開關(guān)電源的設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文

xxxx本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEIII本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料題目名稱：開關(guān)電源的設(shè)計(jì)學(xué)院（部）：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)：電子信息學(xué)生姓名：xxxx班級(jí)：xxxx學(xué)號(hào)xxxx指導(dǎo)教師姓名：xxxx職稱副教授最終評(píng)定成績(jī)：xxxx教務(wù)處摘要21世紀(jì)是信息化時(shí)代，信息化的快速發(fā)展使得人們對(duì)于電子設(shè)備、產(chǎn)品的依賴性越來越大，而這些電子設(shè)備、產(chǎn)品都離不開電源。開關(guān)電源相對(duì)與線性電源具有效率、體積、重量等方面的優(yōu)勢(shì)，尤其是高頻開關(guān)電源正變得更輕，更小，效率更高，也更可靠，這使得高頻開關(guān)電源成為了應(yīng)用最廣泛的電源。電源是實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備，有電器的地方就有電源，現(xiàn)代電子設(shè)備中的電路使用了大量的半導(dǎo)體器件，這些半導(dǎo)體器件需要幾伏倒幾十伏的直流供電，以便得到正常工作所必須的能源。大多數(shù)電子設(shè)備的直流供電方法都是將交流電源經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等變換為所需的直流電壓。完成這種變換任務(wù)的電源稱為直流穩(wěn)壓電源。隨著電子原件和磁性元件的發(fā)展，越來越多的電子設(shè)備使用了開關(guān)電源。因?yàn)殚_關(guān)電源有相比線性電源1000倍以上的開關(guān)頻率，因而在重量、體積、效率等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。開關(guān)電源的高頻變換電路形式很多，常用的變換電路有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。本論文是采用Boost變換電路與線性調(diào)整電路相結(jié)合的穩(wěn)壓技術(shù)，從而保證系統(tǒng)效率、電壓控制精度、電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。系統(tǒng)具有限流保護(hù)功能，采用反激式開關(guān)電源作為輔助電源。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源，反激式，Boost，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ABSTRACTThetwenty-firstCenturyistheeraofinformationtechnology,therapiddevelopmentofinformationtechnologymakespeopleforelectronicequipment,productsareincreasinglydependent,andtheelectronicequipment,theproductsareinseparablefromthepowersupply.Switchingpowersupplywithrelativeefficiency,volume,weightandotheradvantageswithlinearpowersupply,especiallythehighfrequencyswitchingpowersupplyisbecominglighter,smaller,moreefficient,morereliable,whichmakesthehighfrequencyswitchingpowersupplypowersupplyhasbecomethemostwidelyused.Powersupplyisthemainequipmenttoachievepowerconversionandpowertransmission,thereareelectricalapplianceswherethereispower,modernelectronicequipmentinthecircuitusingalargenumberofsemiconductordevices,thesemiconductordevicesrequireDCpowersupplyfellseveraltensofvolts,inordertogettheenergyrequiredfornormalwork.DCpowersupplymethodformostelectronicdevicesisACpowertransformer,rectifier,filter,voltagetransformationforDCvoltagerequired.CompletionofthistasktransformpowercalledDCpowersupply.Withthedevelopmentofelectroniccomponentsandmagneticcomponents,moreandmoreelectronicdevicesusingswitchingpowersupply.Becauseoftheswitchingpowersupplyswitchingfrequencylinearpowersupplycomparedtomorethan1000times,soithasobviousadvantagesinweight,volume,efficiency,andachievedgoodeconomicbenefits.Alotofhighfrequencyswitchingpowersupplycircuit,commonlyusedwithpush-pullconverter,fullbridge,halfbridge,singleendedforwardandflybacketc.ThispaperisusingtheBoosttransformcircuitandlinearvoltageadjustingcircuitcombination,thusensuringthesystemefficiency,precisionvoltagecontrol,voltageregulationandloadregulation.Thesystemhasalimitingprotectionfunction,theflybackswitchingpowersupplyforauxiliarypowersupply.Keywords:Single-chipswitchingpowersupply,Flyback，Boost，TopologyStructure目錄摘要 IABSTRACT II第1章緒論 11.1課題背景及意義 11.2研究現(xiàn)狀 11.3未來的發(fā)展和趨勢(shì) 2第2章開關(guān)電源簡(jiǎn)介 32.1開關(guān)電源的概述 32.1.1開關(guān)電源的概念 32.1.2開關(guān)電源的分類 42.2開關(guān)電源的工作原理 52.3開關(guān)電源的組成 62.4開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 62.4.1Buck（StepDown）降壓電路 72.4.2反激（升降壓）電路 72.4.3Boost（StepUp）升壓電路 82.5開關(guān)電源中存在的問題 9第3章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 103.1方案比較與論證 103.1.1優(yōu)化方法及實(shí)現(xiàn)方案 103.2電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 123.2.1主回路器件的選擇及參數(shù)計(jì)算 123.2.2輔助電路設(shè)計(jì) 143.2.3控制電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 143.2.4效率分析及計(jì)算 143.2.5保護(hù)電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 153.2.6數(shù)字設(shè)定及顯示電路的設(shè)計(jì) 153.2.7特色設(shè)計(jì) 15第4章硬件設(shè)計(jì) 174.1PIC16F877芯片 174.1.1PIC16F877特殊內(nèi)嵌功能 184.2PIC16F877基本電路 184.2.1PIC振蕩頻率電路 184.2.2外加電源與重置電路 194.2.3輸入輸出接口 194.3Boost（StepUp）升壓電路 20第5章軟件設(shè)計(jì) 225.1主程序設(shè)計(jì)流程圖 22第6章系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果 246.1系統(tǒng)調(diào)試 246.2結(jié)果 246.2.1電壓調(diào)整率 246.2.2負(fù)載調(diào)整率 246.2.3效率 256.2.4保護(hù)功能測(cè)試 25結(jié)論 26參考文獻(xiàn) 27致謝 28附錄1硬件電路原理圖 29附錄2源程序 30xxxx本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE1第1章緒論1.1課題背景及意義近年來，隨著電子科技的不斷發(fā)展，電子設(shè)備和人們的生活、工作的關(guān)系越來越密切，而所有的電子設(shè)備的應(yīng)用都是離不開可靠的電源的。進(jìn)入了90年代，開關(guān)電源相繼的進(jìn)入了各種電子設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域，如電子檢測(cè)設(shè)備，通訊設(shè)備，控制設(shè)備等等。開關(guān)電源具有重量輕、體積小、效率高等特點(diǎn)。此外，由于機(jī)內(nèi)升溫低、功耗小，從而提高了整體的可靠性與穩(wěn)定性。并且其對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高，就一般的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓電源所允許的電網(wǎng)波動(dòng)范圍220V±10%來說，開關(guān)電源在電網(wǎng)電壓從100V-240V范圍內(nèi)變化時(shí)，都可以獲得穩(wěn)定的輸出電壓。如今，開關(guān)電源正向著智能化，綠色化，集成化的方向發(fā)展，功能強(qiáng)大的單片開關(guān)電源代表著當(dāng)今開關(guān)電源發(fā)展的主流方向，高效率的開關(guān)電源已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。1.2研究現(xiàn)狀開關(guān)電源發(fā)展的重要?jiǎng)恿褪菑?qiáng)大的市場(chǎng)需求。開關(guān)電源技術(shù)是屬于電力電子技術(shù)，它的電能轉(zhuǎn)換是靠功率變換器進(jìn)行的，經(jīng)過變換的電能可以滿足各種用電需求。由于它節(jié)能高效可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因而得到社會(huì)各方面的重視且被迅速推廣。在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，很重要的一個(gè)指標(biāo)就是效率。我們的設(shè)計(jì)應(yīng)著力于如何降低開關(guān)電源的損耗來提升效率。開關(guān)電源的損耗大致是由于開關(guān)損耗，導(dǎo)通損耗，變壓器和電感的損耗以及輸入整流器損耗等組成。其中除了整流器損耗基本上不能降低外，其他的損耗都可以想辦法來降低?，F(xiàn)在比較新的技術(shù)就是采用零電壓/零電流開關(guān)同步整流器降低同步整流器的柵極驅(qū)動(dòng)損耗和開關(guān)損耗，未來的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該會(huì)往采用跳周期控制方式降低待機(jī)和輕載損耗等方面進(jìn)行改進(jìn)。有很多的方法可以提升效率，比如同步整流器，低功耗控制芯片，無源無損緩沖電路等。目前國(guó)內(nèi)的開關(guān)電源的效率大約在70%左右，為了響應(yīng)節(jié)能減排的號(hào)召，我國(guó)未來的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)理念應(yīng)該會(huì)向著提高效率的方面進(jìn)行拓展。開關(guān)電源的使用為國(guó)家節(jié)省了大量的鋼材、銅材以及占地面積。由于變換效率的提升，能耗的降低，大大的降低了周圍環(huán)境的溫度，改善了工作人員的環(huán)境。近年來，國(guó)家應(yīng)經(jīng)在供電工程改造上加大投資?？梢?，開關(guān)電源在未來有著良好的發(fā)展前景。1.3未來的發(fā)展和趨勢(shì)開關(guān)電源是穩(wěn)壓電源未來發(fā)展的主流趨勢(shì)，在現(xiàn)在已經(jīng)較為普遍的運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。其接下來的發(fā)展，大致要向以下幾個(gè)方面進(jìn)行：小型高頻化磁性元件和電容的質(zhì)量和大小決定了電源的大小。當(dāng)前技術(shù)的開發(fā)方向一個(gè)在于減小這些元件的大小，另一個(gè)方向就是盡可能的提升開關(guān)頻率。這樣既可以減小電源尺寸受到電容和磁性元件重量和尺寸的影響，還可以避免受到不必要因素的干擾，提升系統(tǒng)性能，所以，小型高頻化是開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)之一。使用穩(wěn)定化和線性電源的使用相比，開關(guān)電源的使用次數(shù)要遠(yuǎn)大于線性電源，但由于經(jīng)常使用其穩(wěn)定性就沒有線性電源好。光耦合器、電解電容以及排風(fēng)扇這些部件是決定使用的時(shí)間長(zhǎng)短和穩(wěn)定性的要素。因此，當(dāng)下的設(shè)計(jì)正是從集成度的提升著手，盡可能的去改善器件的使用，來增強(qiáng)開關(guān)電源的穩(wěn)定性。比較可取的是，利用模塊化技術(shù)，可以提升開關(guān)電源的穩(wěn)定性，適用于分布式電源系統(tǒng)。低噪化在傳統(tǒng)的開關(guān)電源中，頻率越高噪聲就會(huì)越大。如果可以采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又可以有效地降低噪聲，所以低噪聲化也式開關(guān)電源未來的發(fā)展趨勢(shì)之一。計(jì)算機(jī)智能化控制當(dāng)前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在不斷地革新，未來的電路將會(huì)加以結(jié)合，利用微機(jī)控制和檢測(cè)，能有效、多反面監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)登記、檢查和預(yù)警等。低壓輸出化隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷發(fā)展，便攜式電子設(shè)備和微處理器的工作越來越低，這就要求未來的DC/DC變換器能夠提供低輸出電壓來適應(yīng)便攜式電子設(shè)備和微處理器的供電要求。第2章開關(guān)電源簡(jiǎn)介2.1開關(guān)電源的概述電源是將各種能源轉(zhuǎn)換成為用電設(shè)備所需電能的裝置，是所有靠電能工作的裝置的動(dòng)力源泉。2.1.1開關(guān)電源的概念電是工業(yè)的動(dòng)力，是人類生活必不可少的組成。電源是產(chǎn)生電的裝置，表示電源特性的參數(shù)有功率、電壓、電流、頻率等；在同一參數(shù)要求下，又有重量、體積、效率和可靠性等指標(biāo)。我們用的電，一般都需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能和適合使用的需求，例如交流變成直流，高電壓變成低電壓，大功率變成小功率等。按照電子理論，所謂的AC/DC就是交流變?yōu)橹绷?；AC/AC稱為交流轉(zhuǎn)換為交流，即改變頻率；DC/AC稱為逆變；DC/DC為直流變交流后再變直流。為了達(dá)到轉(zhuǎn)換目的，電源變換的方法是多樣的。自20世紀(jì)60年代，人們研發(fā)出了二極管、三極管半導(dǎo)體器件后，就用半導(dǎo)體器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所以，凡是用半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種形態(tài)的電路，叫做開關(guān)變換電路。在轉(zhuǎn)換時(shí)，以自動(dòng)控制穩(wěn)定輸出并有各種保護(hù)環(huán)節(jié)的電路，成為開關(guān)電源（SwitchingPowerSupply）。開關(guān)電源在轉(zhuǎn)換過程中，用高頻變壓器隔離稱之為離線式開關(guān)變換器（Off-lineSwitchingCpnwerter），常用的AC/DC變換器就是離線式變換器。電源框圖如圖2-1所示。圖2-1電源框圖開關(guān)電源與鐵芯片變壓器電源以及其他形式的電源比較起來具有較多的有點(diǎn)：（1）節(jié)能。綠色電源是開關(guān)電源中用途最為廣泛的電器，它的效率一般可以達(dá)到85%，質(zhì)量更好的可以達(dá)到95%甚至更高，而鐵芯片變壓器的效率只有70%或者更低。最近歐盟和美國(guó)消費(fèi)者協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)一般家用電器和工業(yè)電氣設(shè)備的單機(jī)能源消耗指數(shù)大于92%。美國(guó)的“能源之星”對(duì)電子鎮(zhèn)流器、開關(guān)電源以及家用電器的都制定的都有很仔細(xì)的、非常嚴(yán)格的規(guī)章條款。（2）體積小，重量輕。據(jù)統(tǒng)計(jì)，100W的鐵芯變壓器的重量為1200g左右，體積達(dá)350cm3，而100W的開關(guān)電源的重量只有250g，而且敞開式的電源更輕，體積不到鐵芯變壓器的1/4。（3）開關(guān)電源具有各種保護(hù)功能，不易損壞。而其他的電源由于本身原因或使用不當(dāng)，發(fā)生短路或斷路的事故較多。（4）改變輸出電流、電壓比較容易，且穩(wěn)定、可控。（5）根據(jù)人們的要求，可以設(shè)計(jì)出各種具有特殊功能的電源，以滿足人們的需求。2.1.2開關(guān)電源的分類目前開關(guān)電源的種類很多，從工作性質(zhì)來分，大體上可分為“硬開關(guān)”和“軟開關(guān)”兩種。所謂硬開關(guān)，是指電子脈沖、外加控制信號(hào)強(qiáng)行對(duì)電子開關(guān)進(jìn)行“開”和“關(guān)”，而與電子開關(guān)自身流過的電流以及兩端施加的電壓無關(guān)。顯然，開關(guān)在接通和關(guān)斷期間是有電流、電壓存在的，因此這種工作方式是有損耗的。但是它比其他變換電源的形式簡(jiǎn)單得多，所以硬開關(guān)在很多地方仍然在應(yīng)用，如脈寬調(diào)制（PulseWidthModulation，PWM）器就屬于硬開關(guān)。目前，很多開關(guān)電源都用PWM來控制。另一類叫做軟開關(guān)，電子開關(guān)在零電壓下導(dǎo)通，在零電流下關(guān)斷?？梢?，電子開關(guān)是在“零狀態(tài)”下工作的，所以，理論上他的損耗為零，對(duì)浪涌電壓、脈沖尖峰電壓的抑制能力很大，其工作頻率可以提高到5MHz以上，開關(guān)電源的重量和體積則可進(jìn)行更大的改變。為了實(shí)現(xiàn)零電壓“開”和零電流“關(guān)”我們常采用諧振的方法。從電子理論可知道，諧振就是容抗等于感抗，總的電抗為零，電路中的電流無窮大。如果正弦波電壓加到并聯(lián)的電感回路上，這時(shí)電感上的電壓就無窮大。利用諧振電路可實(shí)現(xiàn)正弦波振蕩，當(dāng)振蕩到零時(shí)，電子開關(guān)導(dǎo)通，稱之為零電壓導(dǎo)通（ZeroVoltageSwitching）。同樣，流過電子開關(guān)的電流振蕩到零時(shí)，電子開關(guān)關(guān)斷，稱之為零電流關(guān)斷（ZeroCurrentSwitching）?？傊娮娱_關(guān)具有零電壓導(dǎo)通、零電流關(guān)斷的外部條件，這種變換器稱為準(zhǔn)諧振變換器。它是在脈寬調(diào)制器上附加諧振網(wǎng)絡(luò)而形成的，固定電子開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，通過調(diào)整振蕩頻率，最終使電路產(chǎn)生諧振，從而獲得準(zhǔn)諧振變換器的模式。準(zhǔn)諧振變換器開關(guān)電源的輸出電壓不隨輸入電壓的變化而變化，它的輸出電流也不隨用電負(fù)載的變化而變化，這種開關(guān)電源的主變換器依靠開關(guān)頻率來穩(wěn)定輸出參數(shù)，我們稱之為調(diào)頻開關(guān)電源。調(diào)頻開關(guān)電源沒有脈沖調(diào)制開關(guān)電源那么容易控制，再加上準(zhǔn)諧振電路電壓峰值高，開關(guān)所受的應(yīng)力大，目前還沒有廣泛應(yīng)用。2.2開關(guān)電源的工作原理所謂的開關(guān)電源就是利用時(shí)間比率的不同來控制電壓輸出的。在這里，有一個(gè)非常重要的名詞：占空比（DutyCycle），它的定義是這樣的：在一段連續(xù)的波形中脈沖高電頻持續(xù)的時(shí)間與周期的比值。調(diào)制可以根據(jù)所控制的元素不同分為脈沖頻率調(diào)制（PFM）、脈沖寬度調(diào)制（PWM）和混合調(diào)制。這三種調(diào)制分別有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換效率最高的是混合調(diào)制，但是他的電路有些復(fù)雜，控制也不容易實(shí)現(xiàn)；空載或者輕載的時(shí)候效率比較低是脈沖寬度調(diào)制的缺點(diǎn)，但是特電路很簡(jiǎn)單，控制容易實(shí)現(xiàn)，因此在當(dāng)前很多的開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，這種調(diào)試被廣泛應(yīng)用。開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開關(guān)電源的工作原理可以用圖2-2進(jìn)行說明。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓Ui經(jīng)開關(guān)S加至輸出端，S為受控開關(guān)，是一個(gè)受開關(guān)脈沖控制的開關(guān)調(diào)整管，若使開關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開時(shí)間，就能把輸入的直流電壓Ui變成矩形脈沖電壓。這個(gè)脈沖電壓經(jīng)過濾波電路進(jìn)行平滑濾波后就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓Uo。（a）電路圖（b）波形圖圖2-2開關(guān)電源的工作原理為了方便分析開關(guān)電源電路，定義脈沖占空比如下D=TON/T（2-1）式中，T表示開關(guān)S的開關(guān)重復(fù)周期；Ton表示開關(guān)S在一個(gè)開關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間。開關(guān)電源直流輸出電壓Uo與輸入電壓Ui之間有如下關(guān)系：Uo=UiD（2-2）由式（2-1）和式（2-2）可以看出，若開關(guān)周期T一定，改變開關(guān)S的導(dǎo)通時(shí)間Ton，即可改變脈沖占空比D，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。T不變，只改變Ton來實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬度調(diào)制（PWM）。由于PWM式的開關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計(jì)，易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，因此PWM式開關(guān)電源用的較多。若保持Ton不變，利用改變開關(guān)頻率f=1/T實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓Uo穩(wěn)壓的方法，稱作脈沖頻率調(diào)制（PFM）。由于該方式的開關(guān)頻率不固定，因此輸出濾波電路的設(shè)計(jì)不易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。既改變Ton，又改變T，實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱作脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。在各種開關(guān)電源中，以上三種脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式均有應(yīng)用。2.3開關(guān)電源的組成開關(guān)電源的基本組成如圖2-3所示。其中進(jìn)行功率變換的是DC/DC變換器，它是開關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動(dòng)器是開關(guān)信號(hào)的放大部分，對(duì)來自信號(hào)源的開關(guān)信號(hào)進(jìn)行放大和整形，以適應(yīng)開關(guān)的驅(qū)動(dòng)要求；信號(hào)源產(chǎn)生控制信號(hào)，該信號(hào)由它激活自激電路產(chǎn)生，可以是PWM信號(hào)、PFM信號(hào)或其他信號(hào)；比較放大器對(duì)給定信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開關(guān)信號(hào)的幅值、頻率、波形等，通過驅(qū)動(dòng)控制開關(guān)器件的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值得目的。除此之外，開關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動(dòng)、過流過壓保護(hù)、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等電路。反饋回路檢測(cè)其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差通過誤差放大器進(jìn)行放大，控制脈寬調(diào)制電路，在經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路控制半導(dǎo)體開關(guān)的通斷時(shí)間，從而調(diào)整輸出電壓。DC/DC變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍。開關(guān)電源的負(fù)載變換瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端LC濾波器的特性決定，所以可以通過提高開關(guān)頻率、降低輸出濾波器LC的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)特性。圖2-3開關(guān)電源的基本組成2.4開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為了適應(yīng)不同的輸出功率，開關(guān)電源有各種的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：Buck結(jié)構(gòu)、反激（Flyback）結(jié)構(gòu)、Boost結(jié)構(gòu)等。本章節(jié)都是在連續(xù)電流模式（CCM）上來討論的。2.4.1Buck（StepDown）降壓電路Buck電路的原理圖如下圖2-4所示：圖2-4Buck電路Buck電路就是降壓電路。在Q1導(dǎo)通的時(shí)候，C1就會(huì)開始充電，輸出電壓Vo加到負(fù)載R1的兩端，在C1充電的過程中，電感L1內(nèi)的電流就會(huì)不斷的增加，儲(chǔ)存的刺成能量也會(huì)不斷地增加。這個(gè)時(shí)候續(xù)流二極管D1截止。當(dāng)Q1截止的時(shí)候，L1中所儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量就會(huì)通過續(xù)流二極管D1傳遞到負(fù)載。當(dāng)負(fù)載的電壓比電容C1兩端的電壓低的時(shí)候，C1就會(huì)向負(fù)載放電。根據(jù)伏秒平衡可列出下式（2-3）、（2-4）：（V1-V0）TON=V0Toff（2-3）V0=V1TON/（TON+Toff）=V1DT/T=V1D（2-4）根據(jù)式（2-3）可知，要控制輸出平均電壓的大小可以通過改變開關(guān)管的占空比來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)檎伎毡瓤偸潜?小的，所以Vo也是小于V1的，所以就說Buck電路是降壓電路。2.4.2反激（升降壓）電路反激電路的原理圖如下圖2-5所示：圖2-5反激電路它的工作原理是這樣的：在Q導(dǎo)通的時(shí)候，二極管D是截止的，根據(jù)電路的知識(shí)可以得到：VL=Vg，ic=-V/R；在Q截止的時(shí)候，二極管D是導(dǎo)通的，可以得到VL=-V/n，ic=i/n-V/R。2.4.3Boost（StepUp）升壓電路Boost電路的原理圖如下圖2-6所示：圖2-6Boost電路Boost電路就是升壓電路，在Q1導(dǎo)通的時(shí)候，能量就會(huì)從輸入電源流入并且儲(chǔ)存在電感L1中，此時(shí)二極管D1會(huì)反偏，負(fù)載由濾波電容C1供給能量，把儲(chǔ)存在C1中的電能釋放出來給負(fù)載R1上。當(dāng)Q1截止的時(shí)候，電感L1中的電流不會(huì)發(fā)生突變，這時(shí)候二極管D1就會(huì)導(dǎo)通，電感中儲(chǔ)存的能量就會(huì)經(jīng)二極管D1流入電容C1中，并供給負(fù)載R1。因?yàn)殡姼杏蟹肫胶猓丛谝粋€(gè)周期內(nèi)電感的伏秒乘積和為零。假如Q1導(dǎo)通時(shí)間Ton越大，那么Q1在截止的時(shí)候提供給負(fù)載的電壓就會(huì)越大。下面會(huì)通過具體的計(jì)算來進(jìn)一步說明：根據(jù)伏秒平衡有下式（2-5）、（2-6）：V1Ton=（V0-V1）Toff（2-5）V0=V1（Ton+Toff）/Toff=V1T/（T-TD）=V1/（1-D）（2-6）式中Ton是開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，Toff是開關(guān)的截止時(shí)間；開關(guān)管的工作周期是T，占空比為D，D=Ton/T。通過改變占空比我們就可以獲得自己所需要的電壓，并且由于D總是比1小的，故V0也是一定大于V1，這樣我們就會(huì)很好的理解為什么Boost電路可以實(shí)現(xiàn)升壓的功能了。2.5開關(guān)電源中存在的問題客觀上講，開關(guān)電源的發(fā)展是非?？斓?，這是因?yàn)樗哂衅渌娫此鶡o法比擬的優(yōu)勢(shì)。材料之新，用途之光，是它快速發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α５?，它離人們的要求、應(yīng)用的價(jià)值還差得很遠(yuǎn)，體積、重量、效率、抗干擾能力、電磁兼容性以及使用安全性都不能說是十分完美。目前要解決的問題有：（1）器件問題。電源控制集成度不高，這就影響了電源的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)對(duì)電源的體積和效率來說也是一個(gè)大問題。（2）材料問題。開關(guān)電源使用的磁芯、電解電容及整流二極管燈都很笨重，也是耗能的主要根源。（3）能源變換問題。按照習(xí)慣，變換有這樣幾種形式：AC/DC變換、DC/AC變換以及DC/Dc變換等。實(shí)現(xiàn)這些變換都是以頻率為基礎(chǔ)，以改變電壓為目的，工藝復(fù)雜，控制難度大，始終難以形成大規(guī)模生產(chǎn)。（4）軟件問題。開關(guān)電源的軟件開發(fā)目前只是剛剛起步，例如軟開關(guān)，雖然它的損耗低，但難以實(shí)現(xiàn)高頻化和小型化。要做到“軟開關(guān)”應(yīng)實(shí)行程序化，更是有一定的困難。要真正做到功率轉(zhuǎn)換、功率因數(shù)改善、全程自動(dòng)檢測(cè)控制實(shí)現(xiàn)軟件操作，目前還存在很大的差距。第3章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)3.1方案比較與論證DC/DC主回路拓?fù)?。方案一：采用隔離變壓器進(jìn)行DC-DC變換，圖3-1所示的單管它激式反激型直流變換器。經(jīng)過試驗(yàn)，該方案的輸出紋波200mV,經(jīng)濾波后可達(dá)到題目要求，效率約為80%。方案二：采用如圖3-2所示的Boost電路進(jìn)行DC-DC變換。通過控制開關(guān)器件S的占空比來控制輸出電壓。這種方案電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，控制靈活方便。該電路效率高，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)方案主回路效率可達(dá)到89%，其輸出紋波可以通過LC濾波電路控制，各項(xiàng)指標(biāo)能夠達(dá)到題目要求 圖3-1隔離變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖3-2Boost變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)經(jīng)過上述比較分析，方案一可以實(shí)現(xiàn)要求，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本較高；方案二不僅滿足要求且相對(duì)方案一，結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、成本較低，故本系統(tǒng)選擇方案二。3.1.1優(yōu)化方法及實(shí)現(xiàn)方案系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。交流側(cè)電壓經(jīng)過變壓整流后送給電源系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部采用三路輸出反激開關(guān)作為輔助電源，分別給運(yùn)放和數(shù)字電路供電，主回路通過Boost變換獲得一定精度的電壓，并經(jīng)過線性調(diào)整獲得高精度輸出電壓。圖3-3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖數(shù)字電路部分通過對(duì)輸出電壓、電流與溫度的檢測(cè)，以及通過D/A給定輸出電壓值，實(shí)現(xiàn)輸出電壓、電流的測(cè)量與設(shè)定以及故障和過熱保護(hù)。根據(jù)題目對(duì)電源的效率、負(fù)載調(diào)整率、電壓調(diào)整率、過流保護(hù)等要求，控制電路方案的選擇包含三個(gè)部分。（1）控制電路電源方案一：控制電路采用單電源供電。通過整流濾波得到UIN經(jīng)過線性調(diào)壓后獲得+15V、+5V電壓，分別供給放大電路和數(shù)字電路使用。方案二：用線性調(diào)壓后獲得+15V、+5V電壓，用極性反轉(zhuǎn)型DC-DC變換電路獲得-15V。方案三：采用多路輸出的單管它激式反激型直流變換電路獲得+15V、-15V、+5V輔助電源。電路結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。這種方案雖然電路復(fù)雜，但具有以下優(yōu)點(diǎn)：輔助電源的抗擾能力強(qiáng)，電網(wǎng)電壓在較大范圍變化時(shí)也能保證控制電路的電路電壓穩(wěn)定；減小了線性降壓帶來的效率損失；有效地解決了運(yùn)放雙電源供電問題。通過上述比較分析，由于方案三有較好的抗擾性、較高的效率，故本設(shè)計(jì)中采用方案三。該輔助電源采用UC3845控制器的反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源，可提供+15V、-15V和5V電壓。圖3-4輔助電源原理3.2電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算3.2.1主回路器件的選擇及參數(shù)計(jì)算系統(tǒng)主回路由DC-DC電路和線性調(diào)整電路構(gòu)成，如圖3-5所示。對(duì)于主回路DC-DC變換器，主要計(jì)算及器件如下。圖3-5開關(guān)電源回路為了減低損耗，主開關(guān)選擇Fairchild的85N10（額定電流85A，耐壓100V，導(dǎo)通電阻8.5m）；續(xù)流二極管采用超快恢復(fù)二極管MBR20100，耐壓100V，額定導(dǎo)通壓降1V，允許通過電流20A，兩個(gè)二極管并聯(lián)工作可降低導(dǎo)通壓降，從而降低損耗。在二極管上并聯(lián)吸收網(wǎng)絡(luò)以抑制紋波。濾波電容：，系統(tǒng)中選擇：。電感計(jì)算：。線性調(diào)整電路原理如圖3-6所示，為了提高控制精度，設(shè)計(jì)中采用開環(huán)增益A=100dB的LM358運(yùn)放進(jìn)行開環(huán)放大，采用耐壓值為160Ｖ的三極管2383構(gòu)建共射極放大電路，采用導(dǎo)通電阻為117m、電流為23A的IRF9540場(chǎng)效應(yīng)管作為調(diào)整管，獲得了較高的綜合性能指標(biāo)。圖3-6電壓、電流控制環(huán)回路3.2.2輔助電路設(shè)計(jì)輔助電源如圖3-7所示，由UC3845完成控制功能。用于產(chǎn)生+20V、-20V和+8V電壓，在經(jīng)過以LM317為核心的雙核跟蹤式線性穩(wěn)壓功能電路后得到+15V、-15V和+8V電壓，主要參數(shù)計(jì)算如下：峰值電流：. 變壓器原邊電感：圖3-7軟啟動(dòng)電路示意圖變壓器原邊匝數(shù)：Npri=1000(Lpri/AL)1/2=20變壓器副邊匝數(shù)：Npri(Uo+UD)(1-δmax)/Uin(max)δmax，經(jīng)計(jì)算20V取26匝，8V取10匝，反饋輔助繞組取15匝。濾波電容：Cout=Iout(max)Toff(max)/Uripple，考慮電容留有一定余量，濾波電容均取470。 反饋電阻：。3.2.3控制電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算本電路中，輸出電壓可以通過數(shù)字電路或模擬電路設(shè)定。模擬電路中，采用高精度的電壓基準(zhǔn)LM399，該基準(zhǔn)電壓輸出固定的7V電壓經(jīng)過電位器分壓后獲得設(shè)定電壓Ur和設(shè)定電流Ir。線性調(diào)壓電路的輸出電壓值取決于設(shè)定電壓Ur，Uo=Ur/α。開關(guān)電源電路輸出電壓自動(dòng)跟隨線性調(diào)壓電路的輸出電壓變化，使線性調(diào)壓電路壓差DDS恒定。該壓差可通過調(diào)節(jié)電位器設(shè)定為DDS=0.5V。3.2.4效率分析及計(jì)算系統(tǒng)主要由DC-DC變換器、線性調(diào)壓、輔助電源和數(shù)字電路構(gòu)成。影響系統(tǒng)效率的因素主要有開關(guān)損耗、電感儲(chǔ)能損耗、整流二極管損耗、輔助電源損耗、線性調(diào)整電路和數(shù)字電路損耗。因此提高效率的方法有：合理選擇電路結(jié)構(gòu)；適當(dāng)降低開關(guān)頻率，并設(shè)計(jì)緩沖網(wǎng)絡(luò)降低開關(guān)斷損耗；加大主回路電流容量；選擇導(dǎo)通壓降小的二極管，并采用多個(gè)并聯(lián)的方法來降低二極管導(dǎo)通損耗；合理選擇磁芯和繞線規(guī)格，避免磁飽和并降低銅損；在電路中合理使用磁珠來抑制浪涌電流和浪涌電壓；減小或消除系統(tǒng)中的振蕩；降低控制電路部分的消耗、提高輔助電源的效率；合理分配各模塊的效率損失；降低線性調(diào)整管壓降。部分功耗如表3-1所示。表3-1主要損耗計(jì)算計(jì)算公式計(jì)算值/WMOSFET損耗1.7儲(chǔ)能電感損耗1.1整流二極管損耗1.6輔助電源損耗4.3線性調(diào)整功耗1.0 綜上分析，理論計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)效率達(dá)到86.5%。3.2.5保護(hù)電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)限流保護(hù)，及當(dāng)輸出電流達(dá)到設(shè)定上限時(shí)，輸出電壓自動(dòng)下降，進(jìn)入恒流控制。如圖2-6所示，電流采樣電阻。電阻上的壓降通過差動(dòng)放大后與數(shù)字電路的A/D接口，當(dāng)輸入電流為3A時(shí)，差放輸出4.5V，放大倍數(shù)為A=Uo/ΔU=30，并據(jù)此設(shè)計(jì)放大電路的外圍參數(shù)。3.2.6數(shù)字設(shè)定及顯示電路的設(shè)計(jì)數(shù)字設(shè)定及顯示電路用以實(shí)現(xiàn)鍵盤設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整、輸出電壓、電流的測(cè)量和數(shù)字顯示?？刂菩酒x擇PIC16F877單片機(jī)。鍵盤設(shè)定采用由HD7279驅(qū)動(dòng)的44鍵盤來節(jié)省CPU資源，簡(jiǎn)化程序編制。輸出電壓、電流的采用12864的LCD,設(shè)計(jì)了友好的人機(jī)界面。采用PIC16F877片內(nèi)自帶的10A/D，對(duì)輸出電壓（0-40V）、電流（0-3A）進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度分別可以達(dá)到39mV、2.9mA。采用16位D/A轉(zhuǎn)換器MAX5541,對(duì)輸出電壓（0～40V）、電流（0～3A）進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定精度分別可以達(dá)到50mA、5mA。3.2.7特色設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)：電源開啟，整流橋經(jīng)2.5的限流電阻后級(jí)電路充電，負(fù)載電壓升至22V時(shí)，繼電器吸合，電阻短路，電源正常工作。采用軟啟動(dòng)功能有效地減小合閘浪涌電流。恒壓差控制：由開關(guān)電源電路初步穩(wěn)壓，再由線性調(diào)壓電路進(jìn)行精密的電壓控制，這種方法結(jié)合了開關(guān)電源的高效率和線性電路高精度、高穩(wěn)定性、低紋波等優(yōu)點(diǎn)，獲得了優(yōu)良的整機(jī)性能，有效地提高整機(jī)效率、電壓控制精度、電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。單管反激多路輸出輔助電源：采用多路輸出的單管他勵(lì)式反激型直流變換電路電壓獲得+15V、-15V、+5V輔助電源，當(dāng)電網(wǎng)電壓在較大范圍變化時(shí)也能保證控制電路電壓穩(wěn)定，避免了線性降壓帶來的效率損失，有效地解決了控制電路供電問題。電流控制：采用限流保護(hù)，電流保護(hù)閥值可設(shè)定，因此系統(tǒng)可作為恒流源運(yùn)行。系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)：采用PIC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸出電壓、電流和功率管溫度的監(jiān)測(cè)，并采用蜂鳴報(bào)警。計(jì)算機(jī)通信：可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的實(shí)時(shí)串行通信，在計(jì)算機(jī)中實(shí)時(shí)顯示輸出電壓波形和電壓、電流的值。液晶顯示：采用液晶屏顯示，節(jié)能、直觀、使用方便。第4章硬件設(shè)計(jì)4.1PIC16F877芯片PIC16F877是由Microchip公司所生產(chǎn)開發(fā)的新產(chǎn)品，它是屬于PICmicro系列單片微機(jī)，具有Flashprogram程序內(nèi)存功能，它可以重復(fù)燒錄程序，適合開發(fā)新產(chǎn)品、教學(xué)等用途；因?yàn)樗膬?nèi)建ICD功能，可以讓使用者直接在單片機(jī)電路或者產(chǎn)品上，進(jìn)行如暫停微處理器、觀看緩存內(nèi)容等，讓使用者快速的進(jìn)行程序除錯(cuò)和開發(fā)。如圖4-1為PIC16F877的40根引腳圖，PDIP是指一般最常見的DIP（DualInLinePackage）包裝，而PIC單片機(jī)也有PLCC（PlasticLeadedChipCarrier）和QFP（QuadFlatPackage）兩種不同的包裝形式，可以按照不同的要求，來用不同的包裝。如圖所示，每一根引腳都有他們特定的功能，就像Pin11和Pin32（VDD）為正電源引腳，Pin12和Pin31（VSS）就是地線引腳；然而有的引腳可以有兩種甚至三種以上的功能，就像Pin2（RA0/AN0）代表的就是PORTA的第一支引腳，它在系統(tǒng)重置（Reset）后，就可以自動(dòng)的成為模擬輸入引腳，接收模擬信號(hào)，也可以經(jīng)由程序規(guī)劃為數(shù)字輸出輸入引腳。圖4-140引腳PIC16F877接腳說明4.1.1PIC16F877特殊內(nèi)嵌功能PIC16F877是屬于內(nèi)嵌功能比較多的單片機(jī)，它除了有CPU、POM、RAM、I/O等基本的構(gòu)造以外，還包括以下的各種功能，簡(jiǎn)單的介紹如下：A/Dconverter：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，最多可以讀取8組模擬輸入信號(hào)。CCP：Capture、Compare、PWM，用來控制直流馬達(dá)。USART：UniversalSynchronousAsynchronousReceiverTransmitter，同步/異步串行傳輸，如RS232、RS485等等。MSSP：MasterSynchronousSerialPort，兩線式（I2C）和三線式（SPI）標(biāo)準(zhǔn)同步串行傳輸協(xié)定，一般用于EEPROM內(nèi)存資料的讀取與燒錄，或者是和其他的集成電路溝通和聯(lián)系，構(gòu)成多芯片網(wǎng)絡(luò)。4.2PIC16F877基本電路4.2.1PIC振蕩頻率電路單片機(jī)振蕩電路和整體系統(tǒng)的工作速度有著直接的關(guān)系，就像同步/異步串行輸出、定時(shí)器等，都和振蕩頻率有關(guān)，不同系列的單片機(jī)有著不一樣的振蕩頻率，根據(jù)產(chǎn)品資料手冊(cè)，PIC16F877的振蕩頻率最高可以達(dá)到20MHz；在圖4-2中，振蕩電路接于Pin13（OSC1/CLKIN）和Pin14（OSC2/CLKOUT），而振蕩電路有以下的四種形式：LP：使用低功率振蕩晶體（LowPowerCrystal）XT：使用振蕩器/諧振器（Crystal/Resonator）HS：使用高速振蕩器（HighSpeedCrystal/Resonator）RC：使用電阻/電容（Resister/Capacitor）一般常用的單片機(jī)振蕩源是振蕩晶體或者是諧振器，外接電路和PIC內(nèi)部電路4-2所示。圖中電容C1和C2的規(guī)格大小是根據(jù)Crystal或者Resonator而有所不同的。圖4-2振蕩源電路圖4.2.2外加電源與重置電路PIC16F877的工作電壓為5V，鏈接Pin11和Pin32，Pin12和Pin31為地線接腳；重置電路連接Pin1，按下Reset后，內(nèi)部指令重頭開始執(zhí)行，系統(tǒng)重新運(yùn)作。其電路如圖4-3所示：圖4-3電源與重置電路4.2.3輸入輸出接口PIC16F877除了上述基本的電路所占用的7支接腳以外，剩下的33支接腳都可以當(dāng)成輸出、輸入接腳，輸出輸入端口是單片機(jī)的基本界面，它可以和周邊的電路進(jìn)行電路控制和信號(hào)傳輸與檢測(cè)。PIC是8位的單片機(jī)，用接腳的特性來分組，每一組都要盡量湊滿8支接腳，并且要將I/O命名為PORTA（RA0-RA5）、PORTB（RB0-RB7）、PORTC(RC0-RC7)、PORTD（RD0-RD7）還有PORTE（RE0-RE2）等，各個(gè)分組的接口特性說明如下：PORTA：PIC16F877的PORTA一共有6個(gè)位(RA0-RA5）,PORTA的接腳可以用來當(dāng)成數(shù)字輸出輸入端口，然而當(dāng)系統(tǒng)重置以后，PORTA就會(huì)自動(dòng)的成為模擬輸入狀態(tài)，就可以讀取模擬輸入信號(hào)。PORTB：PORTB一共有8個(gè)位（RB0-RB7），可以用來撰寫程序規(guī)劃輸入輸出的方向和狀態(tài)，其中，當(dāng)他要進(jìn)行燒錄的時(shí)候，會(huì)用到3支接腳，分別是Pin36（RB3/PGM）、Pin39（RB6/PGC）和Pin40（RB7/PGD）。PORTC：PORTC一共有8個(gè)位（RC0-RC7），其中除了可以用來當(dāng)成數(shù)位I/O外，還和一些有特殊功能的周邊電路共享接腳，就像CCP（直流馬達(dá)控制）、I2C、SPI（同步串行輸入電路）、UART（異步串行傳輸電路）等等。PORTD：PORTD一共有8個(gè)位（RD0-RD7），可以作為一般數(shù)字I/O，并且和PSP（ParallelSlavePort）并列傳輸接口共享。當(dāng)整體系統(tǒng)需要多單片機(jī)時(shí)，彼此就可以經(jīng)由并列傳輸接口來快速傳送資料。PORTE：PORTE一共有3個(gè)位（RE0-RE2），PORTE的Pin8、9、10有三種功能，除了最基本的I/O功能外，還有模擬輸入功能，而上述PORTD的并列傳輸接口設(shè)定所需要的控制接腳，如/RD、/WR、/CS等，也是屬于PORTE接腳。4.3Boost（StepUp）升壓電路Boost電路的原理圖如下圖4-4所示：圖4-4Boost電路Boost電路就是升壓電路，在Q1導(dǎo)通的時(shí)候，能量就會(huì)從輸入電源流入并且儲(chǔ)存在電感L1中，此時(shí)二極管D1會(huì)反偏，負(fù)載由濾波電容C1供給能量，把儲(chǔ)存在C1中的電能釋放出來給負(fù)載R1上。當(dāng)Q1截止的時(shí)候，電感L1中的電流不會(huì)發(fā)生突變，這時(shí)候二極管D1就會(huì)導(dǎo)通，電感中儲(chǔ)存的能量就會(huì)經(jīng)二極管D1流入電容C1中，并供給負(fù)載R1。因?yàn)殡姼杏蟹肫胶?，即在一個(gè)周期內(nèi)電感的伏秒乘積和為零。假如Q1導(dǎo)通時(shí)間Ton越大，那么Q1在截止的時(shí)候提供給負(fù)載的電壓就會(huì)越大。下面會(huì)通過具體的計(jì)算來進(jìn)一步說明：根據(jù)伏秒平衡有下式（4-1）、（4-2）：V1Ton=(V0-V1)Toff（4-1）V0=V1(Ton+Toff)/Toff=V1T/(T-DT)=V1/(1-D)（4-2）式中Ton是開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，Toff是開關(guān)的截止時(shí)間；開關(guān)管的工作周期是T，占空比為D，D=Ton/T。通過改變占空比我們就可以獲得自己所需要的電壓，并且由于D總是比1小的，故Vo也是一定大于V1，這樣我們就會(huì)很好的理解為什么Boost電路可以實(shí)現(xiàn)升壓的功能了。第5章軟件設(shè)計(jì)5.1主程序設(shè)計(jì)流程圖主程序設(shè)計(jì)圖如圖5-1所示：圖5-1主程序設(shè)計(jì)流程圖本設(shè)計(jì)通過A/D對(duì)輸出的電壓、電流信號(hào)就行采樣，并且通過液晶屏顯示電壓、電流的數(shù)值。按照閉環(huán)控制的原理來維持輸出電壓的穩(wěn)定，在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID的增量算法，對(duì)PWM的占空比進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，以確保在輸入電流、電壓改變或者負(fù)載改變過程中輸出電壓的恒定。同時(shí)，通過鍵盤輸入所需的幅值來實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。中斷服務(wù)程序流程圖如圖5-2：圖5-2中斷服務(wù)流程圖單片機(jī)在主程序中通過掃描鍵盤獲取輸入得鍵值，從而就可以得到輸出電壓的指令值。通過定時(shí)器中斷對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采樣，根據(jù)電壓采樣數(shù)據(jù)對(duì)輸出的電壓進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。PID調(diào)節(jié)器控制FPGA產(chǎn)生PWM信號(hào)的占空比，從而維持輸出電壓的恒定。第6章系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果6.1系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試使用的主要儀器有：UNI-T標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)字萬用表；DS5062CA60MHz雙通道數(shù)字示波器；DF1731SBAB可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；PAK20-18A電壓源；EUC-300D電子負(fù)載；TDGC2-1自耦調(diào)壓器。調(diào)試采用自上而下、模塊化調(diào)試的方法，將系統(tǒng)分成輔助電源、DC/DC變換電路、線性調(diào)整電路和數(shù)字電路進(jìn)行分塊調(diào)試，然后聯(lián)調(diào)，提高調(diào)試效率。6.2結(jié)果6.2.1電壓調(diào)整率測(cè)試方法：在Io=2A時(shí)，通過調(diào)整自耦變壓器改變U2，測(cè)量Uo的值（表6-1）。U2/V15.317.018.921.1Uo/V36.636.0135.9835.97表6-1測(cè)量結(jié)果由以上的測(cè)試結(jié)果可以算出，系統(tǒng)的電壓調(diào)整率達(dá)到了0.17%。6.2.2負(fù)載調(diào)整率測(cè)試方法：在U2=18V時(shí)，改變負(fù)載大小，測(cè)量Uo的值（表6-2）。Io/A012Uo/V36.0135.9935.97表6-2測(cè)量結(jié)果由以上測(cè)試結(jié)果可以計(jì)算出，系統(tǒng)的負(fù)載調(diào)整率達(dá)到0.11%。6.2.3效率測(cè)試方法：在、、時(shí)，通過測(cè)量、、、后計(jì)算得到。通過對(duì)輸入/輸出電壓、電流的測(cè)試，整個(gè)系統(tǒng)的效率為85.5%，略低于理論計(jì)算結(jié)果。原因是開關(guān)電源中損耗計(jì)算復(fù)雜，而且采用簡(jiǎn)化公式計(jì)算，引起計(jì)算偏差；系統(tǒng)功能較多，控制系統(tǒng)復(fù)雜，消耗一定功率。因此，可以通過降低控制電路、調(diào)整管、整流二極管的能耗來提高整機(jī)效率。6.2.4保護(hù)功能測(cè)試測(cè)試方法：采用電子負(fù)載，逐漸加大負(fù)載電流，記下過流保護(hù)動(dòng)作電流為2.510A，此時(shí)繼續(xù)加大負(fù)載電流，輸出電壓自動(dòng)下降，電流變化范圍不超過50mA。結(jié)論畢業(yè)設(shè)計(jì)是每個(gè)大學(xué)生必須經(jīng)歷的一關(guān)難題，這也是為了檢驗(yàn)我四年來所學(xué)到的一些東西。大一大二的時(shí)候，我們所學(xué)的高數(shù)，英語等也是為了我們后面學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)打基礎(chǔ)。后面所學(xué)的電路、模電、數(shù)電等一些理論知識(shí)在我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)中充分顯示了我們對(duì)它們的掌握程度，也讓我明白了想要做好畢業(yè)設(shè)計(jì)，自己所學(xué)會(huì)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。而且以前學(xué)習(xí)的都是理論知識(shí)，現(xiàn)在要做的就是把以前學(xué)習(xí)的理論知識(shí)結(jié)合起來，擺脫了單純學(xué)習(xí)理論的狀態(tài)。綜合了大三所學(xué)的電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、C語言等課程，用來解決設(shè)計(jì)中存在的問題，同時(shí)也提高了我辦公軟件的使用、格式的規(guī)范設(shè)計(jì)以及各種專業(yè)軟件使用的能力。本設(shè)計(jì)主要包括以下幾方面：(1)本系統(tǒng)采用Boost變換電路與線性調(diào)整電路相結(jié)合的穩(wěn)壓電路，完成了開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，通過電壓控制回路和電流控制回路閉環(huán)調(diào)整輸出電壓，當(dāng)輸出電壓在15~21V范圍變化時(shí)，輸出電壓30~40V可調(diào)，電流0~2.5A可調(diào)，電壓紋波≤100mV，電壓調(diào)整率017%，負(fù)載調(diào)整率0.11%，系統(tǒng)效率85.5%，達(dá)到了題目的基本要求，基本滿足發(fā)揮部分的要求。(2)系統(tǒng)采用了“軟啟動(dòng)”、“恒壓差控制技術(shù)”、并采用反激開關(guān)電源為控制電路供電。以PIC單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了電壓，電流監(jiān)測(cè)和溫度保護(hù)功能，使用了液晶顯示屏，并可以通過PC機(jī)顯示負(fù)載電壓，電流波形，系統(tǒng)功能完善，穩(wěn)定可靠，使用方便。(3)通過調(diào)整控制環(huán)節(jié)的參數(shù)可進(jìn)一步提高負(fù)載調(diào)整率。調(diào)整控制環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，并在前級(jí)采用LC濾波抑制直流電壓的波動(dòng)可以進(jìn)一步降低紋波。采用軟開關(guān)、同步整流、無損緩沖、電感優(yōu)化及損耗合理分配等技術(shù)可以進(jìn)一步提高效率。總之，通過這一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了很多，也讓我明白了想要做好一件事，知識(shí)的掌握程度是多么重要。大學(xué)四年的學(xué)習(xí)可以說是在最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了充分的體現(xiàn)，通過它讓我掌握了很多軟件的使用，包括辦公軟件的使用。也通過這次設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我的動(dòng)手能力提升了我上網(wǎng)和去圖書館查閱資料的欲望。在對(duì)于程序方面，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我明白計(jì)算機(jī)二級(jí)沒有白考，使我在程序應(yīng)用與編寫方面更加容易了一點(diǎn)。不管怎樣，畢業(yè)設(shè)計(jì)總算弄完了，做的好與壞都是自己這段時(shí)間辛苦奮斗出來的，畢業(yè)后再回想起這段廢寢忘食的經(jīng)歷，也是會(huì)很開心的。參考文獻(xiàn)[1]袁慶龍，候文義．Ni-P合金鍍層組織形貌及顯微硬度研究［J］．太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，32（1）：51-53.[2]

劉國(guó)鈞，王連成．圖書館史研究［M］．北京：高等教育出版社，1979：15-18．[3]孫品一．高校學(xué)報(bào)編輯工作現(xiàn)代化特征［C］．中國(guó)高等學(xué)校自然科學(xué)學(xué)報(bào)研究會(huì)．科技編輯學(xué)論文集（2）．北京：北京師范大學(xué)出版社，1998：10-22．[4]張和生．地質(zhì)力學(xué)系統(tǒng)理論［D］．太原：太原理工大學(xué)，1998．[5]馮西橋．核反應(yīng)堆壓力容器的LBB分析［R］.北京：清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，1997．[6]姜錫洲．一種溫?zé)嵬夥笏幹苽浞桨福跴］．中國(guó)專利：881056078，1983-08-12．[7]GB/T16159—1996，漢語拼音正詞法基本規(guī)則［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996．[8]謝希德．創(chuàng)造學(xué)習(xí)的思路[N]．人民日?qǐng)?bào)，1998-12-25（10）．[9]王明亮．中國(guó)學(xué)術(shù)期刊標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)工程的［EB/OL］．/pub/wml.txt/980810-2.html,1998-08-16/1998-10-04． 致謝畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)的一個(gè)檢驗(yàn)，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我重新掌握了之前所學(xué)習(xí)的一些理論知識(shí)，但是光是理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要有自己親自動(dòng)手才可以感受它的難易程度。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，最要感謝的便是我的導(dǎo)師xxxx副教授，她的鼓勵(lì)和細(xì)心教導(dǎo)下，讓我對(duì)本來很陌生的課題從不知道如何下手，到敢于動(dòng)手去完成它，在這個(gè)過程中除了老師的教導(dǎo)以外，還要感謝我的室友我的同學(xué)，他們的幫忙讓我加快了完成課題的速度。當(dāng)然畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成，按時(shí)交差，我們的導(dǎo)師xxxx副教授是最辛苦的，她要很早提醒我們完成這一系列的事，而且每個(gè)人有什么錯(cuò)誤，她都會(huì)一對(duì)一耐心指導(dǎo)，考慮我們有些人去參加實(shí)習(xí)不能在學(xué)校接受她的指導(dǎo)，她也會(huì)在網(wǎng)上對(duì)我們耐心指導(dǎo)。而且老師的樂觀態(tài)度是我最值得學(xué)習(xí)的地方，我們害怕完成不了，害怕完成不好，但是老師都會(huì)鼓勵(lì)我們，而且會(huì)給我們力量，讓我們覺得只要有她在，不會(huì)出現(xiàn)太大的錯(cuò)誤。正因?yàn)槔蠋煹膽B(tài)度，這讓我對(duì)我自己的課題多了幾分信心。最后，我要感謝我大學(xué)生活中所有帶給我歡樂，和支持鼓勵(lì)我?guī)椭^我的人，有了他們，才讓我的大學(xué)生活多姿多彩，也要感謝那些帶給我不愉快的人，正因?yàn)樗麄儯抛屛也粩嗟某砷L(zhǎng)。在最后的這段時(shí)間，特別感謝我的導(dǎo)師，有了她，讓我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，順利等待畢業(yè)。真誠的感謝她，祝愿她可以天天開心，永遠(yuǎn)保持這種樂觀的態(tài)度，永遠(yuǎn)年輕漂亮！學(xué)生簽名：日期：xxxx本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE29附錄1硬件電路原理圖附錄2源程序(1)匯編語言程序源代碼ORG00HSQU_KBITP3.4SAW_KBITP3.5TRI_KBITP3.6SIN_KBITP3.7SQU_LBITP1.0SAW_LBITP1.1TRI_LBITP1.2SIN_LBITP1.3START:MOVP1,#0FFHMOVP2,#0FFHMOVP3,#0FFHMOVDPTR,#SIN_TABMAIN:MOVP0,#00HJNBSQU_K,S1SETBSQU_LJNBSAW_K,S2SETBSAW_LJNBTRI_K,S3SETBTRI_LJNBSIN_K,S4SETBSIN_LSJMPMAINS1:CLRSQU_LLCALLSQUARESJMPMAINS2:CLRSAW_LLCALLSAWTOOTHSJMPMAINS3:CLRTRI_LLCALLTRIANGSJMPMAINS4:CLRSIN_LLCALLSINWAVESJMPMAINSQUARE:MOVR0,#00HJ11:MOVP0,#0FFHMOVP2,#0FFHMOVA,P2CPLAMOVR3,AL11:DECR3CJNER3,#255,L11INCR0INCR0CJNER0,#254,J11MOVR0,#00HJ12:MOVP0,#00HMOVP2,#0FFHMOVA,P2CPLAMOVR3,AL12:DECR3CJNER3,#255,L12INCR0INCR0CJNER0,#254,J12MOVR0,#00HRETSAWTOOTH:CLRAMOVR7,AJ21:MOVP0,R7MOVP2,#0FFHMOVA,P2CPLAMOVR3,AL21:DECR3CJNER3,#255,L21INCR7CJNER7,#255,L21RETTRIANG:MOVR7,#00HJ31:MOVP0,R7MOVP2,#0FFHMOVA,P2CPLAMOVR3,AL31:DECR3CJNER3,#255,L31INCR7INCR7CJNER7,#254,J31J32:MOVP0,R7MOVP2,#0FFHMOVA,P2CPLAMOVR3,AL32:DECR3CJNER3,#255,L32DECR7DECR7CJNER7,#00,J32RETSINWAVE:MOVR0,#00HK41:MOVA,R0MOVCA,@A+DPTRMOVP0,AINCR0MOVP2,#0FFHMOVA,P2CPLAMOVR3,AL41:DECR3CJNER3,#255,L41CJNER0,#92,K41K42:DECR0MOVA,R0MOVCA,@A+DPTRMOVP0,AMOVP2,#0FFHMOVA,P2CPLAMOVR3,AL42:DECR3CJNER3,#255,L42CJNER0,#0,K42RETSIN_TAB:DB0,0,0,0DB1,1,2,3,4,5,6,8DB9,11,13,15,17,19,22,24DB27,30,33,36,39,42,46,49DB53,56,60,64,68,72,76,80DB84,88,92,97,101,105,110,114DB119,123,128,132,136,141,145,150DB154,158,163,167,171,175,179,183DB187,191,195,199,202,206,209,213DB216,219,222,225,228,231,233,236DB238,240,242,244,246,247,249,250DB251,252,253,254,254,255,255,255END（2）C語言程序源代碼//****************************************************************//包含文件，端口定義，程序開始//****************************************************************#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitSQU_K=P3^4;sbitSAW_K=P3^5;sbitTRI_K=P3^6;sbitSIN_K=P3^7;sbitSQU_L=P1^0;sbitSAW_L=P1^1;sbitTRI_L=P1^2;sbitSIN_L=P1^3;sbitINTad=P3^3;sbitCS=P3^0;//使能端sbitW_R=P3^2;//寫端口sbitR_D=P3^1;//讀端口ucharcodesin_tab[]={0,0,0,0,1,1,2,3,4,5,6,8,9,11,13,15,17,19,22,24,27,30,33,36,39,42,46,49,53,56,60,64,68,72,76,80,84,88,92,97,101,105,110,114,119,123,128,132,136,141,145,150,154,158,163,167,171,175,179,183,187,191,195,199,202,206,209,213,216,219,222,225,228,231,233,236,238,240,242,244,246,247,249,250,251,252,253,254,254,255,255,255};//****************************************************************//延時(shí)函數(shù)//**************************************************************