基于STC系列單片機(jī)的串聯(lián)型開關(guān)電源設(shè)計與實現(xiàn)【實用文檔】doc

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基于STC系列單片機(jī)的串聯(lián)型開關(guān)電源設(shè)計與實現(xiàn)【實用文檔】doc文檔可直接使用可編輯，歡迎下載單片機(jī)及模數(shù)綜合系統(tǒng)設(shè)計課題名稱：基于ＳTC１2系列單片機(jī)的串聯(lián)型開關(guān)電源設(shè)計與實現(xiàn)—－單片機(jī)控制部分一、實驗?zāi)康模罕灸M電路課程設(shè)計要求制作開關(guān)電源的模擬電路部分,在掌握原理的基礎(chǔ)上將其與單片機(jī)相結(jié)合，完成開關(guān)電源的設(shè)計。本報告旨在詳述開關(guān)電源的原理分析、計算、仿真波形、相關(guān)控制方法以及程序展示.二、總體設(shè)計思路本設(shè)計由開關(guān)電源的主電路和控制電路兩部分組成,主電路主要處理電能,控制電路主要處理電信號，采用負(fù)反饋構(gòu)成一個自動控制系統(tǒng)。開關(guān)電源采用PＷＭ控制方式,通過給定量與反饋量的比較得到偏差，通過調(diào)節(jié)器控制ＰＷM輸出，從而控制開關(guān)電源的輸出。當(dāng)鍵盤輸入預(yù)置電壓后，單片機(jī)通過PＷM輸出一個固定頻率的脈沖信號，作用于串聯(lián)開關(guān)電源的二極管和三極管，使三極管以一定的頻率導(dǎo)通與斷開,然后輸出進(jìn)行AD轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后的結(jié)果再給單片機(jī)進(jìn)行輸出,進(jìn)行數(shù)碼管顯示.系統(tǒng)的基本框圖及控制部分如下:控制過程原理分析:單片機(jī)所采用的芯片為STC12C５Ａ６0S２,該芯片在擁有８０51內(nèi)核的基礎(chǔ)上加入了10為AD和PＷＭ發(fā)生器。通過程序，即可控制單片機(jī)產(chǎn)生一定占空比的PWM脈沖，將此脈沖輸入到模擬電路部分,在模擬電路的輸出端即可產(chǎn)生一定的輸出電壓,可比較容易的通過程序來實現(xiàn)對輸出電壓的控制。但上述的開環(huán)控制是無法達(dá)到精確的調(diào)節(jié)電壓，因此需要采用閉環(huán)控制來精確調(diào)制。即，對輸出電壓進(jìn)行AD采樣，將其輸入回單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)根據(jù)處理的結(jié)果來對輸出電壓做出修正,經(jīng)過這樣的逐步調(diào)節(jié)即可達(dá)到閉環(huán)的精密輸出。由此原理,可以將整個過程分成一下模塊:PＷＭ波形輸出模塊，模擬電路模塊，AＤ轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)碼管顯示模塊，鍵盤輸入模塊?？刂七^程基本思路為：首先從鍵盤輸入一個電壓值，并把該電壓值在數(shù)碼管上面顯示出來，再由A／D轉(zhuǎn)換模塊對串聯(lián)開關(guān)電源電路的輸出端進(jìn)行電壓采集，將采集到的電壓值與鍵盤輸入的電壓值進(jìn)行比較,通過閉環(huán)算法，控制ＰWM的脈寬輸出，由此控制串聯(lián)開關(guān)電壓電源電路，改變輸出的電壓值，使得輸出值與設(shè)定的電壓值相等。系統(tǒng)各單元模塊電路設(shè)計鍵盤輸入數(shù)據(jù)部分分別接到單片機(jī)的P2.4，P２．5,Ｐ２.6，P2．7。每路通過電阻進(jìn)行上拉,可以編程實現(xiàn)控制單片機(jī)運行不同程序。為了判斷鍵盤上面的按鍵是否有按下的，可以事先對P２.4，P2。5，Ｐ2。6,Ｐ２。７端口賦值，便可以知道具體是哪個按鍵被按下了。例如：P2。4=0，便可知道P２.４對應(yīng)的按鍵已經(jīng)按下了。鍵盤輸入模塊程序如下：voidｋey（）/／鍵盤掃描函數(shù)｛if(P２_６＝=0）{ｄeｌay（１0）；//延時去抖動ｉf（P２＿6==０）｛wｈile（Ｐ2＿６==0）iｆ（a＜9）｛ａ＋+；}elｓeａ＝0；｝}if（P2_5=＝０){deｌaｙ（10）；//延時去抖動if(P2＿５=＝0）{while(Ｐ2_5＝=０);if(b<9）｛b++;}elsｅ（b=0)；}iｆ（P２＿4=＝0)｛dｅlａy(10）；//延時去抖動if(P２_４==0）｛wｈile（P２_4==0）；if（c<5）{c＋+;｝eｌsec=0；}}if(P２_7=＝0)｛delay（１０)；if(P2_７＝＝0)｛whｉle(P2_7＝=0）；P1＿５=!Ｐ１_５;｝}｝2、數(shù)碼管數(shù)據(jù)顯示部分知道了上面在鍵盤輸入的數(shù)值后,便要在數(shù)碼管上面顯示出來。該實驗板的8位數(shù)碼管是共陰極的數(shù)碼管,使用端口為P0和P2．0—Ｐ2．4口,且為動態(tài)數(shù)碼管，因此在同一時間，只有一個數(shù)碼管是亮著，但由于人眼的視覺殘留，使得看上去是全部一起亮著的.８位分別有段選和位選，段選就是要一個數(shù)碼管顯示的字型,而位選則是由低電平選中所要那一個數(shù)碼管,該數(shù)碼管才能亮.因此要使得數(shù)碼管亮并顯示數(shù)字，則必須在位選時該數(shù)碼管的位選管腳出于低電平，然后再通過段選顯示字型。如下圖所示的數(shù)碼管：數(shù)碼管顯示模塊程序為：vｏidｄiｓplay(ｆｌoａt(yī)ｘ）｛uinｔＭ,Ｎ,I；I=１０0＊ｘ／100;N=（１0０＊x-１０0＊I）/10；M＝１00＊x—10０＊I-１0＊N;P2_0=0；P０=ｔablｅ[０］;dｅlａy(１0）;P2_0=1;Ｐ2＿1=0；Ｐ0=ｇao＿table[Ｉ]；ｄeｌaｙ（１0)；P2_1＝1;P2_2=0；P0＝tａblｅ［N]；ｄｅlａｙ(10)；Ｐ2＿2=１;Ｐ2_3=０；Ｐ０=tabｌe[M];ｄｅlａy（１0);Ｐ2＿3=1；}３、控制PWM輸出部分STＣ12C5A60S２系列單片機(jī)集成了兩路可編程計數(shù)器陣列（PCＡ)模塊，可用于軟件定時器，外部脈沖的捕捉,高速輸出以及脈寬調(diào)制(PＷM)輸出.在該實驗中主要用到PWM脈寬調(diào)制輸出,通過對特殊功能寄存器初始化，就可以在P1.3（選擇模式0時）或Ｐ1。４（選擇模式1時）端口輸出可調(diào)占空比的高速脈沖。ＰWM模塊程序如下:voｉdPWM_Dｒv_Iniｔ（ｖoid){CCON=0;//初始化PＣＡ控制寄存器CＬ=０;／／初始化ＰＣA計數(shù)器CH＝0;ＣMOＤ=0x0８;CR=1；}voidPWM0_Drv_SetDuty（ｕnsｉgnｅｄｃhａrDutｙＶaluｅ）｛CCAP０H＝CCＡP０L=DｕtyValue;//設(shè)置看空比CＣAPＭ0=0x４2；CR=1;}PWM仿真圖為：4、ＡD轉(zhuǎn)換模塊(完成萬用表功能，即測量開關(guān)電源輸出電壓）STC１２Ｃ5Ａ60S2系列單片機(jī)自帶有８路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，在本實驗中只用到其中的一路,故可以通過軟件設(shè)計選擇其中的一路用來測量電壓。在不需作為A/D轉(zhuǎn)換的端口可以繼續(xù)作為I/O口使用。ＡD轉(zhuǎn)換對特殊功能寄存器的初始化主要有ADC＿CONTR和A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ＡDC＿REＳ(用來存放高八位）﹑ADＣ_RＥＳL（用來存放低兩位）；在AＤＣ_CONＴR中包含有ADC電源控制位AＤＣ_POWＥR,模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度控制位ＳPEＥD1﹑SＰEＥD0,模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位ADC＿FLAG，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ＡDC)轉(zhuǎn)換啟動控制位ADC_SＴAＲT，模擬輸入通道選擇CHS1/CＨS2/CHS3。由于是2套時鐘，在設(shè)置ＡＤC＿ＣONTＲ控制寄存器的語句執(zhí)行之后，要經(jīng)過４個CPU時鐘的延時，其值才能夠保證被這只進(jìn)ADC＿ＣONＴR控制寄存器，所以設(shè)置ＡDＣ_ＣOＮＴＲ控制寄存器后，要加4個空操作延時才能正確讀到AＤC_COＮTR寄存器的值.ADC的結(jié)構(gòu)如下圖所示：AＤ轉(zhuǎn)化模塊的程序為:voiｄＡDC_Dｒv＿Ｄeｍｏ(ｖoiｄ）{if(ADC_Ｆｉｎish_Flag＝=TＲUE）｛ＡDC_Ｆinｉsh_Flag=FALSE；ＡDC_Drｖ＿SｔarｔＣh(ADC＿cｈａnnel）；m=ADC_Ｒesuｌt［ＡＤC_chａnnｅｌ］＊５。0／1024;｝｝5、閉環(huán)控制算法這部分是整個實驗中最重要的部分,該部分主要是通過A/D采集數(shù)據(jù)控制PWM輸出，PWM控制開關(guān)電源輸出，以達(dá)到穩(wěn)定，即讓開關(guān)電源輸出電壓穩(wěn)定在鍵盤輸入的電壓值。針對前面的要求,則需要用單片機(jī)來完成所有的控制與計算。在該實驗中,作為AD采集的端口為P1.７，PWＭ輸出端口為P1。３，在采集完電壓數(shù)據(jù)的時候把數(shù)據(jù)存放在ADC之中，而從鍵盤輸入數(shù)值時,鍵盤上顯示的是一個小數(shù)，但在單片機(jī)中存在中間變量ｔｅmｐ的是一個整數(shù),為小數(shù)的100０倍,因此在引用數(shù)碼管顯示的數(shù)值時要將temp除以１00０才能得到實際的設(shè)置電壓數(shù)值Ｖs；另一方面,采集回來的電壓ADＣ要轉(zhuǎn)換成實際的電壓數(shù)值,則由下面的算法得出：真實值Vｒ＝ADV＊5。0/１０24.0在得到這兩個數(shù)值之后對他們進(jìn)行比較,要是Vr<Ｖs，說明采集回來的電壓偏低，此時則要降低PWＭ輸出脈沖的占空比；同理，當(dāng)Vr〉Vｓ時,則要增大ＰWM輸出脈沖的占空比，由此而使得串聯(lián)開關(guān)電路的輸出電壓與事先所設(shè)置的電壓值相同。實際測得的電壓與設(shè)置的電壓對比表格如下：Ｖs＜0．8０。8０。9１。01．11.21。3１。41.５１.61.7Ｖr—０.790．８90.９81.081.181.2８１。39１。491．5９1.７１.8１。92。０２。12．２2。32．42。5２.６2。72.８2。91。78１．88２。022。０８2。１72.２82．３82。5１2.582。6８2。７82．913.０3.1３。２３.33.43。53．６3。73.83.94.0>4．０2．983。123。193.２83．393。483.5９3。6８3。79３。9６３．9８-通過上面的表格可以看出來，雖然實際測出來的電壓Vr和設(shè)置的電壓Ｖs有一定的誤差，但是總體還是在設(shè)置的電壓附近波動，所能輸出地電壓范圍為0.8v~4.０v。誤差原因分析：(1）單片機(jī)電源不夠穩(wěn)定，在接入電腦后給單片機(jī)提供的電壓小于5Ｖ（2）提供給ＡD轉(zhuǎn)換的參考電壓不夠精確，使轉(zhuǎn)化存在誤差。心得體會通過這次實驗讓我知道理論需要聯(lián)合實際，只有將自己所掌握的知識真正應(yīng)用于實際才算真正的掌握了知識。在剛開始做的時候我對于單片機(jī)的知識理論只是有一些模糊的印象，不能真正掌握單片機(jī)的知識，比如用AD采樣需要用單片機(jī)的哪些管腳,還有數(shù)碼管需要用哪些管腳控制，并且哪些管腳控制段選,哪些控制位選。這些我都不太清楚,但通過請教才會用程序?qū)懗鰜?。雖然這次實驗做出來了，但是我還是有些知識無法真正掌握，比如定時器中斷或定時，所以這次實驗我只能用ｄelay延時來寫.通過這次實驗我還注意到細(xì)節(jié)決定一個程序是否能成功運行,比如我在寫程序是應(yīng)用了ｉf……else格式,可是因為在寫的過程中括號沒對齊，使程序沒能成功運行，經(jīng)過同學(xué)幫忙才成功運行.還有的細(xì)節(jié)就是關(guān)于鍵盤的防抖動問題。總體來說,我通過這次課程設(shè)計不單單學(xué)到了很多單片機(jī)和C5１編程的的知識，更多的是學(xué)會了學(xué)習(xí)的方法,能夠?qū)⑺鶎W(xué)到的知識用到實驗上面，可以把知識記得更清楚。這還更多地提高了在遇到實際問題時該怎樣解決實際問題的能力.更深入地學(xué)習(xí)Ｃ語言,又可以更多地提高自己的邏輯，思考能力，使思維結(jié)構(gòu)更嚴(yán)謹(jǐn)。希望在以后的學(xué)習(xí)之中可以更多地接觸到這樣的實驗，那樣就可以更好地提高自己的動手能力與對所學(xué)知識的運用能力本實驗C程序源代碼:/＊*＊＊*＊＊**＊*＊**＊*＊*＊*＊＊***＊＊＊*＊＊*＊*＊＊＊**＊*＊＊＊**＊**＊*****＊*＊＊＊*＊*＊＊＊*＊***＊＊＊＊＊＊＊／/*＊*文件名：開關(guān)穩(wěn)壓電源.ｃ＊＊***＊＊*＊*＊＊**＊*＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊**＊*＊*＊*＊*＊＊＊＊**＊********／/＊＊＊功能：設(shè)定電壓初始值,使得輸出電壓值與數(shù)碼管顯示值相同***＊**＊＊＊*＊***＊＊**＊**/／*＊*單片機(jī)型號:STC1２Ｃ5Ａ60S２（帶AD轉(zhuǎn)換與PＷＭ脈寬調(diào)制輸出功能)*＊＊***＊＊＊＊＊*＊＊／／＊*＊*＊**＊***＊＊****＊***＊＊＊＊**＊*＊＊****＊＊*＊*＊*＊＊＊*＊**＊＊***＊*＊＊＊*＊＊＊＊＊＊＊＊＊**＊＊*＊＊＊*//＊＊＊＊**＊****＊****＊＊*＊＊*＊*＊＊＊*＊＊＊*＊＊＊＊＊**＊*＊*＊*＊**＊＊＊＊**＊＊＊＊＊*****＊**＊*＊**＊＊＊＊*＊/#inclｕdｅ”stｃ12c5ａ6０s2。ｈ"＃inｃｌｕｄe〈ｉntrins。ｈ〉＃ｄｅfiｎｅuinｔunsｉgneｄint＃defineuchaｒuｎsignedchａr＃dｅfiｎeTRUE1＃defiｎｅFAＬＳE０ｖoｉｄｄelay（ｕintｚ）；/／延時函數(shù)聲明ｖoiddisplａｙ(floaｔm）;／/顯示函數(shù)聲明voidkey()；//鍵盤掃描函數(shù)voidADC_Dｒv_InｉtＣh（unsigｎedｃｈａrＣhNo）；ｖｏiｄADC_Ｄrv_StaｒｔCｈ（unｓigｎedｃharＣhNo);vｏidＡDＣ_Drｖ_Sｅrvice（voｉd）；ｖｏidADC_Dｒv_Demo（void);voiｄＰWM_Drv_Init（vｏid）；voidPWＭ0_Ｄｒv_SetＤuty（unｓｉgｎｅｄchaｒDutyValue)；ｕchaｒAＤC_channel=7；／/選中哪一個通道的變量（范圍0--7）uｉntＡDC＿Resｕlt[8]＝0；／／保存ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果floａt(yī)m,n;ｕchａｒD；uｃhａｒcoｄeｔable［］={0xｃ0，0xf９，0xa４，0xb0，0x99,0x92，0x82，0xf8,０x80,0x90｝；uchaｒｃodｅgａｏ＿ｔable［］=｛０x40，0ｘ7９,0ｘ2４,０ｘ３０,0ｘ19,0ｘ12};sbitP2_0=P2＾0;sbitＰ2_1=Ｐ2^１；sbitP2_2＝P2^2;sｂｉｔP２_３=Ｐ2^3;ｓbitP2_4=Ｐ2＾４；sbiｔP２_5=P2^5；ｓbitP2_6=Ｐ2^6;sbitP２_7=P2^７；sbｉｔPWM0=P1^3；//定義ＰWM0的輸出端sbiｔP1_5=P1^5;biｔADＣ_Fｉｎｉsh_Flａg=FＡLSE；／/ADC完成標(biāo)志uinta，b，c；ｖoｉdmaｉn（)｛a=０，b=0，c=0,D＝１00；Ｐ1_５=0；ADC＿Dｒｖ_ＩｎitＣh(7)；ＡDＣ_Ｄrｖ_SｔaｒtCｈ(７)；PＷＭ_Ｄrv_Inｉｔ(）；whｉle(1）{kｅy（）;n＝ｃ+0。1＊b+0.01＊a;ＡＤC_Dｒv_Sｅrvice（）；ADC_Dｒv_Deｍo（）;PWＭ０_Dｒｖ_SetDｕｔｙ(D);ｉｆ（m＜n)｛iｆ((m+0。05）＞n)；elｓｅ{if(D<=0）D=0;elｓeD——;}｝if（m>n）{if（(m—0。０５）〈n);elｓe｛if(D〉＝２55）D=２5５；eｌｓｅD+＋;｝｝iｆ（Ｐ1＿5)ｄisｐlaｙ（m）;ｅlseｄisplａy(ｎ)；}｝vｏｉddｅlaｙ（uintz）/／延時函數(shù){uiｎtx，y；ｆor（ｘ=z;x〉0；x—－）for(y=110;ｙ＞0；ｙ--）;}voｉdkｅy（）//鍵盤掃描函數(shù)｛if（Ｐ2_6==0){delay（１0)；／/延時去抖動ｉf（P2_6==０)｛ｗｈilｅ(Ｐ2_6=＝０）；iｆ(a＜9)｛a++；｝eｌsea=０；}｝if（Ｐ2＿5==０){ｄelａy（10）;/／延時去抖動ｉf(Ｐ２_5=＝0)｛ｗｈiｌｅ（Ｐ2_5==０）;if（b<９）{b+＋;｝else（b=0）；｝｝if(P2_４==0)｛delａy(10)；//延時去抖動iｆ(P２_4＝＝0){ｗhiｌｅ(P2_４==0）；iｆ（ｃ＜5）{c＋+;｝ｅlsec＝0;｝}if(Ｐ２_７==０){deｌaｙ(１０)；if(Ｐ2_7＝=０）{ｗhｉle(P2＿7==0);Ｐ1＿5＝！P１_5；｝}｝voiddiｓplay（floａt(yī)x）{ｕintM，N，Ｉ;I=１00*x/100；N=（10０＊x－100＊I）/１０；M=10０＊x－1０0＊Ｉ—10*N；P2_0=0;P0=table[0]；dｅlａy（1０）;P2_０=1；P2＿1=０；P0=ｇao_table［I]；ｄｅlay(１0）；P2＿1＝1;P2_2＝0;P０=tａｂle[Ｎ］；delay(1０)；P2_2＝1;P２_3＝０；Ｐ0＝ｔable［M］；delａｙ（10);P2_3=1；}voidＡDC_Drｖ_ＩnitCh(ｕnｓｉgｎeｄｃhaｒChNo)｛P1ASF=Ｐ1ＡSＦ｜（0x01＜＜ChNｏ)；/／初始化相應(yīng)通道工作在AD模式下｝voｉdAＤＣ＿Dｒv_StartＣh（ｕchaｒChNｏ）//轉(zhuǎn)換啟動｛uintDｅlay=0x０0;P1ASF=P1AＳF｜（0x01<<ChNo）;/／初始化相應(yīng)通道工作在ＡD模式下ＡDC_ＲES=0；/／ＣlｅａrｐreｖｉoｕsresuｌtADC＿COＮＴR=ADC_ＰOWER｜AＤC_SPEEDLL｜AＤC_STAＲT|ChＮo；／／ｆor（Delay=０ｘ0０;Delａy<5０0；Delａy++）；／/AＤCpoｗer-ｏnanddelayIＥ=0xA0｜IE；//可位尋址中斷允許寄存器用于AD中斷EA=1;/／單片機(jī)CPU總中斷}voｉｄＡDC＿Drｖ_Seｒｖice（voiｄ）｛ADC_Result［ADC_chanｎel]=ADＣ＿RＥＳ；ADC_Ｒesult［ＡDC＿channel］=(AＤC_Reｓulｔ［ADC_channｅl]〈〈2）|ADC_RESＬ;ADＣ＿Ｆinisｈ_Flaｇ=TRUE；｝vｏidADC＿Ｄrv＿Deｍo（void）{if（ADC_Fｉnish_Flａｇ==TＲUE)｛ADC_Finiｓh＿Flag=FALSＥ;ADC＿Drｖ_ＳtａｒtCh（ADC_channel）；ｍ＝ADＣ＿Reｓult［AＤC_ｃhａnnｅl]＊5。０／１０24;｝｝voiｄＰＷＭ＿Ｄrｖ_Iｎiｔ（void){CCOＮ=0;//初始化ＰCA控制寄存器CＬ＝０；/／初始化PCA計數(shù)器ＣH=0;CＭOＤ＝0x０８；CR=１;｝vｏiｄPWＭ０＿Drv_SetDuty(unsignedcｈarDuｔyＶaｌue）｛CＣAP0H=CCAＰ０Ｌ=DutyValｕｅ；//設(shè)置看空比ＣCAPM０=０x42；CR=1；}摘

要:高功率密度是當(dāng)今開關(guān)電源發(fā)展的主要趨勢,要做到這一點,必須提高磁元件的功率密度平面變壓器因為特殊的平面結(jié)構(gòu)和繞組的緊密耦合,使得高頻寄生參數(shù)大大降低,極大地改進(jìn)了開關(guān)電源的工作狀態(tài),因此近年來得到了廣泛的使用研究了幾種不同的平面結(jié)構(gòu)和繞組制作的方式,介紹了設(shè)計平面變壓器的一個標(biāo)準(zhǔn)方法,從而使得設(shè)計過程變得更加簡單,大大降低了設(shè)計成本.最后,比較了平面變壓器和傳統(tǒng)變壓器的一些參數(shù),并給出了設(shè)計方針.

關(guān)鍵詞:平面變壓器;漏感;插入技術(shù)

0引言

磁性元件的設(shè)計是開關(guān)電源的重要部分,因為平面變壓器在提高開關(guān)電源的特性方面有著很大的優(yōu)勢,因此近年來得到了廣泛的應(yīng)用.對于一個理想的變壓器來說,初級線圈所產(chǎn)生的磁通都穿過次級線圈,即沒有漏磁通.而對普通變壓器來說,初級線圈所產(chǎn)生的磁通并非都穿過次級線圈,于是就產(chǎn)生了漏感,電磁耦合的緊密要求也無法滿足.而平面變壓器只有一匝網(wǎng)狀次級繞組,這一匝繞組也不同于傳統(tǒng)的漆包線,而是一片銅皮,貼繞在多個同樣大小的沖壓鐵氧體磁芯表面上.所以,平面變壓器的輸出電壓取決于磁芯的個數(shù),而且平面變壓器的輸出電流可以通過并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)充,以滿足設(shè)計的要求.因此,平面變壓器的特點就顯而易見了:平面繞組的緊密耦合使得漏感大大地減小;平面變壓器特殊的結(jié)構(gòu)使得它的高度非常的低,這使變換器做在一個板上的設(shè)想得到實現(xiàn).但是,平面結(jié)構(gòu)存在很高的容性效應(yīng)等問題,大大限制了它的大規(guī)模使用,不過,這些缺點在某些應(yīng)用中,也有可能轉(zhuǎn)換為一種優(yōu)點.另外,平面的磁芯結(jié)構(gòu)增大了散熱面積,有利于變壓器散熱.

1平面變壓器的特性研究

如前所述,平面變壓器的優(yōu)點主要集中在較低的漏感值和交流阻抗.繞組問的間隙越大意味著漏感越大,也就產(chǎn)生更高的能量損失.平面變壓器利用銅箔與電路板間的緊密結(jié)合,使得在相鄰的匝數(shù)層間的間隙非常的小,因此能量損耗也就很小了.

在平面型變壓器里,其“繞組”是做在印制電路板上的扁平傳導(dǎo)導(dǎo)線或是直接用銅泊.扁平的幾何形狀降低了開關(guān)頻率較高時趨膚效應(yīng)的損耗,也就是渦流損耗.因此,能最有效地利用銅導(dǎo)體的表面導(dǎo)電性能,效率要比傳統(tǒng)變壓器高得多.圖1給出了一個平面變壓器的剖面圖,并且利用兩層繞組間距離的不同,而獲得在不同間隙下的漏感和交流阻抗值.

圖2與圖3給出了在不同的間隙下漏感和交流阻抗的變化,可以明顯地看出間隙越大,漏感越大,交流阻抗越小.在間隙增加1mm的狀況下漏感值增加了5倍之多.因此,在滿足電氣絕緣的情況下,應(yīng)該選用最薄的絕緣體來獲得最小的漏感值.

然而,容性效應(yīng)在平面變壓器中是非常重要的,在印制電路板上緊密繞制的導(dǎo)線使得容性效應(yīng)非常的明顯.而且絕緣材料的選取對容性值也有著非常大的影響,絕緣材料的介電常數(shù)越高,變壓器的容性值越高.而容性效應(yīng)會引起EMI,因為從初級到次級的繞組中只有容性回路的繞組傳播這種干擾.為了驗證,筆者做了一個試驗,在銅導(dǎo)線的間隙增加O．2mm的情況下,而電容值就減少了20%.因此,如果需要一個比較低的電容值,則必須在漏感和電容值之間做出一個折中的選擇.

2插入技術(shù)

插入技術(shù)是指在布置變壓器原、副邊繞組時,使原邊繞組與副邊繞組交替放置,增加原、副邊繞組的耦合以減小漏感,同時使得電流平均分布,減小變壓器損耗.

現(xiàn)在插入技術(shù)的研究被分為兩個方面,即應(yīng)用于變壓器的插入(正激電路)和應(yīng)用于連接電感器的插入(反激電路).因此,插入技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)被放在不同的拓?fù)渲凶鳛椴煌拇判圆考硌芯?

2.1應(yīng)用于平面變壓器的插入技術(shù)

應(yīng)用于變壓器中的插入技術(shù)的主要優(yōu)點如下:

1)使變壓器中磁性能量儲存的空間減少,導(dǎo)致漏感的減少;

2)使電流傳輸過程中在導(dǎo)體上理想分布,導(dǎo)致交流阻抗的減少;

3)繞組間更好的耦合作用,導(dǎo)致更低的漏感.

為了說明插入技術(shù)的特征,圖4給出了應(yīng)用3種不同插入技術(shù)的結(jié)構(gòu),P代表初級繞組,s代表次級繞組.試驗顯示SPSP結(jié)構(gòu)是最好的,因為初級和次級的繞組都是間隔插人的.圖5顯示了在500kHz時,3種結(jié)構(gòu)的交流阻抗和漏感值,通過比較可以很容易地發(fā)現(xiàn)應(yīng)用了插入技術(shù)的變壓器,交流阻抗和漏感值都有了很大的減少.

2．2多繞組變壓器中平面結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

平面變壓器另一個重要的優(yōu)點是高度很低,這使得在磁芯上可以設(shè)置比較多的匝數(shù).一個高功率密度的變換器需要一個體積比較小的磁性元件,平面變壓器很好地滿足了這一要求.例如,在多繞組的變壓器中需要非常多的匝數(shù),如果是普通的變壓器將會造成體積和高度過大,影響電源的整體設(shè)計,而平面變壓器則不存在這一問題.

另外,對于多繞組的變壓器來說,繞組間保持很好的耦合非常重要.如果耦合不理想則漏感值增大,將會使得次級電壓的誤差增大.而平面變壓器因為具有很好的耦合,使得它成為最佳的選擇.

2．3在不同拓?fù)渲衅矫孀儔浩鞯淖饔?/p>

在不同的拓?fù)渲?磁性元件的作用也是不同的.在正激變換器中的變壓器,磁性能量在主開關(guān)管開通的時候由初級繞組傳遞到次級繞組中.然而,在反激變換器中的“變壓器”并不完全是一個變壓器,而是兩個連接的電感器.在反激拓?fù)渲械摹白儔浩鳌痹谥鏖_關(guān)管開通的時候初級繞組儲存能量,而在關(guān)閉的時候?qū)⒛芰總魉偷酱渭壚@組.因此,這種插入技術(shù)的優(yōu)點同上面相比是不同的.應(yīng)用于這種變壓器的插入技術(shù)的特點如下:

1)在磁芯中儲存的能量沒有減少,因為電流在某時刻只能在一個繞組中流動,并且沒有電流補(bǔ)償;

2)電流的分布并不理想,原因同上,因此交流阻抗也沒有減小;

3)插入使得繞組間產(chǎn)生較好的耦合,因此有比較小的漏感值.

3平面變壓器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

平面變壓器的優(yōu)點如上所述,同樣它也有缺點,其最主要的缺點就是設(shè)計的過程非常復(fù)雜,而且設(shè)計成本也非常高.

下面介紹一種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計平面變壓器的程序步驟[3];它通過提供一個標(biāo)準(zhǔn)的匝數(shù)模型的設(shè)計,使之能夠被使用于不同的平面變壓器中,從而使得設(shè)計過程大大簡化,費用大大降低.

在雙面PCB板的每一層都是由一到多匝的繞組組成的,而且所有的層都保持著一樣的物理特性:即相同的形狀和相同的外部連接點.在有些多匝的層次中,這個外部連接點是不同匝數(shù)間的電氣連接點.如果有些層只有一匝,它也可以被印制在PCB的雙面來降低交流阻抗.使用銅箔直接印制在PCB板上來替代傳統(tǒng)的導(dǎo)線,即使在許多需要很多匝數(shù)的開關(guān)電源中,變壓器依舊能保持一個很小的體積,這便大大減小了整機(jī)的體積.具體的設(shè)計步奏和注意事項請參閱文獻(xiàn)[3].圖6顯示了一個頂層的標(biāo)準(zhǔn)匝數(shù)設(shè)計的例子,它使用的是罐形(RM)磁芯.

銅箔高度按照對應(yīng)于最大開關(guān)頻率時的趨膚深度選取,這樣可以使銅箔的所有部分都成為電流通路,大大減少集膚效應(yīng)的影響.因此,應(yīng)該使每一種開關(guān)頻率對應(yīng)于不同的銅箔高度.

4實驗論證

為了比較平面變壓器和傳統(tǒng)變壓器,分別做了兩種變壓器的模型,一種使用平面結(jié)構(gòu)并使用了插入技術(shù),另一種使用銅線分別在初級和次級繞制而成.兩種變壓器都被運用于一個互補(bǔ)控制的半橋變換器中.兩個變壓器的參數(shù)如下:

初級12匝:

次級兩個l匝的繞組(1:1中心抽頭).

傳統(tǒng)變壓器使用漆包線作為繞組,雖然在這些線圈中電流密度不盡相同,選擇電流密度小于7.5A/mm.

平面變壓器初級繞組做成4層,有4個并列的次級.這個變壓器的最終結(jié)構(gòu)如圖7所示.

兩種變壓器都使用了同樣的磁芯RM10,比較了兩種變壓器的漏感,交流阻抗和占用的面積,結(jié)果列于表1.

由表1可知,平面變壓器的漏感僅為傳統(tǒng)變壓器的1/5,交流阻抗也僅為l/3,由此可見這將大大提高變換器的工作特性.而且,由于結(jié)構(gòu)的更加緊湊,使得可以使用更小的RM8磁芯.

5結(jié)語

平面變壓器在減小漏感、交流阻抗等方面有著非常大的優(yōu)點,并且因為體積的小巧使之成為一種非常好的磁性元件.給出了一種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計平面變壓器的方法,使得設(shè)計平面變壓器變得更加容易,成本也將大大降低.可以預(yù)見,平面變壓器將有著相當(dāng)好的應(yīng)用前景.基于PＩD控制方式9Ａ開關(guān)電源Ｐsim仿真研究學(xué)院：電氣與光電工程學(xué)院專業(yè):電氣工程及其自動化班級：1３電卓姓名:唐修亮學(xué)號：１302042５緒論開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)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。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新,使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前,開關(guān)電源以高效率、小體積、重量輕、安全可靠等特點,以用來作為電腦、家電、通信設(shè)備等現(xiàn)代化用電設(shè)備的電源,為世界電子工業(yè)產(chǎn)品的小型化、輕型化、集成化作出了很大的貢獻(xiàn),是當(dāng)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。開關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)常見的控制對象,包括單極點型控制對象、雙重點型控制對象等。為了使某個控制對象的輸出電壓保持恒定,需要引入一個負(fù)反饋。粗略的講,只要使用一個高增益的反相放大器，就可以達(dá)到使控制對象輸出電壓穩(wěn)定的目的。但就一個實際系統(tǒng)而言，對于負(fù)載的突變、輸入電壓的突升或突降、高頻干擾等不同情況，需要系統(tǒng)能夠穩(wěn)、準(zhǔn)、快地做出合適的調(diào)節(jié),這樣就使問題變得復(fù)雜了.例如,已知主電路的時間常數(shù)較大、響應(yīng)速度相對緩慢,如果控制的響應(yīng)速度也緩慢，使得整個系統(tǒng)對外界變量的響應(yīng)變得很遲緩；相反如果加快控制器的響應(yīng)速度，則又會使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。所以,開關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計要同時解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抑制干擾等方面互相矛盾的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)要求，這就需要一定的技巧,設(shè)計出合理的控制器,用控制器來改造控制對象的特性.常用的控制器有比例積分(ＰI）、比例微分（PD)、比例—積分-微分(PID）等三種類型。PI控制器可以提供超前的相位，對于提高系統(tǒng)的相位裕量、減少調(diào)節(jié)時間等十分有利，但不利于改善系統(tǒng)的控制精度；ＰＩ控制器能夠保證系統(tǒng)的控制精度,但會引起相位滯后,是以犧牲系統(tǒng)的快速性為代價提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。ＰIＤ控制器兼有二者的優(yōu)點,可以全面提高系統(tǒng)的控制性能,但實現(xiàn)與調(diào)試要復(fù)雜一些。本文中介紹基于PID控制器的Buck電路設(shè)計。一.設(shè)計要求及設(shè)計背景１。設(shè)計要求依據(jù)技術(shù)指標(biāo)設(shè)計主功率電路，采用參數(shù)掃描法，對所設(shè)計的主功率電路進(jìn)行仿真;掌握小信號建模的方法，建立Ｂｕck變換器原始回路增益函數(shù)；采用Matlaｂ繪制控制對象的Boｄe圖；根據(jù)控制對象的Ｂoｄe圖，分析所需設(shè)計的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)特性進(jìn)行補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。采用所選擇的仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真，要求有突加、突卸80%負(fù)載和滿載時的負(fù)載特性，分析系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)壓精度和動態(tài)響應(yīng)速度。2．設(shè)計背景Buｃk變換器最常用的變換器,工程上常用的拓?fù)淙缯ぁ霕?、全橋、推挽等也屬于Bｕｃｋ族，其優(yōu)點有輸出電流紋波小，結(jié)構(gòu)簡單，變比可調(diào)，實現(xiàn)降壓的功能等。然而其輸出電壓紋波較大，bｕck電路系統(tǒng)的抗干擾能力也不強(qiáng)。為了使其具抗干擾能力,輸出電流達(dá)到所需的等級,減小其電壓紋波,現(xiàn)設(shè)計校正網(wǎng)絡(luò)使其閉環(huán),提高系統(tǒng)的能力。二．Bucｋ變換器主電路設(shè)計1技術(shù)指標(biāo):輸入直流電壓（VＩN）：12V；輸出電壓（ＶO）：5V；輸出電流（IN)：9Ａ;輸出電壓紋波（Ｖrｒ)：50ｍV;基準(zhǔn)電壓（Vrｅf):1。5V；開關(guān)頻率（fs）：100kHｚ；2主電路及參數(shù)計算2。1主電路圖1ｂuｃｋ主電路２.２濾波電容計算輸出紋波電壓只與電容容量及ESR有關(guān)：(1)電解電容生產(chǎn)廠商很少給出ESR，而且ESR隨著電容的容量和耐壓變化很大,但C與ＲC的乘積趨于常數(shù)，約為5０～80μ·ΩF。本次設(shè)計中取為７５μ·ΩＦ，由式（1）可得：RＣ=27.78mΩ，C=２700μＦ。1.2.3濾波電感的計算(２)（3)(4）圖2開關(guān)管開通及關(guān)斷時的等效電路由基爾霍夫電壓定律可知開關(guān)管導(dǎo)通關(guān)斷滿足下列方程假設(shè)：其中L中串聯(lián)電阻得當(dāng)L=16．６0uH時，輸出電流為：當(dāng)Ｌ=16．60uH時，輸出電壓為：輸出電壓和電流以及輸出電壓紋波如下圖所示:當(dāng)L=16.60μH時，電感電流在9.6~１０。８之間波動,符合△iＬ≤0．2ＩＮ＝1。8A的設(shè)計要求,并且理論分析與仿真結(jié)果一致。三.補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計圖７Buck變換器控制圖3.１原始回路增益函數(shù)采用小信號模型分析方法可得buck變換器原始回路增益函數(shù)則(4）假設(shè):ＰＷM鋸齒波幅值再假設(shè)采樣電阻Rx=3KΩ，Ry=1.3KΩ則采樣網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)(5)當(dāng)S＝0時，原始函數(shù)增益為:所以極點頻率根據(jù)原始系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可以得到的波特圖如圖8所示，MATＬＡB的程序如下：num=［1.８*１0^(—4）２。4］；den=[4。48＊１0^(－8）2９.6＊10^(-６)１];H=tｆ(ｎum,ｄeｎ);bｏｄe（H);［mag，phase,w]=bode（H）；[gｍ，wcg，wcp]=margiｎ（ｍaｇ，phase，w);［pｍ，ｗcg，wｃｐ］=margiｎ(maｇ，ｐhaｓe,w）；mａrgin（H）；ｄisplａy（pm)；display（gm)；圖8原始回路傳遞函數(shù)波特圖從圖８中可以得出起初的相位裕度:40。5°穿越頻率:1.4９e3Hz根據(jù)要求相位裕度應(yīng)達(dá)到50°-55°穿越頻率提升到（即１０kHz—20ｋHz）均不滿足，因此需提高其相位裕度，穿越頻率。3．2補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計原始系統(tǒng)主要問題是相位裕度太低、穿越頻率太低。改進(jìn)的思路是在遠(yuǎn)低于穿越頻率fc處，給補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)增加一個零點fZ,開環(huán)傳遞函數(shù)就會產(chǎn)生足夠的超前相移,保證系統(tǒng)有足夠的裕量；在大于零點頻率的附近增加一個極點fP，并且為了克服穩(wěn)態(tài)誤差大的缺點,可以加入倒置零點fＬ,為此可以采用如圖9所示的PID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò).圖9PID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)根據(jù)電路寫出的PＩD補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：（６)式中:為了提高穿越頻率，設(shè)加入補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)后開環(huán)傳遞函數(shù)的穿越頻率是開關(guān)頻率的十分之一，即：（７）在這里，假設(shè)選擇的倒置零點的頻率為穿越頻率的二十分之一，則有:（8）假設(shè)預(yù)期的相位裕度，則PＩD補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)計算值如下:零點頻率極點頻率零點角頻率極點角頻率倒置零點角頻率所以直流增益根據(jù)上面計算數(shù)據(jù)，得出補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：(9)根據(jù)PID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)可以得到的波特圖如圖１0所示，ＭATLＡＢ的程序如下：num＝［１。1７＊10^（-３)28.3777500］；dｅn＝［５.32*10^(-6)1］；H=tf（num，den);boｄe(Ｈ）；［mag,ｐhase，w］=bｏｄe(H)；[gm，wcg，wｃｐ］=mａｒgｉｎ（mag,pｈase，w）;［ｐm，wcｇ，wｃｐ］＝mａrgｉn(ｍag，phaｓｅ，w)；ｍａrgiｎ（H)；diｓpｌay（ｐm)；dｉsｐｌay(gm）；圖10ＰID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的波特圖所以最后補(bǔ)償后的整個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：（10）根據(jù)上面的傳遞函數(shù)，可以繪制出加PIＤ補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)后的傳遞函數(shù)波特圖如圖11所示,MATLAB的程序如下:num1=2．4；dｅn1=[4.48*10^(—8）29．6＊10^(-6）1］;g１=tf(num1,ｄｅn１）；ｎuｍ2=cｏnv（[4.7５*1０^(—5）１］，[2４。6７2４.6７＊3。１4＊1０00])；deｎ2=[5.３2*1０^（—6）1]；ｇ2＝tｆ（nuｍ2,dｅn2）;bｏde（g1，＇+＇，g2，’：’，g１*g２，’－')；以上程序是看波特圖的曲線。ｎum=cｏnｖ（2.４*24。6７*［4.75*10^（－５)1]，［1３14０]）;dｅn=［２3.83＊10＾(—１4)４．5＊1０^（-８）３4.92*1０＾（—6)10］；H=ｔf（ｎuｍ,deｎ）;bode(H）;[mａｇ,phase，ｗ]=bode(H）;[gm，wcｇ，wcp]=margin（ｍag，ｐhaｓe,w);［pm,wcg，wcp]＝margin(mａｇ，phase，w）;maｒgin（H）；diｓplaｙ（pｍ）;diｓplay（gｍ）;這個程序是看波特圖的相位裕度。圖１1系統(tǒng)總回路傳遞函數(shù)波特圖從圖11可看出，相位裕度為5０。8°,穿越頻率為1ｅ4Hz，由此可知經(jīng)過校正后滿足了先前的要求。３．3補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電路中的參數(shù)計算假設(shè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中Ｃi=1μF，則根據(jù)前面的公式，以及算出的直流增益、零點角頻率、極點角頻率、倒置零點角頻率可得：Rｉz=47．５，Ｒip=６，Ｒf=１3１9。８，Cf=２４1實際中取Rｉz=50，Rip＝6,Rf＝1４00，Cｆ=2５0由于,有20%~10０％的負(fù)載擾動,３。４系統(tǒng)仿真圖1２總系統(tǒng)圖（負(fù)載擾動）圖12中的R的值不是額定的值，而是20%后計算所得的值。變換器仿真結(jié)果如圖突加、突卸8０％負(fù)載時:由于有20%－-１００%的負(fù)載擾動，２0％In=1。2ＡＲＬ=5/１.2=4。167Ω２5/／Rn＝0。8３解得Rn＝０．859Ω突加、突卸8０%負(fù)載時的Psim圖如圖13示：圖13突加、突卸80%負(fù)載時的Psim圖變換器仿真結(jié)果如圖１4示：圖14變換器仿真結(jié)果四。心得體會本次開關(guān)電源課程的大作業(yè),通過pｓim對ｂuck變換的仿真,讓我充分了解到大學(xué)學(xué)習(xí)的不僅僅是理論知識，更重要的還是把所學(xué)的在實踐中運用起來。在對電路圖的仿真中，我遇到了不少問題,通過這些問題我向許多掌握的比較好的同學(xué)求教，最后有些問題基本解決了，還有的需要以后更深刻的去認(rèn)識與理解psim的工作方式與特性。這次的大作業(yè)，也提前教會了我如何規(guī)范一篇論文的格式要求，為我大四的論文設(shè)計增添了基礎(chǔ)。并且在實踐中增加了我的交際能力。此次大作業(yè)，也教會了我如何去學(xué)習(xí)課本以外的文獻(xiàn)來豐富自己的知識,并把這些文獻(xiàn)的內(nèi)容為自己所用。通過對buｃk電路的仿真研究，充分鍛煉了自己,對以后的學(xué)習(xí)有很大幫助。參考文獻(xiàn)[1］張建生主編。《現(xiàn)代儀器電源》[M]．北京：科學(xué)出版社2005:1－26。［2]王兆安，黃俊主編?！峨娏﹄娮蛹夹g(shù)》［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000:94-96．［３]陳麗蘭主編．《自動控制原理》[M].北京：電子工業(yè)出版社，2０0６：73-74.［４］張衛(wèi)平主編.《開關(guān)變換器的建模與控制》［M]．北京:中國電力出版社，２005：１３4-141．[５]徐德鴻譯.《電力電子系統(tǒng)建模及控制》[M］。北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005：17４—180.[6］張晉格主編.《控制系統(tǒng)ＣAD》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,２004：12８-134。中文題目:基于單片機(jī)的恒流開關(guān)電源英文題目：MCU-ｂａｓedswitcｈingpｏwersｕpｐlydｅsigｎ姓名學(xué)號專業(yè)班級指導(dǎo)教師提交日期摘要本開關(guān)電源設(shè)計采用ＳTC１2Ｃ5Ａ60Ｓ2單片機(jī)發(fā)生47KHZ的PWM脈沖信號，經(jīng)過IR2104控制MOS，從而控制整個BUCＫ（降壓式變換）電路。單片機(jī)內(nèi)部自帶的10位ＡＤＣ能通過電壓電流檢測電流實時反饋電流和電壓數(shù)值,并由此調(diào)整輸出的PWＭ的占空比，形成電流電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)。按鍵能設(shè)置輸出電流從0．2A到2A，以０．01A遞增，輸出最大１0V，液晶能顯示實時輸出電流與電壓.根據(jù)測試，滿載的供電效率為88％。按鍵設(shè)置的輸出電流的誤差小于0.０1A.關(guān)鍵詞：開關(guān)電源,BUCK，STC單片機(jī),IR2104，恒流源MCU－ｂaseｄswｉtchｉｎgpoｗersｕｐplydｅsignAbstｒactTheswitchingpｏwersｕpｐlydeｓｉgnusesSＴC１2C５A(chǔ)60S２microｃoｎtｒolｌｅrPWMpｕｌseｓignaｌ4７KHＺhappen，afｔeｒMOＳdriverＩCIR２1０4coｎtrolthewｈoleBＵCKciｒｃuｉt.MCＵcoｍeｓwith10intｅrnａｌADＣｖｏltaｇedetectｉoｎcurrｅnｔｂyrｅａl－timefeedbaｃｋcurrentaｎdvｏｌtａｇｅvalueｓ,ａnｄtｈerebｙadjｕsｔthｅoｕｔｐutPWMdutｙｃyｃlｅ，forｍingａvoltageｃlｏseｄ-loｏpcontrolsystem。Buｔtoｎcａnsｅttheoｕtpｕtvoltageｆrom0Vtｏ10Ｖlimitof,1Vsｔeps,ｔheLCＤcａndｉsplayreａl—timｅoutｐｕtｖoｌtageandcuｒrent。1０Watｔｈeratｅdｐowｅrouｔpuｔ，ｆuｌllｏadpｏwereｆｆiｃienｃyof81％。Bｕttoｎsｔｏsｅttheｏutputvｏｌｔagｅerroriｓlesｓｔhaｎ0.1V。．Keywords:SwitcｈingpｏwerｓuｐplｙBUCKSTCmｉcrocontrolleｒIＲ２1０４Adjuｓｔableouｔpuｔ目錄TOＣ\o＂1－2”\h＼ｚ\u1前言PAＧEＲEＦ_Toc42023１8７7\h１ＨＹPEＲLINＫ1．3研究內(nèi)容和方式２HYPEＲLINＫ\l”_Tｏc4２02３18８1"2系統(tǒng)分析PＡＧEREF_Toｃ42０2３１8８１\h４ＨYPERLINK\l＂_Toc４2０231882”２。1系統(tǒng)論述ＰAGＥＲEF_Toｃ420231882\h4２．２Ｂuck工作原理PAGERＥＦ_Toc4２02３１８８3\ｈ４ＨYＰERLINK\l＂＿Ｔｏc42０2３1884”2．3Bucｋ波形分析ＰAGEＲＥF_Tｏｃ4202３1８8４\h５2.4Buck穩(wěn)壓分析ＰAGEＲEF_Toc4２０231８8６\h6HYPＥRLＩNK\l”_Toc4202318８7”2．５小結(jié)PAGＥREF_Toｃ４20２３1887＼h7HYPEＲＬＩNK\l”＿Ｔoc420２31888＂3硬件設(shè)計PAGEREF_Toｃ4２０23１８88\h8HYPERLＩNK\l”_Ｔoc420２3１8８9”３.1總統(tǒng)框架PAGEＲＥＦ＿Ｔoｃ４202３188９\h8HYPERLＩNＫ\l＂_Ｔoc42０2３1890＂3．2各部分電路的選擇PAGEREＦ_Ｔoｃ4202３1８9０\h８HYPERLINK\l＂_Toc4202３18９１"３．３小結(jié)４2０23189１\h13HＹPERLINK4．1電壓電流雙閉環(huán)控制算法設(shè)計PAGEＲEF_Toc4２0２3189３＼h14HYPERLINK\l＂_Ｔoｃ４20231894"4．2主程序程序設(shè)計PAGERＥF_Toc４20２31８９4＼h１５4．3按鍵子程序設(shè)計PＡＧＥREＦ＿Tｏｃ４20２318９5\h15HＹPERＬＩNK\l＂_Ｔoc4２0231８9６”4.4ADＣ中斷程序PAGERＥＦ_Toc4２0２3189６\h16ＨＹＰＥRLINK\l”＿Toc４２０２３1897"４。5關(guān)鍵程序８9７\h１75系統(tǒng)測試PＡGEＲEF_Toc4２0２31898\h19HYＰEＲLIＮK\l＂_Ｔoｃ420２318９9＂5。1實物圖片PAＧEREF_Ｔoc420２31899\h１95．２電壓調(diào)整率測試PAＧEＲEF_Toc42０2319０0＼ｈ19５。３負(fù)載調(diào)整率測試ＰAGＥＲEF＿Toｃ４2023190１\ｈ21HYPERLINK\l”_Ｔoc420２31902”5.4電路效率測試PＡGERＥF＿Ｔoｃ420２31９02\h22ＨYＰERLINＫ\l”＿Tｏc420231903”6總結(jié)PAGEREＦ_Toc420２3１90３\h2５HYPERＬＩNK\l＂_Toc42０231９04"6.１結(jié)論PAＧERＥF＿Toc４2０23１9０4＼h25６。2創(chuàng)新點PAGEREF_Ｔoc4202３1９05\h25HYPＥRＬＩNK\l”＿Toｃ420231906＂６.3存在問題PAGEREＦ_Toc420231９０6＼h25HYPERＬIＮK\l＂_Tｏc42０23190７”致謝PAGEREF＿Ｔoc４20231９07\ｈ26HYPＥRLINＫ附錄ＰAGＥREF_Toc４20231９09\h28HYPＥRLＩNＫ\l＂_Ｔoc420231910＂附C語言程序源代碼ＰAGＥREＦ_Ｔoc４20231910\h281前言1．1課題研究意義開關(guān)電源顧名思義，開關(guān)電源便是使用半導(dǎo)體開關(guān)器件（如晶體管、場效應(yīng)管、可控硅閘流管等）,經(jīng)過控制電路，使半導(dǎo)體開關(guān)器件不停地“導(dǎo)通”和“關(guān)閉”，讓半導(dǎo)體開關(guān)器件對輸入的電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制,從而完成直流到交流、直流到直流電壓變換，和輸出電壓可調(diào)和自動穩(wěn)壓.開關(guān)電源一般有三種工作模式：頻率、脈沖寬度固定模式,頻率固定、脈沖寬度可變模式,頻率、脈沖寬度可變模式.前一種工作模式多用于直流交流逆變電源，或直流／直流電壓變換；后面兩種工作模式一般用在開關(guān)穩(wěn)壓電源。另外,開關(guān)電源輸出電壓也有三種工作式樣：直接輸出電壓的方式、平均值輸出電壓的方式、幅值輸出電壓的方式。同樣的,前一種工作方式經(jīng)常用在直流/交流逆變電源，或直流／直流電壓變換;后兩種工作模式經(jīng)常用于開關(guān)穩(wěn)壓電源［１］。1。2研究現(xiàn)狀及存在問題近半個世紀(jì)以來,國內(nèi)外學(xué)者對開關(guān)電源進(jìn)行了很多的研究,取得了很多的成果。1．2.１國外研究現(xiàn)狀上個世紀(jì)的50年代初,美國宇航局為了搭載火箭,開關(guān)電源誕生了，這便是開關(guān)電源誕生的起源，此開關(guān)電源以小型化、輕巧化為目標(biāo)。在歷史進(jìn)程中進(jìn)行了近半個多世紀(jì)后,開關(guān)電源技術(shù)越來越成熟,更因具備了性能穩(wěn)定、小、發(fā)熱較低、輕、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點慢慢的在取代了傳統(tǒng)電源技術(shù)下所制造的不間斷工作電源,并在電子設(shè)備等各領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。最終在80年代，率先完成了大部分電子產(chǎn)品的電源換代，同時也完成了全面開關(guān)電源普及化。在到來的20世紀(jì)9０年代，開關(guān)電源更是進(jìn)入了快速發(fā)展的黃金時間，家電、電子設(shè)備都得到更廣泛的應(yīng)用。又經(jīng)歷了幾十年的努力下,現(xiàn)在的開關(guān)電源技術(shù)都有了技術(shù)性的重大突破與發(fā)展.更多新技術(shù)的發(fā)現(xiàn)與開發(fā)將當(dāng)代開關(guān)電源又帶上了另一個全新的時期,在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用更是推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展，其中以其小型化、簡便化的特征尤為突出。1。2。２國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)學(xué)者有關(guān)開關(guān)電源的研究，有以下研究狀況：伴跟著開關(guān)電源的誕生,1960年代初期，我國開始對開關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)行的設(shè)計，研制并加以生產(chǎn)。直到60年代中期才開始慢慢地進(jìn)入了實用的階段。在對開關(guān)電源有了一定認(rèn)識后，我國在7０年代初期便試著開始對無工頻降壓變換器進(jìn)行深入研究應(yīng)用在開關(guān)穩(wěn)壓電源上,繼而對其進(jìn)行設(shè)計、研制和生產(chǎn)。最終在1974年,我國第一臺工頻降壓變壓器式的開關(guān)電源被研發(fā)出來了，輸出電流是5v,工作頻率是1０KＨｚ。跟著我國開關(guān)電源的向前發(fā)展，我國許多研究所、工廠等在近十年發(fā)展中也紛紛研制出來了無工頻降壓變換器的開關(guān)穩(wěn)壓電源，這種開關(guān)電源的工作頻率大概在2０K左右,輸出的功率在１000W以下，但是其型號與用途眾多,都投入電子設(shè)備、電視機(jī)、通信等領(lǐng)域進(jìn)行廣泛的使用.跟著時期的發(fā)展,因為我國半導(dǎo)體與工藝跟不上時期的潮流,導(dǎo)致了自己生產(chǎn)與研制的開關(guān)穩(wěn)壓電源的關(guān)鍵元器件大部分仍要經(jīng)過國外進(jìn)口,導(dǎo)致當(dāng)代開關(guān)電源技術(shù)與一些先進(jìn)國家相比仍存有巨大的差距。1.2.３目前存在的問題綜上所述，目前國內(nèi)外學(xué)者研究的開關(guān)電源普遍存在以下四大方面的問題:1)多數(shù)使用模擬IＣ控制,控制式樣不夠智能化；2）不能顯示輸入和輸出的電流電壓狀況;３）多數(shù)開關(guān)電源為固定輸出；4)可調(diào)的開關(guān)電源只能通過電位器模擬調(diào)整，不能直接得到準(zhǔn)確的預(yù)設(shè)電壓.1。３研究內(nèi)容和方式為了設(shè)計一種更加智能化的開關(guān)電源，必須進(jìn)行更深入的開關(guān)電源機(jī)理研究,下文字闡述了具體的研究內(nèi)容以及研究方法。1。３．1研究方案設(shè)計出一種基于SＴC系列51單片機(jī)的ＢＵＣＫ型直流降壓開關(guān)電源是本課題所要研究的主要內(nèi)容.本系統(tǒng)需要達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)是：在系統(tǒng)完成后，系統(tǒng)能預(yù)置電壓,其步進(jìn)的電壓為1V，輸出的電壓的限度為０V~10V，輸出電流為0~1Ａ。同時液晶顯示屏上可以顯示出所預(yù)置的電壓，另有實時的輸入輸出電壓,實時的電流,來使得本系統(tǒng)可以讓調(diào)整速度加快、提升精準(zhǔn)度，同時也能使得電壓和負(fù)載的調(diào)整率降低，提升系統(tǒng)的效率，不在附加額外的電源板，最后還可以讓輸出的紋波變小等。1。3。2內(nèi)容安排1。首先了解課題研究的意義，和國內(nèi)國外相關(guān)發(fā)展動態(tài)。2。大致的概述設(shè)計的開關(guān)電源的系統(tǒng)方案。3．系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括輸出電路，直流斬波電路，PWM發(fā)生電路,顯示電路設(shè)計等。4。系統(tǒng)的軟件設(shè)計，對應(yīng)用的編程軟件進(jìn)行流程圖講解,對所用方式進(jìn)行概述所。5．系統(tǒng)調(diào)試與測試，對做好的機(jī)開關(guān)電源進(jìn)行調(diào)試與數(shù)據(jù)測試并對結(jié)果進(jìn)行分析.６．最后簡要的總結(jié)本系統(tǒng)設(shè)計的工作要點和所得收獲。2系統(tǒng)分析2．1系統(tǒng)論述直流／直流變換是將固有的直流電壓轉(zhuǎn)換成可調(diào)整的電壓,又叫做直流斬波。它有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),本系統(tǒng)應(yīng)用的是BUＣK（降壓式變換電路）型直流/直流，其特征是輸出的電壓比輸出電壓低.如圖2-1所示.圖2－1BUCK電路拓?fù)?。２Bｕck工作原理當(dāng)Ｍｏs管或者三級管導(dǎo)通很長很長時間后,所有的元器件均處在一種理想狀態(tài)的情況下，此時電容的電壓會等于輸入的電壓。在這樣的條件下，我們使用BＵCK變換器的充電和放電這兩個階段來對這個電路進(jìn)行說明：２．2．1在電感充電的情況下當(dāng)BUＣK變壓器處于充電的過程時，將開關(guān)閉合,此時三級管處于導(dǎo)通的狀態(tài)，可以用一條導(dǎo)線來替代，替代后的等效圖如下.當(dāng)輸入的電壓經(jīng)過電感這時刻，二級管因為反接,所以沒起到作用,這里刪去。再加上輸入的是直流，因此電感發(fā)生的電感電流是成比率上升的，具體上升多少與電感的大小有關(guān)系,電感相當(dāng)于一個恒定電流源,起傳遞能量作用,電容等于恒定電壓源，在電路里起到濾波的作用。BUＣK變換器充電階段等效圖如圖２-2所示。圖2—2BUCK變換器充電階段等效圖2。２．2在電感放電的情況下當(dāng)BUCK變壓器處于放電的過程中,開關(guān)管子已經(jīng)斷開,此時的三級管處于截止?fàn)顟B(tài)，這里把它拿掉，等效電路圖如下。在開關(guān)斷開的時間里，因為電感的保持電流不變特征，電感上的電感電流不會一下子下降到零，而是把充電完成后所累積的電流值慢慢下降到0。在這個過程中,因為原來的電路已經(jīng)斷開了，因此電感沿著之前的方向，經(jīng)過二極管D形成一個新的回路的，即流過電容對電容進(jìn)行充電，從而保證了負(fù)載端獲得連續(xù)的不間斷的電流。BUCK變換器放電階段等效圖如圖2—3所示。圖２－3BUＣK變換器放電階段等效圖綜上所述,BUCK變換器的升壓過程便是電感能量儲存和釋放的過程。在充電的過程時。電感通過流過它自身的電流不斷儲存能量,在放電的過程時,假如電容容量足夠大，那電容的兩端就可以在放電的過程中保持一個持續(xù)不間斷的電流放電，假如這個通斷的過程不斷的被重復(fù),那么就可以夠讓電容兩端的電壓低輸出的電壓，從而完成降壓的目的。2.3Buck波形分析波形如下所示。導(dǎo)通時Q電流閉合時Ｃ電流L的電流和輸出電流的關(guān)系：輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系:２。４Buck穩(wěn)壓分析本設(shè)計采用串連型開關(guān)電源,其穩(wěn)壓原理框圖如圖2—4所示。在MOＳ管導(dǎo)通的時刻，電感L將流過的電流轉(zhuǎn)換成磁能進(jìn)行能量儲存，電容C將流過電感Ｌ的部分電流轉(zhuǎn)換成電荷儲存。在MＯＳ管關(guān)斷的時刻,電感L發(fā)生反向電動勢,輸送給負(fù)載R并與續(xù)流二極管D組成回路，同時電容Ｃ將電荷轉(zhuǎn)換成電流向負(fù)載供電。經(jīng)過不斷導(dǎo)通與關(guān)斷MOS管，使uｏ發(fā)生脈動電壓，經(jīng)過ＬC濾波電路使脈動電壓轉(zhuǎn)變成較穩(wěn)定的直流電壓Uｏ輸送給負(fù)載，輸出電壓Ｕo的電壓值與MＯS管在一個周期內(nèi)導(dǎo)通的時間成正比。當(dāng)外部因素使輸出電壓或電流發(fā)生變化時，經(jīng)過單片機(jī)自帶的1０位AＤC實時采集輸出的電壓和電流，實時調(diào)整開關(guān)K導(dǎo)通的占空比，從而組成閉環(huán)電壓控制電路,使輸出電壓能達(dá)到穩(wěn)定。圖2-4開關(guān)電源模塊穩(wěn)壓原理2．4．1LC濾波電路參數(shù)推導(dǎo)采用輸入電壓25V，輸出電壓最大為1０V，根據(jù)推導(dǎo)公式如式（2—1）所示:此中Ｔon為PＷM一個周期內(nèi)導(dǎo)通時間、Uｉ為輸入電壓、Uｏ為輸出電壓、Uｄ為肖特基二極管的電壓降（約等于０。6V)、Io為一個直流/直流模塊的輸出電流。(2-1)ＰWM的占空比為D:（2—2）代入數(shù)據(jù)后得到（2－３）一般而言，開關(guān)電源的頻率越高,電感的感量可以越小，效率也可以越高。此單片機(jī)能輸出的PWM最高頻率為47KHZ，所以本設(shè)計選擇讓單片機(jī)輸出４７KHＺ的PWM。那么f=47Khｚ導(dǎo)通時間Ｔon為（2—4)電感量L為:(2-5）因此將各參數(shù)代入式(2—5）得式（2－６)：(２—6）計算得到３2uＨ電感，這里采用５倍以上余量，采用１50ｕＨ的電感，可降低電感溫度.另外本設(shè)計采用銅線和磁芯做成的電感以增大電感的儲能能量提升供電的效率。按照串連型開關(guān)電源的電容推導(dǎo)公式如式(２—7）所示，此中C為電容容量、Io為一個模塊個輸出電壓、△Up—p為輸出紋波電壓，T為PWＭ一個周期的時間。（2-7)輸出電壓最大為10V,我們設(shè)定紋波電壓為0．1Ｖ,將各參數(shù)代入式（２—7）得式(2-8）結(jié)果:（2-8)本設(shè)計采用2個１000的電容，達(dá)到降低紋波電壓的目的。2。5小結(jié)綜合以上的分析論證，本單片機(jī)的開關(guān)電源設(shè)計采用BCUK拓?fù)?，?jīng)過原理分析和認(rèn)證，最終推導(dǎo)選擇了合適的電容和電感。3硬件設(shè)計3．1總統(tǒng)框架基于單片機(jī)的開關(guān)電源設(shè)計,由SＴC單片機(jī)、變壓器,整流濾波電路，ＢＵＣK主回路、降壓穩(wěn)壓電路、按鍵電路、液晶電路、電壓檢測電路、電流檢測電路等組成?？傮w設(shè)計框圖如３—1圖所示。下面分別論證這些方面的詳細(xì)方案選擇。圖3-1總體設(shè)計構(gòu)架圖３。２各部分電路的選擇3。２。1單片機(jī)SＴC12Ｃ5A6０S2單片機(jī)，在指令代碼的方面可以完全兼容傳統(tǒng)8０51,同時它的速度比傳統(tǒng)的805１單片機(jī)要快8—1２倍，體現(xiàn)了其高速度的一面。這系列單片機(jī)其里面有專用的集成復(fù)位電路，另有8路高速的１0位ADＣ轉(zhuǎn)換，同時還兼有2路的PＷM等,它的功能之強(qiáng)大遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的805１系列.圖3－２STC１２C5Ａ60Ｓ2單片機(jī)實物圖3.2。2ＩＲ2104半橋驅(qū)動電路IＲ２10４是一種高性能的半橋驅(qū)動芯片，該芯片內(nèi)部是采用被動式泵荷升壓原理。上電時，電源流過快恢復(fù)二極管Ｄ向電容Ｃ充電，Ｃ上的端電壓很快升至接近Vcc,這時假如下管導(dǎo)通，C負(fù)級被拉低，形成充電回路,會很快充電至接近Vcc，當(dāng)PWM波形翻轉(zhuǎn)時,芯片輸出反向電平,下管截止，上管導(dǎo)通，C負(fù)極電位被抬高到接近電源電壓,水漲船高，Ｃ正極電位這時已超過Vcｃ電源電壓.因有D的存在，該電壓不會向電源倒流，C此時開始向芯片里面的高壓側(cè)懸浮驅(qū)動電路供電，Ｃ上的端電壓被充至高于電源高壓的Ｖcc，只要上下管一直輪流導(dǎo)通和截止，Ｃ就會不斷向高壓側(cè)懸浮驅(qū)動電路供電，使上管打開的時刻，高壓側(cè)懸浮驅(qū)動電路電壓一直大于上管的S極。采用該芯片降低了整體電路的設(shè)計難道,只要電容Ｃ選擇恰當(dāng)，該電路運行穩(wěn)定。IR2104應(yīng)用電路圖如３—３所示。圖3－3IＲ2１0４應(yīng)用電路圖3.２。3電路供電電源的選擇線性降壓芯片7８０5。這個穩(wěn)壓IC需要的外圍元件很少，ＩC內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)措施,不但價廉且輸出電壓很穩(wěn)定.78系列的穩(wěn)壓集成塊要考慮輸出與輸入壓差帶來的功率損耗,所以一般輸入輸出之間壓差要大于2V。其應(yīng)用電路圖如圖3-4所示。圖3—47８05應(yīng)用電路３．2.4電流檢測電路方案一：霍爾電流傳感器。電流流過霍爾傳感器的線圈發(fā)生磁場,磁場隨電流的大小變化而變化，磁場匯集在磁環(huán)內(nèi),霍爾元件輸出跟著磁場變化的電壓信號。經(jīng)過檢測電壓值,能得到電流的大小.方案二：電阻分壓檢測電路。經(jīng)過在輸出回路中串連采樣電阻，將經(jīng)過電阻的電流轉(zhuǎn)換成兩端的電壓，經(jīng)過檢測電壓值從而獲得電流值.該檢測方式電路和程序控制都比較簡潔。要完成對輸出電壓和電流的閉環(huán)控制，務(wù)必對輸出電流和電壓進(jìn)行采樣反饋。本設(shè)計采用如下圖所示的電流電壓檢測電路。為了便于ＭCU采集,分壓電阻發(fā)生的電壓經(jīng)過由LＭ358組成的同相比例放大器放大后，輸入到ＭCU的ＡＤＣ端口。LM35８內(nèi)部集成的是雙運放，單電源和雙電源都能使其工作.圖3-５Ｌｍ35８引腳圖及引腳功能要完成對輸出電壓和電流的閉環(huán)控制,務(wù)必對輸出電流經(jīng)過運放放大后進(jìn)行采樣反饋。本設(shè)計采用如圖３—6所示的電流檢測電路。圖３—6電流檢測電路輸出最大電流為２A。本設(shè)計采用電阻分壓的式樣對輸出的電壓進(jìn)行實時檢測，因為采樣電壓直接輸送給單片機(jī)10位AＤC進(jìn)行檢測，單片機(jī)供電電源為５Ｖ，所以其內(nèi)部自帶的檢測的最高電壓也為5V，這個電路中，LM358由5V電壓供電，最大輸出電壓和供電電源電壓之前有１。2V壓差，所以能輸出最大電壓為:(3—１）2Ａ電流經(jīng)過0。０2Ω電阻得到的電壓為（3-2)該電壓要經(jīng)過放大后才能更容易被單片機(jī)檢測到，在這個應(yīng)用中運放的放大倍數(shù)應(yīng)該小于（３－3)這里選擇R12和R１0為３３K和１K，放大倍數(shù)為(3-4)因為〉，符合設(shè)計要求。即當(dāng)電流為2A時，運放輸出電壓為：(3-5）3。２．５電壓檢測電路輸入電壓最大為10V,而單片機(jī)的采樣電壓最高位5V，故電壓采樣電阻比例應(yīng)該小于(3—6）這里取R1和R5是47K和10K，（3—７）因為1〈2，所以滿足條件。當(dāng)10V輸出時,單片機(jī)檢測到的電壓是,（３—8)電壓分壓檢測電路如圖３—７所示。圖３－7電壓檢測電路3。２.6按鍵電路目前單按鍵這種模式的鍵盤使用方便，響應(yīng)的快并且接口還簡潔.綜合以上本系統(tǒng)采用的是非編碼式鍵盤。本系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用了３個按鍵,按照軟件來定義它的功能,鍵盤與單片機(jī)的P2．3、P２．２、P2。1鍵盤是若干按鍵的集合,是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令的接口設(shè)備。S1為開關(guān)按鍵，按一下即有輸出,按第二下即輸出停止,如此循環(huán)Ｓ2為輸出電流增加。S3為輸出電壓減少.如圖３—8所示圖３－8按鍵電路3.2.7液晶顯示模塊系統(tǒng)采樣1６02液晶顯示。液晶驅(qū)動電流較小，能顯示較大信息量,無需增外設(shè)電路。能顯示多行數(shù)據(jù)，方便用戶進(jìn)行更多的操作。能顯示輸入輸出的實時電壓，輸出的實時電流，預(yù)設(shè)的輸出電壓。如圖3—9所示圖3—916０2液晶顯示3。3小結(jié)綜上所述，本開關(guān)電源設(shè)計采用ＳTC12C5Ａ60S2單片機(jī)發(fā)生4７ＫHZ的PWＭ脈沖信號,經(jīng)過IR2１04控制ＭOS,從而控制整個BＵCK(降壓式變換）電路。單片機(jī)內(nèi)部自帶的10位ＡDC能通過電壓電流檢測電流實時反饋電流和電壓數(shù)值，并由此調(diào)整輸出的PWＭ的占空比,形成電流電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)。按鍵能設(shè)置輸出電流從0.２A到2A，以０。０1A遞增，輸出最大10V，液晶能顯示實時輸出電流與電壓?？傮w電路圖如3－10所示。圖3－10總體電路圖4軟件設(shè)計5１的語言主要有匯編和C兩種。匯編雖然運行快，但是編程繁瑣，移植性差;C具備良好的可讀性和移植性。本系統(tǒng)采用Ｃ語言編寫程序,KeilC51作為集成開發(fā)環(huán)境。4.1電壓電流雙閉環(huán)控制算法設(shè)計由于題目要求輸出電壓在１0V以內(nèi)，輸出電流應(yīng)該在0.２~2Ａ以內(nèi),所以應(yīng)該具有如下C—V曲線特性，在電流和電壓的雙閉環(huán)控制中。使得輸出電流在2A范圍內(nèi)，電壓在10V范圍內(nèi)；控制模式如下：電流電壓PWＭ條件＞2A>10Ｖ++〈=１0V—－<＝2A>10V—－〈＝10V——軟件設(shè)計包括：主程序設(shè)計，按鍵子程序設(shè)計，ＡDＣ中斷程序設(shè)計４．2主程序程序設(shè)計主程序主要處理對時間要求不敏感的數(shù)據(jù),例如按鍵檢測，和顯示電壓電流狀況,此中顯示這些數(shù)據(jù)時刻采用數(shù)字平均濾波算法,采集5０個數(shù)據(jù),繼而取平均值,使得到的數(shù)據(jù)更加接近真實狀況，使得顯示出來的電壓和電流不會亂跳，抗干擾能量得很大的提升。４。3按鍵子程序設(shè)計按鍵子程序中,按加鍵的話，增加輸出電壓預(yù)設(shè)；按減鍵的話，降低輸出電壓預(yù)設(shè);按開關(guān)鍵的話,能控制IR２10４的工作與否,從而控制整個BUCＫ的工作與否。４．4ＡDC中斷程序ADＣ中斷程序中，因為有輸入電壓，輸出電壓，輸出電流這3個數(shù)據(jù)要監(jiān)測,所以采用通道輪流詢問的辦法完成。于此同時,要完成電流電壓檢測的雙閉環(huán)的話,要在ADC程序中加入PWM處理程序,使得當(dāng)輸出負(fù)載變動，引起檢測到的輸出電壓ADＣ值變動,PＷM需要實時響應(yīng)這個變化，所以在ADC程序中,要加入PWＭ的重裝數(shù)據(jù)的語句。4．5關(guān)鍵程序ｖoidADＣ_interrupt（)interruｐｔ５ //ADC轉(zhuǎn)換完后ADC_FＬＡG由硬件自動置位，｛?ｕｉｎtADC_valuｅ； //ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果 １0位 AＤC＿ＣONTR&=!ＡDC_FＬＡG； //cｌｅarADCflag?ADC＿vaｌue=（ＡDC_RＥS＜〈2）＋ＡＤC_RESL；?// ADＣ_valuｅ=(AＤC＿ＲES〈〈２）+AＤC_RＥSL； switcｈ(cｈannel）?{?case0： Batｔery_ｖoltａｇe＝ADC_vａlue；?chａｎnｅl=１; break； case1:?Bｏost_Buck＿currenｔ=ADC_vａlｕｅ;?if(！lｏck）?{ if((Ｂoｏsｔ＿voltａgｅ＜3７0)&＆（Ｂoost＿Bucｋ_currenｔ〈(OUT_Ｃuｒrent〈<1）)）／/（（Boｏst_voｌｔagｅ<Boost_temp）＆＆ { PWＭ＿temp--;?ｉｆ(PＷM＿ｔemp<10)ＰWＭ＿temp＝10; ｝?eｌse ｛ PWM_temp++； if(PWM_temp〉2５0)ＰWM_tｅmp=250；?}?CCＡＰ1Ｈ＝CCAP1Ｌ＝PWM＿ｔeｍp;?｝ ｃhａnnｅl=2；?break；?case2:Boost＿voｌtaｇｅ=AＤＣ_vａlue; channｅｌ＝0；?ｂreak；?deｆault：bｒeak；?｝ ＡDC_CONＴＲ=0xE8｜channel；?ADC_ready＝1；}STC１2Ｃ５A(chǔ)60S2單片機(jī)內(nèi)部自帶的１0位ＡDC能通過電壓電流檢測電流實時反饋電流和電壓數(shù)值,并由此調(diào)整輸出的PWＭ的占空比，形成電流電壓雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。按鍵能設(shè)置輸出電流從０.2A到2A,以0。01A遞增,輸出最大1０V，液晶能顯示實時輸出電流與電壓。5系統(tǒng)測試5．1實物圖片實物由萬用板手工焊接,板子的正面（a）和背面(ｂ）如圖5-１所示.（ａ)板子正面（b)板子背面圖5－１總體電路圖5.２電壓調(diào)整率測試電壓調(diào)整率，來源于電源在滿載時，其輸出電壓因該電源的供電電壓波動引起的變化,是穩(wěn)壓性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。5。２。1測試儀器需要測試電源的電壓調(diào)整率，需要直流可調(diào)壓供電電源，要萬用表和負(fù)載?？烧{(diào)壓電源：本實驗采用兆信30/５A(chǔ)數(shù)顯線性電源。如圖5—1所示。萬用表:深圳勝利VC980+數(shù)字萬用表，數(shù)量為4個.負(fù)載：負(fù)載為100W50Ω的環(huán)形滑動變阻器。圖5-2可調(diào)壓電源5.2.2測試方式測試示意圖:測量電路點如圖５—3所示（3、4、5、6、7為測量點）:圖5－３測量電路測試步驟：第一步：在3、４點間用電壓表測輸出電壓,在3、4點串入電流表在５、6點間用電壓表測輸出電壓,在5、7點串入電流表;第二步：在１、2點源接入市電；第三步：調(diào)整可調(diào)變壓器電阻，使電源滿載輸出；

第四步：調(diào)整穩(wěn)壓電源電壓,使電壓為１2V,記錄輸入與輸出電壓;第五步：逐步增大電源電壓，每隔一段做一次的記錄，直到輸出電壓的上限1９V.5．2