【正文】 ............ 16 傳統(tǒng)二極管整流電路面臨的問題 道奔監(jiān)簿刮散蟥侶酷嗖祝 .................................... 16 同步整流的基本電路結(jié)構(gòu) 慚竊東胞孰闊嗬螬庳欖饔 ............................................. 16 具體設(shè)計(jì) 佻螫縝圃傻柔恧薟嬪虢衢 ....................................................................... 18 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 單片機(jī)系統(tǒng)檢測控制模塊 鴉您煽弓 蘢鐠扇濮普峭欷 ........................................................ 19 系統(tǒng)控制原理及方法 誄臼勢黽麴栓罹苓瞢窒枘 ..................................................... 19 標(biāo)準(zhǔn)電壓 Vref的產(chǎn)生 隊(duì)禿笥姒荻誤鈧轡薊窮拓 ...................................................... 19 輸入鍵盤設(shè)計(jì) 勁蘿螵硎嬡侵傅氫對劊嬗 ................................................................ 20 LED顯示器 茵炔踞騭圣莰蠖璐齔欹髦 .................................................................... 21 誤差放大模塊設(shè)計(jì) 獫糅臉櫳橐宀沮佶嚨蚋啃 ......................................................... 21 輸出取樣設(shè)計(jì) 趔淠圃姜倭惹婁冖垠懵耆 ................................................................ 22 開關(guān)管隔離驅(qū)動 纊撈弛曄婀汰襞婭橐苗包 ............................................................ 23 輔助電源設(shè)計(jì) 奄匝婧亂杵蟓瞳媸纖忄搭 ................................................................ 24 輸出過壓保護(hù) 鉗固喊串并杖晡皋鐙監(jiān)沾 ................................................................ 25 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 繼楹苗蕭草麻鯖苘惱涮杠 ........................................................................ 25 主程序體設(shè)計(jì) 甙撣椎擗瓤客復(fù)廿鈞爰躬 .......................................................................... 25 鍵盤子程序設(shè)計(jì) 底攘鐓鬈摒黃沃鐔閥碧彝 ...................................................................... 27 顯示子程序設(shè)計(jì) 拐械蕈狴輥榘紋索琰維猢 ...................................................................... 28 6 結(jié)論 米色盧躬抗殖頌祥翼廿鲇 ........................................................................................ 29 致謝 跖嵇堙帝勉岍槔涼獗儕妹 .............................................................................................. 30 參考文獻(xiàn) 痛納瑛況賾炮煳鉦堪鰣埴 ...................................................................................... 31 附錄 1 ...................................................................................................................................... 32 附錄 2 ...................................................................................................................................... 34 耢鋃倨長睥傷訃些斜況訶艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 1 引言 婚藪魃恚韞濕淖曹扎蘇膈 在電子產(chǎn)品高度發(fā)達(dá)和廣泛應(yīng)用的今天， 各種電器設(shè)備對電源 性能 的要求越來越高， 為電器設(shè)備配備一款高性能的電源已經(jīng)是必不可少的了，尤其是一款實(shí)驗(yàn)室用的多用途的實(shí)驗(yàn)電源。嘣擠喳獬沓誦溏簡媵虐謇 湍新蓯嘔能丑愍結(jié)楊徂侑 關(guān)鍵詞： 開關(guān)電源（ SMPS） ； 脈寬調(diào)制（ PWM） ； 功率因數(shù) 校正 （ PFC） ； 同步整流 艦藝壁邰鷥維俟濫慟嗦锫 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 Based on STC monolithic integrated circuit39。s DC voltage current supply design 搜喝喱纜桊澡徠闐笫嶠醌 Student: HUANG Bin Teacher: LU Erqing 揣緋瘸虢洚了垣鋤優(yōu)悝柩 波總颯甍友拴巍豺帆熵盹 Abstract: This graduation project39。電源的發(fā)展從開始到現(xiàn)在，經(jīng)歷了很長的一個 發(fā)展 時期，按其發(fā)展 路線和 趨勢來看，可分為：早期的模擬電源、過度時期的數(shù) 字 控 控制 電源和今后的數(shù)字化電源。因此，對開關(guān)電源提出了小型輕量要求，包括磁性元件和電容的體積重量也要小。 梓賧依袱盥艴沭降岑侉茇 第一個階段是功率半 導(dǎo)體器件從雙極型器件 （ BPT、 SCR、 GT0） 發(fā)展為 MOS 型器件 （ 功率 MOSFET、 IGBT、 IGCT 等 ） ，使電力電子系統(tǒng)有可能實(shí)現(xiàn)高頻化，并大幅度降低導(dǎo)通損耗，電路也更為簡單。 SMPS 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多，但可以劃分為幾種基本的類型，不同類型的轉(zhuǎn)換器可以對輸入電壓實(shí)現(xiàn)升壓、降壓、反轉(zhuǎn)以及升 /降壓變換。例如，與低效率的競爭產(chǎn)品相比， SMPS 的散熱片面積大大減小。 氆聵慈磉前中嚓獸惦瓣跡 傳統(tǒng)的模擬控制架構(gòu)已經(jīng)使用多年，但仍有不少缺陷。 晗逗判緦笨蔑桶慰跤蕾蓰 第二個定義是在 “數(shù)字檢測 ”的基礎(chǔ)上通過數(shù)字接口控制開關(guān)電源，一般是通過數(shù)字總線控制輸出電壓、開關(guān)頻率、多通道電源的（上 /下電）排序、上升斜率、跟蹤、（軟）啟動、裕度控制、故障保護(hù)等等。 伽綦眷戳鎣柝欽蔻竟芐競 STC12C5410AD 單片機(jī)主要特性如下： 據(jù)胛猞傭東 嶇且巢瀏誒癔 1) 高速： 1 個時鐘 /機(jī)器周期，增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核，速度比普通 8051 快 8~12 倍； 坍待哺繢局嫉嚇蠻碉檔累 2) 寬電壓： ~； 麂稃蛀陸?zhàn)D鷺蔑菏吝汰旮 3) 低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式，掉電模式（可由外部中斷喚醒）； 懵椰溫沂瑩撼辣尢技共位 4) 工作頻率： 0~35MHz，相當(dāng)于普通 8051： 0~420MHz。 相對于以前版本， Protel DXP 的 PCB 設(shè)計(jì)功能更加強(qiáng)大，它采用了改進(jìn)型 Situs Topological Autorouting 布線規(guī)則。在自動布線這點(diǎn)上 Protel 2020 做的可以說是堪稱完美了。 卓睥粽鉈謬瀆旌搜逑乍禍 輸入級功率因數(shù)調(diào)整模塊主要更能是提高系統(tǒng)從市電輸入端到 DC/DC 輸入端之間的功率因數(shù)，也就是這段線路的傳輸效率，減少電網(wǎng)諧波電流對電源系統(tǒng)的影響，提高輸入整流二極管的導(dǎo)通時間。 功率因數(shù)校正技術(shù)從早期的無源電路發(fā)展到現(xiàn)在的有源電路；從傳統(tǒng)的線性控制方法到非線性控制方法，新的拓?fù)浜图夹g(shù)不斷涌現(xiàn)。 底鏜甙蓑寸瘡承泉舛媳稆 4) 升壓式（ Boost）：簡單電流型控制， PF 值高，總諧波失真（ THD）小，效率高，但是輸出電壓高于輸入電壓。 d 輸入電流波形失真小。所以在大功率 APFC 電路中，常采用 CCM 方式。 脂瓿極鴰銩鶼嶧檐時受毗 PFC 模塊的設(shè)計(jì) 汊科摘髹豸戽坪闌咭件沉 在設(shè)計(jì)中采用了 SGSThomson 公司 的 L6561 功率因數(shù)校正管理芯片，該芯片有外圍電路設(shè)計(jì)簡單， 很 高的 功率因數(shù)和很小的總諧波失真等優(yōu)點(diǎn)，很適合 150W 以下的中小型電源，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為升壓式（ Boost） ，電壓控制型。其中的尖峰電壓是由高頻變壓器漏感而形成的，它與直流高壓 Ui 和感應(yīng)電壓 UOR疊加后很容易損壞 MOSFET。 嘛舀攮隸減鵜方勾成灸澇 開關(guān)電源的損耗主要由 三 部分組成：功率開關(guān)管的損耗，高頻變壓器的損耗，輸出端整流管的損耗。它能大大提高 DC/DC 變換器的效率并且不存在由肖特基勢壘電壓而造成的死區(qū)電壓。 旱捂尤趺僭開臥靳商炱憔 具體設(shè)計(jì) 佻螫縝圃傻柔恧薟嬪虢衢 本設(shè)計(jì)中采用 雙端自激、隔離式降壓 式自驅(qū)動 同步整流電路 ，同時對 MOSFET 管柵 源驅(qū)動電壓進(jìn)行鉗位保護(hù)處理，防止變壓器輸出電壓過高時損壞 MOSFET 管，并在每個 MOSFET 處并聯(lián)一個肖特基二極管，其作用是當(dāng)電源輸出電壓過低時整流輸出，避免使用 MOSFET 管體二極管 增加 損耗，其電路原理圖如下： 走蟄殯玫絞榴鈦柰者癱稃 攙麓拎礞氘黔崦咣縫箬鎩 圖 9 同步整流模塊電路 芴域壞銚陛匠葩柵峒級逋 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 單片機(jī)系統(tǒng)檢測控制模塊 鴉您煽弓蘢鐠扇濮普峭欷 系統(tǒng)控制原理及方法 誄臼勢黽麴栓罹苓瞢窒枘 本數(shù)控電壓電流源系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)思想和方法：由單片機(jī)程序產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓作為參考電壓，由輸出電壓電流檢測模塊對輸出電壓電流取樣并轉(zhuǎn)換成 Vtest(0~5V)的電壓值，標(biāo)準(zhǔn)參考電壓 Vref和輸出取樣電壓一同輸入電壓比較器做減法運(yùn)算， 得到誤差電壓，由A/D 轉(zhuǎn)換模塊檢測輸入到單片機(jī)內(nèi)部 進(jìn)行處理，并調(diào)整 PWM 信號的脈沖寬度（占空 比），調(diào)整后的 PWM 信號經(jīng)高速光電耦合隔離驅(qū)動電源開關(guān) MOSFET 管，以達(dá)到電壓或電流調(diào)整的目的。 籽崮吡枰拖筌詹挑袱殼罕 誤差放大模塊設(shè)計(jì) 獫糅臉櫳橐宀沮佶嚨蚋啃 誤差放大模塊主要功能是將電源輸出電壓 /電流采樣轉(zhuǎn)換后的采樣電壓 Vtest 與參考電壓 Vref 進(jìn)行比較（ 作減法運(yùn)算 ） ，得出誤差電壓值后送入 A/D 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓誤差值。 顯示器共有四位，在電壓源模式中顯示輸出的電壓測量值，再電流源模式中顯示輸出的電流測量值， 在四位數(shù)值中有兩位小數(shù)，顯示精度為 或 。 鑒于以上的幾個存在的問題，如果能采用更好的方法或改進(jìn) ，那將會更好。電源的輸出可調(diào)范圍并沒有達(dá)到設(shè)計(jì)處的要求，主要原因是所選單片機(jī)能力有限，其產(chǎn)生的 PWM 信號的可調(diào)范圍太小 ，達(dá)不到對輸出的 寬范圍調(diào)整，更不能滿足對電源輸出精度的精確控制； DC/DC 模塊的設(shè)計(jì)過于簡單，效率不高，穩(wěn)定性不好 ；另外，在電源安全監(jiān)控方面做得過于簡單，電源對故障的處理能力不強(qiáng)。電源采用電壓經(jīng)過和參考電壓比較后通過 ADC 模塊電路反饋回到單片機(jī)內(nèi)部，程序根據(jù)反饋回來的電壓值的大小重新調(diào)整 PWM 信號的脈沖寬度后將其輸出，從而控制開關(guān)管的導(dǎo)通時間，實(shí)現(xiàn)對電源輸出的動態(tài)調(diào)整控制。掃描顯示的原理是將各個數(shù)碼管的段碼端口分別并聯(lián)在 一起，由位選端口輪流選通各個數(shù)碼管，并讓每個數(shù)碼管分別顯示幾毫秒，由于人眼的視覺慣性，看到的將是多個數(shù)碼管同時在顯示。 刷反蠹妲蒙篩葳漱娣湔料 3) 半橋他激、倍流式同步整流 電路 腧官易姝肺蛻誄夾裂瘦蟒 漢恣饔殆烴魷眵優(yōu)跋患湊 圖 8 半橋他激、倍流式同步整流電路 然酚毋咱受貓孚肭錳蟆懇 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 該電路的基本特點(diǎn)是： 段餳媳獷嗒奢昀腫幸隰蜆 1) 變壓器副邊只需一個繞組，與中間抽頭結(jié)構(gòu)相比較，它的副邊繞組數(shù)只有中間抽頭結(jié)構(gòu) 的一半，所以損耗在副邊的功率相對較小； 邢窳絲自諤郗舂廂腔屏椏 2) 輸出有兩個濾波電感，兩個濾波電感上的電流相加后得到輸出負(fù)載電流，而這兩個電感上的電流紋波有相互抵消的作用，所以，最終得到了很小的輸出電流紋波； 痦揪殿鋒編爵礬朗保均邸 3) 流過每個濾波電感的平均電流只有輸出電流的一半，與中間抽頭結(jié)構(gòu)相比較，在輸出濾波電感上的損耗明顯減小了； 煽綴仝蔻搪皖膽沔削悸砑 4) 較少的大電流連接線（ high current interconnection），在倍流整流拓?fù)渲?，它的副邊大電流連接線只有 2 路，而在中間抽頭的拓?fù)渲杏?3 路； 絎性餞蝣誓占榪愎窠膽楨 5) 動態(tài)響應(yīng)很 好。因此，傳統(tǒng)的二極管整流電路已無法滿足實(shí)現(xiàn)低電壓、大電流開關(guān)電源高效率及小體積的需要，成為制約 DC/DC 變換器提高效率的瓶頸。