【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 路 降壓電路 降壓電路采用 LM317穩(wěn)壓電路進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。 LM317是 可調(diào)節(jié) 3端正電壓穩(wěn)壓器 ， 具有 在輸出電壓范圍 37V時(shí)能夠提供超過(guò) 、 典型線性調(diào)整率 %、 典型負(fù)載調(diào)整率 %、 80dB紋波抑制比 、 輸出短路保護(hù) 、 過(guò)流、過(guò)熱保護(hù) 、 調(diào)整管安全工作區(qū) 保護(hù) 的特性。其封裝形式如圖 ： 圖 LM317封裝形式 用 LM317T制作可調(diào)穩(wěn)壓電源，常因 電位器接觸不良使輸出電壓升高而燒毀負(fù)載。如果增加一只三極管（如 圖 ），在正常情況下， Q1的基極電位為 0， Q1截止，對(duì)電路無(wú)影響；而 當(dāng) R1接觸不良時(shí)， Q1的基極電位上升，當(dāng)升至 ，導(dǎo)通，將 LM317T的調(diào)整端電壓降低，輸出電壓也降低，從而對(duì)負(fù)載起到保護(hù)作用。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 12 頁(yè) 共 43 頁(yè) 圖 LM317調(diào)壓電路 決定 LM317輸出電壓的是電阻 R1和 R2的比值 ， R2是一個(gè)固定電阻 .因?yàn)檩敵龆说碾娢桓?,電流經(jīng) R1, R2流入接地點(diǎn) . LM317的控制端消耗非常少的電流 ,可忽略不計(jì) .所以 , 控制端的電位是 I x R1,又因?yàn)?LM317 控制端 , 輸出端接腳間的電位差為 V,所以 Out(輸出）的電壓是 : 1* RIV out ?? ；接下來(lái)計(jì)算 I， out與 adj接腳間的電位差為 ，電阻為 R1，所以電流是： ，輸出電壓計(jì)算公式為 ： ?????? ??? RRV o u t 可控硅驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 電力 MOSFET是一種單極型的電壓控制器件，不僅有自關(guān)斷能力，而且有驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)速度高、無(wú)二次擊穿、安全工作區(qū)寬等特點(diǎn) ,電力 MOSFET種類和結(jié)構(gòu)有許多種，按導(dǎo)電溝道可分為 P溝道和 N溝道，同時(shí)又有耗盡型和增強(qiáng)型之分，在電力電子裝置中，主要應(yīng)用 N溝道增強(qiáng)型。電力 MOSFET大多采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，提高了器件的耐電壓和耐電流能力 。電力 MOSFET是用柵極電壓來(lái)控制漏極電流的，因?yàn)樗尿?qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)單， 當(dāng)柵極電壓超過(guò)開(kāi)啟電壓且較小時(shí)， MOS工作 在線性區(qū)，此時(shí)源極與漏極之間電流與柵極電壓成線性關(guān)系；當(dāng)柵極電壓超過(guò)某個(gè)值時(shí)， MOS工作在飽和區(qū)，此時(shí)源、漏之間的電流為一恒定值。 MOS的一個(gè)主要特征是柵極與源極之間具有很大的電阻，從而可 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 13 頁(yè) 共 43 頁(yè) 以實(shí)現(xiàn)柵極與驅(qū)動(dòng)部分的信號(hào)隔離 。 電力 MOSFET的應(yīng)用選擇應(yīng)該綜合各方面的限制及要求，首先應(yīng)考慮漏源電壓 DSV 的選擇，在此上的基本原則為 MOSFET實(shí)際工作環(huán)境中的最大峰值漏源間的電壓不大于器件規(guī)格書(shū)中標(biāo)稱漏源擊穿電壓的 90%。 其次考慮漏極電流的選擇，基本原則為 MOSFET實(shí)際工作環(huán) 境 中的最大周期漏極電流不大于規(guī)格書(shū)中標(biāo)稱最大漏極電流的 90%；漏極脈沖電流峰值不大于規(guī)格書(shū)中標(biāo)稱漏極脈沖電流峰值的 90%。接著是驅(qū)動(dòng)要求， MOSFET的驅(qū)動(dòng)要求由其柵極總充電電量 Qg參數(shù)決定，在滿足其他要求的情況下，盡量選擇 Qg小者以便驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電壓選擇在保證遠(yuǎn)離最大柵源電壓前提下使 Ron盡量小的電壓值，小的 Ron值有利于減小導(dǎo)通期間的損耗，小的 Rth值可減小溫度差，有利于散熱。綜合以上的選擇參數(shù)，為了讓電路有較大的余量和考慮到元器件選購(gòu)的因素，決定采用 IRF540，下面是 IRF540的參數(shù)表： 參數(shù) 符號(hào) 額定值 單位 漏 源電壓 vDSS 100 V 柵 源電壓 VGS ? 20 V 連續(xù)漏極電流 ID 27 A 脈沖漏極電流 IDM 108 A 耗散功率 PD 125 W 最高結(jié)溫 TJ 150 ℃ 存貯溫度 TSTG 55150 ℃ 接著是對(duì) IRF540驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)， 作為一個(gè)開(kāi)關(guān)電源 一個(gè)好的 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的要求是： ⑴ 開(kāi)關(guān)管開(kāi)通瞬時(shí) ,驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)能提供足夠大的充電電流使 MOSFET柵源極間電壓迅速上升到所需值 ,保證開(kāi)關(guān)管能快速開(kāi)通且不存在上升沿的高頻振蕩 ； ⑵ 開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間驅(qū)動(dòng)電路能保證 MOSFET柵源極間電壓保持穩(wěn)定使可靠導(dǎo)通 ； ⑶ 關(guān)斷瞬間驅(qū)動(dòng)電路能提供一個(gè)盡可能低阻抗的通路供 MOSFET柵源極間電容電壓的快速泄放 ,保證開(kāi)關(guān)管能快速關(guān)斷 ； ⑷ 關(guān) 斷期間驅(qū)動(dòng)電路最好能提供一定的負(fù)電壓避免受到干擾產(chǎn)生誤導(dǎo)通 ； ⑸ 另外要求驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠 ,損耗小 ,最好有隔離 。 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如圖 ： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 14 頁(yè) 共 43 頁(yè) 圖 可控硅驅(qū)動(dòng)電路 采用 用圖騰柱的驅(qū)動(dòng)電路方式用來(lái)為 MOSFET匹配電壓以及提高驅(qū)動(dòng)能力， R5和 R7提供了 PWM電壓基準(zhǔn)，通過(guò)改變這個(gè)基準(zhǔn)，可以讓電路工作在 PWM信號(hào)波形比較陡直的位置 。這個(gè)電路提供了如下的特性： 1. 用低端電壓和 PWM驅(qū)動(dòng)高端 MOS管 ； 2. 用小幅度的 PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)高 門 電壓需求的 MOS管 ； 3. 通過(guò)使用合適的電阻，可以達(dá)到很低的功耗 。 低頻的實(shí)現(xiàn) 低頻是指頻率在工頻 50HZ以下，降低頻率可以使電路感抗降低，從而減少能量損失，提高電效率 。電源頻率的改變是通過(guò)改變可控硅的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)單片機(jī)對(duì)電壓的采集分析 通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)后，讓操作者判斷爐腔內(nèi)溫度的變化然后通過(guò)按鍵來(lái)改變 PWM輸出的占空比以及載波周期，驅(qū)動(dòng)可控硅開(kāi)關(guān)頻率的改變而實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的調(diào)節(jié)。 調(diào)壓的實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)要求的輸出空載電壓在 3V到 7V之間可調(diào)是通過(guò)控制可控硅的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的。 可控硅存在一個(gè)開(kāi)啟電壓，當(dāng)柵源電壓高于開(kāi)啟電壓的時(shí)候可控硅導(dǎo)通，漏極和源 極導(dǎo)電，形成電壓輸出。 電壓的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變 PWM控制信號(hào)的占空比實(shí)現(xiàn)的，占空比越大則可控硅導(dǎo)通的時(shí)間越長(zhǎng)，輸出電壓升高，反之則降低。在設(shè)計(jì) PWM控制信號(hào)的時(shí)候應(yīng)該注意不要使柵源之間的電壓過(guò)高，防止其絕緣層擊穿， 在程序中設(shè)置一個(gè)電壓比較參數(shù)，讓可控硅盡量的工作于非飽和區(qū)和截止區(qū)之間。 穩(wěn)壓 電源 設(shè)計(jì) 穩(wěn)壓電源 是能為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源或 直流 電源 的電子裝置 ，在電子制作電路中是必不可少的。 78L05 是一種固定電壓 (5V)三端集成穩(wěn)壓器 ,其適用于很多應(yīng)用場(chǎng)合 。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 15 頁(yè) 共 43 頁(yè) 78L05 的特性： 三端穩(wěn)壓器 、 輸出電流可達(dá) 到 100mA、 無(wú)需外接元件 、 內(nèi)部熱過(guò)載保護(hù) 、 內(nèi)部短路電流限制 。 78L05 輸出端應(yīng)注意接濾波電容 ，大電容濾除低頻波，小電 容濾除高頻波，根據(jù)這個(gè)原則選擇濾波電容的大小。穩(wěn)壓電源 電路 原理圖如圖 所示 圖 穩(wěn)壓電源電路 主控模塊 主控模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能是： 輸出 PWM信號(hào)控制可控硅的開(kāi)關(guān)進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，利用 PWM控制可控硅的開(kāi)關(guān)頻率改變頻率，分析 AD口接收的電壓信號(hào)進(jìn)行顯示，掃描按鍵的動(dòng)作進(jìn)行電壓和頻率的可控連續(xù)調(diào)節(jié)。 ATMEGA16 單片機(jī)簡(jiǎn)介 控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控 制，采用 AVR系列單片機(jī)中的 ATMEGA16單片機(jī)作為主控芯片，其主要的功能是掃描按鍵開(kāi)關(guān)的動(dòng)作進(jìn)行判斷，改變 PWM控制波形的占空比輸出控制可控硅的開(kāi)關(guān)時(shí)間和頻率，并分析 AD口接收的電壓反饋信號(hào)進(jìn)行數(shù)碼顯示。 ATMEGA16的產(chǎn)品特性： ⑴ 高性能、低功耗的 8 位 AVR微處理器 ； ⑵ 先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu) ： 131 條指令 、 大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期 、 32個(gè) 8位通用工作寄存器 、 全靜態(tài)工作 、 工作于 16MHz時(shí)性能高達(dá) 16MIPS、 只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器 ； ⑶ 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ： 16K字節(jié)的系統(tǒng) 內(nèi)可編程 Flash： 擦寫壽命 10,000次 、具有獨(dú)立鎖定位的可選 Boot代碼區(qū) ， 通過(guò)片上 Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程 ， 真正的同時(shí)讀寫操作 、 512 字節(jié)的 EEPROM： 擦寫壽命 100,000次 ； 1K字節(jié)的片內(nèi) SRAM； 可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密 ； ⑷ JTAG 接口 ( 與 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)兼容 )： 符合 JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能 、 支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能 、 通過(guò) JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對(duì) Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程 ； ⑸ 外設(shè)特點(diǎn) ： 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 、 一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 、 具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器 RTC、 四通道 PWM、 8路 10位 ADC： 8個(gè)單端通道 、 TQFP封裝的 7個(gè)差分通道 ； 2個(gè)具有可 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 16 頁(yè) 共 43 頁(yè) 編程增益（ 1x, 10x, 或 200x）的差分通道 、 面向字節(jié)的兩線接口 、 兩個(gè)可編程的串行USART、 可工作于主機(jī) / 從機(jī)模式的 SPI 串行接口 、 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器 、 片內(nèi)模擬比較器 ⑹ 特殊的處理器特點(diǎn) ： 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè) 、 片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的 RC 振蕩器 、 片內(nèi) / 片外中斷源 、 6種睡眠模式 : 空閑模式、 ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、 Standby 模式以及擴(kuò)展的 Standby 模式 ⑺ I/O 和封裝 ： 32個(gè)可編程的 I/O口 、 40引腳 PDIP封裝 , 44引腳 TQFP封裝 , 與 44引腳MLF封裝 ⑻ 工作電壓 :ATmega16L： 、 ATmega16： ⑼ 速度等級(jí) ： 08MHz ATmega16L、 016MHz ATmega16 DIP封裝的 ATMEGA16的引腳配置如下圖 。 ATMEGA16內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括有 ALU部件 、 三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 / 計(jì)數(shù) 器 (T/C)、 片內(nèi) /外中斷 、 可編程串行USART、 有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口， 8路 10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益(TQFP 封裝 ) 的 ADC、 具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè) SPI串行端口 等。 ALU 與 32 個(gè)通用工作寄存器直接相連 ， 寄存器與寄存器之間、寄存器與立即數(shù)之間的 ALU 運(yùn)算只需要一個(gè)時(shí)鐘周期。 ALU 操作分為 3類：算術(shù)、邏輯和位操作 ， 此外還提供了支持無(wú) / 有符號(hào)數(shù)和分?jǐn)?shù)乘法的乘法器 。其他的引腳功能為： VCC：數(shù)字電路的電源； GND：地； PA口： 做為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端 ， 端口 A為 8位雙向 I/O口 ， 具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 A處于高阻狀態(tài) ； PB口： 端口 B為 8位雙向 I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 B處于高阻狀態(tài) ； PC口： 端口 C為 8位雙向 I/O口，具有可編程的內(nèi) 部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口 C處于高阻狀態(tài)。如果 JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活 ； PD口： 端口 D為 8位雙向 I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性 ， 可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未 起振，端口 D處于高阻狀 ； RESET: 復(fù)位輸入引腳 ,持續(xù)時(shí)間超過(guò)最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位 ； XTAL1: 反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端 ； XTAL2: 反向振蕩放大器的輸出端 ； AVCC： AVCC是端口 A與 A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用 ADC時(shí) ， 該引腳應(yīng)直接與 VCC連接 ， 使用 ADC時(shí)應(yīng)通過(guò)一個(gè)低通濾波器與 VCC 連接 ； AREF： A/D的模擬基準(zhǔn)輸入引腳 。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 17 頁(yè) 共 43 頁(yè) 圖 ATMEGA16單片機(jī)引腳圖 單片機(jī)外圍電路 XTAL1 與 XTAL2 分別為用作片內(nèi)振蕩器