小车硬件设计

上传者：刘瑞根
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上传时间：2015-05-04
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第二章智能车硬件设计

2.1智能车硬件设计

基于无线协同搜索的运输车的原型的硬件构成如下图2-1所示。

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图2-1 智能车硬件框图

Figure2-1 Hardware block diagram of the smart car

2.1动力电源设计

电源是向电子设备提供功率的装置，也称电源供应器，它提供系统中所有部件所需要的电能。电源功率的大小，电流和电压是否稳定，将直接影响系统的的工作性能和使用寿命。电源是系统的能量之源，所以电源的好坏直接影响系统的稳定性。由于智能车采用4节1.2V电池供电，其中电机工作电压在9V所以采用三级结构进行供电。系统供电部分分配图示如2-2所示。

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图2-2系统供电部分分配图

Figure2-2 System power supply section allocation map

● 第一级为从4.8V的电池供电升压至9V的动力电源；

● 第二级为从9V的电源降至5V的系统电源

● 第三级为从5V的电源降至3.3V的控制器电源

电源有多重分类，例如开关电源、线性稳压电源、逆变电源、交流稳压电源等等。线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压直流电源的特点是：输出电压比输入电压低；反应速度快，输出纹波较小；工作产生的噪声低；效率较低（现在经常看的LDO就是为了解决效率问题而出现的）；发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声。

而线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区,靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大,需要安装一个很大的散热器给它散热。而且由于变压器工作在工频（50Hz)上,所以重量较大。所以使用线性稳压电源会加大系统的负担[3]。本系统采用采用开关稳压电源作为系统的总电源。

2.1.1开关电源设计

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维

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持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成[4]。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

1.工作原理

开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。

与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。

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图2-3 开关电源的伯德图

Figure 2-3 Bode diagram of the switching power supply

脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。

工作特点：

● 体积小、重量轻：由于没有工频变压器，所以体积和重量只有线性电源的20～30%。

● 功耗小、效率高：功率晶体管工作在开关状态，所以晶体管上的功耗小，转化效率高，一般为60～70%，而线性电电源只有30～40%。

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开关电源选型:根据智能车的系统参数要求选择TI公司设计的集成开关电源芯片LM2623。LM2623引脚图及逻辑功能图如图2-4所示。

LM2623引脚图 LM2623逻辑功能图

图2-4LM2623引脚图及逻辑功能图

Figure2-4 LM2623 pin diagram and logic diagram

2.性能以及参数

LM2623采用4mm×4mm耐热增强LLP封装。LM2623是一个高效率、通用、升压型DC-DC切换为电池供电和低输入电压系统的稳压器。她接受一个0.8V和14V之间的输入电压转换成1.24V-14V的稳压输出电压。效率高达90%的LM2623实现。为了适应许多应用，LM2623允许设计师改变输出电压，工作频率和占空比部分的性能优化。选定的值可以固定或可以随电池或输入输出电压比。LM2623规定当他到达的规线通过跳开关周期[5]。

各参数对应的关系如图2-5所示。

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转换效率温度特性

输入电电压与开关频率关系图启动电压与温度关系图

图2-5各参数对应的关系

Figure2-5 Figure 2-6 The parameters corresponding relationship

LM2623特点：

● 很宽的负载范围内效率高；

● 低输出电压文波；

● 高度集成，小封装减少PCB面积；

● 高达2MHZ的开关频率；