【正文】 體流程圖 ................................................................................................... 34 鍵盤(pán)掃描及鍵值顯示 ................................................................................... 35 液晶初始化 ................................................................................................... 39 輸出采樣函數(shù) ............................................................................................... 40 誤差調(diào)整 ....................................................................................................... 41 延時(shí)函數(shù) ....................................................................................................... 42 結(jié)束語(yǔ) .......................................................................................................................... 43 致 謝 .......................................................................................................................... 44 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 45 附錄一 程序清單 ........................................................................................................ 47 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 附錄二 智能穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)圖 ............................................................................ 55 附錄三 智能開(kāi)關(guān)電源使用說(shuō)明書(shū) ............................................................................ 56 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 1 第一章 前言 研究的目的和意義 電源是 給所有電子設(shè)備電路系統(tǒng)提供能源的部件，是必不可少的 。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子、電器設(shè)備對(duì)穩(wěn)壓電源的性能要求日益提高，穩(wěn)壓電源不斷朝著小型化、高效率、低成本、高可靠性、低電磁干擾、模塊化和智能化方向發(fā)展，以單片機(jī)系統(tǒng)為核心而設(shè)計(jì)制造出來(lái)的新一代智能型穩(wěn)壓電源 不但電路簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，性能卓越，而且由于單片機(jī)具有計(jì)算和控制能力，利用它對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)算，從而可排除和減少由于干擾信號(hào)和模擬電路引起的誤差，提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了模擬電路的要求 [1]。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。 下面以線性電源和開(kāi)關(guān)電源做介紹。參數(shù)穩(wěn)壓電源電路簡(jiǎn)單，主要是利用元件的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源具有負(fù)反饋閉環(huán)，是閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，它的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，性能優(yōu)良、穩(wěn)定，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單與制造。 開(kāi)關(guān)電源的分類 開(kāi)關(guān)電源可分為 AC/DC 和 DC/DC 兩大類， DC/DC 變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已 技術(shù)成熟，性能優(yōu)良、穩(wěn)定 ，并已得到用戶的認(rèn)可，但 是 AC/DC 的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問(wèn)題。 DC/DC 變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。 斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式，二是頻率調(diào)制方式。 （ 2） Boost 電路 — 升壓斬波器，其輸出平均電壓 Uo 大于輸入電壓 Ui，極性相同。 （ 4） Cuk 電路 — 降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓 Uo 大于或小于輸入電壓 Ui,極性相反，電容傳輸。日本 NemicLambda 公司最新推出的一種采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的高頻開(kāi)關(guān)電源模塊 RM 系列，其開(kāi)關(guān)頻率為（ 200300） kHz，功率密度已達(dá)到 27 W/cm3，采用同步整流器（ MOSFET 代替肖特基二極管），是整個(gè)電路效率提高到 90%左右 [3]。 AC/DC變換器輸入為 50/60Hz 的交流電，因必須經(jīng) 整流、濾波，因此體積相對(duì)較大的濾波電容器是必不可少的，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如 UL、 CCEE 等）及 EMC 指令的限制（如 IEC、 FCC、 CSA），交流輸入側(cè)必須加 EMC 濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制 AC/DC 電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使得解決 EMC 電磁兼容問(wèn)題難度加大，也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開(kāi)關(guān)使得電源工作消耗增大，限制了 AC/DC 變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意 程度。按電源相數(shù)可分為單項(xiàng)、三相、多相。 穩(wěn)壓電源的主要指標(biāo) 直流穩(wěn)壓電源的指標(biāo)有兩類：一類是特性指標(biāo) ； 另一類是技術(shù)指標(biāo)或質(zhì)量指標(biāo) [2]。 （ 2）輸出電壓和電壓調(diào)節(jié)范圍按照負(fù)載的要求來(lái)決定。 （ 4）保護(hù)特 性在穩(wěn)壓電源中，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)過(guò)載或短路時(shí)，會(huì)使調(diào)整管損壞，因此，電源中須有快速響應(yīng)的過(guò)流、短路保護(hù)電路。 10％的變化時(shí)在規(guī)定允許范圍內(nèi)），輸出直流電壓也相應(yīng)變化。電壓穩(wěn)定度表征電源對(duì)市電電網(wǎng)變化的抑制能力。其電壓調(diào)整率Su 的定義：當(dāng)電網(wǎng)變化 10％時(shí)輸出電壓相對(duì)變化量得百分比。 (2)內(nèi)阻（ rn） ： 當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，電源的輸出電壓也會(huì)發(fā)生變化，變化數(shù)值越小越好。 電源內(nèi)阻 rn 的定義：當(dāng)市電電網(wǎng)電壓不變化情況下，電源輸出電壓變化量△ UO 與輸出電流變化量△ IO 之比，即 0?????U iIUrOOn （ 12） 顯然， rn越小，抑制能力越強(qiáng)。 （ 4） 紋波系數(shù)（ SO） 電源輸出電壓中，存在著紋波電壓，它是輸出電壓中包含的交流分量。 輸出電壓中的交流分量的大小，常用紋波系數(shù) SO表示，即 UUS OmnO ? （ 14） 式中 Umn— 輸出電壓中交流分量基波最大值； Uo— 輸出電壓中 的直流分量。 （ 5）溫度系數(shù) 溫度系數(shù)是用來(lái)表示輸出電壓溫度的穩(wěn)定性。 穩(wěn)壓 電源的發(fā)展 隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來(lái)越多，電 子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。這種傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源技術(shù)比較成熟，并且已有大量集成化的線性穩(wěn)壓電源模塊，具有穩(wěn)定性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)。由于調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射極之間必須承 受較大的電壓差，導(dǎo)致調(diào)整管功耗 較大，電源效率很低，一般只有 45％ 左右 [4]。 20 世紀(jì) 50 年代，美國(guó)宇航局以小型化、重量輕為目標(biāo)，為搭載火箭開(kāi)發(fā)了開(kāi)關(guān)電源。 20 世紀(jì) 80 年代，計(jì)算機(jī)全面實(shí)現(xiàn)了 開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代。 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的占空比調(diào)整輸出電壓。所以其功耗小，效率可高達(dá) 70％－ 95％。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源直接對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調(diào)整，然后由開(kāi)關(guān)調(diào)整管進(jìn)行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器。因此開(kāi)關(guān)電源具有重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)。而且其對(duì)電網(wǎng)的 適應(yīng)能力也有較大的提高，一般串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動(dòng)范圍220177。 智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 7 開(kāi)關(guān)電源的高頻化是電源技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新技術(shù)，高頻化帶來(lái)的效益是使開(kāi)關(guān)電源裝置空前地小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。 目前 市場(chǎng)上開(kāi)關(guān)電源中功率管多采用雙極 型晶體管，開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)幾十千赫； 采用 MOSFET 的開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)幾百千赫。對(duì)于兆赫以上開(kāi)關(guān)頻率的電源可利用諧振電路，這種工作方式稱為諧振開(kāi)關(guān)方式。 研究 主要 內(nèi)容 設(shè)計(jì)一個(gè)具有設(shè)置功能、步進(jìn)功能和顯示功能的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，其指標(biāo)為： 輸出電壓：177。 15V 輸出電流： Io≥ 2A 紋波系數(shù)： Vm≤ 5mV 穩(wěn)定度：△ Vo/Vo 100％≤ 1％ 任意可預(yù)置輸出， 步進(jìn) V 8 第二章 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的原理 開(kāi)關(guān) 穩(wěn)壓電源的 工作原理 交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個(gè)方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸? 控制電路為一脈沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成?？刂齐娐酚脕?lái)調(diào)整高頻開(kāi)關(guān)元件的 開(kāi)關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。因此下面就主要介紹調(diào)寬式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 [5]。直流平均電壓Ｕ。 從上式可以看出，當(dāng) Um 與 T 不變時(shí)，直流平均電壓 Uo 將與脈沖寬度T1 成正比。 開(kāi)關(guān)電源 常見(jiàn) 電路 1．降壓 （串聯(lián)） 式開(kāi)關(guān)電源 降壓式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖 23所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 截止時(shí)，電感 Ｌ 感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，經(jīng)負(fù) 載 RL 和續(xù)流二極管 VD1 釋放電感Ｌ中存儲(chǔ)的能量，維持輸出直流電壓不變。 圖 23 降壓式開(kāi)關(guān)電源 這種電路使用元件少，它同下面介紹的另外兩種電路一樣，只需要利用電感、 10 電容和二極管即可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí)，電感Ｌ儲(chǔ)存能量。 圖 24 升壓式開(kāi)關(guān)電源 3．自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如 25 所示。 圖 25 自激式開(kāi)關(guān)電源 當(dāng)接入電源后在 R1 給開(kāi)關(guān)管 VT1 提供啟動(dòng)電流，使 VT1 開(kāi)始導(dǎo)通，其集電極電流 Ic 在 L1 中線性增長(zhǎng)，在 L2 中感應(yīng)出使 VT1 基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，使 VT1 很快飽和。在 VT1 截止時(shí)，智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 11 L2 中沒(méi)有感應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng) R1 給 C1 反向充電，逐漸提高 VT1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去。 自激式開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)管起著開(kāi)關(guān)及振蕩的雙重作從，也省去了控制電路。這種電路不僅適用于大功率電源，亦適用于小功率電源。它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側(cè)。 圖 26 推挽式開(kāi)關(guān)電源 這種電路的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)開(kāi)關(guān)管容易驅(qū)動(dòng)，主要缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)管的耐壓要達(dá)到兩倍電路峰值電壓。 5．反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源 反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖 27 所示。無(wú)論開(kāi)關(guān)管 VT1 之前的脈動(dòng)直流電壓高于或低于輸 出端的穩(wěn)定電壓，電路均能正常工作。當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 截止時(shí)，電感Ｌ中的電流繼續(xù)流通，并感應(yīng)出上負(fù)下正的電壓，經(jīng)二極管 VD1 向負(fù)載供電，同時(shí)給電容Ｃ充電。它對(duì)電信號(hào)有放大和開(kāi)關(guān)等作用， 應(yīng)用十分廣泛。 TTL 與非門(mén)是將若干個(gè)晶體管和電阻元件組成的電路系統(tǒng)集中制造在一塊很小的 硅片 上，封裝成一個(gè)獨(dú)立的元件。 半導(dǎo)體三極管主要分為兩大類：雙極性晶體管（ BJT）和場(chǎng)效應(yīng)晶體管（ FET）。晶體管因?yàn)橛腥N極性，所以也有三種的使用方式，分別是發(fā)射極接地（又稱共射放大、 CE組態(tài)）、基極接地、集電極接地。 三極管的導(dǎo)通 ， 三極管處于放大狀態(tài)還是開(kāi)關(guān)狀態(tài)要看給三極管基極加的直智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 13 流偏置，隨這個(gè)電流變化，三極管工作狀態(tài)由截止 線性區(qū) 飽和狀態(tài) 變 化而變， 如果三極管 Ib（直流偏置點(diǎn)）一定時(shí)，三極管工作在線性區(qū)，此時(shí) Ic 電流的變化只隨著 Ib 的交流信號(hào)變化， Ib繼續(xù)升高，三極管進(jìn)入飽和狀態(tài)，此時(shí)三極管的 Ic 不再變化，三極管將工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 1977 年國(guó)外首先研制成脈寬調(diào)制（ PWM）控制器集成電路，美國(guó)摩托羅拉公司、硅通用公司、尤尼德公司等相繼推出一批 PWM 芯片，典型產(chǎn)品有 MC3520,SG3524,芯片。 一般時(shí)間控制法有三種，即脈沖寬度控制（調(diào)寬 PWM）、脈沖頻率控制（ PFM）和混合式控制