#第六届立创电赛#数控Boost恒流电源设计 - 立创电子设计大赛

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<div class="document"> 注：* 为必填项 请在报名阶段填写 ↓ <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">* 1、项目功能介绍</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 项目实现的功能： 1. 全数字方案； 2. 电路输入15~26V，输出15~35V，最大电流5A； 3. 单片机PWM控制BOOST电路输出； 4. PID算法构成反馈环； 5. 状态机控制系统的输出模式； 6. RTOS协调整个系统的不同任务； 7.按键交互设置输出模式及参数。 注：主题不限，可以是解决生活/工作中的某个问题、为某个人群/场景设计的方案、毕业设计/课程设计/DIY项目/纯属炫酷项目等。主要讲一下自己通过什么手段解决了什么问题。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*2、项目属性</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 项目为本人首次公开，本人参考过达尔文的一些经验，项目没有参与过比赛，本次为第一次参赛 注：请说明项目是否首次公开；项目是否为原创；项目是否曾经在其他比赛中获奖，若有获奖则叙述获奖详情；项目是否在学校参加过答辩。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">* 3、开源协议</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 开源,愿意与每位热爱电子设计的人分享 注：利他即利己，请认真阅读下述内容。 <ol style="line-height: 1.8;"> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height: 1.8;">拥抱开源，赋予项目无限价值。建议项目核心功能开源80%以上；</li> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height: 1.8;">若某一部分功能不可替代且删掉之后项目无法解决对应的问题，则这一部分实现的功能就是项目的核心功能；比如设计了一台电子负载且设计了一款上位机软件监控功率变化，则电子负载为核心功能，上位机软件为辅助功能；比如电子负载中使用了一款隔离485模块与上位机通信，则此485模块实现的通讯功能为辅助功能；</li> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height: 1.8;">项目应选择适合自己的<a href="/posts/98fdb2accd754af7b51990790db3b47a" target="_blank">开源协议</a>，若项目引用其他开源项目，应注明来源并遵循原作者的开源协议规定；原创项目推荐使用GPL3.0开源协议；</li> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height: 1.8;">直接引用开源项目的原电路或原代码实现的功能不可作为自己项目的核心功能、使用市场上通用模块直接实现的功能不可作为自己项目的核心功能。</li> </ol> 请在竞赛阶段填写 ↓ <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*4、硬件部分</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> <img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="//image.lceda.cn/pullimage/ixfpSec6bZdNyJ2lkJRI4lozvBbxKyUTThGNWUX0.png"> 整个系统分为四个部分进行设计： 1）在BOOST电路的功率计设计方面，采用了集成度更高，更加小体积的电感，电容和开启内阻极小的功率增强型金属氧化物场效应管MOSFET。 2）在BOOST电路的控制系统方面，采用了小封装体积的STM32单片机微处理器作为中心处理器件，并采用了霍尔传感器作为反馈单元。 3）在显示屏的设计方面，采用了2.2寸的中景园电子0.96OLED屏幕进行显示，并采用IIC通信协议进行控制和写入。 4）在人机交互方面，采用了5个功能分明的按键，保证了系统的易用性，同时也没有对系统的交互性进行损失。 最终我们得到了一个电路上效率较高，显示性能和交互性也较强的BOOST DC-DC电源转换电路。 BOOST功率级设计 BOOST电路是一种升压型DC-DC电源变换器，通过PWM信号控制电子开关，促使电感电容不断传递能量从而实现输出升压。通过脉宽调制信号PWM对三极管的基极进行控制，使三极管快速的通断。在三极管导通时，相当于输入电压直接加在电感两侧，电感电流呈线性增加，储存能量，同时二极管反向偏置，防止电容电压放电；当三极管断开时，由于电感的电流不会突变，则电感的电流会流经二极管到电容及负载上，此时储存在电感内的能量被释放，使得电容两端电压高于输入电压，以此实现升压的过程。更改脉宽调制信号PWM的占空比，就改变了电感储存能量的时间长短，时间越长，电感的能量就越多，从而关断期间释放的能量也就越大，输出电压也就越大。 通过对原理的研究，我们可以得到下面两个公式： 根据工作条件：输入电压17V，输出电压26V，工作频率114KHz，负载50Ω，最大允许纹波50mV。计算电感及电容参数： L1=32.45uH，取L1=33uH C>31.57uF，取C=50uF 在实际情况中，电路的负载变化时，如果保持PWM占空比不变，则输出电压会有所变化。为了保持输出电压稳定，我们需要反馈调节机制： PID算法，反映了控制器输出量和误差之间的闭环关系。 将计算好的L1和C参数代入SIMULINK仿真，并设置PID反馈环：设置KP=10，KI=1，KD=0 运行仿真，可以得到较为稳定的电源输出。 为了实现电路的反馈，需要电压电流采样。电压采样使用分压电阻，电流采样使用霍尔传感器。 由于单片机PWM输出的驱动能力有限，故要想控制BOOST电路，需要MOSFET驱动器的辅助。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/BtjNaMbVsrIOiLSi3ny9zp3f6yskpTxbHspR5b26.png"> 注：推荐使用<a href="https://lceda.cn/editor" target="_blank">立创EDA</a>。若选择其他EDA工具，请在附件上传PDF格式的原理图，PDF格式的PCB图纸，Gerber格式的PCB文件。这里可以详细说明您的项目实现原理和机制、注意事项、调试方法、测试方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*5、软件部分</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 请输入内容… 注：若您的项目涉及软件开发，请在附件上传对应的工程源码。这里可以详细说明您的软件流程图、功能模块框图、相关算法的解释或科普、源码结构、编译环境的搭建和配置、源码编译方法、程序烧录方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*6、BOM清单</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 请输入内容… 注：项目涉及的BOM清单。这个位置请上传BOM的截图。清单详情请以PDF的格式上传到附件中。建议包括型号、品牌、名称、封装、采购渠道、用途等内容。具体内容和形式应以表达清楚项目构成为准。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*7、大赛LOGO验证</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 请上传包含大赛logo的项目图片，logo以丝印形式印刷在PCB上面。 点击zip下载大赛logo标识！ <a href="https://lceda.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/diy/uploads/file/2019/05/29/0e4d93a463d7ceb5e7dc77d774b7a4ae.zip" target="_blank">（大赛标识）.zip</a> <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">* 8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内； 视频标题：立创电赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如立创电赛：《自动驾驶》-团队介绍。 更多详情：<a href="/posts/06c94d90c2c447dfbd9ed7339ff4a5b1" target="_blank">https://diy.szlcsc.com/posts/06c94d90c2c447dfbd9ed7339ff4a5b1</a> </div>