【正文】 ......................................................... 18 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 電壓采樣 .......................................................................................................... 18 電流采樣 .......................................................................................................... 18 驅(qū)動(dòng)電路 ................................................................................................................ 18 顯示電路 ................................................................................................................. 20 第五章 系統(tǒng)仿真及 調(diào)試 ........................................................................................ 22 軟件仿真調(diào)試 ........................................................................................................ 22 實(shí)物調(diào)試 ................................................................................................................ 23 總結(jié) ................................................................................................................................ 25 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................... 26 致謝 .......................................................................................................... 27 附錄 A 設(shè)計(jì)總電路圖 .............................................................................. 28 附錄 B 源程序 .............................................................................................................29 附錄 C 實(shí)物圖 ............................................................................................................. 42 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章 前言 1 第一章 前言 背景和 意義 作為信息化的時(shí)代的 21 世紀(jì)，快速發(fā)展的信息化使得人們對(duì)于電子產(chǎn)品、設(shè)備的依賴性越來越強(qiáng)。 這些年來，開關(guān)電源的發(fā)展力求越來越小，越來越輕，和高頻率的趨勢。而今高頻開關(guān)電源正變得更小，更輕，效率更高，更可靠。 一切電子設(shè)備最重要的部分就是電源，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到電子設(shè)備的優(yōu)劣性?，F(xiàn)在隨著人們對(duì)于電子設(shè)備的便攜式要求越來越高，而電子設(shè)備的核心，電池供電系統(tǒng)自然要求也更高，趨向于更小，更輕，效率更高，更可靠， DCDC 穩(wěn)壓開關(guān)電源就成為了首選。各種各樣的芯片，多樣的控制功能，也是不斷的朝著模塊化，集成化 方向發(fā)展，從而使得電源產(chǎn)品也越來越小、可靠性也越來越高。從 90 年代初到現(xiàn)在，開關(guān)電源不斷的沿著以下的兩個(gè)方面發(fā)展和創(chuàng)新。二、控制電路集成化。 開關(guān)電源 DCDC 變換器為了保持穩(wěn)定的直流輸出電壓，所以人們研究的重點(diǎn)就成了各種 PWM 控制結(jié)構(gòu)。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外的研究現(xiàn)狀 1955 年的美國科學(xué)家洛耶（ ）最 早 開發(fā) 出 使用飽和磁芯的自激晶體管的 dc /dc 轉(zhuǎn)換器。 從而 壽命 比晶體管 DC/DC 轉(zhuǎn)換器更 短 ， 可靠性 也比其更 差，轉(zhuǎn)換效率 比其更低 的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械振子式的換流設(shè)備 被慢慢的淘汰 。 60 年代的終點(diǎn)，微電子學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了高電壓晶體管。這樣大幅度擴(kuò)大的適用范圍， 并且無工頻降壓變壓器的開關(guān)穩(wěn)壓電源在這個(gè)基礎(chǔ)上誕生了 。開關(guān)電源真的做到高效率，小型輕量。 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 開 關(guān)電源 屬于 電力電子技術(shù) 。過去十年 ， 我 國的許多 工廠 ， 大學(xué)和 研究 機(jī)構(gòu)已經(jīng) 研究出 各種 降壓開關(guān)電源 ， 20kHz 左右的工作頻率 ， 低于 1000 W 的輸出功率。 80 年代初，人們開始研制 工作頻率為 100 kHz 至200KHz 高頻開關(guān)電源。 這些 年來，雖然中國 在 開關(guān)穩(wěn)壓電源 的開發(fā)和研究上經(jīng)過了許多 努力 ，也取得了很不錯(cuò)的成果。我國 對(duì)于開關(guān)電源的研究制作水平想要追 上世界 頂級(jí)的 水平，半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步 非常重要 。脈沖的占空比由開關(guān)電源的調(diào)制控制器來調(diào)節(jié)。特點(diǎn)：開關(guān)周期是固定值 ,由改變脈沖寬度從而改變占空比實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。二、脈沖頻率調(diào)制 (PFM)，即脈頻調(diào)制。三、 脈沖密度調(diào)制（ PDM） ,即脈密調(diào)制。 四、 混合調(diào)制，它是一和二兩種方式的組合，脈沖寬度和開關(guān)周期均都不固定，彼此均可調(diào)節(jié)，包含了 PWM 控制器和 PFM 控制器。 而小型，可靠性高的 DCDC 直流 轉(zhuǎn)換 電路 是 開關(guān)電源 主要發(fā)展 方向。 Boost 變換器 Boost 變換器，如圖 所示 ，也稱 升壓變換器 。 工作原理： 當(dāng) VT 導(dǎo)通時(shí)，電流通過 L 平波， L 通過輸入電源 充電。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 開關(guān)電源的工作原理及電路拓?fù)? 4 圖 Boost 變換電路 特點(diǎn)：電壓較小 ， 輸出紋波較大時(shí)，由于輸出電流以脈沖輸出到負(fù)載和電容，會(huì) 產(chǎn)生噪聲問題，一般用于功率較低 配置 。 輸入 電壓的極性 和輸出電壓的 極性相同，輸出電壓 Uo 小于輸入電壓 Ui： UiUo ?? ， Tton/?? 。 圖 Buck 變換電路 工作原理： 當(dāng) VT 導(dǎo)通時(shí)，輸入電源 經(jīng) 過 L 平波和 C 濾波后向負(fù)載提電 ；當(dāng)VT 斷 開 后， L 通 過二極管 來 續(xù)流， 使負(fù)載端的電流不斷開， 保持電流連續(xù)。 BuckBoost 變換器 BuckBoost 變換器，如圖 所示 ， 也稱升降壓變換器 。 輸出電壓 Uo 和 輸入電壓 Ui 的 數(shù)量關(guān)系為：)1/( ?? ??? UiUo ， Tton/?? 。 當(dāng) VT 斷 開 時(shí)，電感向電容充電，同時(shí)向負(fù)載 端 放電。 Cuk 變換器 Cuk 變換器， 所 示， 也稱串聯(lián)變換器 。 圖 Cuk 變換電路 工作原理：在 VT 導(dǎo)通時(shí)，二極管 VD 反偏截止， 此 時(shí)電感 L1 儲(chǔ) 存電 能； C1的放電電流使 L2 儲(chǔ)能，并向負(fù)載 提 供電 流 。 特點(diǎn)：電路 相對(duì)來說比較 復(fù)雜，但 是 紋波 的情況 得到改善，可用于高達(dá) kW級(jí)甚至更高功率。根據(jù)輸入與輸出電路 之間的關(guān)系， DC/DC 轉(zhuǎn)換器 可以分成兩種： 非隔離式 與 隔離式。利用單端反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)固定電壓輸出，但是不能實(shí)現(xiàn)可調(diào)電壓輸出。 Buck 降壓斬波電路可以實(shí)現(xiàn)這一功能，通過調(diào)節(jié)控制脈沖可以方便的調(diào)節(jié)輸出電壓，降壓式 DC/DC 變換器基本工作原理電路如圖 所示。當(dāng) VT 導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓 Ui 通過電感 L 向負(fù)載 R 提 供電 流 ， 同時(shí)輸入電壓 也 在 向電容 C 充電。 VT 斷開 時(shí)， L 中的電能 繼續(xù)向 負(fù)載 R 提 供電 流 ，當(dāng)輸出電壓 Uo 要 減小 時(shí)， C 中的能量也向 R 提供電 流 ， 由此來 維持輸出電壓不變。輸出電壓 被 R1 和 R2 分壓， 同時(shí)把 輸出電壓的信號(hào)反饋 到 控制電路，由控制電路控制 改變 VT 的 占空比 ， 由此實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)定的 輸出電 壓 。 等到 一個(gè)周期 T 完結(jié) ，再控制 VT 導(dǎo)通， 循環(huán) 上一周期 T 的 過程。負(fù)載電壓平均值 : ioni UTTUU ??? ? ?/0 (21) 式 21 中 onT 為 VT 處于導(dǎo)通的時(shí)間 ， T 為開關(guān)管控制信號(hào)的周期 ， Uo 為輸出電壓，南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 開關(guān)電源的工作原理及電路拓?fù)? 7 Ui 為輸入電壓。該式可以看出， α最大為 1，減小 α， Uo總是 小 于 Ui， 所以， 稱 之 為降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 開關(guān)電源的工作原理及電路拓?fù)? 8 圖 負(fù)載電流連續(xù)時(shí)波形 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 方案設(shè)計(jì)及 硬件選型 9 第三章 方案設(shè)計(jì)及硬件選型 設(shè)計(jì)要求 研究開關(guān)電源的工作原理，基于模擬電路或單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一款 20V 輸出DCDC 型開關(guān)電源，要求設(shè)計(jì)出電路方案，利用仿真平臺(tái)驗(yàn)證方案的可行性，并制作實(shí)物樣機(jī)。 性能參數(shù)： 開關(guān)電源最大輸出功率不小于 10W。 輸出電壓紋波不大于 100mv。輸出電壓范圍為： 0V 至 20V 直流電壓。同時(shí)采用 A/D 轉(zhuǎn)換器將輸出電壓送 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 LM358 內(nèi)部有兩個(gè)獨(dú)立的 ， 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 ， 高增益的雙運(yùn)算放大器，電壓范圍 比較 寬的單電源 比較適合 使用， 亦或是 雙電源 。它的使用范圍 有 :音頻放大器 ，直流增益模組 ， 傳感放大器 ， DC 增益部件 ， 工業(yè)控制和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。專 門 的 HVIC 和 無影響鎖存 CMOS 技術(shù) 確保了單塊集成電路結(jié)構(gòu)的耐用 。輸出驅(qū)動(dòng)器具有高脈沖電流緩沖級(jí)設(shè)計(jì)的最小驅(qū)動(dòng)器交叉?zhèn)鲗?dǎo)。 圖 典型連接 南昌大學(xué)共青學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 方案設(shè)計(jì)及 硬件選型 特點(diǎn)：交叉?zhèn)鲗?dǎo)預(yù)防邏輯 ， 柵極驅(qū)動(dòng)電壓范圍 為 到 ， ， 和 的邏輯兼容 ， + 的負(fù)瞬態(tài)電壓 DV/dt 免 疫 ， 匹配的兩個(gè)通道的傳播延遲 ， 內(nèi)部設(shè)置死區(qū)時(shí)間 ， 相高側(cè)輸出顯 HIN input， 低端相輸出 OUT 與 LIN 輸入。寫入單片機(jī) 里面 的程序 還會(huì)有 加密 保護(hù) ， 讓開發(fā)人員不用擔(dān)心勞動(dòng)成果被竊取。 有 8 路 10 位 AD。 有 EEPROM。 相比 51 單片機(jī) 有 1K 的 內(nèi)擴(kuò) RAM。 多一個(gè)串口 。 中斷優(yōu)先級(jí)有四種狀態(tài)可定義 。STC12C5A60S2 單片機(jī)幾乎 包括 了數(shù)據(jù)采集和控制中 需要用到 的所有模塊，可 以看做 一個(gè)片上 小 系統(tǒng)。 8路電壓輸入型 A/D，可做頻譜檢測 ， 電池電壓檢測 ， 按鍵掃描 ， 溫度檢測等。 圖 STC12C5A60S2單片機(jī) ADC的結(jié)構(gòu)圖 STC12C5A60S2單片機(jī) ADC內(nèi)部存在多個(gè)單元，包括 比較器 ， 轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器 ，多 路選擇開關(guān) ， 10位 DAC和 逐次比較寄存器 所 構(gòu)成 的 。 24V 交流電壓 經(jīng)過整流濾波電路轉(zhuǎn)換成 24V 直流電壓。 BUCK 主原理電路 圖 BUCK 原理電路圖 BUCK 電路圖如圖 所示， C13 為輸入濾波電容， TV1 為開關(guān) MOS 管， VD1為續(xù)流二極管， L1 為電感， C15 為輸出濾波電容， R22 、 R21 為輸出電壓的采樣電阻， R23 為輸出電流采樣電阻，該電路圖是通過 PWM 波控制 TV1 開關(guān) MOS管的開關(guān)，并采樣輸出電壓來調(diào)整 PWM 占