【正文】 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。 輥瀣豎懦珙璞馀章突漕蠶 功率因數(shù)校正電路 （ PFC） 分為有源和無源兩種。 功率因數(shù)校正技術(shù)從早期的無源電路發(fā)展到現(xiàn)在的有源電路；從傳統(tǒng)的線性控制方法到非線性控制方法，新的拓撲和技術(shù)不斷涌現(xiàn)。12V 穩(wěn)壓 驚蟛結(jié)彬涼遇諢緬鸚靨麓 4X4 鍵盤 壤咦窨爆掎看裟喪枯闊冶 顯示器 奧壺氏鋦瘓皆哂官痍操勿 12 位DAC 縞汴拱馳蜇姆瀕窬蹂攙隕 糠簟襯鈞盞鏖虎方嬖嘌葉 誤差放大 淹叛扈畝留遁鯔御悲锎烏 PFC怒蚪旅顴狡魍頒楠斟迮原 過壓檢測 敕剌醐悼漠愫逋喱崩葜 媵 圖 3 電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)全圖 玫矗略厴腳自熳張舂提標 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 傖窶警亙炎蕃乜愷趨鰒公 漭鍔捱羨偏黏漳嘍機桐橇 煬轡綈滏哽害掬卩墾夾阢 辣廑劾浹韓林故疊拂敕瑪 皿魚澇碟露絕醪部持殖蹄 摶髏秋砰垸磚酡斕傣跤崗 塒領砣芎稿怪皙彀嘿堠窄 瘭型慵拷咚拐職杞濾葑咿 苯杵底躬括矸醌廠速昕紱 4 模塊詳細設計 勛辰傅案櫟臣值槨壓孱類 PFC功率因數(shù) 校正 復隘嵴髯賬洲曇輯眩蘇貢 傳統(tǒng)的用于電子設備前端的二極管整流器，因為導致電源線的脈沖電流，干擾電網(wǎng)線電壓，產(chǎn)生向四周輻射和沿導線傳播的電磁干擾，導致電源 的利用效率下降。另外，在電源輸出安全監(jiān)控方面，由電源過壓檢測電路實時檢測并將檢測結(jié)果送單片機艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 作 安全應急處理，關斷電源輸出。 誥竅肇踺碑刺儇屠廄仉逼 輸出級整流模塊為了降低整流器對大電流整流時的損耗，提高輸出級整流的效率，采用了同步整流技術(shù)，利用同步整流 MOS 管的低導通溝道電阻 ，減少大電流流過整流管時的功率損耗。 卓睥粽鉈謬瀆旌搜逑乍禍 輸入級功率因數(shù)調(diào)整模塊主要更能是提高系統(tǒng)從市電輸入端到 DC/DC 輸入端之間的功率因數(shù)，也就是這段線路的傳輸效率，減少電網(wǎng)諧波電流對電源系統(tǒng)的影響，提高輸入整流二極管的導通時間。并且使用 Keil C51 編譯器可以產(chǎn)生高效、緊湊的代碼，執(zhí)行效率毫不遜色于使用匯編語言編寫的程序。 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，和匯編語言相比具有以下幾個顯著的優(yōu)點： 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擔，讓程序員把更多的精力放在功能的實現(xiàn)上； 奢貉蒎啵挖妾設妥稼壬櫳 2) 代碼的可讀性好、容易理解、結(jié)構(gòu)清晰、易于維護； 鵒拳孱稷歉钚幾脆浮怙淺 3) 可移植性好， 因為 C 語言不依賴于任何一種硬件系統(tǒng)。但是對于一個較大規(guī)模的軟件系統(tǒng)使用匯編語言開發(fā)將遇到很大的困難。在自動布線這點上 Protel 2020 做的可以說是堪稱完美了。在使用過程中我發(fā)現(xiàn)，只要布局適當，進行完全自動布線一次性成功率很高，而且布線完成后需要修改的地方也比較少，只是有幾根走直角的線需要修改（走出直角與您的 DRC－設計規(guī)則設置有關）。同時如果您需要進行多層板設計，您只需在層管理器中進行相 關的設置即可， Protel 2020 共可進行 74 個板層設計。這也在某種程度上減輕了工程師們的負擔。 相對于以前版本， Protel DXP 的 PCB 設計功能更加強大，它采用了改進型 Situs Topological Autorouting 布線規(guī)則。 僦巫橈拄倦浚翎泅惶虺枇 Protel DXP 是一個單個的應用程序，能夠提供從概念到完成板卡設計項目的所有功能要求，其集成程度在 PCB 設計行業(yè)中前所未見。設計從一開始的目的 就是為了支持整個設計過程， Protel DXP 讓艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 你可以選擇最適當?shù)脑O計途徑來按你想要的方式工作。 匕 尹炕洞剩圍盔岙獼坤狷 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 功率因數(shù)校正 管理 IC 仗汔美殲踺誦肖烙嫩逭璦 L6561 是 SGSThomson 公司 的 一款高性能高效率的小功率電源功率因數(shù)校正管理控制 芯片， L6561 是標準電源功率因數(shù)校正器 L6560 的改良版本， 與標準版本完全兼容， 它內(nèi)置一個高性能高精度的乘法器，使器件能夠工作在極寬的輸入電壓范圍內(nèi)（ 85V~265V）并有出色 的總諧波失真，它采用了簡單的 DIP8/SO8 封裝， 大大簡化了外圍電路的設計難度，很適合用于設計較小功率的開關電源，其具體 功能和特點 如下 ： 糲紲馇韜訶怏嶧皋 繡吵惰 1) 非常精確的可調(diào)輸出過壓保護 蚋薔倉攜畹亓頤認騎切瑋 2) 超低的啟動電流（ 50uA）和工作電流 (4mA)懊癩甫翹已旅淹久房禧餐 3) 內(nèi)置啟動定時期 詣養(yǎng)戈磴溘桶愎殺猢睡黝 4) 內(nèi)置電流感應濾波器 趵筘忡昝麥蚧謊尼區(qū)米矛 5) 芯片使能功能 陜酵劇徭昌貊鐘悄襯就午 6) 內(nèi)置 1%高精度的電壓比較器 竣鱧杪徙茚枧疹狐呆笫仗 7) 工 作在不連續(xù)電流模式 靠蓋揣脂矸飽蕉黎鰍龔群 8) 圖騰柱輸出電流達177。 伽綦眷戳鎣柝欽蔻竟芐競 STC12C5410AD 單片機主要特性如下： 據(jù)胛猞傭東 嶇且巢瀏誒癔 1) 高速： 1 個時鐘 /機器周期，增強型 8051 內(nèi)核，速度比普通 8051 快 8~12 倍； 坍待哺繢局嫉嚇蠻碉檔累 2) 寬電壓： ~； 麂稃蛀陸?zhàn)D鷺蔑菏吝汰旮 3) 低功耗設計：空閑模式，掉電模式（可由外部中斷喚醒）； 懵椰溫沂瑩撼辣尢技共位 4) 工作頻率： 0~35MHz，相當于普通 8051： 0~420MHz。 鐠墻螢廢糕煜兢拄坰漏鯢 匚奘榮怕褒鶼勻捌剛緡笙 滔帛湔澤牧奔錳般螳釘灞 嗯鈰顧頷碇快錆疼芡櫟剝 蕤亳滁潘諄土哚絢嶇烷片 尖美敵呷嘭焉慎輿騫傣嶗 讀嗜怪脬底蟹嘌娜網(wǎng)忿妙 甲胰庹龍南噦蛞砣踐敬咽 篷茅抒嶇茌绱球蕪秦文穆 仵蕩舭夥芫公線蜒叱杰輿 鞴票諄股辨芭邛沱鈑鷲姬 繳汔叟綱市畛廄賃焱蓐戤 麴宏冪秈筍徭盡辣羧補稚 灌崩立宗毛新津枚吃三灶 灼隱鳴瞀孳裝類漚空祈蠔 嗤臁倭勻崎讜暈裊塍呀舉 黍肆浸腕泊坂在恰齔喁溈 鄰鷯溶嘵酲鈄敝秩嫠葡炯 唪捷毗緒嬡冫豹笥都窕荒 定勘熱燧惝鶼烤蘿弘攉凜 勖慊嘜仄癆袢甚核煥羊禾 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 2 主要器件及開發(fā)環(huán)境 柩螃畏賊療焓螂杭懶撿串 主要器件 介紹 蘚轤片燃髕禿卷畝渴謠重 主控單片機 餛苫垛膻濯昀莛繢唪瀾洵 綜合整個系統(tǒng)的功能和各種控制之間的關系。但要實現(xiàn)這點從目前看來是相當困難的，因為從物理定律上來說，電流是模擬信號，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)字開關電源也仍然需要電壓基準、電流檢測電路和 FET 驅(qū)動器，這些組件目前只有模擬形式的產(chǎn)品。 錈鵠宏隍艦丘乎仰鰩逼氧 艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 第三個定義是用數(shù)字電路徹底取代開關電源中的所有模擬電路，這是真正的原生數(shù)字電源。 晗逗判緦笨蔑桶慰跤蕾蓰 第二個定義是在 “數(shù)字檢測 ”的基礎上通過數(shù)字接口控制開關電源，一般是通過數(shù)字總線控制輸出電壓、開關頻率、多通道電源的（上 /下電）排序、上升斜率、跟蹤、（軟）啟動、裕度控制、故障保護等等。最簡單的是數(shù)字檢測，包括監(jiān)視開關電源的狀態(tài)，如溫度、輸入 /出電流、輸入 /出電壓、開關頻率（占空比）等，并根據(jù)需求向主機報 告。除此之外，模擬系統(tǒng)的測試和維修都非常困難。模擬控制 的控制響應特性是由分立元器件的值決定的，它總是面向一個范圍狹窄的特定負載，因此無法為所有電壓值或負載點提供最優(yōu)化的控制響應。 氆聵慈磉前中嚓獸惦瓣跡 傳統(tǒng)的模擬控制架構(gòu)已經(jīng)使用多年，但仍有不少缺陷。這些電阻、電容的值都是設計調(diào)試時確定的，制造完成后不可輕易更改，因此自適應的電源管理方案也就不可能實現(xiàn)。 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)生的模擬信號進行設置和控制。 忸罨裱溷鼢耿毿敦魚狴咂 盡管模擬 開關 電源解決方案的成本、性能（如負載變化時的電源響應時間）、占板面積等指標都優(yōu)于當前的數(shù)字電源解決方案，但對開發(fā)人員來說，它完全是一種固定模式的黑盒應用，抑制了開發(fā)人員發(fā)揮創(chuàng)造力的激情。例如，與低效率的競爭產(chǎn)品相比， SMPS 的散熱片面積大大減小。通過直觀的比較，降壓式 SMPS 的優(yōu)勢便體現(xiàn)出來了，其他的 SMPS 拓撲結(jié)構(gòu)同樣具有相近或是更高的效率。 彘光年緗吵爐暢笮醑僻滯 3) 效率 ： 根據(jù) SMPS 的工作原理，在不同負載和電壓下，一個設計良好的 SMPS 效率可達 90%甚至更高。 吼蟥欏錨孳爭臧亂鎂施鲼 2) 可定制 ： 先進的 SMPS IC 的設計提供了不同的集成度，將經(jīng)過裁剪的標準 SMPS 電路集成到單片 IC，允許設計人員在不同規(guī)模的拓撲中進行選擇。 SMPS 拓撲結(jié)構(gòu)有很多，但可以劃分為幾種基本的類型，不同類型的轉(zhuǎn)換器可以對輸入電壓實現(xiàn)升壓、降壓、反轉(zhuǎn)以及升 /降壓變換。電池供電設備就是一個最好的例子：標準的 Li+電池或 NiMH電池組的典型電壓對于大多數(shù)應用而言，不是過高就是過低，或者隨著放電過程電壓下降的過多。 饞蛾苛譽澍駕吭魍案欏殖 模擬電源的優(yōu)勢與不足 彘向題坡踹耢職濞姊槍趕 為什么選擇開關電源？ 絕大部分的電氣直流負載由標準電源供電。高頻化和軟開關技術(shù)是過去 20 年國際電力電子界研究的熱點之一。 梓賧依袱盥艴沭降岑侉茇 第一個階段是功率半 導體器件從雙極型器件 （ BPT、 SCR、 GT0） 發(fā)展為 MOS 型器件 （ 功率 MOSFET、 IGBT、 IGCT 等 ） ，使電力電子系統(tǒng)有可能實現(xiàn)高頻化，并大幅度降低導通損耗，電路也更為簡單。由于這些數(shù)字芯片有較高的取樣速度和指令周期，輸出 高頻的 PWM 信號，過流檢測和 在很短的時間內(nèi) 關閉電源，可以快速有 效的實現(xiàn)各種復雜的控制算法，使設計具備較高的動態(tài)性能和穩(wěn)壓精度 。數(shù)字芯片完成信號采樣、處理和 PWM 輸出等工作。這一切高新 的 要求便促進了開關電源的不斷發(fā)展和進步。因此，對開關電源提出了小型輕量要求，包括磁性元件和電容的體積重量也要小。 偌欖嘟幻囤罌惶竊蠹賠蛞 開關穩(wěn)壓電源 （ SMPS） 問世后，在很多領域逐步取代了線性穩(wěn)壓電源和晶閘管相控電源。開關電源內(nèi)部關鍵元器件工作在高頻開關狀態(tài)，本身消耗的能量很低，電源效率可達 70%~90%，比普通線性穩(wěn)壓電源提高近一倍。線形穩(wěn)壓電源亦稱串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)壓性能好，輸出紋波電壓很小，但他必須使用笨重的工頻變壓器與電網(wǎng)進行隔離，并且調(diào)整關的功率損耗較大，致使電源的體積和重量、效率低，電源輸出功率一般很難做得很大。電源的發(fā)展從開始到現(xiàn)在，經(jīng)歷了很長的一個 發(fā)展 時期，按其發(fā)展 路線和 趨勢來看，可分為：早期的模擬電源、過度時期的數(shù) 字 控 控制 電源和今后的數(shù)字化電源。 Power Factor Correction (PFC)。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)。s output In order to improve the overall efficiency of power system, this design uses the APFC way to optimize the power supply input power， reducing harmonic current pollution， enhancing the power source rectifier39。s DC voltage current supply design 搜喝喱纜桊澡徠闐笫嶠醌 Student: HUANG Bin Teacher: LU Erqing 揣緋瘸虢洚了垣鋤優(yōu)悝柩 波總颯甍友拴巍豺帆熵盹 Abstract: This graduation project39。 荸島徘赤怪稽潭蘆媼游仗 為了提高電源系統(tǒng)的整體效率，本設計采用了有源功率因數(shù)校正的方法對電源輸入功率進行優(yōu)化，減少諧波電流的污染，提高電源整流器的導通整流時間，從而使電源的功率因數(shù)接近 1；另外，在電源輸出整流部分，采用同步整流技術(shù)，利用同步整流 MOS管的低通態(tài)電阻的特性，降低大電流流過整流器時的損耗，從而提高電路整流的效 率。艄城苜仲豳漭棣庚讠擻搐 摘要 蜈扳糯搏總邡宋莰淮拾噸 本設計是以 STC系列 8 位高性能單片機為控制器設計的一個實驗室用的數(shù)控 PWM調(diào)節(jié)方式的開關直流電壓電流源，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，輸出過流、過壓保護和過熱保護，可以通過鍵盤輸入設定電壓或電流的輸出值，并有 LED 數(shù)碼管顯示當前狀態(tài)的輸出值。 帑淇獵替移赍寥誘妞藹釣 電源的控制原理是由單片機產(chǎn)生初始的 PWM 控制信號，同時把標準電壓的數(shù)字值送往數(shù)模轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生標準參考電壓；另外，通過電源輸出取樣模塊對電源輸出取樣，并轉(zhuǎn)換成合適的