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本科學位論文開題報告學 號：10220214學 生：李潭平指導教師：趙中玉論文題目：數(shù)控直流穩(wěn)壓電源學 院：蘭州理工大學技術(shù)工程學院入學時間： 2010 年 9 月開題時間： 年 月 日年月日學位論文題目數(shù)控直流穩(wěn)壓電源課 題 來 源一、課題意義及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述基于單片機的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，與傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源相比，具有新穎性、獨創(chuàng)性和先進性。它不僅能作為常規(guī)的電子產(chǎn)品和科研實驗電源用，而且可以通過軟件編程的方法使穩(wěn)壓電源產(chǎn)生連續(xù)變化的輸出電壓，具有很高的性價比。電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點：1.采用先進的智能控制策略和控制方法，體現(xiàn)出電源模塊的高程度智能化，更加完美性能。 2.系統(tǒng)升級方便，控制比較靈活，只需修改控制算法，而不必改動硬件線路。 3. 提高控制系統(tǒng)的可靠性，更容易實現(xiàn)標準化，可以針對不同的系統(tǒng)(或不同型號的產(chǎn)品)，采用相同的控制板，而只需對軟件控制部分做一些調(diào)整便可。 4.系統(tǒng)電壓輸出的一致性比較好，成本低廉，方便量產(chǎn)直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)比較常用之一,它廣泛的應(yīng)用在教學、科研等領(lǐng)域上。而傳統(tǒng)的多功能直流穩(wěn)壓電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。普通直流穩(wěn)壓電源品種很多,但是存在下面的一些因素： 一是輸出電壓是通過粗調(diào)(波段開關(guān))及細調(diào)(電位器)來調(diào)節(jié)。當輸出電壓需要精確輸出,或需要在一個小范圍內(nèi)改變時(如1. 05 1. 07V ) ,困難就較大。另外,隨著使用時間的增加,波段開關(guān)及電位器難免接觸不良,對輸出會有影響。另一是穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,對過載進行限流或截流型保護,電路構(gòu)成復(fù)雜,穩(wěn)壓精度也不高。在家用電器和其他各類電子設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。在實際生活中，是由220V的交流電網(wǎng)供電。這需要通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電。濾波器用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的體積，減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需直流穩(wěn)壓器就能用作家用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，又縮小了其體積，使家用電器小型化。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源通常采用電位器和波段開關(guān)來實現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié),并由電壓表指示電壓值的大小.因為電壓的調(diào)整精度不高,讀數(shù)欠直觀,電位器也易磨損.而基于單片機控制的直流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實踐性很強的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。當今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學科領(lǐng)域。隨著計算機和通訊技術(shù)發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時產(chǎn)生的誤差，會影響整個系統(tǒng)的精確度。電源在使用時會造成很多不良后果，世界各國紛紛對電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的產(chǎn)品精度標準。只有滿足產(chǎn)品標準，才能夠進入市場。隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，滿足國際標準的產(chǎn)品才能獲得進出的通行證。數(shù)控電源是從80年代才真正的發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開始建立。這些理論為其后來的發(fā)展提供了一個良好的基礎(chǔ)。在以后的一段時間里，數(shù)控電源技術(shù)有了長足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對上述缺點不斷加以改善。單片機技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號處理器件的研制應(yīng)用。從上世紀九十年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新推動電源行業(yè)中交流/直流電源轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。在80年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向到20世紀末更為先進的第四代分布式供電結(jié)構(gòu)以及中間母線結(jié)構(gòu)，直流電源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。早在90年代中，半導體生產(chǎn)商們就開發(fā)出了數(shù)控電源管理技術(shù)，而在當時，這種方案的性價比與當時廣泛使用的模擬控制方案相比處與劣勢，因而無法被廣泛采用。由于板載電源管理的更廣泛應(yīng)用和行業(yè)能源節(jié)約和運行最優(yōu)化的關(guān)注，電源行業(yè)和半導體生產(chǎn)商們便開始共同開發(fā)這種名為“數(shù)控電源”的新產(chǎn)品。現(xiàn)今隨著直流電源技術(shù)的飛躍發(fā)展,整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機控制,從而使直流電源智能化,具有遙測、遙信、遙控的三遙功能,基本實現(xiàn)了直流電源的無人值守，“設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源主要由單片機系統(tǒng)、鍵盤、數(shù)碼管顯示器、指示燈及報警電路、檢測電路、D/ A轉(zhuǎn)換電路、直流穩(wěn)壓電路等幾部分組成。單片機系統(tǒng)選用89C51型號單片機,內(nèi)含4K的ROM.采用8255作為電壓輸出的擴展55作為電壓輸出的擴展接口,8279作為鍵盤和顯示器的擴展接口。12開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展動向開關(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。由于開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應(yīng)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。開關(guān)電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技術(shù)進行創(chuàng)新，實現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源工作效率。對于高可靠性指標，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(yīng)力，使得產(chǎn)品的的可靠性大大提高。模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計成N1冗余電源系統(tǒng)，并實現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴展。針對開關(guān)電源運行噪聲大這一缺點，若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作，以使得該項技術(shù)得以實用化。電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，使開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路，走出有中國特色的產(chǎn)學研聯(lián)合發(fā)展之路，為我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展做出貢獻。二、課題研究目標、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵性問題目標：1) 深刻領(lǐng)會題目設(shè)計意義，熟悉題目設(shè)計要求，查閱相關(guān)資料文獻；2) 按要求寫出開題報告；3) 依據(jù)所確定的設(shè)計方案，列出元件清單；4) 對每一個所選取的元件特性做詳細的學習，掌握并了解其工作特性；5) 繪制詳細的系統(tǒng)原理圖，繪制系統(tǒng)流程圖（繪圖必須規(guī)范）；6) 編寫相應(yīng)的程序，并對程序做到全面的理解；7) 采用仿真軟件實現(xiàn)仿真結(jié)果或利用元件做出實物并進行調(diào)試；8) 撰寫詳細的設(shè)計說明書。9) 翻譯1篇與所設(shè)計題目相關(guān)的外文資料文獻（英翻漢）內(nèi)容：1）輸出電壓范圍0-30v，步進值為0.1V；2）電壓調(diào)整率Sv0.05%V；電流調(diào)整率Si0.03%A；3）紋波電壓峰峰值=5mA；4）具有過流保護和短路保護功能；用數(shù)字顯示輸出電壓。關(guān)鍵性問題：1、可調(diào)穩(wěn)壓電路從0V3V變換的穩(wěn)定輸出2、+、-按鈕控制步進0.1V輸出三、擬采取的研究方法、技術(shù)路線、試驗方案及其可行性分析采用AT89C52單片機作為這個系統(tǒng)的控制單元，可以通過DAC0832的數(shù)據(jù)采樣和LM324的電壓調(diào)整可以改變系統(tǒng)輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實際輸出電壓值的大小，可以將輸出電壓經(jīng)過DAC0832進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機實時對電壓進行采樣，然后進行數(shù)據(jù)處理及送LCD1602顯示。顯示的電壓值便是輸出的電壓大小。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電壓的大小控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。系統(tǒng)輸入220V、50Hz電壓經(jīng)過電源變壓器降壓后，進入整流電路，輸入的交流電變成了單向脈動電壓，經(jīng)濾波電路濾除交流成分，保持了直流成分，該電壓再進入穩(wěn)壓電路維持輸出電壓的穩(wěn)定，使其不受電網(wǎng)波動和負載變化的影響。把輸出電壓分支接入采樣電路，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路把模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓送入單片機判斷并執(zhí)行相應(yīng)程序指令，驅(qū)動數(shù)碼管顯示電路顯示出輸出電壓的數(shù)值。同時單片機掃描按鈕情況，進行判斷后輸出的數(shù)字電壓信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路變成模擬電壓信號再進入穩(wěn)壓電路經(jīng)行穩(wěn)壓處理四、課題的創(chuàng)新性五、計劃進度、預(yù)期進展和預(yù)期成果設(shè)計內(nèi)容周數(shù)了解設(shè)計題目，熟悉設(shè)計任務(wù)、要求、內(nèi)容0.5周查閱相關(guān)資料，寫出開題報告1周調(diào)研、畢業(yè)實習（在設(shè)計中穿插進行）機動確定基本設(shè)計方案1周完成系統(tǒng)主電路原理設(shè)計1周完成系統(tǒng)控制電路和流程圖設(shè)計1周編寫程序0.5周完成軟件調(diào)試、修改0.5周繪制系統(tǒng)主電路原理圖、流程圖1周完成畢業(yè)設(shè)計說明書1.5周完成英文文獻翻譯0.5周預(yù)答辯0.5周修改畢業(yè)設(shè)計說明書、答辯1周注：機動0.5周預(yù)期成果1) 畢業(yè)設(shè)計工作計劃書；（不少于2000字）；2) 畢業(yè)設(shè)計說明書（不少于25000字）；3) 查閱相關(guān)文獻資料10篇以上，其