下載可編輯數(shù)控直流開關(guān)電源的設(shè)計(jì).專業(yè).整理.下載可編輯數(shù)控直流開關(guān)電源的設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)是根據(jù)單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于開關(guān)穩(wěn)壓電源的方法和原理，將單片機(jī)數(shù)字控制技術(shù)，有機(jī)地融入直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)出一款可調(diào)穩(wěn)壓輸出的直流開關(guān)電源。開關(guān)電源采用 DC—DC全橋式電路，控制電路采用STC12C5A60S2的單片機(jī)，由模擬控制芯片KA7500B產(chǎn)生PWM信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)DC—DC開關(guān)管的控制，實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定輸出，通過鍵盤來設(shè)置電源的輸出電壓，并能夠通過液晶直觀地顯示出電壓。該設(shè)計(jì)分析了各個(gè)模塊電路和整機(jī)的工作原理，給出了整機(jī)工作的硬件實(shí)現(xiàn)和主要的軟件流程設(shè)計(jì)。具有電壓輸出圍寬、電流過流設(shè)定保護(hù)、短路自動(dòng)恢復(fù)、連續(xù)可變的電壓功能，電壓輸出調(diào)節(jié)圍為24.0~40.0V，電流輸出最大為2.0A,步進(jìn)電壓0.1V。關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源; 單片機(jī);PWM.專業(yè).整理.下載可編輯ThedesignofnumericalcontroldcregulatedpowersupplyABSTRACTThisdesignisbasedonsingle-chipmicrocomputercontrolsystemisappliedtothemethodandprincipleofaswitchingpowersupply,digitalcontroltechnology,willbeorganicallyintegratedintothedesignofdcregulatedpowersupply,designedaadjustableoutputvoltagedcswitchingpowersupply.SwitchingpowersupplywithDC-DCfullbridgecircuit,controlcircuitadoptsSTC12C5A60S2MCU,PWMsignalgeneratedbythesimulationcontrolchipKA7500BbydrivingcircuitcontrolsystemfortheDC-DCswitchtube,realizethestableoutputvoltage,throughthekeyboardtosettheoutputvoltageofpowersupply,andcanshowvisuallythroughtheLCDvoltage.Thedesignandanalysistheeachmodulecircuitandworkingprincipleofthemachine,themachineworkonhardwareimplementationisgivenandthemainsoftwareprocessdesign.HasAwiderangeofoutputvoltageandovercurrentprotection,shortcircuitcurrentautomaticrecovery,continuousvariablevoltagefunction,theoutputvoltagerangeof24.0~40.0V,2.0Amaximumoutputcurrent,thestepvoltageof0.1V.Keywords:DCregulatedpowersupply;Singlechipmicrocomputer;PWM.專業(yè).整理.下載可編輯.專業(yè).整理.下載可編輯目 錄錯(cuò)誤!未指定書簽。1.1研究背景及意義 ........................... 錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。3.3單片機(jī)的設(shè)計(jì) 10錯(cuò)誤!未指定書簽。 晶振電路............................ 錯(cuò)誤!未指定書簽。錯(cuò)誤!未指定書簽。0錯(cuò)誤!未指定書簽。1錯(cuò)誤!未指定書簽。1錯(cuò)誤!未指定書簽。1錯(cuò)誤!未指定書簽。2錯(cuò)誤!未指定書簽。2.專業(yè).整理.下載可編輯錯(cuò)誤!未指定書簽。3錯(cuò)誤!未指定書簽。3錯(cuò)誤!未指定書簽。4錯(cuò)誤!未指定書簽。5錯(cuò)誤!未指定書簽。5錯(cuò)誤!未指定書簽。5錯(cuò)誤!未指定書簽。6錯(cuò)誤!未指定書簽。8錯(cuò)誤!未指定書簽。9錯(cuò)誤!未指定書簽。0錯(cuò)誤!未指定書簽。2.專業(yè).整理.下載可編輯一、緒論1.1研究背景與意義隨著科學(xué)的高速發(fā)展，電子產(chǎn)品與我們的生活息息相關(guān)。任何跟電子有關(guān)的，都會(huì)需要電源的支撐，隨著信息化的普及，在 90年代，所謂的開關(guān)電源逐漸進(jìn)入我們的視線，比方各類各樣的電子設(shè)施。對(duì)于開關(guān)電源我的理解是一個(gè)便于攜帶并且體積小的一個(gè)電源。開關(guān)電源的出現(xiàn)給線性電源帶來了巨大的沖擊，沒辦法，畢竟時(shí)代在進(jìn)步，我們的科技水平也在進(jìn)步，所以更加先進(jìn)、更加可靠、更有效率的開關(guān)電源慢慢的出現(xiàn)在世人的眼中。也是逐漸取代線性電源的一個(gè)產(chǎn)品，可以說在未來的任何行業(yè)中都會(huì)有開關(guān)電源的影子，它現(xiàn)在已經(jīng)占據(jù)了很大的一部分市場并且這些市場也都在廣泛的使用開關(guān)電源。尤其表現(xiàn)在電子信息產(chǎn)業(yè)，畢竟這個(gè)行業(yè)需要這樣的電源，他們制作的東西越來越便于攜帶、效率越來越高。所以線性電源也隨之被取代。當(dāng)然在今天還是有一部分的電子產(chǎn)品中的電源依舊沒有被取代，但是在不久的將來，我相信開關(guān)電源將會(huì)在整個(gè)市場出現(xiàn)。以及信息類、 電子產(chǎn)品的各種電源等都已經(jīng)開始普遍地應(yīng)用 開關(guān)電源 ，這越發(fā)的使開關(guān)電源這方面得到了很好的發(fā)展。該電源采用的是由單片機(jī)開控制電源部的開關(guān)管的導(dǎo)通以及斷開的時(shí)間，從而保證可以輸出一個(gè)不變的電壓，它是由 PWM和金氧半場效晶體管組成。開關(guān)電源越來越普及，也越來越精簡，功能也越來越全面，所以他很快便普及了各個(gè)行業(yè)。交換式電源比普通線性電源的體積小，更輕便化，并且便于攜帶。開關(guān)電源是應(yīng)用于 各行各業(yè)獨(dú)特的一個(gè)電子設(shè)備。它的優(yōu)勢(shì)是變換的效率很高、易攜帶、精準(zhǔn)、快速等，很多領(lǐng)域都代替了線性電源。并快速向大功率開發(fā)并推進(jìn)，在此基礎(chǔ)上代替了晶閘管相控整流電源。所以說該電源當(dāng)前以中、小電子裝置的普遍技術(shù)。在今后的發(fā)展過程中，該電源在環(huán)境已經(jīng)能源問題上的運(yùn)用都有特別的貢獻(xiàn)。此應(yīng)用中的電力電子器件主要都有二極管、金氧半場效晶體管以及絕緣柵雙極型晶體管。SCR在開關(guān)電源輸入整流電路和軟啟動(dòng)電路中都有少量的應(yīng)用，由于GTR驅(qū)動(dòng)困難，開關(guān)頻率低，所以逐漸被IGBT和MOSFET取代。如今的社會(huì)發(fā)展以及科技的發(fā)展都是進(jìn)步之快，電源產(chǎn)業(yè)也需要像開關(guān)電源這樣的可靠性好的電源.專業(yè).整理.下載可編輯來支撐，所以該電源的問世也是向世界宣稱，世界正在走向一個(gè)智能化的時(shí)代，以前笨重切效率不高的產(chǎn)品將要淘汰。替代他們的將是不斷創(chuàng)新，不斷完善的科技新產(chǎn)品，正所謂適者生存，這個(gè)道理同樣在電子產(chǎn)品中適用。所以電源的不斷創(chuàng)新，也正因?yàn)樗奶攸c(diǎn)，也是在當(dāng)今的電子產(chǎn)品行業(yè)得到很大的立足。單單從分類來說開關(guān)電源都已經(jīng)領(lǐng)先線性電源很多了，畢竟種類繁多，然而線性電源呢，單一并不可靠。種類繁多進(jìn)而能夠促使這個(gè)發(fā)展的更快，也正因?yàn)檫@個(gè)運(yùn)用的廣泛所以才會(huì)出現(xiàn)多種的開關(guān)電源。所以在我們今后的發(fā)展道路上，應(yīng)該多去研究下這方面。畢竟開關(guān)電源是現(xiàn)在世界的主流1.2國外發(fā)展現(xiàn)狀 國現(xiàn)狀我國的開關(guān)電源研制工作 最初在 60年代初期，中期則開始運(yùn)用，70年代的時(shí)候得到了進(jìn)一步的發(fā)展。 74年的時(shí)候成功的研制出 開關(guān)凈化穩(wěn)壓電源。國的的電源產(chǎn)業(yè)是60年代中期逐步開始，到90年代，隨著電子設(shè)備的逐步完善，從而也對(duì)系統(tǒng)效率的要求也很高，所以開關(guān)電源的發(fā)展方向也逐步開始智能化。我國的科技水平雖然在世界方面處于領(lǐng)先的一個(gè)地位，但是與一些發(fā)達(dá)的國家相比的話，那我們的水平還是有很大的不足，但是我們也在不斷的進(jìn)步，并且是以一個(gè)飛速發(fā)展來形容都不為過，畢竟沒有那個(gè)國家能在這么短的時(shí)間發(fā)展的這么迅速，從一個(gè)半殖民地的國家，到現(xiàn)在成為一個(gè)發(fā)展中的國家。目前世界上中國是唯一的一個(gè)特例。所以在任何的領(lǐng)域我們都是以一個(gè)高速發(fā)展的角色進(jìn)入，當(dāng)然我堅(jiān)信在開關(guān)電源這方面我們一定能夠成為領(lǐng)先的一塊。因?yàn)槲覀儑也蝗比瞬?，并且我們國家的人員很多，在電子產(chǎn)品的消耗中我們比任何國家都多的多，所以我們需要不斷的創(chuàng)新，不斷的去制造更加適合人們使用的開關(guān)電源。只有這樣我們的生活才能更好，我們的電子產(chǎn)品也能得到很好的推廣。開關(guān)電源也算是一個(gè)帶動(dòng)一個(gè)行業(yè)發(fā)展的產(chǎn)品，無論從經(jīng)濟(jì)還是從學(xué)術(shù)的方面來說，我們都需要在開關(guān)電源方面等到一個(gè)更大的 突破。電源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期。一方面，電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模在擴(kuò)大；另一方面，我國的在這方面的也開始有了重點(diǎn)的研發(fā)。重點(diǎn)為一下部分，一方面是從吸收消化上，另一方面是從跟蹤發(fā)展到前沿跟蹤上，.專業(yè).整理.下載可編輯還有一方面是在基礎(chǔ)創(chuàng)新上，我國在該產(chǎn)業(yè)方面也研究出一批帶有國際性的成果及其先進(jìn)的產(chǎn)品。我國開展了許多的課題，也在技術(shù)方面跟國際接軌，并且很有創(chuàng)新。我國與其他國家相比較，在該產(chǎn)業(yè)中，還是有很大的缺陷以及達(dá)不到人家那邊的標(biāo)準(zhǔn)：比如在產(chǎn)品的性能、制造等明顯有十五年的不足，尤其在某方面尤為突出，例如：直流恒流的網(wǎng)絡(luò)化等明顯做的工作還是不夠。到現(xiàn)在我國在這上面表現(xiàn)最多學(xué)校是華工大以及科大，該兩所大學(xué)主要進(jìn)行CED的使用以及學(xué)習(xí)等方面，從而達(dá)到數(shù)控。國需要更多的大學(xué)去對(duì)這方面進(jìn)行研究，畢竟是一個(gè)智能化的時(shí)代。 國外發(fā)展?fàn)顩r55年羅那研究出了晶體管直流 變換器。當(dāng)時(shí)那個(gè)時(shí)代是一個(gè)再這方面是迅速發(fā)展的美國科學(xué)家 時(shí)期，也是晶體管出現(xiàn)的年月，它的誕生使得直流能整流、濾波后輸入，不用再重復(fù)的進(jìn)行工頻這一步驟，也使得它的領(lǐng)域越來越大，并在此程度上大大的提高了降壓變壓器開關(guān)電源的研究以及產(chǎn)生。這樣的一個(gè)變壓器你們會(huì)選擇使用么，答案顯而易見，所以以往的工頻變壓器都不用了，然后我們得到了方便、快捷以及又使用的電源。我國在該產(chǎn)業(yè)方面的能力還是很欠缺的，尤其像美國這樣的國家，我們是無法比擬的，該產(chǎn)品中，我們所生產(chǎn)的產(chǎn)品無法與那些國家相比， 他們可以使那些功能很完善，而我們并不能做到這一點(diǎn)，我們需要進(jìn)一步的去研究，去創(chuàng)新，從而減少這種差距。所有的產(chǎn)品都在走向一個(gè)智能化的方向發(fā)展，包括電源。開關(guān)電源的問世就是這個(gè)意思，來告訴大家，在當(dāng)今這個(gè)社會(huì)，任何國家都在進(jìn)步，尤其在制造業(yè)，該產(chǎn)業(yè)的智能化我們還是有明顯的不足，在這個(gè)快速發(fā)展的世界，我們面臨很多競爭跟問題，我們需要客服這些困難，去挑戰(zhàn)自己，才能有所進(jìn)步有所創(chuàng)新。隨著國外各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，在70年代以后，與這種技術(shù)相關(guān)的各種高科技電子電氣產(chǎn)品不斷地研制和生產(chǎn)出來，其中具有代表性元件，使該電源取得了快速的進(jìn)步。而且在人們的生活中被普遍的應(yīng)用，在很多領(lǐng)域都有該產(chǎn)品的運(yùn)用。尤其表現(xiàn)在電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在該產(chǎn)品中使用的有太多太多了。所以該領(lǐng)域的研究及其發(fā)展還是有很大的空間。不得不說國外在任何行業(yè)都是有很大領(lǐng)先，他們?cè)趯?duì)開關(guān)電源不斷的研究改進(jìn)中。使得人們能夠用到更準(zhǔn)確、更有效率的開關(guān)電源。所以開關(guān)電源在各個(gè)行業(yè)的地位顯而易見，國外的開關(guān)電源畢竟發(fā)展的時(shí)間比國要早，雖說科學(xué)的領(lǐng).專業(yè).整理.下載可編輯域是無國界的，但是我們都希望自己本國的科學(xué)家能夠研制出最新型的開關(guān)電源，使其在行業(yè)中得到更多的認(rèn)可。所以開關(guān)電源必將取代古老的線性電源，無論是國還是國外。這將是必然的事情。1.3設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及要求在本設(shè)計(jì)中我們采用單片機(jī)控制直流開關(guān)電源并非芯片控制，從而能夠更加簡單的達(dá)到一些功能，然而現(xiàn)在更多采用的都是 單片機(jī)的控制，比如：實(shí)現(xiàn)電壓的輸出范圍寬、短路自動(dòng)回復(fù)等。輸出電壓可調(diào)圍： 24~40V；最大輸出電流：2A；輸出噪聲紋聲電壓峰-峰值小于等于 1V；DC-DC變換器的效率大于；步進(jìn)值為0.1V；具有過流保護(hù)的功能，動(dòng)作電流IO（th）70%=2.5±0.2。1.4設(shè)計(jì)組織結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)中我們最先 介紹了開關(guān)電源的背景意義，以及他們的 發(fā)展前景和國外的情況；然后進(jìn)行總體方案的選擇與論證，接著對(duì)硬件電路部分一一進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，給出設(shè)計(jì)流程圖；最后對(duì)本設(shè)計(jì)的工作做了進(jìn)一步的總結(jié)并給我本次設(shè)計(jì)我所 得出的結(jié)論。.專業(yè).整理.下載可編輯二、方案設(shè)計(jì)及論證2.1方案設(shè)計(jì)圖2.1所示為數(shù)控直流開關(guān)電源原理框圖。220V的交流電壓經(jīng)過交流濾波器，濾去諧波，補(bǔ)償消耗的無功功率，然后經(jīng)過整流濾波電路將交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?。在本設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的一步便是將 直流電路（DC）轉(zhuǎn)換成另一固定電壓或電壓可調(diào)的直流電能的DC-DC變換電路，該電路的基本原理是控制IGBT的導(dǎo)通和截止，將 直流變?yōu)楦哳l交流 來變壓，從而使得原本的高電壓轉(zhuǎn)換成我們負(fù)載所利用的電壓。電壓、電流取樣模塊將檢測(cè)的負(fù)載電流電壓送給單片機(jī)，單片機(jī)控制輸出 PWM信號(hào)的占空比，以達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目的；通過驅(qū)動(dòng)電路去控制 DC-DC的IGBT開關(guān)管。鍵盤是用來設(shè)置電源輸出電壓的一種按鈕，它便于實(shí)現(xiàn)改變輸出電壓的功能。輸出電壓是由顯示器來顯示的。圖2.1 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源原理框圖2.2DC-DC變換電路選擇DC-DC變換器的種類有很多，比如單端式，雙端式等。我們本設(shè)計(jì)采用的便是雙端式中的全橋式，因?yàn)檫@種電路能夠獲得較高的功率， 還便于攜帶。它的原理是四個(gè)開關(guān)管分為兩組其中兩個(gè)為一組，這兩組開關(guān)管分別控制電路的導(dǎo)通與斷開，并且在兩組開關(guān)管之間還有一個(gè)變壓器。這樣大大提高了.專業(yè).整理.下載可編輯整個(gè)電路的輸出功率，畢竟兩組開關(guān)管交替控制，要比一個(gè)開關(guān)管控制的好很多，效率也很大。不像推挽式的開關(guān)電源，只有一個(gè)開關(guān)管控制，達(dá)不到兩個(gè)控制同時(shí)串通的可能性。并且，對(duì)于電路中各個(gè)器件都要求很高的耐壓值，為了使我們能在用更少的器件做更多的開關(guān)電源所以我們選擇全橋式的方式來做本設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)使用脈沖寬頻調(diào)制 （PWM）方式，脈沖周期恒定，通過改變高低脈沖電壓寬度的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓[4]。脈寬調(diào)制方式 可以使開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間隨著負(fù)載電流 的下跌而減小，從而降低開關(guān)損耗 ，提高效率。2.3單片機(jī)選擇主控電路選擇的是單片機(jī)控制電路，為了減少外圍電路元件，所以選用含有PWM功能的專用芯片，又因?yàn)槲覀冇须妷?電流檢測(cè)電路，因?yàn)樵谖覀儽驹O(shè)計(jì)中的電路所得到的信號(hào)都為模擬信號(hào)， 所以我們需要一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換部分，為了使電路更加簡單快捷，便于操作，所以我們選擇了宏晶科技生產(chǎn)的 STC系列中的單片機(jī)，并且具有數(shù)模轉(zhuǎn)換部分，而且內(nèi)部有STC12C5A60S2MAX810專用復(fù)位電路 。因此選擇該單片機(jī)。.專業(yè).整理.下載可編輯圖2.2STC12C5A60引腳圖2.4驅(qū)動(dòng)電路選擇KA7500B是一個(gè)頻繁用于高壓電路中的電壓驅(qū)動(dòng)型脈寬調(diào)制器，它在此領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是直插式的封裝。在該芯片部總共有兩種方式，這兩種方式對(duì)于驅(qū)動(dòng)的選擇尤為重要，也是別人選擇該芯片作為驅(qū)動(dòng)的重要原因。該芯片工作頻率圍：1KHZ至300KHZ。它包含了開關(guān)電源控制所需的主要功能塊，輸出脈沖寬度是由死區(qū)時(shí)間控制和反饋 PWM比較器輸入兩個(gè)信號(hào)中電平較高的一個(gè)控制，為了使我們的設(shè)計(jì)更加完善，我們?cè)诖穗娐分械玫絻煞N信號(hào)，這兩種是不一樣的，所以我們需要拿他們兩個(gè)來進(jìn)行一個(gè)比較，最后才能完成脈沖看度度的調(diào)節(jié)。因此驅(qū)動(dòng)電路選用 KA7500B電路。2.5顯示器的選擇對(duì)于顯示器的選擇，我們本設(shè)計(jì)采用的是 液晶顯示器來顯示輸出電壓，那么要求必然是方便，從資源的方面來說，消耗越小越好，便于攜帶，因?yàn)槲覀冏罱K需要顯示的是數(shù)字模式，所以我們必須選擇帶有數(shù)字接口的顯示器。.專業(yè).整理.下載可編輯液晶1062液晶顯示器，正好符合我們要求，它體積小便于攜帶，操作沒有那么繁瑣，重點(diǎn)是它帶有數(shù)字式的接口，所以我們選擇 1602液晶顯示器。.專業(yè).整理.下載可編輯三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1濾波整流的設(shè)計(jì)對(duì)于整流電路，首先我們需要知道整流電路在本設(shè)計(jì)中的作用，我們才能夠更加準(zhǔn)確的去選擇一個(gè)合適的整流電路，從而使我們能夠更加有效的完成本次的設(shè)計(jì)。該電路在整個(gè)設(shè)計(jì)中能起到交流變?yōu)橹绷?，因?yàn)槲覀兯拥碾娫词?20V交流電壓，而我們需要得到一個(gè)直流穩(wěn)壓的電源， 所以就需要整流電路來進(jìn)行一個(gè)變換。整流電路的方式有很多種，本設(shè)計(jì)中采用的是橋式整流電路，因?yàn)闃蚴秸麟娐返妮敵鲭妷焊撸C波電壓較?。ㄗ陨黼娐穾淼挠绊懞苄。┑葍?yōu)點(diǎn)。充分利用了該電路的特點(diǎn)來使設(shè)計(jì)更加全面各加可靠。橋式整流電路也是被應(yīng)用很多，它也能是電源變壓器得到充分的利用即提高了利用的效率。為了使輸出的電流更加的平滑，更加的準(zhǔn)確，本設(shè)計(jì)采用了電容濾波器來進(jìn)行濾波，濾除那些對(duì)本設(shè)計(jì)有影響的諧波，如圖 3.1所示。圖3.1電容濾波器電路圖從3.1圖中我們可以清晰的看到電容濾波器的電路是怎么樣連接的，電路中的L1、L2他們的線圈匝數(shù)是相等，它們兩個(gè)的作用是抑制作用。只要有它們兩個(gè)在就會(huì)有很好的抑制作用，因?yàn)樗鼈儍蓚€(gè)能夠產(chǎn)生一個(gè)數(shù)值相當(dāng)大的高阻抗，從而獲得非常好的濾波效果。在本設(shè)計(jì)中我們?cè)谶x擇濾波元件時(shí)，經(jīng)過精準(zhǔn)的計(jì)算我們得，其中 L1和L2均為20mH,C1、C2選擇：0.1-2μF。至于C3、C4為4700pF。這么做選擇能夠更好的抑制噪聲對(duì)本設(shè)計(jì)的干擾，已經(jīng)諧波對(duì)本設(shè)計(jì)的干擾。所以我們通過本電路可以有效的得到濾波。.專業(yè).整理.下載可編輯3.2DC-DC電路的設(shè)計(jì) 原理圖3.2為全橋式原理圖，本部分也是該設(shè)計(jì)的核心容，因?yàn)殚_關(guān)電源的由來就是由DC-DC變換電路來設(shè)計(jì)的，那么我們來看下全橋式電路的原理以及組成。首先在該圖中我們看到擁有4個(gè)控制開關(guān)，并且是并聯(lián)在電路中，也可以說K1和K2為一體K3和K4為一體。這4個(gè)開關(guān)管的作用，當(dāng)整個(gè)電路都在工作的時(shí)候，這四個(gè)開關(guān)管肯定是兩個(gè)接通，兩個(gè)關(guān)斷的。所以能夠得到一個(gè)輪換的工作。這兩組開關(guān)管各控制一個(gè)電橋，從圖中我們可以看出，變壓器的連接方式有點(diǎn)特別，它接在兩個(gè)電橋之間。所以我們成這樣的接線方式為全橋式的開關(guān)電源電路。圖3.2 全橋式原理圖電路圖3.3DC-DC電路圖.專業(yè).整理.下載可編輯 主要參數(shù)計(jì)算方法直流輸出電壓可調(diào)式全 橋開關(guān)電源 變壓器初、次級(jí)線圈匝數(shù) 比的計(jì)算：N32U0(1D)nUiN1式中，N1為變壓器初級(jí)線圈N1或N2繞組的匝數(shù)；N3為變壓器次級(jí)線圈的匝數(shù)；U0為直流輸出電壓；Ui為直流輸入電壓。將上述公式變形得U0 nU12(1 D)可見通過改變占空比，可以改變輸出電壓 U0。當(dāng)占空比越大時(shí)，輸出電壓越大，當(dāng)占空比越小時(shí)，輸出電壓 越小。3.3單片機(jī)的設(shè)計(jì)P1.4-P1.7口用于1602顯示器的驅(qū)動(dòng);P1.0口用于輸出電壓的數(shù)模轉(zhuǎn)換P1.1口用于負(fù)載電流的數(shù)模轉(zhuǎn)換。由于輸出電壓為24-40V,在P1.0口用電阻進(jìn)行了10:1的降壓,確保輸入電壓在5V以下;P3.7口輸出50kHz左右脈寬調(diào)制信號(hào)通過濾波應(yīng)用于KA7500B以控制開關(guān)管 的脈沖寬度;P3.2-P3.4 口安裝3個(gè)輕觸開關(guān)用于電源的控制操 作。 復(fù)位電路本系統(tǒng)復(fù)位電路如 3.4圖所示，圖3.4 復(fù)位電路 晶振電路晶振電路工作原理：晶振電路采用內(nèi)部時(shí)鐘連接方式，連接方式如 3.5圖所示。當(dāng)電路采用部時(shí)鐘連接方式時(shí)， 單片機(jī)片的高增益反相放大器通過XTAL1，XTAL2外界作為反饋元件的片外晶體振蕩器（呈感性）與電容組成并聯(lián)諧振回路構(gòu)成一個(gè)自激電路，向部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘[7]。晶振與單.專業(yè).整理.下載可編輯片機(jī)的引腳組成振蕩電路中會(huì)有諧波產(chǎn)生，電路連接方式如 3.5圖所示，但是這個(gè)諧波對(duì)連接方式振蕩并沒有什么影響，可以說微乎其微，但是它電路的時(shí)鐘振蕩器的穩(wěn)定性會(huì)有所降低，為了保障電路的穩(wěn)定， ATMEL公司只是建議加上兩個(gè)電容來減少諧波帶來的負(fù)面影響。 本電路晶振選用12MHZ晶振，電容C7，C8的大小對(duì)振蕩頻率由微小的影響，可起 頻率微調(diào)的作用，所以選用30pF。圖3.5 晶振電路 鍵盤電路鍵盤電路如下圖所示分別為“加”鍵、“減”鍵以及“確認(rèn)”鍵， K1表示加，K2表示減，K3表示確認(rèn)。圖3.6 鍵盤電路3.4顯示電路 電路圖該設(shè)計(jì)采用的是 1062液晶顯示器。如圖 3.8。.專業(yè).整理.下載可編輯圖3.7 顯示電路 主要技術(shù)參數(shù)和性能顯示容量:16×2個(gè)字符，芯片工作電壓:4.5—5.5V，工作電流 :2.0mA(5.0V) ， 模 塊 最 佳 工 作 電 壓 :5.0V ， 字 符 尺[15]寸:2.95×4.35(W×H)mm。3.5驅(qū)動(dòng)電路 原理驅(qū)動(dòng)電路原理圖如3.9圖所示：本設(shè)計(jì)采用KA7500B來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，該芯片工作頻率圍：1KHZ至300KHZ。它包含了開關(guān)電源控制所需的主要功能塊，輸出脈沖寬度是由死區(qū)時(shí)間控制和反饋/PWM比較器輸入兩個(gè)信號(hào)中電平較高的一個(gè)控制，為了使我們的設(shè)計(jì)更加完善，我們?cè)诖穗娐分械玫絻煞N信號(hào)，這兩種是不一樣的，所以我們需要拿他們兩個(gè)來進(jìn)行一個(gè)比較，最后才能完成脈沖看度度的調(diào)節(jié)。.專業(yè).整理.下載可編輯圖3.8 驅(qū)動(dòng)電路圖3.9KA7500B 引腳排列圖.專業(yè).整理.下載可編輯3.6電壓反饋電路 電壓反饋電路電路圖如3.11圖所示，它在我們開關(guān)電源中的作用則是用來調(diào)控電壓，最終能使我們得到一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓。如 3.11圖所示，電壓發(fā)生變化時(shí)，通過電路中的各個(gè)元件來調(diào)節(jié)電壓，電路中的兩個(gè)電阻作為分壓電阻，從而使U15的電壓發(fā)生變化，然后與其最開始的電壓做比較，便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，通過放大電路來放大信號(hào)，由此傳到控制芯片，進(jìn)而對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，最終我們便能得到一個(gè)穩(wěn)定的電壓。圖3.10 電壓反饋電路簡介UC3842屬于一個(gè)電流控制型脈寬調(diào)制芯片， 該芯片常用于開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，它的外圍電路簡單，也常應(yīng)用于電子電路的設(shè)計(jì)當(dāng)中，所以本設(shè)計(jì)采用該芯片。它能夠更加的穩(wěn)定我們的輸出電壓，從而使我們的設(shè)計(jì)更加的完善以及完美。因?yàn)樵谠撔酒?dāng)中有雙 閉環(huán)控制系統(tǒng)，所以電壓穩(wěn)定度非常的高。這也是我們選擇該芯片的原因之一。還有就是該芯片能夠起到一個(gè)過流的保護(hù)作用，可以防止功率管不被破壞。圖 3.12是我們UC3842芯片的部結(jié)構(gòu)圖。從該芯片的結(jié)構(gòu)圖中我們也可以看出，它的所有電路基本都會(huì)使我們.專業(yè).整理.下載可編輯能夠得到一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓。并且也可以保護(hù)我們電路中的一些元件，避免操作不當(dāng)或者執(zhí)行的過程中造成損壞而浪費(fèi)。該芯片的各個(gè)引腳基本的作用基本都是維護(hù)系統(tǒng)正常工以及使電路的電壓穩(wěn)定輸出，它的脈寬調(diào)制器輸出的脈沖周期不變，但是它的寬度會(huì)隨反饋電壓的大小來改變。寬度變寬，周期就長，變窄則周期短，這樣便能使我們的電路輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓。圖3.11UC3842部結(jié)構(gòu)圖.專業(yè).整理.下載可編輯四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序首先我們要從液晶顯示器中獲得本有的數(shù)據(jù)，并且我們也是有最初的輸出電壓，兩者對(duì)比，從而才能知道是否得到穩(wěn)壓；其次利用按鍵進(jìn)行輸出的調(diào)整；最后我們需要使最終的輸出電壓需要顯示在液晶顯示器中，查看并記錄，方便后續(xù)的計(jì)算以及分析。程序的流程圖如圖 4.1所示。圖4.1 數(shù)控直流開關(guān)電源控制主程序流程圖4.2穩(wěn)壓控制程序穩(wěn)壓控制程序的主要功能是實(shí)時(shí)測(cè)量 輸出的電壓與電流值,并與設(shè)定輸出輸出及保護(hù)電流比較,控制輸出電壓的穩(wěn)定及進(jìn)行過流保護(hù)[12]。STC12系列的單片機(jī)具有8路AD轉(zhuǎn)換口及其4路的PWM的輸出口，這樣更加方便快捷的實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的控制，以及模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)更加迅速，也方便了我們對(duì)于數(shù)據(jù)的測(cè)量，最后對(duì)于測(cè)量出的電壓、電流值進(jìn)行計(jì)算與對(duì)比，從而能夠達(dá)到我們?cè)O(shè)計(jì)中穩(wěn)壓的目的。.專業(yè).整理.下載可編輯4.3鍵功能程序該程序就是為了來便于電壓的一個(gè)改變的操作。我們需要對(duì)在本設(shè)計(jì)中使用到的IO口的輸出進(jìn)行一次對(duì)比，并且我們需要這些輸出必須跟按鍵值為同一個(gè)輸出才行，則讓掃描計(jì)數(shù)器加 1當(dāng)計(jì)數(shù)器的值已達(dá)到20說明讀取20次鍵值都相等說明的確有鍵 按下（正是在鍵值穩(wěn)定區(qū)讀?。┤糇x取小于20次時(shí)，前后兩次鍵值出現(xiàn)不相等就說明是 鍵盤抖動(dòng)或是干擾，這時(shí)讓掃描計(jì)數(shù)器清0，起到消除抖動(dòng)，及 干擾作用。圖4.2 鍵盤程序流程圖.專業(yè).整理.下載可編輯五、調(diào)試性能分析由于在電源板設(shè)計(jì)調(diào)試中有高壓部分， 因此220V的供電要求采用隔離變壓器，以保證調(diào)試中的人員安全及測(cè)試設(shè)備（示波器）安全。開關(guān)電源調(diào)試時(shí)，先用較低的交流電壓（50~100V）進(jìn)行測(cè)試，脈寬控制端可用電位器進(jìn)行輸入控制電壓的設(shè)定[13]。帶波形及相關(guān)的電路數(shù)據(jù)正常后再輸入220V的正常交流電壓，最后將單片機(jī)控制電路與電源板連接進(jìn)行調(diào)試。經(jīng)過上述的步驟我最后對(duì)該設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)全面的分析，能夠得到的結(jié)論如下：輸出電壓可調(diào)圍：24~40V最大輸出電流：2A輸出噪聲紋波電壓峰-峰值小于等于1V4.DC-DC變換器的效率大于70%5.具有過流保護(hù)功能，動(dòng)作電流 IO（th）=2.5±0.2.專業(yè).整理.下載可編輯結(jié)論本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)的是一款數(shù)控直流開關(guān)的電源設(shè)計(jì)，是由STC系列的單片機(jī)來控制的，整個(gè)設(shè)計(jì)中主要采用了整流濾波，最為重要的為DC-DC轉(zhuǎn)換、單片機(jī)控制、驅(qū)動(dòng)、電壓反饋、顯示這些主要電路以及按鍵電路幾個(gè)部分。其中將交流變?yōu)橹绷鞯氖钦麟娐?；因?yàn)闉V波電路可以過濾掉紋波，所以采用濾波電路則是為了得到更加平穩(wěn)的電壓；為了使電路的簡單，使步驟的簡化，畢竟多一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換還是比較麻煩的，所以在本設(shè)計(jì)中我們采用帶有數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的單片機(jī)STC12C5A60S2，并且它也可以控制PWM的信號(hào)，從而使得電壓穩(wěn)定輸出；驅(qū)動(dòng)的部分則是用了KA7500B芯片，從而對(duì)變換電路的導(dǎo)通和截止進(jìn)行控制；鍵盤的部分我們這邊比較簡單，就是單純的來控制一個(gè)電源的輸出電壓；顯示部分則是運(yùn)用了1062液晶顯示器，從而能使電壓更加清晰的展現(xiàn)在我的面前，更加直觀的看出電壓；我們本設(shè)計(jì)最重要的部分DC-DC電路，則是采用的全橋式的形式，它的優(yōu)點(diǎn)輸出功率大、效率高等，該電路的主要功能則是將