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依托高校大創(chuàng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)——高功率車載DC/DC功率變換器設(shè)計(jì)
沈陽工學(xué)院 魏靜敏 劉帥 藺一哲 鄭璽來 2015/1/13 15:53:08
摘 要：本設(shè)計(jì)是依托高校大學(xué)生課外創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的高功率車載DCDC變換器。本設(shè)計(jì)的特色在于由學(xué)生自主開發(fā)設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠?qū)㈦娮蛹夹g(shù)實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐環(huán)節(jié)中培養(yǎng)的動(dòng)手能力和電力電子課程中學(xué)習(xí)的理論知識(shí)相結(jié)合，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)繪圖軟件、電力變換、電子技術(shù)，開發(fā)一套實(shí)用型高功率車載DC/DC功率變換器。通過高校大學(xué)生課外創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)，既培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和解決問題的能力，同時(shí)也將以學(xué)知識(shí)得到鞏固和同步學(xué)習(xí)知識(shí)得到驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：DC/DC；斬波電路；大創(chuàng)團(tuán)隊(duì)
一、引言
大學(xué)生創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)的目的和意義是針對(duì)目前畢業(yè)生畢業(yè)之后不能滿足企事業(yè)單位的要求（需要實(shí)際操作強(qiáng)的人才），我們將畢業(yè)之后的培訓(xùn)上崗提前到在校期間就能自己動(dòng)手做一些小作品，積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生成為邁出校園就能直接上崗的合格的應(yīng)用型人才。本項(xiàng)目研究的目的在于針對(duì)當(dāng)前汽車中需要輸出一個(gè)可調(diào)的電源用于車內(nèi)其他電器的供電使用、車載筆記本電源、系統(tǒng)前級(jí)供電等需求及市場(chǎng)實(shí)用性。并依托于高校大學(xué)生課外創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目，提高學(xué)生的獨(dú)立思考和動(dòng)手能力，使其滿足社會(huì)和一些企事業(yè)的需求。因?yàn)殡娮蛹夹g(shù)、電力電子技術(shù)是電氣自動(dòng)化和自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生將來就業(yè)的主要方向之一，所以要求學(xué)生能夠?qū)⒃谡n堂上學(xué)習(xí)的電路、模數(shù)電子技術(shù)、電力電子技術(shù)很好的融入在一起并運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中。理論知識(shí)轉(zhuǎn)化成實(shí)際的動(dòng)手設(shè)計(jì)和操作的能力。
二、具體項(xiàng)目設(shè)計(jì)
創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)小組成員利用課外時(shí)間設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)高功率車載DC/DC功率變換器。本設(shè)計(jì)包括穩(wěn)壓電源電路、斬波升壓電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和輸出電壓顯示等。
1、控制電路部分
在該車載DCDC變換器設(shè)計(jì)中，運(yùn)用芯片LM358運(yùn)算放大器得到電路中電壓和電流的信號(hào)，并將采集到的信號(hào)通過放大后再反饋給UC3843集成電路,通過此集成電路可以得到方波信號(hào)，此方波信號(hào)的占空比是可以調(diào)節(jié)的，然后將該方波信號(hào)送到驅(qū)動(dòng)電路。
2、驅(qū)動(dòng)電路
根據(jù)設(shè)計(jì)要求最大輸出電壓是80V，本設(shè)計(jì)采用的是SUP85N10功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成驅(qū)動(dòng)電路，電路中包括了電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。當(dāng)無信號(hào)輸入時(shí)高速放大器輸出負(fù)電平，場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷；當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)放大器輸出正電平，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通。
3、斬波電路
本設(shè)計(jì)為直流升壓斬波電路，該電路是本系統(tǒng)的核心。斬波電路圖如圖1所示。
圖1 斬波電路圖
4、供電電路
在該設(shè)計(jì)中為了保證UC3843PWM和LM358器件能夠正常的工作不被燒毀，本設(shè)計(jì)考慮提供一個(gè)穩(wěn)定的工作電源給電路中的UC3843和LM258供電。供電電路圖如圖2所示。
圖2 供電電路圖
5、調(diào)試
步驟一：為該升壓模塊裝上保險(xiǎn)絲后接上直流電源，設(shè)置直流電源電壓為9V，這是該模塊工作的啟動(dòng)電壓，然后接上負(fù)載，設(shè)置負(fù)載到橫流CC模式，橫流電流為0.06A；然后按下輸出鍵，輸出電壓顯示為56.3V，此時(shí)直流電源顯示輸出電流為52.5mA，然后順時(shí)針旋動(dòng)電流電位器，輸出電流持續(xù)增加，輸出電壓也持續(xù)增加，但是當(dāng)電壓增壓到58.9V后，調(diào)節(jié)電流電位器時(shí)候電壓不再變化。
步驟二：調(diào)整電源輸入電壓到15V，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)電壓電位器，輸出電壓為連續(xù)可調(diào)，最高可以達(dá)到97.5V，完全實(shí)現(xiàn)了本次設(shè)計(jì)的目的和要求。
在裝配調(diào)試的過程中出現(xiàn)了很多問題 ，首先是出現(xiàn)了虛焊的問題，導(dǎo)致電路時(shí)通時(shí)斷，在連接好所有的電路通電后，發(fā)現(xiàn)電壓非但沒有提升，反而降到了4.5V，經(jīng)過仔細(xì)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，有一點(diǎn)焊點(diǎn)是虛焊，并沒有連到電路上還有就是芯片未接地。
三、結(jié)論
本設(shè)計(jì)是依托高校大學(xué)生創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的建設(shè)項(xiàng)目，大創(chuàng)團(tuán)隊(duì)成員利用課外時(shí)間對(duì)車載DCDC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，其工作主要為：整體方案設(shè)計(jì)、分塊功能設(shè)計(jì)、電路圖繪制、購件焊接及調(diào)試。在整個(gè)設(shè)計(jì)中學(xué)生將已經(jīng)學(xué)習(xí)的電路、數(shù)電和模電知識(shí)進(jìn)一步得到了鞏固，同時(shí)也對(duì)同步學(xué)習(xí)的電力電子技術(shù)有一個(gè)更好的實(shí)踐理解。本建設(shè)項(xiàng)目有以下特點(diǎn)：
（1）項(xiàng)目的特色在于由學(xué)生自主開發(fā)設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠?qū)⒁褜W(xué)知識(shí)和同步學(xué)習(xí)知識(shí)相結(jié)合，將理論和實(shí)踐相結(jié)合，將硬件調(diào)試和軟件仿真相結(jié)合。
（2）項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于該系統(tǒng)既包括多門課程的綜合、硬件設(shè)計(jì)、焊接技術(shù)、又包括計(jì)算機(jī)繪圖的軟件應(yīng)用。對(duì)目前課程停留在理論研究和分析、實(shí)驗(yàn)針對(duì)單一知識(shí)點(diǎn)或單一課程是一個(gè)很好的補(bǔ)充。使學(xué)生能夠提高對(duì)所學(xué)知識(shí)理論聯(lián)系實(shí)際、課程和課程聯(lián)系在一起的能力。
（3）本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)可調(diào)的電位器，通過電流、電壓電位器控制電流信號(hào)的大小及輸出電壓的范圍。另外本設(shè)計(jì)還針對(duì)電壓的最高輸出電壓高于（未完，下一頁）
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