基于I~2C总线的模块化测试电源设计

发布时间：2017-07-04 09:08

  本文关键词：基于I~2C总线的模块化测试电源设计

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【摘要】：本课题研究的测试电源是应急通信车辆检测中的一体化电源,有两方面主要用途,其一是为电缆的导通、绝缘测试提供电源,其二是为计算机、继电器、传感器以及集成电路等设备供电。随着模块化电源技术的发展,测试电源系统中模块开关电源的应用逐渐增多,提高了系统的智能化程度以及安全可靠性能。本文在深入分析了开关电源工作原理及特点的基础上,根据课题的设计指标要求,以DC/DC型开关电源模块单元为研究对象,提出并设计了一种以C8051F040单片机为核心,基于I~2C总线协议实现对5个不同输出电压的电源模块数字化控制的测试电源系统,在应急通信车自带电源发生故障时,能够快速的对故障进行检测排除,保证应急通信车的工作效率,提高其可靠性。本文主要研究的工作以及创新点如下:1、在分析测试电源系统技术要求的基础上,对系统的功率主电路部分进行了详细设计,包括每一个电源模块单元的主电路和控制电路设计,重点研究了移相谐振变换器的工作原理以及输出特性。2、采用数字控制系统对测试电源进行控制,选取高性能Cygnal微控制器C8051F040作为数字控制系统的核心控制器,I~2C总线技术的应用,很大程度简化了控制电路部分的设计,同时提高了测试电源系统的安全可靠性。3、最后设计制作了基于I~2C总线协议数字化控制的220V交流输入、五路直流输出的测试电源系统,设计了功率因数校正电路、每一个电源模块的保护电路以及电磁兼容部分。采用I~2C总线技术实现电源模块隔离组合的数字解决方案,为测试电源产品的开发提出了一种有效的设计方法。
【关键词】：测试电源 I~2C总线 模块化 数字控制 移相谐振
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.1.1 课题研究背景9
• 1.1.2 课题研究意义9-10
• 1.2 国内外开关电源研究现状10-12
• 1.2.1 开关电源发展及现状10-11
• 1.2.2 开关电源关键技术11-12
• 1.3 测试电源概述12-13
• 1.3.1 测试电源发展现状12
• 1.3.2 测试电源发展趋势12-13
• 1.4 论文主要研究内容和章节安排13-15
• 第二章 开关电源工作原理15-31
• 2.1 开关电源概述15-16
• 2.1.1 开关电源定义15
• 2.1.2 开关电源结构15-16
• 2.2 开关电源拓扑选择16-20
• 2.2.1 基本的DC/DC变换器拓扑16-18
• 2.2.2 隔离型PWM变换器拓扑18-20
• 2.3 移相谐振型开关电源工作原理20-29
• 2.3.1 移相控制器UC387521-23
• 2.3.2 UC3875移相零电压过渡PWM控制原理23-26
• 2.3.3 移相全桥变换器工作原理26-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 I~2C总线的硬件设计31-41
• 3.1 I~2C总线简介31-33
• 3.1.1 I~2C总线定义31
• 3.1.2 I~2C总线结构31-32
• 3.1.3 I~2C总线的特点32-33
• 3.2 I~2C总线时序33-35
• 3.2.1 I~2C总线起始位和停止位33
• 3.2.2 I~2C总线最小传输单元33-34
• 3.2.3 I~2C总线数据传输过程34-35
• 3.3 I~2C总线接口设计35-40
• 3.3.1 控制器的选型35
• 3.3.2 控制器I/O端口与交叉开关35-37
• 3.3.3 I~2C接口数据传输37-39
• 3.3.4 接口电路设计39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 测试电源系统的模块开关电源电路设计41-61
• 4.1 测试电源系统技术要求41-43
• 4.1.1 系统架构41-42
• 4.1.2 技术参数42-43
• 4.2 测试电源功率主电路设计43-59
• 4.2.1 电磁兼容设计44-47
• 4.2.2 功率因数校正电路设计47-49
• 4.2.3 模块Ⅰ功率单元电路设计49-55
• 4.2.3.1 主电路设计49-50
• 4.2.3.2 移相控制电路设计50-52
• 4.2.3.3 驱动电路设计52-53
• 4.2.3.4 保护电路设计53-55
• 4.2.4 其它模块功率单元电路设计55-59
• 4.2.4.1 功率模块Ⅱ主电路设计56
• 4.2.4.2 功率模块Ⅲ主电路设计56-57
• 4.2.4.3 功率模块Ⅳ主电路设计57-58
• 4.2.4.4 功率模块Ⅴ主电路设计58-59
• 4.3 本章小结59-61
• 第五章 数字化控制设计方案与整机设计61-79
• 5.1 基于DSP技术的控制设计方案61-62
• 5.2 基于I~2C总线的测试电源系统控制设计方案62-74
• 5.2.1 控制系统总体设计架构62
• 5.2.2 监控单元设计62-63
• 5.2.3 显示器与按键设计63-64
• 5.2.4 光电隔离单元设计64-65
• 5.2.5 I~2C分配器的选择65-67
• 5.2.6 I~2C隔离变换电路设计67-74
• 5.3 整机设计74-76
• 5.4 测试电源性能测试76-77
• 5.5 本章小结77-79
• 第六章 结论与展望79-81
• 6.1 工作总结79
• 6.2 工作展望79-81
• 参考文献81-85
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果85-87
• 发表的论文85
• 实用新型专利85-87
• 致谢87

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本文编号：517153