【正文】 在此謹(jǐn)向 X 老師表示衷心 的感謝和誠(chéng)摯的敬意！ 并在此感謝給予我?guī)椭膶?dǎo)師和同學(xué)們，他們給予我設(shè)計(jì)上的一些建議，使我能夠順利的完成此次設(shè)計(jì)。 ARM擴(kuò)展按鍵、數(shù)碼顯示功能實(shí)現(xiàn)數(shù)控輸出電壓。如果發(fā)生過(guò)流，驅(qū)動(dòng)器 EXB841的低 IGBT， 以避免集電極電流尖峰脈沖損壞 IGBT器件。在降柵動(dòng)作后，設(shè)定一個(gè)固定延遲時(shí)間用以判斷故障電流的真實(shí)性，如在延遲時(shí)間內(nèi)故障消失則柵壓自動(dòng)恢復(fù)，如故障仍然存在則進(jìn)行軟關(guān)斷程序，使柵壓降至 0V以下，關(guān)斷 IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）兼有場(chǎng)效應(yīng) 晶體管輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小和雙極型晶體管電壓、電流容量大及管壓降低的特點(diǎn)，是目前中、大功率開(kāi)關(guān)電源最普遍使用的電力電子開(kāi)關(guān)器件。當(dāng)缺相時(shí)， H點(diǎn)電位抬高，光耦輸出高電平，經(jīng)比較器進(jìn)行比較，輸出低電平，封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由于 4個(gè)比較器的輸出端是并聯(lián)的，無(wú)論是過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱任何一種故障發(fā)生，比較器輸出低電平，封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)使電源停止工作，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。 過(guò)壓、欠壓及過(guò)熱保護(hù) 電路 進(jìn)線電源過(guò)壓及欠壓對(duì)開(kāi)關(guān)電源造成的危害，主要表現(xiàn)在器件因承受的電壓及電流應(yīng)力超出正常使用的范圍而損壞，同時(shí)因電氣性能指標(biāo)被破壞而不能滿 足要求。 圖 采用晶閘管和限流電阻組成的軟啟動(dòng)電路 圖 V和限流電阻 R1組成的防浪涌電流電路。 顯示電路 顯示電路是對(duì)系統(tǒng)輸出電壓進(jìn)行顯示，使得整個(gè)系統(tǒng)更加合理話，由于只顯示輸出的電壓，所以顯示器件采用數(shù)碼管，電路如圖 ； 武漢理工 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 15 圖 數(shù)碼管顯示電路 利用 51 單片機(jī)輸出 PWM 波 51 系列單片機(jī)無(wú) PWM 輸出功能，可以采用定時(shí)器配合軟輸出的方法輸出其電路圖如下圖 所示，采用了高速光隔 6N137 輸出，并將 PWM 的信號(hào)倒相。有了電荷，兩極板之間就有電壓 UC=Q/C。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，電感電流的平均值等于負(fù)載電流 Io。 表 碼管字形編碼 顯 示字 符 字形 共陰極 共陽(yáng)極 dp g f e d c b a 字型碼 dp g f e d c b a 字型碼 0 0 1 1 O O O O O C0H 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 F9H 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 2 2 1 0 1 0 0 1 0 0 A4H 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 3 3 1 0 1 1 0 0 0 0 B0H 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 4 4 1 0 0 1 1 0 0 1 99H 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 5 5 1 0 0 1 0 0 1 0 92H 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 6 6 1 0 0 0 0 0 1 0 82H 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 7 7 1 1 1 1 1 0 0 0 F8H 0 0 0 0 0 1 1 1 07H 8 8 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 9 9 1 0 0 1 0 0 0 0 90H 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH A A 1 0 O O 1 0 0 0 88H 0 1 1 1 0 1 1 1 77H B B 1 0 0 0 0 0 1 1 83H 0 1 1 1 1 1 0 0 7CH C C 1 1 0 0 0 1 1 0 C6H 0 0 1 1 1 0 0 1 39H D D 1 0 1 0 0 0 0 1 A1H 0 1 0 1 1 1 1 0 5EH E E 1 0 0 0 0 1 1 0 86H 0 1 1 1 1 0 0 1 79H F F 1 0 0 0 1 1 1 0 8EH 0 1 1 1 0 0 0 1 71H H H 1 0 0 0 1 0 0 1 89H 0 1 1 1 0 1 1 0 76H L L 1 1 0 0 0 1 1 1 C7H 0 0 1 1 1 0 0 0 38H P P 1 0 O O 1 1 0 0 8CH 0 1 1 1 0 0 1 1 73H R R 1 1 0 0 1 1 1 0 CEH 0 0 1 1 0 0 0 1 31H U U 1 1 0 0 0 0 0 1 C1H 0 0 1 1 1 1 1 0 3EH Y Y 1 0 0 1 0 0 0 1 91H 0 1 1 0 1 1 1 0 6EH 1 0 1 1 1 1 1 1 BFH 0 1 0 0 0 0 0 0 40H . . 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 天 天 1 1 1 1 1 1 1 1 FFH 0 0 0 0 0 0 0 0 00H XXX： 基于單片 機(jī)的開(kāi) 關(guān)穩(wěn) 壓電源的設(shè)計(jì) 10 第 四 章 硬件電路 開(kāi)關(guān)變換電路 PWM DC/DC 的含義和組成 所謂 PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器，它是由半導(dǎo)體器件和儲(chǔ)能元件組成的。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)， 則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。 一般情況下為了簡(jiǎn)化接口電路，使第二級(jí) 8位 DAC寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級(jí) 8位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 AT89C51 是一種帶4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 XXX： 基于單片 機(jī)的開(kāi) 關(guān)穩(wěn) 壓電源的設(shè)計(jì) 4 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)原理 設(shè)計(jì)原理 穩(wěn)壓電源基本原理 直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器 T、整流、濾波 和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖 所示。但是我國(guó)電源產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在著很大的差距和不足 :在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、 開(kāi)發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為 1015 年，尤其在實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面的研究不是很多。極大的提高系統(tǒng)可靠性，即使萬(wàn)一出現(xiàn)單模塊故障，也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作量。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用日益普及和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源通過(guò) RS232 接口實(shí)現(xiàn)與上位 PC 機(jī)通信，從而使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員可以隨時(shí)監(jiān)視電源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各項(xiàng)技術(shù)參數(shù) 。具體地說(shuō)，智能化的直流穩(wěn)壓電源電源應(yīng)當(dāng)具有以下功能特點(diǎn) : ① 操作自動(dòng)化。 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源具有效率高穩(wěn)定性能好保護(hù)措施完善等優(yōu)點(diǎn)，但由于控制信號(hào)一般通過(guò)精密穩(wěn)壓器 TL43光耦等獲得，使得輸出電壓很難做到寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。同時(shí)伴有保護(hù)電路， 如防浪涌的軟啟動(dòng)，防過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、過(guò)流、短路、缺相等保護(hù)電路，可以有效地保證開(kāi)關(guān)電路正常有效安全的運(yùn)行。 XXX： 基于單片 機(jī)的開(kāi) 關(guān)穩(wěn) 壓電源的設(shè)計(jì) IV 本課題研究的主要內(nèi) 容 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源是指電壓調(diào)整功能的器件，是以開(kāi)關(guān)方式工作的一種直流穩(wěn)壓電源 ,具有高效率、體積小的特點(diǎn) , 廣泛應(yīng)用于各種通信、電子、電器設(shè)備領(lǐng)域中。開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（ PWM）控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。將單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)有于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的數(shù)字化，使其保護(hù)功能更完善、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍寬、調(diào)節(jié)精度高，可用于取代傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。 ARM擴(kuò)展按鍵、數(shù)碼顯示功能實(shí)現(xiàn)數(shù)控輸出電壓。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。以微處理器為主體取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)電子線路，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新一代的所謂“智能化測(cè)量控制儀表”。智能化的直流穩(wěn)壓電源使用鍵盤(pán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中的切換開(kāi)關(guān)，操作人員只需通過(guò)鍵盤(pán)輸入命令，就能實(shí)現(xiàn)某種測(cè)量功能。 模塊化 電源的模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化 。一方面， 電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展在加快 。智能化主要是指系統(tǒng)有可編程模塊可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。既可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出，而且輸出電壓連續(xù)步進(jìn)可調(diào)，滿足設(shè)計(jì)要求。 DAC0832 主要由 8 位輸入寄存器、 8位 DAC 寄存器、 8位 D/A 轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。數(shù)碼 管的外型結(jié)構(gòu)如圖 （ a）所示。如使用數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對(duì)應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為 1 表示對(duì)應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0表示對(duì)應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為 1 表示對(duì)應(yīng)字段亮。 Buck PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器 如下圖 所示為降壓型 PWM DC/DC 主電路它的工作原理是在高頻 PWM 脈沖控制下，以一定的占空比重復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷轉(zhuǎn)換器中的 PWM 開(kāi)關(guān)組合，對(duì)直流輸入電壓Ui 進(jìn)行斬波，形成高頻脈沖方波電壓，再經(jīng)過(guò)濾波器濾波后接入負(fù)載。 進(jìn)一步可得： o f foonoi TUTUU ?? )( 式（ ） 故得在連續(xù)導(dǎo)電模式下的 Buck PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器輸出 /輸入電壓的轉(zhuǎn)換比為 iou /UUD ? 式（ ） 圖 BUCK 變換器原理圖 整流濾波、初步穩(wěn)壓 整流就是把交流電變成脈動(dòng)的直流電的過(guò)程，整流的基本器件是二極管，利用二極管的單向?qū)щ娦约?可把交流電轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)的直流電，橋式整流電路如圖 所示。 數(shù)模轉(zhuǎn)換 DAC0832 DAC 模塊是整個(gè)系統(tǒng)的紐帶，連接著控制部分與穩(wěn)壓部分，電路如圖 XXX： 基于單片 機(jī)的開(kāi) 關(guān)穩(wěn) 壓電源的設(shè)計(jì) 14 圖 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用的是 DAC0832 單極性輸出方式，輸出 Vo=B*Vref/256，其中B 的值為 D0D7 組成的 8 位二進(jìn)制，取值范圍 為 0255， Vref 是參考電壓，該電壓有電阻 R2 和可變電阻 R3分壓所得，通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻可以改變參考電壓 Vref。 種保護(hù)電路 防浪涌軟啟動(dòng)電路 開(kāi)關(guān)電源的輸入電路大都采用電容濾波型整流電路，在進(jìn)線電源合閘瞬間，由于電容器上的初始電壓為零，電容器充電瞬間會(huì)形成很大的浪涌電流， 特別是大功率開(kāi)關(guān)電源，采用容量較大的濾波電容器，使浪涌電流達(dá) 100A以上。電源接通瞬間，輸入電壓經(jīng)整流（ D1～ D4）和限流電阻 R1對(duì)濾波電容器 C1充電，防止接通瞬間 的浪涌電流，同時(shí)輔助電源 Vcc經(jīng)電阻 R2對(duì)并接于繼電器 K1線包的電容器 C2充電，當(dāng) C2上的電壓達(dá)到繼電器 K1的動(dòng)作電壓時(shí)， K1動(dòng)作，其觸點(diǎn) R1，電源進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。取樣電壓可以直接從輔助控制電源整流濾波后取得，它反映輸入電源 電壓的變化，比較器共用一個(gè)基準(zhǔn)電壓， ， ，調(diào)整R1可以調(diào)節(jié)過(guò)、欠壓的動(dòng)作閾值。由于電流互感器檢測(cè)成本高、體積大，故開(kāi)關(guān)電源中一般采用電子缺相保護(hù)電路。比較器輸入極性稍加變動(dòng)，亦可用高電平封鎖 PWM信號(hào)。適用 IGBT過(guò)流檢測(cè)的方法，通常是采用霍爾電流傳感器直接檢測(cè) IGBT的電流 Ic，然后與設(shè)定的閾值比較，用比較器的輸出去控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的關(guān)斷；或者采用間接電壓法，檢測(cè)過(guò)流時(shí) IGBT的電壓降 Vce，因?yàn)楣軌航岛卸搪冯娏餍畔?，過(guò)流時(shí) Vce增大，且基本上為線性關(guān)系，檢測(cè)過(guò)流時(shí) 的 Vce并與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，比較器的輸出控制驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)斷。 圖 采用 IGBT過(guò)流時(shí) Vce增大的原理進(jìn)行保護(hù) 圖 IGBT過(guò)流時(shí) Vce增大的原理進(jìn)行保護(hù)的電路，用于專用驅(qū)動(dòng)器EXB841。智能儀器解決了許多傳統(tǒng)儀表不能或不易解決的難題，同時(shí)還能簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路，提高系統(tǒng)的可靠性，加快產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度。從課題的選取、開(kāi)題報(bào)告的撰寫(xiě)、設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)到論文的完成每一個(gè)細(xì)節(jié)無(wú)不凝聚著 X 老師的辛勞。 and control switch K, the duty cycle D increases, in turn will flow through the XXX： 基于單片 機(jī)的開(kāi) 關(guān)穩(wěn) 壓電源的設(shè)計(jì) 30 filter inductor L current storage iL discrete time, or by current does not into a continuous current continuous, so that the output voltage Uo of the voltage ripple ΔUPP and further reduces the output voltage more stable. If the stored energy is less than the value of filter inductance L (113)style values, tandem switching power supply filtering the output voltage Uo will be greater than the input voltage uo of the average filter Ua, in ensuring the filtered output volt