【正文】 在最極端的情況下，即輸出電壓為滿量程15V，負載電流為1A時：C＝5T/（UO/IOMAX） （38）C＝5（15V/1A）≈3333μF當(dāng)市電上升10％時整流電路輸出的電壓值最大，此時濾波電容承受的最大電壓為：VC＝UBOMAX＝實際上普通電容都是標準電容值，只能選取相近的容量，這里可以選擇4700μF的鋁質(zhì)電解電容。 濾波電容部分電容的選取需要濾波電容的電容量C和其耐壓VC值。在一個電源周期中，輸出電流有兩個波頭，分別流過D1～D4，反過來說流過某個二極管的電流只是輸出電流兩個波頭中的一個，故任意一個整流管的最大整流電流為：IDMAX＝IOMAX （35）IDMAX＝1A＝考慮到取樣和放大部分的電流，可選取最大電流IDMAX為1A。 整流橋部分這一部分主要計算整流管的最大電流IDMAX和耐壓VDRM。這時穩(wěn)壓電源輸出的最大電流I/OMAX為1A。調(diào)整管的管壓降UDS一般應(yīng)維持在2V以上，才能保證調(diào)整管T工作在線性區(qū)。 變壓器部分這一部分主要計算變壓器B次級輸出電壓UB以及變壓器的輸出功率PB。第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)的整體框圖及總體描述，整個系統(tǒng)的硬件電路主要包括程變壓整流部分、調(diào)整主電路、反饋電路部分、單片機控制部分、鍵盤輸入和液晶顯示部分等電路組成。采用這種方法時，由于霍爾元件取樣其體積比較大，且價格昂貴，作為一般的電源，電阻采樣完全能夠勝任，但是當(dāng)取樣電流比較大時，電阻取樣會有較大的損耗，降低了變換器的效率。 方案二：數(shù)控式限流。當(dāng)負載電流增大，達到設(shè)定值Imax，使得R上的壓降V達到Imax R=，則Q1導(dǎo)通，使電容器C1充電，其充電時間常數(shù)t=R2C1，對電容快速充電，電容電壓上升，達到一定時間后電容電壓使Q2導(dǎo)通，通過Q2的集電極輸出一個使能信號，當(dāng)過載現(xiàn)象解除后，電路可以自動恢復(fù)到正常工作狀。方案一：簡易限流方式。 過流保護方案論證過流保護電路是電源產(chǎn)品中不可缺少的一個組成部分，一旦電子產(chǎn)品出現(xiàn)故障時，如電子產(chǎn)品輸入側(cè)短路或輸出側(cè)開路時，則需要電源采取一定措施，防止功率MOSFET和輸出側(cè)設(shè)備不被燒毀。12864是最常用的液晶顯示模塊，界面美觀大方，自帶字庫，有存儲器，顯示信息直觀豐富，并且采用串行控制只需要兩個I/O口就可以控制液晶顯示，外圍電路極其簡單，缺點是價格較貴。數(shù)碼管顯示的可視角度寬，顯示明顯，價格便宜，缺點：顯示信息較少，界面呆板，電路設(shè)計復(fù)雜，而且會占用較多的I/O口或者需要獨立的控制芯片。由于獨立按鍵會浪費大量I/O口，而且采用HD7279芯片的44矩陣抗干擾能力比獨立按鍵要強得多，采用矩陣鍵盤更利于系統(tǒng)的穩(wěn)定，因此采用44矩陣鍵盤方案。方案二：采用44矩陣鍵盤。 鍵盤論證方案一：利用I/O口直接連接獨立的按鍵。 簡易串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路圖簡易串聯(lián)穩(wěn)壓電源由于使用固定的基準電壓源D1，所以當(dāng)需要改變輸出電壓時只有更換穩(wěn)壓管D1，這樣調(diào)整輸出電壓非常不方便，但是相對并聯(lián)輸出方式，它具有空載時的空載電流小、更高的穩(wěn)定性和控制精度、電壓調(diào)節(jié)范圍廣，適用于對電源要求較高的中小型電子儀器設(shè)備上。由于T1基極電壓被穩(wěn)壓管D1固定在UD1，T1發(fā)射結(jié)電壓（UT1）BE在T1正常工作時基本是一個固定值（，），所以輸出電壓UO＝UD1－（UT1）BE。方案二：串聯(lián)輸出負載和功率電路的連接方式為串聯(lián)。帶負載能力、穩(wěn)定度、精度比較差。并聯(lián)穩(wěn)壓電路的缺點：效率較低，特別是輕負載時，電能幾乎全部消耗在限流電阻和調(diào)整管上。在負載變化小時，穩(wěn)壓性能比較好。由于穩(wěn)壓管D1反向?qū)〞r兩端的電壓總保持固定值，所以在一定條件下R2兩端的電壓值也能夠保持穩(wěn)定。由于D1與R2是并聯(lián)，所以稱并聯(lián)穩(wěn)壓電路。方案一：并聯(lián)輸出負載和主電路的連接方式為并聯(lián)。結(jié)合實際：由于MSP430的在處理、計算浮點數(shù)據(jù)與執(zhí)行大規(guī)模數(shù)據(jù)處理程序速度方面并不占優(yōu)勢，而且反饋速度慢會造成電源的輸出失控，系統(tǒng)無法正常工作，因此閉環(huán)反饋調(diào)整只有采用硬件負反饋。方案二：軟件反饋控制。這種方法是利用兩個運放，將運放A構(gòu)成電壓比較器，將設(shè)定的輸出電壓數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)化后輸入運放A的同向端，而輸出的電壓經(jīng)過另一個運放B進行比例運算后輸入到運放A的反向端，這樣就形成了硬件的反饋。參考以上兩種方案，由于設(shè)計任務(wù)要求輸出電壓從較小的電壓起調(diào)，故電壓調(diào)整電路部分采用分立元件。方案二：采用分立元件。 分立元件和集成可調(diào)穩(wěn)壓器 方案一：采用集成穩(wěn)壓芯片。LC濾波很好高稍小電源電路中較少使用。電感濾波較差低大電源電路中較少使用。 LC濾波電路圖以下是上述各種濾波電路的對比： 不同濾波方式的優(yōu)劣對比表電路名稱濾波效果輸出電壓輸出電流應(yīng)用特點電容濾波稍差高稍小結(jié)構(gòu)簡單。一般R1應(yīng)遠小于R2。這種濾波電路由于增加了一個電阻R1，使交流紋波都分擔(dān)在R1上。由于大容量濾波電容的廣泛使用，克服了濾波效果稍差的缺點，廣泛用于各類電源電路。電感濾波電路帶負載能力比較好，多用于負載電流很大的場合。 電容濾波電路圖 電容濾波電路波形圖 選擇濾波電容時需要滿足下式的條件：RC≥(3~5)T2 （27）方案二：電感濾波電路。這樣通過電容C1的反復(fù)充放電實現(xiàn)了濾波作用。在脈動直流波形的上升段，電容C1充電，由于充電時間常數(shù)很小，所以充電速度很快；在脈動直流波形的下降段，電容C1放電，由于放電時間常數(shù)很大，所以放電速度很慢。濾波電路可以大大降低這種交流紋波成份，讓整流后的電壓波形變得比較平滑。綜上所述，橋式整流電路的性能要遠好于其他兩種整流電路，而且硬件也不復(fù)雜，因此整流電路我們采用橋式整流。（2）每個二極管承擔(dān)的最大反向電壓為2 倍的交流峰值電壓。R1兩端的電壓始終是上正下負，其波形與全波整流時一致。由于四個整流二極管連接成電橋形式，所以稱這種整流電路為橋式整流電路。 方案三：橋式整流電路 由于全波整流電路需要特制的變壓器，制作起來比較麻煩，于是出現(xiàn)了一種橋式整流電路。在2π～3π、3π～4π等后續(xù)周期中重復(fù)上述過程，這樣電源正負兩個半周的電壓經(jīng)過DD2整流后分別加到R1兩端，這樣R1上得到的電壓總是上正下負，（d）所示。這個電路實質(zhì)上是將兩個半波整流電路組合到一起。 方案二：全波整流電路 由于半波整流電路的效率較低，于是人們很自然的想到將電源的負半周也利用起來，這樣就有了全波整流電路。由于這樣得到的電壓波形大小還是隨時間變化，我們稱為脈動直流。B1的次級輸出電壓是一個方向及大小都隨時間變化的正弦波電壓，（a）所示，0～π期間是這個電壓的正半周，這時B1次級上端為正下端為負，二極管D1正向?qū)?，電源電壓加到負載R1上，負載R1中有電流通過；π～2π期間是初級電壓的負半周，這時B1次級上端為負下端為正，二極管D1反向截止，沒有電壓加到負載R1上，負載R1中沒有電流通過。常用的整流方案有以下幾種：方案一：半波整流電路。 整流電路方案選擇整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種應(yīng)用電路，它的作用是將交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能供給直流用電設(shè)備。D/A芯片能將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成相對應(yīng)的模擬量，兩者的對用關(guān)系僅與參考電壓有關(guān)，線性度號，D/A芯片的穩(wěn)定性好、精度高，但是價格昂貴。這種方法節(jié)省D/A資源，占用I/O少，但是不夠精確，穩(wěn)定性比較低，而且輸出電壓還受單片機電源電壓影響。方案二：PWM濾波模擬D/A。 關(guān)于電壓調(diào)整方式 方案一：電位器分壓式。芯片集成度高，簡化了硬件單路，此系統(tǒng)硬件相對簡單，多數(shù)功能可由軟件實現(xiàn)， 因此系統(tǒng)控制靈活，而且更加穩(wěn)定，并且低功耗便于整體效率的提高。方案二：采用MSP430單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)的控制。 各個模塊方案論證 控制器的選擇方案一：采用51單片機作為主控制器。第2章 線性穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計思路及方案論證 初步設(shè)計的系統(tǒng)整體框圖 系統(tǒng)整體框圖 設(shè)計思路直流線性穩(wěn)壓電源的實現(xiàn)形式有很多種，例如串聯(lián)型穩(wěn)壓電源和并聯(lián)型穩(wěn)壓電源，采用集成穩(wěn)壓芯片的穩(wěn)壓電源與分立元件搭建的穩(wěn)壓電源等。電源模塊化可以方便使用和生產(chǎn)，縮小體積，更重要的是模塊化能夠取代傳統(tǒng)接線，把寄生電容等非確定變量降到最低，降低電子元器件在正常工作或者故障時所受的電動力，降低元件損耗，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，還可以使用多個模塊并聯(lián)使用，增加系統(tǒng)的冗余，分擔(dān)負載，擴大系統(tǒng)容量，可以大大的提高可靠性。在智能化的今天，直流穩(wěn)壓電源實現(xiàn)智能化也是大勢所趨。1) 智能化目前在研究開發(fā)高性能、高精度的儀器儀表時，幾乎全部采用單片機以及可編程邏輯器件來實現(xiàn)，電源也不例外。在國際競爭激烈的今天，這無疑是對我國電源產(chǎn)業(yè)的嚴峻考驗。但是，與發(fā)達國家相比，我國的電源產(chǎn)業(yè)還存在很大的差距和不足，一方面國內(nèi)的數(shù)控電源主要是利用單片機或者可編程邏輯器件來控制穩(wěn)壓電源調(diào)整管的開關(guān)程度來實現(xiàn)數(shù)控，這樣的控制方法和國外相比，電源的效果不是很理想。 研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 研究現(xiàn)狀迄今為止，電源技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門比較完整的、自成體系的高科技體系技術(shù)，其中數(shù)控穩(wěn)壓電源是從十九世紀80年代才開始發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論也剛剛開始建立，這些理論為以后的發(fā)展提供了一個良好的基礎(chǔ)，在后來的一段時間內(nèi)，數(shù)控穩(wěn)壓電源技術(shù)有了很大的進步和發(fā)展，但是局限于當(dāng)時的科學(xué)理論水平與制作工藝，產(chǎn)品存在數(shù)控程度低、控制精度達不到要求、可靠性與穩(wěn)定性低等一系列缺點，因此數(shù)控穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向主要是針對以上的幾個缺點進行不斷的改進和完善，隨著新的控制理論以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展，各種專用的集成電路的不斷研發(fā)與利用，單片機及A/D、D/A轉(zhuǎn)換器得到了廣泛的使用，為后來數(shù)控穩(wěn)壓電源的發(fā)展提供了極大的便利條件，到了90年代，功率密度更是達到50W每立方英寸，到今天，大量的電源專用的芯片被廣泛采用，并出現(xiàn)了集成高精度的A/D、D/A與段碼液晶驅(qū)動的專門用于電能測量的單片機，這些產(chǎn)品的出現(xiàn)極大的縮短了新產(chǎn)品的設(shè)計周期，更利于數(shù)控穩(wěn)壓電源的設(shè)計與研發(fā)。5) 控制靈活，系統(tǒng)可靠性高，控制精度高，具有自我保護功能和自恢復(fù)系統(tǒng)。3) 系統(tǒng)一致性好，易于校準和調(diào)試，高級的智能電源還具有智能自校準功能。2) 具有友好的人機界面。 意義 采用單片機控制的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源是針對傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足而提出來的，它不僅能夠減少電源生產(chǎn)過程中的不確定因素（如阻值精度等）以及人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，更有效的解決了傳統(tǒng)電源模塊中諸如智能化程度低、可靠性低、不易控制、產(chǎn)品一致性低等一系列問題，極大地提高了生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品可維護性。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源功能簡單、不易控制、可靠性低、精度低、體積大且復(fù)雜程度高、故障率高、自我保護功能不夠完善，因而實用性比較低。線性穩(wěn)壓電源主要包括工頻變壓器、輸出整流濾波電路、控制電路、主電路、保護電路等五部分組成，它是先將220V交流市電經(jīng)過變壓器變壓得到低壓交流電，再經(jīng)過整流電路，整流得到有脈動的直流，經(jīng)過濾波電路對整流輸出的直流進行濾波，得到相對穩(wěn)定的沒有脈動的直流電，然后進入調(diào)整電路，將電壓恒定的直流電轉(zhuǎn)化成輸出電壓受控制電路控制的直流電能，并通過反饋電路調(diào)整輸出電壓，提高輸出電壓的精度，現(xiàn)在這種電源的技術(shù)很成熟，可以達到很高精度和穩(wěn)定度，輸出電壓波紋也很小，而且沒有開關(guān)電源對外具有的干擾與噪音，但是它最大的缺點是需要龐大而笨重的工頻變壓器，濾波電路的電容體積和重量也相當(dāng)大，而且電壓調(diào)整電路是工作在線性狀態(tài)，電源主電路的輸入電流與電源的輸出電流一致，而主電路上的電壓降為輸入和輸出電壓的差值，在輸出電壓較小而輸出較大的電流時，調(diào)整管上的功耗太大，轉(zhuǎn)換效率低（一般線性電源的效率只有30～40%），所以還需要安裝很大的散熱片。本文對基于MSP430單片機的數(shù)控直流線性穩(wěn)壓電源進行了初步的研究與設(shè)計，以達到進一步了解數(shù)控線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計與應(yīng)用的目的?，F(xiàn)在直流穩(wěn)壓電源越來越朝著數(shù)字化的方向發(fā)展，因此研究數(shù)控直流穩(wěn)壓電源是很有必要的。通常情況下電子設(shè)備在正常工作時都需要提供恒定的直流電能，因此直流線性穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有很重要的地位。由于電力電子元件的特性，幾乎所有的電子設(shè)備都需要在可靠、穩(wěn)定的電源電路的支持下才能正常的工作，因此穩(wěn)壓電源是電子電路設(shè)計與分析過程中的必備設(shè)備，如果電源工作狀態(tài)不穩(wěn)定，會對電子設(shè)備的部分功能產(chǎn)生影響，甚至?xí)绊懻麄€系統(tǒng)的穩(wěn)定從而會造成許多不良的后果。電源技術(shù)尤其是直流穩(wěn)壓電源技術(shù)服務(wù)于各行各業(yè)，它融合了電氣、電子、電磁、系統(tǒng)集成、自動控制、現(xiàn)代控制、材料學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域，是一門實踐性很強的工程技術(shù)。整個系統(tǒng)的設(shè)計是以16位的MSP430單片機為核心，完成對數(shù)據(jù)的測量和處理，控制輸出電壓的變化，整個系統(tǒng)通過模擬仿真與實物測試分析，基本滿足了設(shè)計指標，取得了良好的效果。本科畢業(yè)論文(設(shè)計)題 目：基于MSP430單片機的數(shù)控穩(wěn)壓電源設(shè)計學(xué)