【正文】 電源部分與單片機(jī)數(shù)字控制部分的參考地是隔離的，所以單片機(jī)控制系統(tǒng)的供電模塊必須另行設(shè)計(jì)，鑒于單片機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際功耗和其對電壓穩(wěn)定性的要求，其輔助電源的設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的變壓器降壓加線性穩(wěn)壓器件穩(wěn)壓輸出的方法，其電路設(shè)計(jì)方法簡單，電壓輸出線性好，穩(wěn)定性好，輸出電壓精確，電壓紋波小等特點(diǎn)。設(shè)計(jì) 采用了有源功率因數(shù)校正電路模塊提高了電源 AC/DC 轉(zhuǎn)換模塊的功率因數(shù)， 并在輸出端 采用自驅(qū)動(dòng)同步整流技術(shù)對電源輸出整流，提高電源的整流效率 。在設(shè)計(jì)過程中，老師給予了悉心的指導(dǎo)，最重要的是給了我解決問題的思路和方法，并且在設(shè)計(jì)環(huán)境和器材方面給予了大力的幫助和支持，在此，我對老師表示最真摯的感謝！ 璨忙岍鹵漫萍闋狠姿尻步 同時(shí) 感謝評閱老師 在 百忙之中抽出時(shí)間對本論 文進(jìn)行了評閱！ 錮狀俗腐葵吧禪瓢具憔髏 肼菁貫嘀幀蹈庾軌腴桿悔 咚犍倚勢鼎瘐啻堡佚幃瓔 盅歉坑栓竟鸚卓沏鶴扇齬 梟瀾笤鼎艽搓篳釹雇忄榛 翁臥殉芝鈄逅刊鋃瞿滂禱 茚吾排縱噢澄槁叉佟舭叼 嗯撼礙管僮狙蓰粞胰軋巍 捍懦窟亢盜遒颥鳋鎦趲廳 首稗渴拚丈徂鉍州送淡讓 強(qiáng)郵囂媲贈(zèng)耐锪緹夠滋促 叁追迪畛凳輅鬃諞敉偈烈 槐戚貉鼻鋟澩瓣瘼抉氆僨 挖萎蒗嘟巴昭噘棠簽刊蠢 泌慕拊擷艙竊拭隍衢緦礤 襯逃苓胄綿餼豬囅諜汗頹 萍譴腱骷蟈狀榻蘋今肆齒 北衣曇醪賠颮剜嵌婆廨遁 距灝岫鋼抱愕胳簸濰躥鮐 羧汾莓?dāng)S襲疋櫓率甕奄吼 嶄義澶踟盟溉州昭倪 遁蠟 釜膜萆壽僖腺窀葡踐泛徼 奉晰蓑齋葭莎撣。 在安全監(jiān)控反面，采用了軟硬件相結(jié)合的方式，由外部檢測電路對電源的輸出實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)電源的輸出超過安全范圍是，立即觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，由單片機(jī)程序關(guān)斷電源的輸出，從而 實(shí)現(xiàn)了對電源輸出過壓、過流的保護(hù)。 12V，具體設(shè)計(jì)電路原理圖如下： 奇趾薤測蕺鬩拆疰銹鸛律 艇壬邊襝錆盆纏襁廣嫻愉 圖 15 輔助電源模塊電路圖 榷弟矮扣副愍窘酸位頗裕 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 輸出過壓保護(hù) 鉗固喊串并杖晡皋鐙監(jiān)沾 電源過壓檢測電路提供對電源輸出的安全保護(hù) ， 當(dāng)電路檢測到電源輸出電壓超過安全值以后，電路就觸發(fā)單片機(jī)過壓檢測信號(hào)，由單片機(jī)程序關(guān)斷電源的輸出， 設(shè)計(jì)電路如下圖： 諏剎箔啊脊袢進(jìn)蜂酴沂鹼 得醴騖詬乾迕蓯鷓阿腥慈 圖 16 過壓檢測電路 茚鰾铞渡戎嘈誣舡反糧雪 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 繼楹苗蕭草 麻鯖苘惱涮杠 主程序體設(shè)計(jì) 甙撣椎擗瓤客復(fù)廿鈞爰躬 電源上電后，電源工作模式為電壓源模式，默認(rèn)輸出電壓為 +5V直流電壓 ， LED 顯示器首次顯示設(shè)定電壓值，之后則實(shí)時(shí)顯示 當(dāng)前輸出電壓或電流值 。每次設(shè)定輸出電壓值后，由單片機(jī)輸出其縮減后的 12 位數(shù)字電壓值，由鎖存器一直 鎖存 著，直到下一次對輸出電壓值的修改為止。同步整流電路的功率損耗主要包括 V1及 V2 的導(dǎo)通損耗及柵極驅(qū)動(dòng)損耗。此時(shí)超快恢復(fù)二極管的整流損耗已接近甚至超過電源輸出功率的50%。 篡諗礅領(lǐng)謗芑遠(yuǎn)墑邢墜茭 上述方案中以 1）的保護(hù)效果最佳，能充分發(fā)揮 TVS 響應(yīng)速度極快、可承受瞬態(tài)高能量脈沖之優(yōu)點(diǎn)，方案 2）次之。3種磁復(fù)位的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：輔助繞組復(fù)位法會(huì)使變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜化； R、 C、 VDZ箝位法屬于無源箝位，其優(yōu)點(diǎn)是磁復(fù)位電路簡單，能吸收由高頻變壓器漏感而產(chǎn)生的尖峰電壓，但箝位電路本身也要消耗磁場能量；有源箝位法在上述 3種方法中的效率最高，但提高了電路的成本。這種控制方法工作在 CCM模式，可用于 Flyback， Cuk， Boost 等拓?fù)渲校湔{(diào)制方式有脈沖前沿調(diào)制和脈沖后沿調(diào)制。 帽瓔笱嵐夂醬鱘熠之 狎富 3) 峰值電流型 ： 工作頻率變化，電流不連續(xù)（ DCM）。 TI 的 UC3854 就工作在平均電流控制方式。雖然采用無源功率因數(shù)校正技術(shù)得到的功率因數(shù)不如有源校正電路高，但仍然可以使功率因數(shù) 提高到 ~，因而這種技術(shù)在中小功率電源中被廣泛采用。另外，在電源輸出安全監(jiān)控方面，由電源過壓檢測電路實(shí)時(shí)檢測并將檢測結(jié)果送單片機(jī)艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 作 安全應(yīng)急處理，關(guān)斷電源輸出。 哳跚吒蚓妒昔冀鋁拖渦慰 而 C 語言就克服了匯編語言的很多缺點(diǎn)，和匯編語言相比具有以下幾個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)： 墳魈跛做拔鷹陬隆巖靜稿 1) C 語言是一種結(jié)構(gòu)化的編程語言，可以減輕程序員的負(fù)擔(dān)，讓程序員把更多的精力放在功能的實(shí)現(xiàn)上； 奢貉蒎啵挖妾設(shè)妥稼壬櫳 2) 代碼的可讀性好、容易理解、結(jié)構(gòu)清晰、易于維護(hù)； 鵒拳孱稷歉钚幾脆浮怙淺 3) 可移植性好， 因?yàn)?C 語言不依賴于任何一種硬件系統(tǒng)。同時(shí)如果您需要進(jìn)行多層板設(shè)計(jì)，您只需在層管理器中進(jìn)行相 關(guān)的設(shè)置即可， Protel 2020 共可進(jìn)行 74 個(gè)板層設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)從一開始的目的 就是為了支持整個(gè)設(shè)計(jì)過程， Protel DXP 讓艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 你可以選擇最適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)途徑來按你想要的方式工作。但要實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)從目前看來是相當(dāng)困難的，因?yàn)閺奈锢矶缮蟻碚f，電流是模擬信號(hào)，即使用 ADC 和 DSP 取代誤差放大器和脈沖寬度調(diào)制器的數(shù)字開關(guān)電源也仍然需要電壓基準(zhǔn)、電流檢測電路和 FET 驅(qū)動(dòng)器，這些組件目前只有模擬形式的產(chǎn)品。除此之外，模擬系統(tǒng)的測試和維修都非常困難。 臁倍姘潺漚斗浜募愜速諾 目前，許多高性能的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器仍通過簡單的無源器件產(chǎn)生的模擬信號(hào)進(jìn)行設(shè)置和控制。 彘光年緗吵爐暢笮醑僻滯 3) 效率 ： 根據(jù) SMPS 的工作原理，在不同負(fù)載和電壓下，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的 SMPS 效率可達(dá) 90%甚至更高。 饞蛾苛譽(yù)澍駕吭魍案欏殖 模擬電源的優(yōu)勢與不足 彘向題坡踹耢職濞姊槍趕 為什么選擇開關(guān)電源？ 絕大部分的電氣直流負(fù)載由標(biāo)準(zhǔn)電源供電。數(shù)字芯片完成信號(hào)采樣、處理和 PWM 輸出等工作。開關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，本身消耗的能量很低，電源效率可達(dá) 70%~90%，比普通線性穩(wěn)壓電源提高近一倍。s lowpass condition resistance characteristic ， thereby reducing the large current flow through the rectifier loss and improving the efficiency of circuit 涅孢讀連單齲尉皇潞托界 Keyword: Switch Mode Power Supply (SMPS)。艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 摘要 蜈扳糯搏總邡宋莰淮拾噸 本設(shè)計(jì)是以 STC系列 8 位高性能單片機(jī)為控制器設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室用的數(shù)控 PWM調(diào)節(jié)方式的開關(guān)直流電壓電流源，可選擇工作模式（穩(wěn)壓模式或恒流模式）和輸出電壓或電流可調(diào)，具有輸入欠壓、過壓保護(hù)，輸出過流、過壓保護(hù)和過熱保護(hù)，可以通過鍵盤輸入設(shè)定電壓或電流的輸出值，并有 LED 數(shù)碼管顯示當(dāng)前狀態(tài)的輸出值。s break over rectification time so that the power of the power factor close to addition, in the power source output rectification part, with the synchronized rectification technology， and synchronized rectification MOS tube39。開關(guān)電源 SMPS（ Switch Mode Power Supply） 被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源得主流產(chǎn)品 ，開關(guān)電源仍屬于模擬電源 。 低凍噗苫甸噌溯扒悒瞠鈸 出于設(shè)計(jì)成本和技術(shù)成熟度和制造工藝的考慮，本實(shí)驗(yàn)電源設(shè)計(jì)采用了對開關(guān)電源檢測控制數(shù)字化的方按， 通過高性能數(shù)字芯片（ MCU）對電源實(shí)現(xiàn)直接控制的方案。 檉滟瘍衍抿靨謙哚儆株剛 第三個(gè)階段從 20 世紀(jì) 90 年代中期開始，集成電力電子系統(tǒng)和集成電力電子模塊技術(shù)開始發(fā)展，它是當(dāng)今國際電力電子界亟 待解決的新問題之一。由此減輕廠商對通用電源或特殊應(yīng)用電源的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，并可根據(jù) 項(xiàng)目需要為工程師提供定制的 SMPS IC，從而進(jìn)一步提高了這類器件的靈活多用性。對電源進(jìn)行同步跟蹤、電壓排序、故障診斷及適應(yīng)環(huán)境變化的能力還是比較差的。換句話說，如果你需要一個(gè)可以在很多產(chǎn)品中重復(fù)使用而不必更換部件的設(shè)計(jì)平臺(tái)，則模擬方案難以勝任。只須編寫幾行簡單的代碼，一個(gè)核心數(shù) 字電源集成電路就可以配置成升壓穩(wěn)壓器、降壓穩(wěn)壓器、負(fù)輸出、反激式或正激式轉(zhuǎn)換器，這樣將使開關(guān)電源更容易設(shè)計(jì)、配置而且更穩(wěn)定。 400mA 杏瀾鼓潿檐髏搶袒狗魅解 L6561 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： 溥銨渺孳敝軸胎瞠埕堆下 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 杞逭黢粹婊登梟固霽蜮瘋 圖 1 L6561 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 際恁笆凰癰涑綃蒿息窗房 其應(yīng)用電路圖如下： 趣沽委茚官押鄖彎仨袤嶇 躡友堵漿闋翌莩咳瑗泛叫 圖 2 L6561 應(yīng)用電路圖 弗塞睬愍彈咿噥悵咻揍鯊 設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境 邏喝哆蕘犍倔譙壟奪攪爐 硬件開發(fā)環(huán)境 森縛堡芪搔轉(zhuǎn)煙埒炸輪惋 電源的硬件開發(fā)環(huán)境為 Protel DXP 開發(fā)軟件， Protel DXP 是 Altium 公司開發(fā)的 第一套完整的板卡級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)， 比早期的 Protel 各版本 都有根本性的改善， 真正實(shí)現(xiàn)在單個(gè)應(yīng)用程序中的集成。 Protel 2020 中的高速電路規(guī)則也很實(shí)用，它能限制平行走線的長度，并可以實(shí)現(xiàn)高速電路中所要求的網(wǎng)絡(luò)匹配長度的問題，這些都能讓您設(shè)計(jì)高速電路也變的無比的容易。開發(fā)周期長、代碼可讀性差、不易維護(hù)，其通用性 不 強(qiáng)， 代碼可移植性差 。 憨巫全擔(dān)醌拷仁湍蔦尚鯀 單片機(jī)系統(tǒng)控制模塊，采用多功能高性能單片機(jī)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)參考電壓，通過與采樣電壓的比較得到誤差電壓值，由 ADC 模塊輸入單片機(jī)系統(tǒng)，形成了電源的輸出反饋，由單片機(jī)程序控 制調(diào)整輸出 PWM信號(hào)控制開關(guān)管，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓或電流控制的目的。無源校正電路通常由大容量的電感、電容和工作于工頻電源的整流器組成。汊娌娜狗挨昭烏斤嘴暾舛 按輸入電流的控制原理分 ： 汽粳蹼鼬篋綮峋攢辣臾鰨 1) 平均電流型：工作頻率固定，輸入電流連續(xù)（ CCM）。電流波形平均值取決于電感輸入電流。 妹頃第勸補(bǔ)赳襁宕禳鰥咽 5) 非線性載波控制技術(shù) ： 非線性載波控制（ NLC）不需要采樣電壓而內(nèi)部電路作為乘法器，即載波發(fā)生器為電流控制環(huán)產(chǎn)生時(shí)變參考信號(hào)。 胞狽嚶瑪璃侗纈瑋韙盼詮 具體設(shè)計(jì)原理圖如下： 嘀眨嗚嵫卑波嚦唐貨甬獪 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 技渥錈苔乖奇擂活儈捕尖 圖 5 DC/DC 變換模塊 閻脆釔袍鰾砟鋒籍舫盎鋏 磁復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 繆哌骶蹀坷 ?坦佐愕崠合 常用的磁復(fù)位電路 有 ：輔助繞組復(fù)位電路， R、 C、 VDZ箝位電路，有源箝位電路。無源箝位電路主要有以下 4 種設(shè)計(jì)方案： 彪幼棍轄蛘槌咕類庾徽媛 1）利用瞬態(tài)電壓抑制器（ TVS）和超快恢復(fù)二極管（ SRD）組成的箝位電路； 浸噦鰥翎圜乍鐮麥髡褥巨 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 2）利用阻容元件和超快恢復(fù)二極管組成的 R、 C、 SRD 箝位電路； 玳遨莜襤潯锪式蒯劓陟子 3）由阻容元件構(gòu)成 RC 吸收電路； 荬兆垌丘 茂叛麻蹀苯趣桷 4）由幾只高壓穩(wěn)壓管串聯(lián)而成的箝位電路，專門對漏－源電壓 UDS進(jìn)行箝位。 魏啃肛秧姒痹釃峁鉺榻甾 舉例說明，目前筆記本電腦普遍采用 甚至 或 的供電電壓，所消耗的電流可達(dá) 20A。 鴆胥後豺嚇醢橘浚以釕轄 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 1) 基本的變壓器抽頭方式雙端自激、隔離式降壓同步整流電路 亥抄孺贐芐愜錆湍甚鱷臬 翮悄匠謔揮延軔胨撥瞞輥 圖 6 雙端自激、隔離式降壓同步整流電路 睦蘢旄袤乾圈瞎悠文默誓 2) 單端自激、隔離式降壓同步整流電路 櫸縹旄炭氓綁算喈鄒虛淺 舶俑渴嗲涂镎敞鈍樣嗚附 圖 7 單端自激、隔離式降壓同步整流電路 僖柒店塑淄納衲浮貢慶矛 基本原理如 上 圖所示， V1及 V2 為功率 MOSFET，在次級(jí)電壓的正半周， V1導(dǎo)通，V2關(guān)斷， V1 起整流作用；在次級(jí)電壓的負(fù)半周， V1關(guān)斷， V2 導(dǎo)通， V2起到續(xù)流作用。 敢坤彬桎肀 寶圪巷新良鞒 標(biāo)準(zhǔn)電壓 Vref的產(chǎn)生原理和方法：由單片機(jī)參考電壓的 12 位數(shù)字信號(hào)經(jīng)外部 12 位D/A 轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換成 0~5V的參考電壓，其具體設(shè)計(jì)電路原理圖如下： 丁哨護(hù)絎偃碭植鯖硇枋美 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 干鞭瓔赳荸濠泖靴特鴕葷 圖 10 DAC 模塊電路圖 浜萼攢飽擦佤盆譽(yù)屬活賬 單片機(jī)輸出 12 位電壓數(shù)字信號(hào)后，由兩片 8 位鎖存器（ 74HC373）鎖存后，送給加法器對每一位進(jìn)行加法運(yùn)算，經(jīng)反相后得到參考電壓 Vref。為滿足 單片機(jī)和運(yùn)算放大器的供電需求，輔助電源設(shè)三組電壓輸出，分別為 +5V、177。 圉蕨尉變欠薏庶荔鐵潢焙 在 電源的控制方面， 以高性能單片機(jī)為電源的控制中心， 實(shí)現(xiàn)了 由單片機(jī)產(chǎn)生 電源輸出的參考電壓， 通過對輸出的取樣 電壓與參考電壓的比較運(yùn)算 ，得到輸出電壓與參考電壓的誤差電壓值，再由 ADC 電路模塊反饋至單片機(jī)內(nèi)部，由單片機(jī)對誤差電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并 重新調(diào)整 PWM 信號(hào)的脈沖寬度，輸出控制開關(guān)電源開關(guān)管的周期導(dǎo)通時(shí)間從而控制電源的輸出電