基于單片機(jī)控制的開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)[學(xué)術(shù)參考]

1、哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論文題目： 基于單片機(jī)控制的開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 孫中凱 指導(dǎo)教師： 李德勝 高級(jí)工程師 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 12級(jí)電氣2班 2016年5月哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）審 閱 評(píng) 語(yǔ)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 建議成績(jī)： 是否同意答辯：同意答辯 不同意答辯 指導(dǎo)教師（簽名） 職 稱(chēng) 年 月 日 評(píng)閱人評(píng)語(yǔ) 建議成績(jī)： 是否同意答辯：同意答辯 不同意答辯 評(píng)閱教師（簽名） 職 稱(chēng) 年 月 日 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯評(píng)語(yǔ)及成績(jī)答辯評(píng)語(yǔ) 答 辯 成 績(jī): 答辯小組組長(zhǎng)簽字： 年 月 日畢業(yè)論文成績(jī)指導(dǎo)教師成績(jī)： 評(píng)閱成績(jī)： 答辯成績(jī)： 綜

2、合指導(dǎo)教師成績(jī)、評(píng)閱成績(jī)、答辯成績(jī)，經(jīng)答辯委員會(huì)評(píng)定，該學(xué)生畢業(yè)論文總成績(jī)： 答辯委員會(huì)主任單位： 答辯委員會(huì)主任簽字： 職稱(chēng)： 年 月 日教=學(xué)基于單片機(jī)控制的開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)摘 要電源技術(shù)是一種應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)又與現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)。目前電源技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門(mén)多學(xué)科互相滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。他對(duì)現(xiàn)代通訊、電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、電力工程、國(guó)防及某些高新技術(shù)提供高質(zhì)量、高效率、高可靠的電源起著關(guān)鍵作用。本文設(shè)計(jì)主要目的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)

3、電源，所以在這次設(shè)計(jì)中使用了單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。在這次設(shè)計(jì)文檔中，詳細(xì)闡述了開(kāi)關(guān)電源與線性電源的比較，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)鍵盤(pán)預(yù)置期望輸出電壓值，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，由軟件控制單片機(jī)輸出相應(yīng)的脈沖寬度，對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行脈寬調(diào)制，輸出預(yù)期的電壓。并采用PID算法控制輸出電壓穩(wěn)定，構(gòu)成可輸出12v到0v的可調(diào)節(jié)電壓，并顯示實(shí)時(shí)預(yù)置值與電壓。 關(guān)鍵詞：財(cái)開(kāi)關(guān)電源；半導(dǎo)體；PID算法；閉環(huán)控制；數(shù)控教=學(xué)目 錄摘要I1 緒論11.1 課題環(huán)境背景21.1.1綠色節(jié)能型開(kāi)關(guān)電源21.1.2 智能化數(shù)字電源21.1.3 可編程開(kāi)關(guān)電源21.2 電源技術(shù)的發(fā)展與方向21.2.1 線性電源和開(kāi)關(guān)電源21.2.

4、2 電源技術(shù)的發(fā)展方向31.2.3 開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)前景和研究現(xiàn)狀31.3 本文研究主要內(nèi)容42 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)52.1 開(kāi)關(guān)電源工作原理52.2 開(kāi)關(guān)電源與線性電源的比較52.2.1 線性電源的缺點(diǎn)52.2.2 開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)52.3 系統(tǒng)方案論證62.3.1 方案162.3.2 方案262.3.3 方案372.3.4 方案分析72.3.5 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)72.4 系統(tǒng)難點(diǎn)分析82.4.1 如何提高電源工作頻率82.4.2 儲(chǔ)能電感的繞制92.4.3 標(biāo)度轉(zhuǎn)換技術(shù)102.5 開(kāi)關(guān)變換器結(jié)構(gòu)分析與選擇102.5.1 降壓變換電路分析112.5.2 升壓型變換電路122.5.3 Buck-Boost型

5、變換器122.6 開(kāi)關(guān)電路器件參數(shù)選擇132.6.1 功率開(kāi)關(guān)管的選擇132.6.2 濾波電容的選擇132.6.3儲(chǔ)能電感的選擇142.6.4續(xù)流二極管的選擇143 硬件電路設(shè)計(jì)153.1 電源電路設(shè)計(jì)153.1.1 整流濾波電路153.1.2 開(kāi)關(guān)變換電路153.1.3 保護(hù)電路163.2 控制電路設(shè)計(jì)173.2.1 反饋電路設(shè)計(jì)183.2.2 顯示電路設(shè)計(jì)183.2.3 單片機(jī)與鍵盤(pán)接口電路設(shè)計(jì)194 軟件設(shè)計(jì)214.1 總體編程思想214.1.1 鍵盤(pán)防抖動(dòng)子程序224.1.2 顯示子程序234.1.3 采樣子程序244.1.4 中斷處理程序設(shè)計(jì)254.1.5 PID控制算法265 系統(tǒng)

6、調(diào)試275.1 硬件模塊調(diào)試275.1.1 整流濾波電路的調(diào)試275.1.2 AD轉(zhuǎn)換的調(diào)試275.1.3 脈沖輸出電路的調(diào)試275.1.4 功率開(kāi)關(guān)管的調(diào)試275.2 電源性能指標(biāo)的測(cè)試275.2.1 電源的技術(shù)指標(biāo)285.2.2 輸出電壓的測(cè)試295.2.3 最大輸出電流的測(cè)試295.2.4 過(guò)流保護(hù)的測(cè)試305.2.5 電壓調(diào)整率的測(cè)試305.2.6 紋波電壓的測(cè)試30結(jié)論31致謝32參考文獻(xiàn)33附錄34教=學(xué)基于單片機(jī)控制的開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)1 緒論 1.1 課題環(huán)境背景電源技術(shù)是一種應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展

7、，電源技術(shù)又與現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)。目前電源技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門(mén)多學(xué)科互相滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。他對(duì)現(xiàn)代通訊、電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、電力工程、國(guó)防及某些高新技術(shù)提供高質(zhì)量、高效率、高可靠的電源起著關(guān)鍵作用。開(kāi)關(guān)電源與線性電源相比，二者的成本都隨輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率不同。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，相反高于開(kāi)關(guān)電源。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。開(kāi)關(guān)電源推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的請(qǐng)便化、小型化。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在安防監(jiān)控，

8、節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義1。1.1.1 節(jié)能綠色型的開(kāi)關(guān)電源最早的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)還不夠成熟，待機(jī)功耗大并且效率低。怎樣降低開(kāi)關(guān)電源的功耗和提高開(kāi)關(guān)電源效率是世界能源待解決的問(wèn)題。但是單片機(jī)的出現(xiàn)，可以設(shè)計(jì)出一個(gè)綠色又可以節(jié)能的開(kāi)關(guān)電源。1.1.2 智能化數(shù)字電源它是以數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或微控制器(MCU)為核心，將數(shù)字電源驅(qū)動(dòng)器及PWM控制器作為控制對(duì)象而構(gòu)成的智能化開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)。數(shù)字電源提供了智能化的適應(yīng)性與靈活性，具備直接監(jiān)控、處理并適應(yīng)系統(tǒng)條件的能力，能滿(mǎn)足任何復(fù)雜的電源要求。1.1.3 可編程開(kāi)關(guān)電源可調(diào)式開(kāi)關(guān)電源都不僅調(diào)節(jié)精度低，而且使用不夠方便，因?yàn)樗?/p>

9、手動(dòng)調(diào)節(jié)電阻值來(lái)改變穩(wěn)壓器輸出電壓的。數(shù)字電位器（Digital Potentiometer）亦稱(chēng)數(shù)控電阻器（Digitally Controlled Potentiometer），可簡(jiǎn)稱(chēng)為DCP。傳統(tǒng)電源存在不足的地方，例如，傳統(tǒng)電源效率不高，線性電源由于功率管是工作在線性放大狀態(tài)，功率管的電流和輸出電流是成比例的，因此當(dāng)輸出電流越大時(shí)，功耗就越大。通常，線性電源效率只有45%到50%左右，因此提高電源效率是未來(lái)電源設(shè)計(jì)，應(yīng)著重解決的問(wèn)題，而開(kāi)關(guān)電源能夠很好的解決這個(gè)問(wèn)題，開(kāi)關(guān)電源的功率開(kāi)關(guān)管是工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的，也就是，只是在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，管子才會(huì)產(chǎn)生損耗，因此開(kāi)關(guān)電源的效率比線性電源要高得

10、多，通?？梢赃_(dá)到80%以上，本設(shè)計(jì)選擇開(kāi)關(guān)電源作為研究對(duì)象，利用其輸出電壓和輸入電壓之間占空比的關(guān)系，假定輸入基本穩(wěn)定，利用單片機(jī)控制占空比，就可以控制輸出電壓，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，采樣輸出電壓，使用LCD顯示，通過(guò)鍵盤(pán)預(yù)置電壓，實(shí)現(xiàn)可調(diào)開(kāi)關(guān)電源的制作2。1.2 電源技術(shù)發(fā)展和方向1.2.1 開(kāi)關(guān)電源與線性電源線性穩(wěn)定電源，它的特點(diǎn)是:功率器件調(diào)整管工作在線性區(qū)，靠調(diào)整管之間電壓降穩(wěn)定輸出，可靠性高，易做成多路，穩(wěn)定性高，紋波小、輸出連續(xù)可調(diào)的成品。線性電源主要問(wèn)題是：效率低、精度低、散熱問(wèn)題大和難以在一個(gè)通用的輸入電壓范圍內(nèi)工作，但最主要的缺陷是在重量以及體積上。使用輸入調(diào)整器可使輸出精度更加準(zhǔn)

11、確，但是更增加功率的消耗，并且導(dǎo)致效率更低。線性電源功率達(dá)到50%的效率就不容易了，這些浪費(fèi)掉的功率還帶來(lái)了散熱的問(wèn)題。開(kāi)關(guān)電源是開(kāi)關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，電路形式有全橋式、推挽式、單端正激式、單端反激式和半橋式。開(kāi)關(guān)電源與線性電源的區(qū)別在于開(kāi)關(guān)電源變壓器不工作在工頻上，而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲頻率上。功率開(kāi)關(guān)管工作在飽與區(qū)截止區(qū)，工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，得名與開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源它的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高，重量輕，體積小。1.2.2 電源技術(shù)發(fā)展的方向尖電源技術(shù)對(duì)提高一個(gè)國(guó)家勞動(dòng)生產(chǎn)率和提高一個(gè)國(guó)家單位能耗的產(chǎn)出水平，有著非常大的作用。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義

12、3。 開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的方向是抗干擾、低耗、模塊化、高頻、高可靠和低噪聲。由于開(kāi)關(guān)電源薄、輕、小的技術(shù)是高頻化，并且在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大研究，來(lái)提高在較大磁通密度與高頻率下能獲得高的磁性能，但是電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究。SMT技術(shù)的應(yīng)用使開(kāi)關(guān)電源取得了巨大的進(jìn)展，在電路板兩邊布置元器件，可以確保開(kāi)關(guān)電源的小、輕、薄。模塊化可以說(shuō)是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展總體的趨勢(shì)，利用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以組成N+1冗余電源系統(tǒng)，并且可以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式容量擴(kuò)展。對(duì)于開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行噪聲大的缺點(diǎn)，用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上可實(shí)現(xiàn)高頻化又可以降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)際操作上會(huì)有很多技術(shù)

13、問(wèn)題，所以仍需在這一領(lǐng)域開(kāi)展研究，使多項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化 1.2.3 開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)的研究狀況與前景線性電源(Linear power supply)是先將交流電經(jīng)過(guò)變壓器降低電壓幅值,再經(jīng)過(guò)整流電路整流后,得到脈動(dòng)直流電后經(jīng)濾波得到帶有微小波紋電壓的直流電。要達(dá)到高精度直流電壓,就必須經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。用于電鍍、充電設(shè)備、電解、科研、大學(xué)院校、工礦、實(shí)驗(yàn)室等。開(kāi)關(guān)電源(Switching power supply)是利用現(xiàn)代電子電力技術(shù),控制開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)間和開(kāi)通的比率,支持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源,開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向,高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化,并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,特別是在

14、高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,推動(dòng)了開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展,產(chǎn)品不斷向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠的方向發(fā)展4。開(kāi)關(guān)電源是電子電力電源主要產(chǎn)品，由于其功率密度/轉(zhuǎn)換效率高、輸入電壓范圍廣、輸入電壓范圍廣、熱消耗較少、重量輕和小型化等優(yōu)點(diǎn)，得益于電子產(chǎn)品的輕、小的需求，發(fā)展迅速，取代了線性電源普及于各種電子電力的產(chǎn)品領(lǐng)域。開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域統(tǒng)計(jì)，占據(jù)全行業(yè)產(chǎn)出份額第一的是工業(yè)類(lèi)開(kāi)關(guān)電源，2010年達(dá)到全行業(yè)產(chǎn)值的比重為56%，居第二位的是消費(fèi)類(lèi)開(kāi)關(guān)電源，占32%，通信開(kāi)關(guān)電源占6%，個(gè)人電腦開(kāi)關(guān)電源占3%5。1.3 本文研究主要內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)、制作開(kāi)關(guān)電源；（2）利用單片機(jī)構(gòu)成嵌入式控制系統(tǒng)，通過(guò)鍵盤(pán)的預(yù)置輸入電壓

15、數(shù)值，可以顯示預(yù)置電壓與輸出電壓；（3）開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法；（4）單片機(jī)軟件編程方法；（5）PID控制原理；2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 開(kāi)關(guān)電源工作原理開(kāi)關(guān)電源是指調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)方式，即導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)的穩(wěn)壓電源，核心是一個(gè)直流變換器。利用直流變換器就可以使一種直流電壓變成數(shù)值不同、極性的各種直流電壓。 如圖2.1所示，電路的工作原理為：假設(shè)基準(zhǔn)電壓為10v，因?yàn)殡娋W(wǎng)波動(dòng)導(dǎo)致輸入電壓減小，所以輸出電壓也會(huì)減少，那么，所采樣電壓將減小，假設(shè)為9.9v，誤差為0.1v，經(jīng)比較放大后，脈沖調(diào)制電路根據(jù)誤差，提高占空比使輸出電壓增大。圖21開(kāi)關(guān)電源原理框圖按電路中功率管的工作方式分類(lèi)，電源可分為線性電源與

16、開(kāi)關(guān)電源。線性電源是較早的一種電源，它的功率管工作在線性放大區(qū)5。2.2 線性電源和開(kāi)關(guān)電源的比較2.2.1 線性電源的缺點(diǎn)（1）必須要有較大的濾波電容；（2）體積大、不能小型化，重量也大；（3）效率低，功耗大，效率一般只有35%-45%。缺點(diǎn)的原因是：（1）線性電源使用了50赫茲的工頻變壓器，所以必須增大濾波電容容量。（2）線性電源中功率晶體管V在整個(gè)工作過(guò)程中，一直工作在晶體管特征曲線的線性放大區(qū)。功率晶體管本身的輸出電流和功耗成正比。2.2.2 開(kāi)關(guān)電源優(yōu)點(diǎn)（1） 功耗小，效率高。圖2.1中，開(kāi)關(guān)管V在脈沖信號(hào)控制下，工作在截止-導(dǎo)通與導(dǎo)通-截止交替的開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，轉(zhuǎn)換速度很快快，頻率在5

17、0200千赫茲。（2） 體積小，重量輕。（3） 穩(wěn)壓范圍寬。開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓是由控制信號(hào)的占空比或者激勵(lì)信號(hào)的頻率來(lái)調(diào)節(jié)的，輸入電壓的變化可以通過(guò)變頻或者調(diào)寬來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。（4） 濾波效率提高，并使濾波電容體積于容量減小。2.3 系統(tǒng)方案論證開(kāi)關(guān)電源具有較快的發(fā)展，從而產(chǎn)生了不同的設(shè)計(jì)思路。開(kāi)關(guān)電源的一般結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示，圖22 開(kāi)關(guān)電源的一般框圖2.3.1 方案1主回路采用非隔離推挽式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如圖2.2所示）圖23 非隔離式DC-DC結(jié)構(gòu)2.3.2 方案2主回路用隔離推挽式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如圖2.3所示），輸出和輸入電氣不相連，通過(guò)關(guān)開(kāi)變壓器磁偶合方式傳遞能量，最適合實(shí)驗(yàn)室使用。本設(shè)計(jì)用方

18、案二。圖24 隔離式DC-DC結(jié)構(gòu)2.3.3 方案3方案3：?jiǎn)纹瑱C(jī)擴(kuò)展D/A轉(zhuǎn)換器，不間斷的檢測(cè)輸出電壓，并且根據(jù)電源輸出的電壓和鍵盤(pán)預(yù)置電壓差值，輸出了一個(gè)PWM脈沖，直接控制電源工作。2.3.4 方案分析方案1分析：采用脈沖頻率調(diào)制FPM(Pulse Frequency Modulation)的控制方式，輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍大，但要求濾波電路必須在寬頻帶下工作。方案2分析：采用脈沖寬度調(diào)制PWM（Pulse Wildth Modulation）的控制方式，?；诳紴V題目的要求，本次設(shè)計(jì)用PWM調(diào)節(jié)方式。方案3分析：這個(gè)方案，單片機(jī)不僅加入了反饋控制系統(tǒng)，而且作為控制核心，單片機(jī)得以充分利用，

19、而且省去了D/A芯片，成本大大降低，是真正的單片機(jī)控制。綜上所述，本設(shè)計(jì)選擇第三種控制方案，單片機(jī)使用89C52，A/D芯片采用ADC0809，采用LCD顯示采樣值，鍵盤(pán)預(yù)置電壓，設(shè)計(jì)中的任務(wù)要求輸出可調(diào)。2.3.5 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作原理圖如圖2.2所示：市電經(jīng)過(guò)整流濾波后，一路電壓經(jīng)過(guò)7805穩(wěn)壓得到一個(gè)+5v電壓，該電壓作為單片機(jī)的工作電源，另外一路電壓直接作為開(kāi)關(guān)變換電路的輸入電壓。開(kāi)關(guān)變換器采用磁鐵心電感作為儲(chǔ)能元件，在功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感儲(chǔ)能，在開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電感釋放能量給負(fù)載。單片機(jī)定時(shí)采樣輸出端電壓，是通過(guò)ADC0809傳送進(jìn)單片機(jī)里進(jìn)行處理的，單片機(jī)可以根據(jù)處理的結(jié)果輸出

20、更新控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電耦合器濾除干擾后輸出控制信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)管工作狀態(tài)。在系統(tǒng)中，用戶(hù)根據(jù)需要從鍵盤(pán)輸入電壓，單片機(jī)就會(huì)根據(jù)鍵盤(pán)輸入和采樣電壓差值，更新脈寬，來(lái)對(duì)輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)定控制。 當(dāng)閉環(huán)時(shí)，電源就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行脈寬調(diào)制，當(dāng)系統(tǒng)讀取到鍵盤(pán)預(yù)置電壓變化時(shí)，它先將鍵盤(pán)輸入的值與從輸出端取樣的值相對(duì)比，比如當(dāng)前鍵盤(pán)輸入為100v，從輸出端取樣的值為60v，差值為40v，則系統(tǒng)會(huì)根據(jù)差值，跟新脈寬。這就是系統(tǒng)脈寬調(diào)制過(guò)程。同時(shí)，電源可以自動(dòng)穩(wěn)壓，假定在某一正常狀態(tài)下，輸出為V0，反饋電壓?jiǎn)朧f（Vf=V0），用戶(hù)設(shè)定電壓為Vs，當(dāng)V0=Vs時(shí)，偏差為0，單片機(jī)不進(jìn)行脈寬更新，當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)導(dǎo)致輸出增加時(shí)

21、，即V0Vs時(shí),單片機(jī)采樣的電壓也增加，單片機(jī)根據(jù)偏差修改占空比使導(dǎo)通時(shí)間變小，從而使電壓下降，同樣當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)使輸出電壓下降時(shí)，即V0Vs時(shí)，單片機(jī)修改脈寬使導(dǎo)通時(shí)間變長(zhǎng)，從而使輸出電壓上升，如此循環(huán)來(lái)進(jìn)行穩(wěn)壓6。整流濾波電路開(kāi)關(guān)變換電路整流濾波電路單片機(jī)控制電路輔助電源LCD顯示ADC0809取樣電路鍵盤(pán)預(yù)置25 單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)框圖2.4 系統(tǒng)難點(diǎn)分析2.4.1 如何提高電源的工作頻率困難分析：現(xiàn)如今開(kāi)關(guān)電源工作頻率已經(jīng)可以達(dá)到200千赫茲以上，所以本次設(shè)計(jì)雖然采用了24M赫茲晶振頻率，但開(kāi)關(guān)電源要求的是單片機(jī)的處理速度要快，51系列單片機(jī)，雖然使用24M的晶振，相對(duì)于開(kāi)關(guān)電源需要很

22、快開(kāi)關(guān)工作頻率，但是它的速度仍然比較慢，并且單片機(jī)還要做掃面鍵盤(pán)，采樣電壓，PID控制等很多工作，那么單片機(jī)更加慢，雖然可以忽略這方面影響，單片機(jī)可通過(guò)定時(shí)器中斷產(chǎn)生40千赫茲頻率，但定時(shí)器中斷產(chǎn)生的脈沖有效電平，即占空比是不可以改變的，只可以是50%，所以要設(shè)計(jì)輸出可調(diào)的開(kāi)關(guān)電源，顯然行不通。解決辦法：現(xiàn)在的問(wèn)題是在于單片機(jī)輸出的脈沖硬件更改，占空比不可以更改，只可以替換速度高單片機(jī)，但是成本又增加了，所以在選擇在軟件上解決問(wèn)題，分為：第一要定義兩個(gè)變量，一個(gè)占空比D，一個(gè)中期T，給它們賦于值，T要大于D，先讓單片機(jī)I/O輸出高電平，讓D，T同時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)D計(jì)算到預(yù)計(jì)值時(shí)，I/O口為低電平

23、，然后低電平一直延續(xù)到T值時(shí)，I/O口輸出高電平。改變T，D的值可以改變脈沖頻率，改變D值可以控制占空比。算法為：D=100，T=1000；/定義變量，并賦值，占空比為100/1000=10%VOID tim0 ()/定時(shí)中斷P1.0=1;/P1.0輸出高電平D+;/同時(shí)計(jì)數(shù) T+; If（D=100）P1.0=0；/D到預(yù)計(jì)值時(shí)，輸出的是低電平 If （T=1000）P1.0=1；/T到預(yù)計(jì)值時(shí)，輸出的是高電平D=0；T=0；/清零只要單片機(jī)時(shí)鐘頻率足夠高，可以輸出任意的頻率。2.4.2 儲(chǔ)能電感的繞制我們用儲(chǔ)能電感目的，是在功率開(kāi)關(guān)管截止的時(shí)候，可以為負(fù)載存儲(chǔ)能量，電氣上的作用是可以把開(kāi)關(guān)

24、方波脈沖積分成直流電壓。需是自己繞制，需要最小電感值可以由公式計(jì)算 式中為估計(jì)最大輸入電壓下，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，根據(jù)設(shè)計(jì)前輩們的經(jīng)驗(yàn)，估計(jì)為開(kāi)關(guān)周期的30%是比較合適的。代入數(shù)據(jù)求得，取電感的設(shè)計(jì)方法為 其中為加入氣隙的高磁導(dǎo)率材料鐵心電感的截面積，為電感窗口截面積，其中I為電感電流有效值，是導(dǎo)線電流密度，是繞組填充的因數(shù)，（08;TL0=tim0;PWM=PWM 4.1.5 PID控制算法設(shè)計(jì)原理：采用單片機(jī)作為控制器的閉環(huán)系統(tǒng)，它是由89C52單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)A/D電路采集過(guò)程變量V1，并且根據(jù)有關(guān)算法控制變量u1，通過(guò)輸出PWM控制脈沖到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使過(guò)程變量穩(wěn)定在設(shè)定的值上。PID調(diào)節(jié)規(guī)律通

25、過(guò)數(shù)值公式，即： 近似計(jì)算。其中：為PID參數(shù)，y0為第三次采樣值，y1為之第二次采樣值，y2為第一次采樣值。，u1為控制量的增量，r1為設(shè)定值。轉(zhuǎn)換公式是12*255/12=255，即255對(duì)應(yīng)12V，通過(guò)轉(zhuǎn)換之后就可以相互比較。開(kāi)關(guān)調(diào)整電路89C51單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器圖44 單片機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 硬件模塊調(diào)試 5.1.1 整流濾波電路的調(diào)節(jié)把這一模塊放在面包板上進(jìn)行模擬：把電路連接后，接通電源，首先測(cè)量變壓器的輸出，在交流檔位測(cè)得的電壓為12.96v，接著測(cè)量整流輸出的電壓，這里需要提醒的是整流橋的連接必須正確，不然整流輸出電壓會(huì)不正確乃至燒壞穩(wěn)壓塊。5.1.2 AD轉(zhuǎn)

26、換的調(diào)試用穩(wěn)壓電源向轉(zhuǎn)換器提供一個(gè)5v電壓，改變電壓，觀測(cè)到隨著電壓的改變，數(shù)碼管的顯示值也隨之改變。再用萬(wàn)能表測(cè)量電壓，發(fā)現(xiàn)測(cè)量值接近顯示值，可見(jiàn)模數(shù)模塊是正常工作的。5.1.3 脈沖輸出電路的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)脈沖直接輸入到開(kāi)關(guān)管的基極的，我們?cè)谥瓢逯?，用面包板模擬脈沖信號(hào)實(shí)驗(yàn)是否可以直接控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和截止，若使用開(kāi)關(guān)管發(fā)射極輸出型變換電路，在發(fā)射極所輸出的脈沖信號(hào)，幅度會(huì)很小，效果不好，通常采用集電極輸出型開(kāi)關(guān)電路。將電路連接好，用示波器觀察基極輸入信號(hào)和集電極的輸出信號(hào)，觀察發(fā)現(xiàn)，輸入信號(hào)幅度較小，但是經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)后，在集電極的輸出信號(hào)，幅度明顯被放大，效果比較好，說(shuō)明控制脈沖可以直接控制開(kāi)關(guān)

27、電路，信號(hào)穩(wěn)定。5.1.4 功率開(kāi)關(guān)管的調(diào)試將做好的電路板放置好，防止和其他導(dǎo)體觸碰造成短路。然后，向功率開(kāi)關(guān)管基極輸入控制信號(hào)，通過(guò)示波器波器觀察，使用鍵盤(pán)輸入不同的預(yù)置電壓，再用示波器另一通道觀測(cè)開(kāi)關(guān)管集電極輸出信號(hào)后可觀測(cè)到5.2 電源的性能指標(biāo)測(cè)試電源開(kāi)關(guān)的技術(shù)指標(biāo)通用事項(xiàng)、包括適用規(guī)格與電源名稱(chēng)。電源開(kāi)關(guān)安全規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，是由電源用途不同，指標(biāo)優(yōu)先考慮重點(diǎn)的同，但必須首先應(yīng)考慮電源安全性。當(dāng)前，很多國(guó)家都有相應(yīng)開(kāi)關(guān)電源安全規(guī)范，常用的國(guó)際安全規(guī)范為IEC65、IEC950 。有關(guān)EMI的規(guī)格，國(guó)際上的規(guī)格為為CISPRPub11、Pub12。常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)電源電氣技術(shù)指標(biāo)有： （1）輸入電源

28、頻率、相數(shù)：根據(jù)輸出的功率不同，可以用三相電源供電或單相。若在輸出功率高于5kW可以用三相電源供電，來(lái)使三相負(fù)載均衡。我國(guó)電源頻率為50Hz。 （2）容許電壓波動(dòng)、額定輸入電壓范圍：我國(guó)電源額定相電壓為220V，線電壓為380V，在容許的輸入電壓波動(dòng)范圍內(nèi)都要保證輸出功率。 （3）額定輸入電流：指在額定輸入電壓和額定輸出功率時(shí)的輸入電流。（4）我國(guó)最大輸入電流：指在容許的下限輸入電壓和額定輸出功率時(shí)的輸入電流。 （5）我國(guó)輸入功率因數(shù)：指輸入有功功率與視在功率的比值。 （6）額定輸出直流電壓：也叫標(biāo)稱(chēng)輸出直流電壓，指在額定輸出電流、滿(mǎn)足規(guī)定的穩(wěn)壓精度及紋波等指標(biāo)時(shí)的最大輸出直流電壓。 5.2.

29、1 電源的技術(shù)指標(biāo)（1）輸入技術(shù)指標(biāo)開(kāi)關(guān)電源輸入技術(shù)指標(biāo)包含額定輸入電壓及電壓的變化范圍、頻率、輸入電源相數(shù)、輸入電流一般為3相3線制與單相2線制，以及3相4線制和單相3線制等。輸入電壓的變化范圍一般為10%，考慮配線路徑及各種實(shí)際問(wèn)題，輸入電壓的變化范圍一般為-15%到+10%。（2）輸出技術(shù)指標(biāo)額定輸出電壓就是輸出端的直流電壓的公稱(chēng)值，其公稱(chēng)電壓規(guī)定有精度與紋波系數(shù)等。額定輸出電流是輸出端供給負(fù)載的最大平均電流。根據(jù)不同的設(shè)備，多路輸出電源中某路輸出電流值上升，另路輸出電流值就必須下降，使得總輸出電流不變。穩(wěn)壓精度是電壓調(diào)整率或輸出電壓精度，輸出電壓變化原因非常多。輸出電壓可調(diào)范圍就是在確

30、保電壓穩(wěn)定精度的件下，外部所能調(diào)整的輸出電壓范圍，多在5%或10%之間。條件是輸入電壓的下限時(shí)輸出電壓的最大值，以及輸入電壓的上限時(shí)輸出電壓的最小值9。（3）附屬功能過(guò)電流保護(hù)電流保護(hù)是輸出短路或者過(guò)負(fù)載時(shí)對(duì)電源或負(fù)載進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)特性有額定電流下垂特性；多數(shù)為下垂特；恒定功率特性，性恒流特性。一般為自動(dòng)恢復(fù)型。開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)有特性指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)。特性指標(biāo)范圍：出電壓、輸出電壓、輸出電流、最大輸出電流調(diào)節(jié)范圍；質(zhì)量指標(biāo)的服務(wù)包含紋輸出電壓調(diào)整率和波電壓。5.2.2 輸出電壓的測(cè)試測(cè)試時(shí)，先將負(fù)載電阻RL斷開(kāi)，用萬(wàn)用表測(cè)量電源的輸出電壓Vo，用鍵盤(pán)預(yù)置幾組電壓值，逐一測(cè)量，將測(cè)量值和數(shù)碼管顯

31、示值進(jìn)行對(duì)比，加入測(cè)量后發(fā)現(xiàn)輸出電壓跟隨鍵盤(pán)輸入的變化而改變10，且數(shù)碼管顯示值也同時(shí)改變并與測(cè)量結(jié)果相似，那么電路的工作室正常的。測(cè)試電路如圖5.1所示，進(jìn)行輸出電壓調(diào)節(jié)范圍以及輸出電壓的測(cè)試時(shí)，均采用這個(gè)測(cè)試電路。步驟：第一調(diào)節(jié)交流調(diào)壓器，將輸入電源電路交流輸入電壓設(shè)為220v，在電源電路的輸出端，先出合適負(fù)載電阻RL阻值來(lái)使電源輸出電流是規(guī)定值，第二步，取輸出電流為最大輸出電流的1/2，為1A，則取RL電阻值為12歐姆，觀察電流表讀數(shù)達(dá)到達(dá)1A后，用萬(wàn)用表測(cè)輸出電壓，測(cè)得輸出電壓為11.96v，在120.5這個(gè)范圍內(nèi)，用鍵盤(pán)改變預(yù)置電壓，讓輸出電壓輸出值為最小值3v，這時(shí)調(diào)節(jié)變阻器使得輸

32、出電流，達(dá)到最小值，再次測(cè)得輸出電壓為3.1v，在35%的誤差范圍內(nèi)，則所測(cè)量的輸出電壓范圍為3.1v11.96v。其中， Vi為電網(wǎng)輸入電壓，Vs為電路輸入電壓11。整流濾波整流濾波ViVs電流表負(fù)載電壓表 圖51 輸出電壓或者輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的測(cè)試電路5.2.3 最大輸出電流測(cè)試測(cè)試電路仍然按照?qǐng)D5.1連接，測(cè)試步驟如下：調(diào)節(jié)交流調(diào)壓器，使電源電路輸入電壓為Vmin=220x(1-10%)=198v,通過(guò)鍵盤(pán)預(yù)置最小電壓讓輸出電壓為最小值，負(fù)載電阻為1.5歐姆，輸出電流為最大值2A，測(cè)出電壓為3.2v，斷開(kāi)和接通負(fù)載，觀測(cè)輸出電壓的變化情況，當(dāng)負(fù)載從斷開(kāi)到接通時(shí)，測(cè)出輸出電壓沒(méi)有改變，為3.3v，可最大電流為2A。如果在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)輸出電壓有明顯的改變，可以根據(jù)情況限制輸出電流或輸出電壓12。5.2.4 過(guò)流保護(hù)的測(cè)試測(cè)試電路仍采用圖5.1，測(cè)