## 本項目獲浙江理工大學第五屆大學生電子設計競賽一等獎
#### 隊伍編號:ZSTU011
#### 隊伍成員:毛曉宇,胡雨琛,楊飛宇
#### 指導教師:金海
## 相關工程
#### [STM32F103RCT6主控](https://oshwhub.com/ZSTU-EDC-5th/zhe-jiang-li-gong-dian-sai-stm32f103rct6)
#### [MC34063升壓模塊](https://oshwhub.com/ZSTU-EDC-5th/zhe-jiang-li-gong-dian-sai-mc34063)
## 《校級電子設計競賽》 設計總結報告
#### **浙江理工大學電子設計大賽校賽H題:LED閃光燈電源**
###### **工程描述:本工程包含以**
**MC34063穩壓芯片為基礎的****升壓模塊電路**
* MC34063的輸入輸出特性:模塊的輸出電壓可調,Vout=1.25*(1+R2/R1),在本工程中,R2用500K
滑動變阻器代替,R1選用47K電阻。
* 實際測量輸出電壓范圍為X~15.2V,X約為輸入電壓。
* 在題目中,輸入電壓選取3.6V時,輸出功率最大4W左右,3W最為穩定。
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#### **設計報告**
###### **一、題目要求**
任務描述:設計并制作一個 LED 閃光燈電源。該電源的核心為直流-直流穩流電源變換器,它將電池的電能轉換為恒流輸出,驅動高亮度白光 LED。電源有連續輸出和脈動輸出兩種模式,并具有輸出電壓限壓保護和報警功能。
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1.基本要求
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(1)輸入電壓3.0V~3.6V。
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(2)連續輸出模式輸出電流可設定為100、150、200mA三檔,最高輸出電壓不低于 10V,最低輸出電壓為0V(輸出短路)。
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(3)在規定的輸入電壓和輸出電壓范圍內,輸出電流相對誤差小于2%。
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(4)等效直流負載電阻過大時,輸出電壓限幅值不高于10.5V并報警。
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(5)輸出電流200mA,輸出電壓10V時,效率不低于80%。
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(6)自制一個 LED 閃光燈,用于演示。
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2.發揮部分
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(1)具備脈動輸出模式,輸出占空比為1∕3,相對誤差小于2%。
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(2)輸出電流峰值可設定為300、450、600mA三檔,相對誤差小于5%,間歇期電流小于1mA。
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(3)脈沖周期可設定為10、30、100ms三檔,相對誤差小于2%,上升時間、下降時間均不大于100μs,電流過沖不大于10%。
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(4)輸出脈沖個數可設定為1到5個和連續的脈沖串(以便測試),每按一次啟動鍵輸出一次脈沖串。
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(5)其他。?
###### **二、整體方案設計**
該系統由 DC-DC 電源升壓電路、恒流電路、控制電路和報警電路四部分組成。系統結構框圖如下圖所示。DC-DC 電源升壓電路由MC34063穩壓芯片電路組成,也就是本工程的主角;恒流電路由線性壓控穩流源電路構成;控制電路采用STM32F103RCT6 為控制核心,其中包含矩陣按鍵操控、DAC、OLED顯示等功能;報警電路由三極管、蜂鳴器以及運放芯片OP07等組成,當系統達到一定條件時進行報警。通過將輸入電壓升壓后傳入負載,并通過恒流電路使通過負載的電流處于穩定值,并時刻連接報警電路,當負載電阻過大導致負載兩端的電壓大于給定值時,蜂鳴器報警。
![system.png]
###### **三、升壓模塊電路**
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方案一:使用XL6009T穩壓芯片,XL6009T輸入電流可達到4A,根據功率守恒,本題中最后的輸入電流需要達到2A左右,XL6009T可滿足要求。
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方案二:使用MC34063穩壓芯片,MC34063穩壓芯片可通過修改外部電阻的比值任意改變輸出電壓的大小。MC34063輸入電流可達到1.1A左右,滿足要求。
方案分析:經過兩個方案的測驗比較后發現XL6009T穩壓電路發熱功率較高導致整個電路的效率低下,達不到題目要求,故不選擇。MC34063芯片效率較高,能夠滿足題目要求,故選擇方案二。
![34063.png]
###### **四、恒流電路模塊**
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方案一:將多組開關與電阻并聯,用多組開關的不同開關狀態來實現多組不同的電流值。這樣,只要開關的數目足夠多就能實現多種電流的控制。
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方案二:通過MOS管,利用合適的電容,電感,電阻及二極管來搭建BUCK電路,通過單片機PWM輸出來控制MOS管的開關的占空比,根據MOS管的打開與關斷時等效電路的續流與放電來實現恒壓輸出,再與適當值的采樣電阻串聯來實現恒流輸出。
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方案三:在運算放大器的輸出端接一個MOS管,利用運算放大器的“虛短”原理,由單片機的DA給予基準電壓,通過電阻分壓輸入運放將MOS管處于線性區,控制采樣電阻兩端的電壓為一個恒定值,再配合采樣電阻來實現恒流,原理圖如下所示。
方案分析:根據題目發揮部分要求,需要負載兩端的電壓為一個占空比為1/3的方波,故方案一始終為一直流值不能滿足要求,故不選擇。通過實驗后發現方案二為恒壓電路,通過與采樣電阻的串聯達到恒流的效果,且MOS管的干擾較大對電路的精度會產生影響,而方案三通過運放的形式,電路很容易達到一個恒流狀態并且只需改變單片機的DA輸出就可以改變恒流的電流值,相對而言簡單并且穩定,故選擇方案三。

###### **五、報警電路模塊**
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方案一:根據額定電壓要求,采用運放電路驅動三極管開斷,此方案為純硬件電路。運用運放電路正負輸入腳的大小比較,當正極輸入大于負極輸入時輸出正電壓驅動三極管導通使蜂鳴器響,當負極輸入大于正極輸入時,輸出負電壓,三極管關斷,蜂鳴器不響。
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方案二:通過單片機AD采樣負載兩端的電壓,當負載兩端電壓超過額定值時,單片機驅動蜂鳴器報警,達到題目要求。
方案分析:方案一為純硬件電路,對題目要求精度高能夠很好的完成題目并且硬件電路簡單且容易搭建。方案二為純軟件方法,通過AD采樣來獲取電壓值報警,由于AD采樣存在誤差,很難保證精度要求,故不采納。綜上所述,選取方案一為報警電路。
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##### 電路實物圖:
![03.jpg]

![主要電路預覽.jpg]