【正文】 的不穩(wěn)定20~30V直流電壓變換為5~10V穩(wěn)定可調的直流電壓輸出。 單片機PWM輸出子系統(tǒng) 單片機PWM輸出子系統(tǒng)主要的功能是通過程序控制輸出pwm波，從而達到控制輸出電壓的目的。通過低通濾波器轉換為輸出直流，從而達到控制開關電源輸出電壓的目的。 系統(tǒng)的主要功能 DC－DC開關電源 TL494在工作時內部會產生一個固有的電壓Vref ，輸出的電壓反饋與固有電壓產生差值經過誤差放大，改變輸出的反饋電壓和TL494內固有的參考電壓就可改變PMW的占空比，使得輸入電壓在10V到30V之間變化時，輸出電壓為一穩(wěn)定值，調節(jié)滑動變阻器，可以使得輸出電壓在5V~10V之間變化。 圖4 電壓測量子系統(tǒng) [5 ] 單片機子系統(tǒng)：單片機子系統(tǒng)配合以上三個子系統(tǒng)，通過軟件實現(xiàn)用戶操作界面、開環(huán)控制，開環(huán)自動擬合以及閉環(huán)控制四項功能。該子系統(tǒng)由整形、有源低通濾波、信號隔離變換與基準電源4個電路模塊組成。該子系統(tǒng)以TL494為核心元件，三極管Tip42為開關，通過開關的通斷產生帶有可控紋波的穩(wěn)定電壓，通過調節(jié)可調電阻即可得到5~10V的輸出。它的核心元件是TL494。單片機通過扁平電纜輸出PWM波，經電壓控制子系統(tǒng)處理，通過光電耦合器件4n25控制開關電源的輸出電壓；電壓測量子系統(tǒng)同樣通過4n25與開關電源子系統(tǒng)連接，它對輸出電壓進行采樣并處理后經扁平電纜反饋給單片機。 電氣隔離： 兩部分支路無電氣上的直接聯(lián)系，使相互間的干擾降到最小。 過流保護：設定系統(tǒng)電流上限，防止功耗過大，導致元件損壞。信號通過濾波器后，只保留頻率低的分量，去掉頻率高的分量。模數(shù)轉換：對連續(xù)的模擬量進行量化，轉換為離散的編碼的方法。脈沖寬度調制：脈沖寬度調制是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。閉環(huán)控制：從輸出量變化取出控制信號作為比較量反饋給輸入端控制輸入量的控制方法。開關式穩(wěn)壓電源：采用開關三極管控制的直流穩(wěn)壓電源，通過不同的開關占空比可來控制電壓輸出；本試驗中采用TL494輸出的PWM波控制開關管的開關占空比。本文適合電子類專業(yè)的學生或具有一定理論基礎的電子愛好者閱讀，以及即將參加科創(chuàng)3A課程的同學。關鍵詞：降壓型DCDC開關電源，開環(huán)控制， 閉環(huán)控制， ATmega16單片機，A/D轉換ABSTRACT: This article mainly introduces the design theory, manufacture, software design, the result of the dropping DCDC switch power supply, our experience and the last source code. The whole system is made up of the following parts, a DCDC switching power supply system, a microcontroller system, a voltage control system and a voltage sampling system. The closed loop control system is fulfilled by A/D converter and the program of ATmega16. KEYWORDS: dropping DCDC switch power supply , openloop control, closeloop control, ATmega16 singlechip, A/D convertor 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院地 址：東川路800號郵 編：200240目 錄1. 概述 1 編寫說明 1 名詞定義 1 硬件開發(fā)環(huán)境 1 軟件開發(fā)環(huán)境 2 縮略語 22. 系統(tǒng)總述 3 系統(tǒng)組成 3 DCDC開關電源子系統(tǒng) 3 電壓控制子系統(tǒng)： 4 電壓測量子系統(tǒng)： 4 單片機子系統(tǒng)： 5 系統(tǒng)的主要功能 5 DC－DC開關電源 5 輸出電壓控制子系統(tǒng) 5 輸出電壓測量子系統(tǒng) 5 單片機PWM輸出子系統(tǒng) 53. DCDC開關穩(wěn)壓電源模塊的設計 7 降壓型DCDC開關電源子系統(tǒng) 7 主要功能與設計指標 7 基本設計原理 7 主要電路和參數(shù)設計 8 專項討論 124. 電壓控制模塊的硬件設計 14 主要功能與設計指標 14 主要功能 14 設計指標 14 基本設計原理 14 主要電路和參數(shù)設計 15 整體框架 15 整流穩(wěn)壓模塊 15 基準電源模塊 16 有源低通濾波模塊 17 信號隔離變換模塊 195. 電壓測量模塊的硬件設計 21 主要功能與設計指標 21 主要功能 21 設計指標 21 基本設計原理 21 主要電路和參數(shù)設計 21 設計思路 22 基準電壓的設置 23 閉環(huán)電路圖 236. 單片機小系統(tǒng)及軟件設計 25 單片機軟件系統(tǒng)功能的整體描述 25 軟件結構概述 25 流程邏輯描述 28 變量定義 297. 致謝 328. 參考文獻 339. 附錄A 系統(tǒng)操作說明書 34 系統(tǒng)功能 34 性能指標 34 接線方式 34 按鍵操作 3410. 附錄B 測試和分析 35 測試項目和方法 35 降壓型DCDC電路模塊 35 開環(huán)控制功能 35 閉環(huán)控制功能 36 測試的資源 38 測試結果及分析 38 降壓型DCDC電路模塊 38 開環(huán)控制功能 38 閉環(huán)控制功能 3911. 附錄C 課程學習心得和意見建議 4012. 附錄D 軟件程序清單 41第44頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院1. 概述 編寫說明本文為工程實踐與科技創(chuàng)新3A—降壓型DCDC開關電源及其控制系統(tǒng)的設計報告。 姓名班級學號具體負責的工作聯(lián)系方式黃亞F09030125090309358電路設計、電路焊接、調試、報告撰寫15216712942林建斌F09030125090309360電路設計、電路焊接、調試、報告撰寫15216715125劉成旋F09030125090309363電路設計、軟件設計、調試、報告撰寫13916624794摘 要：本報告是上海交通大學電子信息與電氣工程學院2009級工程實踐與科技創(chuàng)新3A第35組的實驗報告，主要介紹了降壓型DCDC開關電源及其控制系統(tǒng)的設計思路、制作過程、軟件設計、最終調試結果，心得體會以及最終源代碼。整個系統(tǒng)由DCDC開關電源，ATmega16單片機小系統(tǒng)，電壓控制及電壓檢測四個子系統(tǒng)組成，通過A/D轉換和單片機軟件控制實現(xiàn)對輸出電壓的開環(huán)和閉環(huán)控制。本文詳細闡述了電路系統(tǒng)各部分的工作原理和設計方法，系統(tǒng)測試結果及有關問題的探討。 名詞定義 單片機小系統(tǒng)：由單片機和相應的外圍電路組成的一個小系統(tǒng)，可以通過輸入端口從PC機上下載 軟件程序控制系統(tǒng)的工作，并且控制輸出端口的輸出變化。開環(huán)控制：不取輸出量變化信號去控制輸入量的控制方法。占空比：在一串理想的脈沖序列中，正脈沖的持續(xù)時間與脈沖總周期的比值。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。低通濾波器：對信號進行處理的器件。紋波：輸出端呈現(xiàn)的與輸入頻率及開關變換頻率同步的分量，用峰峰值表示。 開關頻率：開關電源中，開關管導通的頻率。 硬件開發(fā)環(huán)境 表1 硬件開發(fā)環(huán)境開發(fā)工具運行環(huán)境直流穩(wěn)壓電源（DC Power Supply DF1731SC3A）220V交流電數(shù)字萬用表示波器（TDS系列）220V交流電QBG3B高頻Q表電源引線3根以 及示波器探頭1根 軟件開發(fā)環(huán)境 表2 軟件開發(fā)環(huán)境 Microcontroller Isp SoftwareWindowsXP將*.hex文件下載到單片機小系統(tǒng)Microsoft ExcelWindowsXP擬合用數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)驗證AVR studio 4WindowsXPAVR單片機開發(fā)工具 縮略語DC direct current :直流PWM pulse width modulation : 脈沖寬度調制信號AD analogdigital:模擬數(shù)字LPF low pass filter:低通濾波器2. 系統(tǒng)總述 系統(tǒng)組成圖1 系統(tǒng)組成示意圖[5]本次實驗內容包括降壓型DCDC開關電源兩部分，他們分別由開關電源、電壓控制、電壓測量與單片機四個子系統(tǒng)組成，其中電壓控制、電壓測量與單片機子系統(tǒng)根據(jù)相同的原理構成。 DCDC開關電源子系統(tǒng)DCDC開關電源子系統(tǒng)將不太穩(wěn)定的2030V的DC輸入電壓轉換為較為穩(wěn)定的510V的可調DC電壓。 降壓型開關電源子系統(tǒng)降壓型DCDC開關電源子系統(tǒng)的主要功能為將輸入的不穩(wěn)定20~30V直流電壓轉換為5~10V穩(wěn)定可調的直流電壓輸出。 圖2 DCDC開關電源部分[3] 電壓控制子系統(tǒng)：電壓控制子系統(tǒng)通過對單片機輸出的PWM波進行整形濾波，將占空比的變化轉化為電壓的變化，并通過電氣隔離元件與開關電源子系統(tǒng)連接，實現(xiàn)將單片機輸出的PWM波轉化為可變電壓，從而對輸出電壓進行控制。 圖3 電壓控制部分[4] 電壓測量子系統(tǒng)：電壓測量子系統(tǒng)分為基準電源、信號隔離變換、A/D轉換三個模塊，分別以TL434N25和ATmega16 ADC為核心，將采到的電壓信號轉化為10位數(shù)字信號反饋給單片機處理。用戶界面包括數(shù)碼管顯示與按鍵控制；開環(huán)控制中單片機負責計算所需電壓對應的占空比，輸出相應的PWM波，并可對應輸入的電壓數(shù)據(jù)自動進行重新計算擬合，以適應電路變化；閉環(huán)控制中單片機控制ATmega16 ADC進行采樣，并轉換成對應的數(shù)字信號與標準值比較，然后根據(jù)差值對輸出占空比進行調整。 輸出電壓控制子系統(tǒng) 單片機產生的PWM信號做傅里葉級數(shù)展開之后是一個個次數(shù)、頻率、幅度不同的正弦波的疊加。 輸出電壓測量子系統(tǒng) DC－DC的輸出作為AD模塊的輸入電壓，AD采集過輸入信號后，立即反饋到單片機，單片機對當前的電壓值與預設值相比較控制PWM輸出，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制。同時在電壓檢測環(huán)節(jié)中，單片機通過比較實測編碼值與預設編碼值從而改變輸出的pwm波，直至輸出穩(wěn)定。此模塊既可單獨工作，也可與電壓控制子系統(tǒng)、電壓測量子系統(tǒng)連接，實現(xiàn)開環(huán)、閉環(huán)功能。 系統(tǒng)設計指標表3 降壓型DCDC開關電源子系統(tǒng)設計指標項目指標輸入直流電壓20V~30V輸出直流電壓5~10V額定輸出電流1A限流值電壓調整率 %電流調整率1%輸出電壓紋波163。65%截止電流值 基本設計原理圖5 降壓型DCDC開關電源原理圖[2]。TL494產生的PWM，：圖6 TL494輸出的PWM波形當PWM信號為高電平時，三極管導通，電源電壓Vin對儲能電感L充電，二極管此時處于截止狀態(tài)，導致負載電阻RL兩端電壓上升。使得電感中的電能不斷減小，RL兩端電壓逐漸下降。 主要電路和參數(shù)設計 TL494。誤差放大器1將兩者進行比較，當采樣電壓大于基準電壓時，其輸出端對VA進行充電，使VA的電壓不斷升高；當采樣電壓小于基準電壓時，V通過恒流源放電，從而VA的電壓不斷下降。圖7 TL494的內部結構圖[2]TL494還另外引入了兩個關斷條件。另一個是誤差放大器2，它能起到輸出過流保護的作用，輸出電流采樣值從2IN+端輸入，原理與誤差放大器1類似。經過反復試驗，最終確定工作頻率為(2) 三極管基極電阻RR2的選取適當增加與三極管基極相連的電阻RR2