【文章內容簡介】 ，開關管VT1由PWM驅動電路控制的，二極管VD1將輸入回路和輸出回路分開，左半部分是輸入回路，右半部分是輸出回路。 Cuk變換器原理圖工作原理三等效電路圖: （a）VT1導通等效電路圖 (b) VT1截止等效電路圖 （c）電流斷續(xù)等效電路圖 PWM的工作原理PWM（Pulse Width Modulation）控制——脈沖寬度調制技術，通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。PWM控制技術在逆變電路中應用最廣，應用的逆變電路絕大部分是PWM型，PWM控制技術正是有賴于在逆變電路中的應用，才確定了它在電力電子技術中的重要地位。 PWM控制的基本原理沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 （RL電路）上。其輸出電流i(t)(b)所示。從波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各i(t)響應波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應i(t)也是周期性的。用傅里葉級數(shù)分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。 沖量相同的各種窄脈沖的響應波形用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波，正弦半波N等分，看成N個相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。 用PWM波代替正弦半波 PWM相關概念 就是輸出的PWM中，高電平保持的時間 與 該PWM的時鐘周期的時間之比。例如，一個PWM的頻率是1000Hz，那么它的時鐘周期就是1ms，就是1000us，如果高電平出現(xiàn)的時間是200us，那么低電平的時間肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是說占空比就是1：5。 占空比的最小值。 PWM波形周期的倒數(shù)。 開關電源的控制算法在介紹開關電源的控制算法之前，我們需要了解控制系統(tǒng)的基本概念，過程控制就是對生產過程的某一或某些物理參數(shù)進行的自動控制。 基本模擬反饋控制回路被控量的值由傳感器或變送器來檢測，這個值與給定值進行比較，得到偏差，模擬調節(jié)器依一定控制規(guī)律使操作變量變化，以使偏差趨近于零，其輸出通過執(zhí)行器作用于過程?？刂埔?guī)律用對應的模擬硬件來實現(xiàn)，控制規(guī)律的修改需要更換模擬硬件。以微型計算機作為控制器?？刂埔?guī)律的實現(xiàn)，是通過軟件來完成的。改變控制規(guī)律，只要改變相應的程序即可。 微機過程控制系統(tǒng)基本框圖開環(huán)控制系統(tǒng)(openloop control system)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路，所以結構簡單，易于實現(xiàn)，但輸出誤差較大，鑒于本題目對輸出誤差有嚴格的要求，所以應該采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)(closedloop control system)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋( Negative Feedback)，本系統(tǒng)即采用了閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng)。在工程實際中，PID（比例、積分、微分）是應用最為廣泛的閉環(huán)控制規(guī)律。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經驗和現(xiàn)場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error）。 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，會使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。 (1) 模擬PID控制系統(tǒng)組成 模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖（2）模擬PID調節(jié)器的微分方程和傳輸函數(shù)PID調節(jié)器是一種線性調節(jié)器，它將給定值r(t)與實際輸出值c(t)的偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)通過線性組合構成控制量，對控制對象進行控制。PID調節(jié)器的微分方程 （21）式中 PID調節(jié)器的傳輸函數(shù) （22）(3）PID調節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用1）比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反應控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，偏差一旦產生，調節(jié)器立即產生控制作用以減小偏差。2） 積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強。3）微分環(huán)節(jié)：能反應偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調節(jié)時間。（1）模擬PID控制規(guī)律的離散化表21 模擬PID控制規(guī)律模擬形式離散化形式（2）數(shù)字PID控制器的差分方程 （23）式中 稱為比例項 稱為積分項 稱為微分項（3） 常用的控制方式1）P控制 （24）2）PI控制 （25）3）PD控制 （26）4）PID控制 （27）（4）PID算法的兩種類型 1）位置型控制 （28） 2）增量型控制 （29） 本章小結本章主要討論了恒流源的工作原理、常見的開關型電源、PID控制算法和PWM調制方式在數(shù)字實現(xiàn)方式上的分析，確定了系統(tǒng)的總體方案，對各個模塊的功能進行了分析。第三章 電源系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)硬件總體結構數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的整機框圖如圖31所示，它主要由單片機控制電路、整流濾波電路、穩(wěn)壓電路、DC/DC轉換電路、D/A轉換電路、采樣電路、緩沖放大電路、鍵盤控制和液晶顯示電路等九個模塊組成。AVR微控制器是數(shù)字直流穩(wěn)壓電源的核心。它通過軟件的運行來控制整個儀器的工作，從而完成設定的功能操作。我們選用的AVR為ATmega 16，它是整個系統(tǒng)的中樞，接收來自鍵盤的信息，對輸入的信息進行處理，從而確定儀器的工作狀態(tài)及輸出電壓的大小。如果發(fā)生過熱現(xiàn)象，AVR系統(tǒng)能驅動溫度保護電路工作。此外，如果上位PC機有請求，能通過串口接口電路與PC機進行通信。DC/DC轉換采用開關電源芯片TPS5450，緩沖放大采用精密儀表運放INA118和低噪聲運放TLC2202組成，顯示電路采用了LCD器件128*64液晶顯示。 系統(tǒng)框架圖 工作原理和流程分析本系統(tǒng)整機工作原理：系統(tǒng)上電，首先220V市電通過降壓器降為后級電路所需的24V交流電壓；再將交流電壓整流為脈沖直流電壓后經過濾波，由于此脈沖直流電壓含有較大的波紋和高頻信號，所以必須通過濾波電路加以濾除，才能得到較平滑的直流電壓信號；得到的直流電壓輸入穩(wěn)壓電路中，穩(wěn)壓電路對其進行穩(wěn)壓并輸出多路電壓，一路為DC/DC模塊提供穩(wěn)定的12～18V直流電壓，另幾路又通過次級降壓為液晶、單片機和運放單獨供電；穩(wěn)定的電壓送入DC/DC模塊保證其正常工作，以實現(xiàn)改變DC/DC模塊的輸出電流；DC/，采樣出來的差值進行可調增益放大，然后放大的電流信號再通過低噪聲