【正文】 3周—第4周 資料收集，方案設計第5周—第7周 系統(tǒng)設計第8周 中期檢查第9周—第12周 系統(tǒng)調(diào)試和論文撰寫第13周—第14周 論文審核第15周—第16周 答辯教研室主任簽字時　間畢業(yè)設計開題報告題　目單片機控制的智能升壓電源硬件設計學生姓名 學號 班級 專業(yè) 一、課題研究意義21世紀是信息化的時代，信息化的快速發(fā)展使得人們對于電子設備、產(chǎn)品的依賴性越來越大，而這些電子設備、產(chǎn)品都離不開電源。 PDF以及其典型應用電路。 ，電源主回路，控制回路。由控制芯片UC3843輸出的占空比控制調(diào)節(jié)升高電壓值（輸出電壓值）。根據(jù)采集電壓值和單片機設定電壓值來控制調(diào)節(jié)UC3843（占空比控制芯片）輸出的占空比，去調(diào)節(jié)boost升壓電路工作，使最后輸出電壓達到單片機設定值。，處理，顯示電壓，電流值，送給控制電路部分設定電壓值。三、結(jié)構(gòu)框圖整體可分為四部分，電源部分，單片機部分，控制部分，功率部分。提出系統(tǒng)設計框圖，提出相應的解決方案。3﹑通過單片機可以設置恒壓值（2030V），）。二、技術(shù)參數(shù)和要求1﹑輸入電壓 12（）V。系統(tǒng)工作時，由單片機對輸出情況進行處理，時刻顯示狀態(tài)，實現(xiàn)了智能管理。本項目就是設計一個可以數(shù)控的升壓恒壓源。石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計單片機控制的智能升壓電源硬件設計 The Hardware Design of Signle Chip Microputer Controlling Intelligent Boost Power 2012 屆 電氣工程 系專 業(yè) 學 號 學生姓名 指導教師 陳東陽 完成日期 2012年5月15日畢業(yè)設計成績單學生姓名 學號 班級 專業(yè) 畢業(yè)設計題目單片機控制的智能升壓電源硬件設計指導教師姓名陳東陽指導教師職稱副教授評 定 成 績指導教師得分評閱人得分答辯小組組長得分成績：院長(主任) 簽字： 年 月 日畢業(yè)設計任務書題 目單片機控制的智能升壓電源硬件設計學生姓名 學號 班級 專業(yè) 承擔指導任務單位 石家莊鐵道大學導師姓名陳東陽導師職稱副教授一、主要內(nèi)容恒壓源就是輸出電壓恒定，即所謂的穩(wěn)壓源。除恒流源供電設備外其他電子設備要求恒壓供電，因為電壓變化都會對設備工作造成影響。通過按鍵調(diào)節(jié)輸出電壓值，一旦設定，輸出電壓就會一直保持恒定，不會因負載變化而發(fā)生改變。本項目廣泛應用到電子設備供電以及教學設備中。2﹑最大輸出30V。4﹑其他要求：系統(tǒng)工作時，兩位數(shù)碼管循環(huán)顯示輸出電流，電壓；，有聲光報警（指示燈和蜂鳴器）；有設定電流值狀態(tài)與正常輸出狀態(tài)指示；電路原理圖設計，protel印刷電路圖設計。，查閱文獻資料不少于15篇，其中外文文獻2篇以上，翻譯與課題有關(guān)的外文資料不少于3000漢字。，一是降壓穩(wěn)壓給單片機及其元件供電 ，二是給功率電路供電進行升壓。，采集輸出電壓，電流一是送給單片機，二是與單片機設定電壓值比較，調(diào)節(jié)功率電路部分工作。 (boost升壓），此部分是boost升壓電路，將輸入電壓12V升高，達到單片機設定輸出值。四、參考及查閱資料（AD轉(zhuǎn)換，PWM)或具備同樣功能的其它單片機。：跟隨器，放大器，積分比例放大（推薦使用運放LM358)。開關(guān)電源相對于線性電源具有效率、體積、重量等方面的優(yōu)勢，尤其是高頻開關(guān)電源正變得更輕，更小，效率更高，也更可靠，這使得開關(guān)電源成為了應用最廣泛的電源。隨著開關(guān)電源技術(shù)的成熟，在有些應用場合要求開關(guān)電源具有一定的智能，能實現(xiàn)精確的程序控制，以便于實時了解設備的參數(shù)（如電壓、電流）、工作狀態(tài)（正常、故障）等信息。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備等幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。UC3843是一種高性能固定頻率（頻率可高達500KHZ）電流模式控制器專為離線和直流至直流變換器應用而設計，為設計人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案，因而也被廣泛地應用于智能電源的開發(fā)應用中。進一步提高脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器如UC3843的頻率或者發(fā)展新型更加高頻率的脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，可以使得開關(guān)電源的精度更高，誤差更小，也使得開關(guān)電源更加輕、小、薄。三、研究內(nèi)容和預期結(jié)果：(1)研究開關(guān)電源的工作原理。(3)設計PID控制電路，并計算主要器件參數(shù)(4)熟悉了解UC3843的原理及其功能，主要用來輸出一定的占空比信號，控制BOOST升壓電路中MOS管的開通以及關(guān)斷，來實現(xiàn)升壓。(6)和單片機程序結(jié)合，可實現(xiàn)按鍵輸入設定電壓值，數(shù)碼管顯示電壓電流值等功能。設置恒壓值（2030V）。指導教師簽字時 間 　　 年　 月 日摘　要由于當前世界的快速發(fā)展和進步，對能源的需求日益增大，因此能源問題已經(jīng)成為了一個世界問題，新能源的使用已受到很大受到重視，作為綠色能源的太陽能源得到了廣泛的認可，太陽能產(chǎn)業(yè)也逐步發(fā)展，目前已有很多太陽能產(chǎn)品投入了生產(chǎn)，并廣泛運用在了現(xiàn)實生活中。此功能將通過配合相應的C語言控制程序和算法來實現(xiàn)STC12C5204AD單片機的PCA和PWM輸出功能，最終實現(xiàn)對電壓的設定和調(diào)整，將軟件和硬件有機的結(jié)合起來。并在最后通過PROTEL軟件，依照設計的原理圖制作了PCB板，進行了實物的焊接，并綜合對硬件和軟件功能進行了調(diào)試。早在20世紀80年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機電源換代，進入90年代開關(guān)電源已廣泛應用在各種電子、電器設備，程控交換機、通訊、電力檢測設備電源和控制設備電源之中。開關(guān)電源和線性電源相比，兩者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但兩者增長速率各異。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使的開關(guān)電源技術(shù)也不斷的創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動，從而為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。我們見到的開關(guān)電源，基本全部都是恒壓源。隨著電子技術(shù)向各個領(lǐng)域的滲透，許多場合，尤其是高精度測控系統(tǒng)需要高精度的電壓源。直流穩(wěn)壓電源在儀器儀表、電子設備以及高新科學技術(shù)中屬于一個重要的部件，是各種電子設備的核心，電源系統(tǒng)質(zhì)量的優(yōu)劣和可靠性決定著整個電子設備的質(zhì)量。在電子設備中，直流穩(wěn)壓電源的故障率是最高的，在直流穩(wěn)壓電源中，通過整流、濾波電路所獲得的直流電源的電壓往往是不穩(wěn)定的。對各種精密儀器，電子設備電源電壓的不穩(wěn)定,將會引起很多問題，比如：測量儀器的準確度降低，交流放大器的噪聲增大，直流放大器的零點漂移等等。恒壓源是能夠向負載提供恒定電壓的電源，因而提高直流電源的穩(wěn)定性就顯得十分必要，并且設計一個穩(wěn)定性好、精確度高的恒壓源是十分關(guān)鍵的。隨著電力技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，恒壓源的許多新的控制技術(shù)也隨之發(fā)展和完善，由單片機控制的智能型恒壓源已然成為一個重要的研究課題，智能恒壓源這種高效的產(chǎn)品就成為廣大廠商追求的目標。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備等幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。UC3843是一種高性能固定頻率（頻率可高達500KHZ）電流模式控制器專為離線和直流至直流變換器應用而設計，為設計人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案，因而也被廣泛地應用于智能電源的開發(fā)應用中。進一步提高脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器如UC3843的頻率或者發(fā)展新型更加高頻率的脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，可以使得開關(guān)電源的精度更高，誤差更小，也使得開關(guān)電源更加輕、小、薄。與國外開關(guān)電源技術(shù)相比，國內(nèi)從1977年才開始進入初步發(fā)展期，起步較晚、技術(shù)相對落后。開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。SMT技術(shù)的應用使得開關(guān)電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小薄。對聯(lián)高可靠性指標，美國的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。(2)掌握 boost 升壓電路的工作原理，設計升壓電路硬件部分并計算出主要部分器件參數(shù)。(4)熟悉了解UC3843的原理及其功能，其主要用來輸出一定的占空比信號，控制 boost 升壓電路中MOS管的開通以及關(guān)斷，來實現(xiàn)升壓。(6)和單片機程序結(jié)合，可實現(xiàn)按鍵輸入設定電壓值，數(shù)碼管顯示電壓電流值等功能。因此針對升壓電路我們提出了兩種設計方案：一種是我們熟知的線性變壓電路，即利用變壓器原副線圈的比值來實現(xiàn)電壓的改變，但這樣一來必須以交流電路為前提，即我們需要在電路中加上逆變電路，以此來先將直流電逆變成交流電然后通過變壓器進行升壓，但顯然這種設計思路無形中增加了電路的復雜程度，必然增加了電能的損耗，所以我們采用的是另一種方案，即利用目前應用很廣泛的DCDC升壓電路，即Boost升壓斬波電路來完成升壓這一項工作，這樣直接對直流進行升壓自然避免了很多前一種方案引發(fā)的問題，不僅簡化了整體電路的結(jié)構(gòu)而且也降低了成本，所以說選用該設計方案處理升壓問題是一個較為理想的選擇。然后UC3843控制芯片將比較器比較的結(jié)果反饋到MOS場效應管，利用波形的占空比來控制BOOST升壓電路使其維持在一個給定值的范圍內(nèi)，最后，通過單片機來實現(xiàn)對電壓給定值的限制和定時功能。圖21　系統(tǒng)原理框圖本系統(tǒng)在設計中，最大程度地簡化電路，并且使用單片機為核心控制器，硬件和軟件相結(jié)合，增強了控制器的可調(diào)性和功能性。第3章　硬件電路設計　開關(guān)電源原理簡介開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。與線性電源相比，PWM開關(guān)電源更為有效的工作過程是通過“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實現(xiàn)的。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。最后這些交流波形經(jīng)過整流濾波后就得到直流輸出電壓。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設計成與線性調(diào)節(jié)器相同。開關(guān)電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換?！￠_關(guān)電源主要拓撲結(jié)構(gòu)一．按照占空比控制方式，可以分為定頻控制和變頻控制定頻控制即開關(guān)周期恒定不變，通過調(diào)整一個周期內(nèi)開關(guān)開通的寬度來調(diào)節(jié)輸出電壓，即通常所說的脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation，PWM)技術(shù)；變頻控制有定開通時間、定關(guān)斷時間、遲滯比較等幾種控制方式。二．按照輸出波形控制，開關(guān)電源可分為電壓控制型和電流控制型電壓控制型：利用輸出電壓采樣作為控制環(huán)的輸入信號，該信號與基準電壓Vref進行比較，并將比較生成的結(jié)果放大生成誤差電壓Ve，Ve與振蕩器生成的鋸齒波Vsaw進行比較生成脈寬與Ve大小成比例的方波。圖31　電壓控制型電路電流控制型：電流控制又可稱為峰值電流控制，引入電容電壓和電感電流2個狀態(tài)變量作為控制變量，有利于提高開關(guān)電源PWM的控制能力。圖32　電流控制型電路通過分析可知，電流型控制方法易于實現(xiàn)并聯(lián)運行，有利于實現(xiàn)變換器的模塊設計，引入電流反饋，對輸出電壓有前饋調(diào)節(jié)作用，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應。這時，輸入電壓流過電感。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個比率跟電感大小有關(guān)。充電過程見圖33。當開關(guān)斷開（三極管截止）時，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時的值變?yōu)?。放電過程見圖34圖34　放電過程ton時，開關(guān)管S為導通狀態(tài)，二極管D處于截止狀態(tài)，流經(jīng)電感L和開關(guān)管的電流逐漸增大，電感L兩端的電壓為Vi，考慮到開關(guān)管S漏極對公共端的導通壓降Vs，即為ViVs。 （式31）式中：Vs為開關(guān)管導通時的壓降和電流取樣電阻Rs上的壓降之和，~。BOOST升壓電路,開關(guān)直流升壓電路（即所謂的boost或者stepup電路）the boost converter,或者叫stepup converter，是一種開關(guān)直流升壓電路，它可以使輸出電壓比輸入電壓高。圖35　BOOST升壓斬波電路在充電過程中，開關(guān)閉合（MOS導通），開關(guān)（MOS管）處用導線代替。二極管防止電容對地放電。隨著電感電流增加，電感里儲存了一些能量。而原來的電路已斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時電壓已經(jīng)高于輸入電壓了，升壓完畢。充電時，電感吸收能量，放電時電感放出能量。如果這個通斷的過程不斷重復，就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。電容C1C19的作用是濾波，電源經(jīng)過C18和C19濾波可以使得電壓更穩(wěn)定從而使供電電壓更穩(wěn)定。電阻R33為采樣電阻，通過SLI+、SLI反饋給比例積分控制電路部分，然后由UC3843芯片輸出給定控制信號來控制BOOST電路中的場效應管的開通和關(guān)斷的時間，從而實現(xiàn)對電壓的調(diào)整。(1)場效應管是電壓控制元件，而三級管是電流控制元件； (2)場效