))/23.38*1000; printf("vol:%d\n",vol); Dac1_Set_Vol(vol); Switch_ON(); while(1) { switch(State) { caseDET:Vol_Val=Detection(1); Cur_Val=Detection(2); if(Vol_Val>=16.70&&Vol_Val<17.00) { State=VCH; times=0; } elseif(Vol_Val>14.8&&Vol_Val<16.70) { State=CCH; times=0; } else { State=DET; times++; if(times==3) { times=0; State=OFF; } } if(Cur_Val<50.0) { times++; if(times==3) { times=0; State=OFF; } } break; caseVCH:Volt_Charge(Vol_Val); State=DET; break; caseCCH:Cur_Charge(Cur_Val); State=DET; break; caseOFF:Switch_OFF(); ADC_Cmd(ADC1,DISABLE); ADC_DMACmd(ADC1,DISABLE); DAC_Cmd(DAC_Channel_1,DISABLE); State=0x00; break; default:Switch_OFF(); break; } printf("vol:%d\n",