【正文】 世以來便顯示出強大的生命力，它作為一項頗具發(fā)展前景和影響力的新產(chǎn)品，引起了國內(nèi)外電源界的普遍關(guān)注。而功耗小，散熱器也隨之減小。 （ 2） 高可靠性 ——開關(guān)電源使用的元器件比連續(xù)工作電源少數(shù)十倍，因此提高了可靠性。 單片開關(guān)集成芯片一經(jīng)問世便顯示出強大的生命力，目前已成為國際上開發(fā) 290W 以下中、小功率開關(guān)電源、精密開關(guān)電源、特種開關(guān)電源及電源模塊的優(yōu) 選集成電路 [1720]。內(nèi)部的鉗位電壓將 MOSFET 柵極上的電壓鉗位于 12. 5V，外部所接的柵極驅(qū)動電阻 RGATE 限制了柵極驅(qū)動電路寄生電感和寄生電容的上升時間和阻尼振蕩。 芯片引腳說明 UCC28019 采用 8Lead PDIP 和 8Lead SOIC 兩種封裝形式，其引腳排列如圖 13所示， UCC28019 的引腳功能介紹如下： 圖 13 芯片引腳圖 引腳 1(GND)：芯片接地端。該引腳為內(nèi)部跨導電壓誤差放大器輸出端。推挽式柵極驅(qū)動，可以驅(qū)動外部一個或者多個功率MOSFET，提供 ~ 電流驅(qū)動，輸出電壓被鉗位于 12. 5V。 C 的濾波使輸出 Vout 的波形連續(xù) 。主要的軟件部分有以下幾部分，首先，初始化系統(tǒng)中斷定時器 0，使能兩個外部中斷及將端口復(fù)用到通用端口，使定時器工作在 16 計數(shù)狀態(tài)；然后是兩個外部中斷的中斷服務(wù)程序的編寫，其次計算功率因數(shù)并將其每一位變成其 ANCII 碼送顯示。在一個標準的 8051 中，除 MUL 和 DIV 以外所有指令都需要 12 或 24 個系統(tǒng)時鐘周期，最大系統(tǒng)時鐘頻率為 1224MHz。 12位模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 C8051F020/1有一個片內(nèi) 12位 SAR ADC（ ADC0），一個 9通道輸入多路選擇開關(guān)和可編程增益放大器。轉(zhuǎn)換結(jié)束由一個狀態(tài)位指示，或者產(chǎn)生中斷（如果中斷被使能）。 OSCXCN = 0x67。 圖 31 信號調(diào)節(jié)電路 信號的采樣 模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電路，通常采用的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換觸發(fā)源有：向 ADC0CN 的 AD0BUSY 位寫 1；定時器 3 溢出（即定時的連續(xù)轉(zhuǎn)換 ）；外部 ADC 轉(zhuǎn)換啟動信號的上升沿， CNVSTR；定時器 2 溢出（即定時的連續(xù)轉(zhuǎn)換）。對于一個給定的建立精度（ SA），所需要的 ADC0 建立時間可以用如下方程見式（ 21）估算。 23 注意：如果使用 ADC 或 DAC，則不管電壓基準取自片內(nèi)還是片外， BIASE 位必須被置為邏輯 ?1?。 accumulator = 0L。//0x09。x++)。 Netdata[6]= (timer_buf/100)+0x30。NCDdata。x1000。而且問題比較難找到！很幸運我們沒有碰到這個問題，雖然電路的輸出與設(shè)定值有一定的差距但改變反饋電阻后可以達到設(shè)定值。 本論文的順利完成，離不開各位老師、同學和朋友的關(guān)心和幫助。 這次 設(shè)計鍛煉了自己的動手能力，分析問題、解決問題的能力，同時也具備了一定的創(chuàng)新能力，為以后的發(fā)展和工作打下了堅實的基礎(chǔ)。x5000。 P3 = 0xc0。 //準備送 數(shù)據(jù) for(x=0。 NCDdata[6] = (voltage/100)%10 +0x30。 P2 = 0x00。 /*一行顯示 */ P3 = 0x38。 // 清 ADC 中斷標志位 accumulator += ADC0。REF0CN 中的 BIASE 位使能片內(nèi)電壓基準發(fā)生器，而 REFBE 位使能驅(qū)動 VREF引腳的緩沖放大器。 （ 3） 建立時間要求 當 ADC0 輸入配置發(fā)生改變時（ AMUX 或 PGA 的選擇發(fā)生變化），在進行一次精確的轉(zhuǎn)換之前需要有一個最小的跟蹤時間。 PGA 對 AMUX 輸出信號的放大倍數(shù)由 ADC0 配置寄存器 ADC0CF中的 AMP0GN20 確定。 20 } 輸出采樣電路 信號調(diào)節(jié)電路 圖 21 的電路是一個經(jīng)典的解決方案，第一級是電壓衰減，第二級是電壓校正。與具有標準復(fù)用數(shù)字 I/O的微控制器不同，這種結(jié)構(gòu)可支持所有的功能組合。可編程增益放大器接在模擬多路選擇器 之后，增益可以用軟件設(shè)置，從 16以 2的整數(shù)次冪遞增。 MCU 的程序存儲器包含 64K 字節(jié)的 FLASH。 C8051F020 的內(nèi)核 該 與 8051 完全兼容 C8051F020 系列器件使用 Silicon Labs 的專利 CIP51 微控制器內(nèi)核。在一定的精度范圍內(nèi)，可以通過求得電壓波形與電流波形的相位差來計算電路的功率因數(shù)。所以電感的選擇只能折中，通常選擇使臨界電流低于最小規(guī)定負載電流的電感，或按可接受的波紋電流盡可能地小的標準來選擇。 引腳 7 (Vcc):芯片工作電源。當 VINS引腳的電壓超過門限電平 1. 5V時，芯片 UCC28019 將開始進行軟啟動。分壓電阻的比率由所設(shè)計的輸出電壓和內(nèi)部的5V 標準參考電壓來確定。內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，在連續(xù)電感電流條件下，它使平均輸入電流跟蹤正弦輸入電壓呈現(xiàn)正弦波，在輕載220 V 輸入 AC / DC 變換 DC / DC 變換 PFC 控制液晶顯示輸出CPU 鍵盤設(shè)定功率因數(shù)檢測Uo 8 情況下，依據(jù) Boost 電感值，電感電流可能會進入不連續(xù)導通模式，盡管此時諧波較高，但系統(tǒng)依然滿足 IEC100032 標準的 D 類要求，外環(huán)為電壓環(huán)，依據(jù)電網(wǎng)和負載條件，通過電壓環(huán)路補償引腳對輸出電壓進行控制，該引腳決定了維持低畸變率，狀態(tài)穩(wěn)定的輸入電流波形而需要的內(nèi)部增益?？傊?，人們在開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域里，邊研究低損耗回路技術(shù)，邊開發(fā)新型元器件，兩者相互促進并推動著開關(guān)電源以每年超過兩位數(shù)的市場增長率向小 型、薄型、高頻、低噪聲以及高可靠性方向發(fā)展 [1216]。采用諧振開關(guān)式的兆赫級變換器已經(jīng)實用 化。另外由于技術(shù)性能和要求的提高，使得許多相關(guān)技術(shù)課題的研究，例如 EMI 技術(shù)、 PCB Layout 問題、熱理論的分析、集成磁技術(shù)、新型電容技術(shù)、新型功率器件技術(shù)、新型控制以及結(jié)構(gòu)和工藝等正在迅速增加 [10]。使得電源體積更小，重量更輕，功率密度進一步提高。 圖 1 線性穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖 線性穩(wěn)壓電源雖然可以滿足所需直流電壓的高低和 供電質(zhì)量 (精度、紋波等 )的要求，但有兩個嚴重的缺點 ： 一是調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，損耗很大，因而使整個電源效率很低 ； 二是需要一個工頻變壓器，使得電源體積很大。該系統(tǒng)具有一定的優(yōu)點 :直觀特性、穩(wěn)定性好 ,顯著提高功率因數(shù)。 15 小結(jié) 這樣，當輸入電壓 Ui 發(fā)生變化，或負載變化引起電源的輸出電壓 Uo 變化時，就可以通過改變穩(wěn)壓調(diào)整管的管壓降來使輸出電壓穩(wěn)定。 20世紀 80 年代，絕緣柵雙極型晶體管 ((IGBT)出現(xiàn)， IGBT 可以看成是 MOSFET 和 GTR復(fù)合而成的器件 ，它不但 具有 MOSFET 的電壓型驅(qū)動、驅(qū)動功率小的優(yōu)點，同 時又具有 GTR 飽和壓降低和可耐高壓、大電流等一系列應(yīng)用上的優(yōu)點 ， 使得開關(guān)電源的容量進一步增大，在許多中等容量范圍內(nèi)，迅速取代了晶閘管相控電源。許多新的領(lǐng)域和新的要求又對開關(guān)電源提出了更新更高的挑戰(zhàn)。為提高開關(guān)頻率，必須采用高速開關(guān)器件。 開關(guān)電源的發(fā)展從來都是與半導體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)的。內(nèi)部的振蕩器能夠提供 65Khz 固定的開關(guān)頻率，從而保證了傳導 EMI 噪聲頻譜的基波和二次諧波低于 EN55022 標準要求的傳導帶寬。正常占空比工作時輸出過壓保護 (OVP)、峰值電流限制 (PCL)等，在每一周期均可直接關(guān)斷芯片的柵極輸出，欠壓鎖定 (UVLO)，輸入掉電保護 (IBOP) 和開環(huán)保護 /待機(OLP/Standby)等，同樣也可以關(guān)斷柵極輸出脈沖，直至軟啟動開始工作才恢復(fù)其輸出脈沖。 引腳 4(VINS)：交流輸人電壓檢測。芯片內(nèi)部 VSENSE引腳與地之間串接了一個 100nA 的電流源，可以起開環(huán)保護 (OLP)和管腳懸空保護功能。小的電感波紋電流大，增加了開關(guān)損耗和輸出波紋。為此，功率的定義 為基波電流有效值與電網(wǎng)電流有效值之比然后乘以基波電流與基波電壓的 位移因數(shù)。 } 小結(jié) 這一章完成了功率因數(shù)采樣的硬件電路與程序的編寫，有一定的挑戰(zhàn)，完成這部分的工作首先得要求主電路能正常的工作，在實際的調(diào)試過程中我做了一個小的硬件調(diào)試環(huán)境，就是用移相器將一路信號移相后輸入到比較電路結(jié)果在顯示器上，表示這部分的電路沒有問題了。這個片內(nèi)的 4K 字節(jié) RAM 塊可以在整個 64K 外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間中被尋址（以 4K 為邊界重疊）。有一個輸入通道被連到內(nèi)部溫度傳感器，其它 8個通道接外部輸入。在標準 8051中固定的 “弱上拉 ”可以被總體禁止，這為低功耗應(yīng)用提供了進一步節(jié)電的能力。 P0MDOUT |= 0x01。這就允許用戶對每個通道選擇最佳的測量技術(shù)，甚至可以在測量過程中改變方式。當 CNVSTR 信號用于在低功耗跟蹤保持方式啟動轉(zhuǎn)換時，ADC0 只在 CNVSTR 為低電平時跟蹤；在 CNVSTR 的上升沿開始轉(zhuǎn)換。內(nèi)部基準電壓可以通過 VREF 引腳連到應(yīng)用系統(tǒng)中的外部器件或圖 所示的電壓基準輸入引腳。 // ADC conversion clock = ADC0CF |= 0x00。x50000。x1000。 void transform(void) { voltage = (int)(RATE*result*1000)。x1000。x5000。 P2 = 0x20。開發(fā)調(diào)試過程中，要嚴格按照調(diào)試規(guī)范操作，在導師的幫助和細心的指導下完成了這次設(shè)計論文。 最后，還要 感謝華中科技大學武昌分校自動化系全體老師 和領(lǐng)導，是你們的教育和培養(yǎng)，才使我都夠順利完成學業(yè)，同時我要感謝這四年來一起學習的同學，在論文的完成過程中得到了同一課題組的同學的熱心幫 助，在這里衷心的感謝他們。 調(diào)試功率因數(shù)檢測時首先觀察程序能不 能進入外部中斷服務(wù)程序，其實只要硬件做好了，這一 點 問題也沒有，實際 上 也是這樣的， 程序能夠進入中斷服務(wù)程序，然而在顯示器上卻看不到結(jié)果，顯示的只有亂碼，后來在線仿真可以看到在數(shù)據(jù)緩存時出了錯，在 C51 中 sfr16 是定義一個寄存器變量，但必須是連續(xù)的兩字節(jié)才能這樣，然而定時器 0 的高低字節(jié)不是連續(xù)的所以把高字節(jié)的值沒有 緩存，修改后就好了但顯示的數(shù)據(jù)一直在跳動，后來才知道計數(shù)值緩存后沒有清零，修改后就好了。Netdata。lcd_data_count)//顯示第一行 { data1=*lcdpoint。 } void display(void) { static unsigned char data1。 26 P2 = 0x80。x++)。 接口信號說明： 2腳為電源的地 VSS與電源的正極 VDD， 3腳為液晶顯示變壓信 圖 32 C8051F020與 lcd接口電路 號 VL， 4腳為數(shù)據(jù)、命令選擇端 RS， 5腳為讀寫選擇端 RW， 6腳為使能信號 E， 7到 14腳 為 8位數(shù)據(jù)輸入輸出端口 D0D7， 1 16為背光源引腳。 ADC的程序 集成 ADC的靈活性在于可以用程序?qū)ζ渑渲?，根?jù)上述的各個模塊的敘述，編寫以下的程序，對與 ADC有關(guān)的寄存器進行賦值，將 ADC置于設(shè)計的工作環(huán)境中。對于大多數(shù)應(yīng)用，三個 SAR 時鐘可以滿足跟蹤需要。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)被保存在 ADC數(shù)據(jù)字的 MSB 和 LSB 寄存器： ADC0H 和 ADC0L。 AMUX0、PGA0、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式及窗口檢測器都可用軟件特殊功能寄存器來控制。 i++) 。 窗口比較寄存器可被配置為當 ADC數(shù)據(jù)位于一個規(guī)定的范圍之內(nèi)或之外時向控制器申請中斷。 C8051F022/3有一個片內(nèi) 10位 SAR ADC，技術(shù)指標和配置選項與C8051F020/1的 ADC類似。 片內(nèi)存儲器 CIP51 有標準的 8051 程序和數(shù)據(jù)地址配置。 TL0 = 0。 圖 15 系統(tǒng)電路圖 小結(jié) 這一章節(jié)主要介紹了主電路方案、控制芯片 UCC28019 及電路中主要的參數(shù)的選擇 ，是很關(guān)鍵的部分，特別是控制芯片的工作原理，如果這部分的電路不能正常的工作則后面的工作將很難開展，通常的調(diào)試也得要非常的清楚這一部分的知識。 二極管參數(shù) 12 在功率 MOSFET 截止期間， VD 正向偏置而導通，最大流通電流達 2A 左右；在 MOSFET 導通期間，