單片機控制的開關(guān)電源設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙摘要開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電子電力技術(shù)控制功率開關(guān)管（mosfet；三極管）的導通和關(guān)斷的時間比來穩(wěn)定輸出電壓的一種新型穩(wěn)壓電源。它是在電子、計算機、通信、電氣、航空航天、軍事以及家電等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的一種電力電子裝置。具有電能轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、控制精度高和快速性好等優(yōu)點。本次設(shè)計的主要目的是實現(xiàn)一個單片機控制開關(guān)電源，開關(guān)電源在日常生活中應(yīng)用非常廣泛，如今是數(shù)字化時代，用單片機實現(xiàn)電子產(chǎn)品十分方便，所以在這次設(shè)計中使用了單片機實現(xiàn)。在這次設(shè)計文檔中，詳細闡述了開關(guān)電源與線性電源的比較，方案論證，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過鍵盤預(yù)置期望輸出電壓值，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸出電壓進

2、行采樣，由軟件控制單片機輸出相應(yīng)的脈沖寬度，對開關(guān)電源進行脈寬調(diào)制，輸出預(yù)期的電壓。并采用 pid 算法控制輸出電壓穩(wěn)定，構(gòu)成可輸出 0v 到 12v 的可調(diào)電壓，并顯示實時電壓和預(yù)置值。 關(guān)鍵字：開關(guān)電源 半導體 pid 算法 閉環(huán)控制 數(shù)控廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙abstratabstrat switching power supply is to use the power of modern electronic technology to control power switch (mosfet; transistor) on-and off time than to stabili

3、ze the output voltage of a new power supply.it is in electronics, computers, communications, electrical, aerospace, military and home appliances, is widely used as a power electronic devices.with high power conversion efficiency, small size, light weight, high control accuracy and fast and good. the

4、 design of the main aim is to realize a single-chip microcomputer control switch power supply, switching power supply in daily life are widely used in digital times, is microcontroller is used electronic products, very convenient, so in this design uses a microcontroller. in this design documents, t

5、his paper expounds the switch power compared with linear power supply, scheme comparison, general structure design, through the keyboard expected output voltage values, preset d/a converter for output voltage by sampling, the corresponding software control microcontroller output pulse width, switch

6、power for pulse width modulation, the voltage output expected. which 廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙constitutes the output 0v to 12v adjustable voltage, and display real-time voltage and the preset value. keykey word:word: switchswitch powerpower semiconductorsemiconductor pidpid algorithmalgorithm closed-loopclosed-l

7、oop controlcontrol cnccnc 目 錄緒論 .11 概述 .21.1 課題研究環(huán)境背景 .21.1.1 綠色節(jié)能型開關(guān)電源 .21.1.2 智能化數(shù)字電源 .21.1.3 可編程開關(guān)電源 .31.2 開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展和環(huán)境現(xiàn)狀 .31.2.1 線性電源和開關(guān)電源 .31.2.2 電源技術(shù)的發(fā)展方向 .41.2.3 開關(guān)電源的市場前景和研究現(xiàn)狀 .41.3 本文研究的主要內(nèi)容 .52 系統(tǒng)方案設(shè)計 .62.1 開關(guān)電源工作原理 .62.2 開關(guān)電源與線性電源的比較 .62.2.1 線性電源的缺點.62.2.2 開關(guān)電源的優(yōu)點.72.3 系統(tǒng)方案論證 .72.3.1 方案 1

8、 .82.3.2 方案 2 .82.3.3 方案 3.82.3.4 方案分析.82.3.5 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計.92.4 系統(tǒng)難點分析.102.4.1 如何提高電源工作頻率.102.4.2 儲能電感的繞制.112.4.3 標度轉(zhuǎn)換技術(shù).112.5 開關(guān)變換器結(jié)構(gòu)分析與選擇 .12廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙2.5.1 降壓變換電路分析.122.5.2 升壓型變換電路.142.5.3buck-boost 型變換器.152.6 開關(guān)電路器件參數(shù)選擇 .152.6.1 功率開關(guān)管的選擇.152.6.2 濾波電容的選擇 .162.6.3 儲能電感的選擇.162.6.4 續(xù)流二極管的選擇.173 硬件電路設(shè)計 .

9、183.1 電源主電路設(shè)計 .183.1.1 整流濾波電路.183.1.2 開關(guān)變換電路.183.1.3 保護電路.193.2 控制電路設(shè)計 .203.2.1 反饋電路設(shè)計.213.2.2 顯示電路設(shè)計.213.2.3 單片機與鍵盤接口電路設(shè)計.224 軟件設(shè)計 .244.1 總體編程思想 .244.2 鍵盤防抖動子程序.244.3 顯示子程序.254.4 采樣子程序.264.5 中斷處理程序設(shè)計 .274.6 pid 控制算法.285 系統(tǒng)調(diào)試 .305.1 硬件模塊調(diào)試 .305.1.1 整流濾波電路的調(diào)試.305.1.2 ad 轉(zhuǎn)換的調(diào)試.305.1.3 脈沖輸出電路的調(diào)試.305.1.

10、4 功率開關(guān)管的調(diào)試.305.2 電源性能指標的測試 .315.2.1 開關(guān)電源的技術(shù)指標.315.2.2 輸出電壓的測試.325.2.3 最大輸出電流的測試.335.2.4 過流保護的測試.33廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙5.2.5 電壓調(diào)整率的測試.345.2.6 紋波電壓的測試.346 結(jié)論 .35致謝 .36參考文獻 .37附錄（子程序和電路圖）. .38廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙1緒論緒論開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電子電力技術(shù)控制功率開關(guān)管（mosfet；三極管）的導通和關(guān)斷的時間比來穩(wěn)定輸出電壓的一種新型穩(wěn)壓電源。它是在電子、計算機、通信、電氣、航空航天、軍事以及家電等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的一種電力

11、電子裝置。具有電能轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、控制精度高和快速性好等優(yōu)點。本次設(shè)計中研究的單片機控制開關(guān)電源，可以通過鍵盤預(yù)置期望輸出電壓值，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸出電壓進行采樣，由軟件控制單片機輸出相應(yīng)的脈沖寬度，對開關(guān)電源進行脈寬調(diào)制，輸出預(yù)期的電壓。并采用 pid 算法控制輸出電壓穩(wěn)定，構(gòu)成可輸出 0v 到 15v 的可調(diào)電壓，并顯示實時電壓和預(yù)置值，通過鍵盤可隨時修改 pid 參數(shù)以優(yōu)化控制效果。 單片機控制的開關(guān)電源具有設(shè)計彈性好的優(yōu)點，可以按照設(shè)計者的思想靈活的工作。目前電子設(shè)備的日益小型化需要供電電源的小型化，這樣制作小型化電源是未來電源制作的一個趨勢，傳統(tǒng)開關(guān)電源線路一般很復(fù)雜體積也

12、較大，如果使用的單片機作為控制核心必將可以大大簡化電源的結(jié)構(gòu)，制作更加小的電源將成為可能，并且使用單片機可以擴展許多功能，如顯示，實時控制調(diào)整電壓，可維護性強，由于目前國內(nèi)有專門的 pwm 輸出的單片機價格昂貴，普通的單片機 i/o 口模擬的脈寬頻率較低，速度較慢，遠遠達不到現(xiàn)代電源要求的工作頻率，所以目前單片機控制的電源使用并不廣泛，但是單片機在智能化以及可實現(xiàn)的用戶友好界面，擴展性強等等方面的優(yōu)勢使其成為未來電源重要的發(fā)展方向。因此，我們研究單片機控制的開關(guān)電源，非常有現(xiàn)實意義。隨著半導體技術(shù)和微電子技術(shù)的高廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙2速發(fā)展，集成度高、功能強大的大規(guī)模集成電路的不斷出現(xiàn)，使

13、得電子設(shè)備的體積和重量不斷下降，這就要求有效率更高、體積更小、重量更輕的開關(guān)電源，使之能滿足電子設(shè)備的日益小型化的需要。這是未來開關(guān)電源設(shè)計所應(yīng)考慮的第一個問題。開關(guān)電源的效率是與開關(guān)管的變換速度成正比的，要進一步提高開關(guān)電源的效率，就要提高電源的工作頻率。但頻率提高后，對整個電路中的元器件又有了新的要求。進一步研制生產(chǎn)出適合于高頻工作的開關(guān)管、高頻電容、開關(guān)變壓器、儲能電感等元器件是開關(guān)電源設(shè)計所面臨的另一個問題。在開關(guān)電源中，由于功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，當開關(guān)速度提高后，會受到電路中分布電感、電容成分或二極管中儲存的電荷的影響而產(chǎn)生較大的浪涌和噪聲，其交變電壓和電流會通過電路中的元器件產(chǎn)

14、生較強的尖峰干擾和諧波干擾，這些尖峰電壓或電流可能會損壞電路的器件，同時污染市電電網(wǎng)，影響鄰近的電子儀器與設(shè)備的在正常工作。雖然也可以采取一些抑制干擾的措施，在一定程度上降低這些干擾的影響，但目前階段的精密電子儀器中，仍難以使用開關(guān)電源。因此，克服開關(guān)電源產(chǎn)生的各種噪聲干擾，是我們要努力解決的第三個問題。1 1 概述概述 1.11.1 課題環(huán)境背景課題環(huán)境背景隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進入 80 年代計算機電廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙3源全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代，進入 90 年代開關(guān)電源相繼進入各

15、種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開關(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，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關(guān)電源。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)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在安防監(jiān)控，節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。開關(guān)電源第一次出現(xiàn)在 1955 年，royer 電路。實用化在 1966 年前后，電

16、路種類很多，直到 10 年前，開關(guān)電源才被分為幾個基本拓撲：1、buck 降壓型： 象單管正激、雙管正激、全橋、llc 電路都是 buck 的變形；2、boost 升壓型： 象 pfc 用得最多，3、buck-boost 型： 即可降壓，也可以升壓，反激電路就是 buck-boost 的一種理想版本；4、cuk 電路： 這是美國 cuk 先生在 30 年前的發(fā)明，實現(xiàn)零紋波輸出的電源，但一直廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙4未能成為主流。1.1.11.1.1 綠色節(jié)能型開關(guān)電源綠色節(jié)能型開關(guān)電源早期的開關(guān)電源因為技術(shù)不夠成熟，待機功耗大且效率低。例如，早期的 36w 電源適配器的待機功耗為 2w 左右

17、，而效率僅為 78%。如何降低開關(guān)電源的的功耗和提高開關(guān)電源的效率是全球能源行業(yè)共同關(guān)注的問題。隨著科技的發(fā)展以及單片機的出現(xiàn)，使得設(shè)計出一個綠色節(jié)能的開關(guān)電源已經(jīng)算不上是難事。尤其在 06 年之后美國推出了“能源之星”計劃后，對開關(guān)電源的設(shè)計以及制造業(yè)產(chǎn)生了推波助瀾的作用。 1.1.21.1.2 智能化數(shù)字電源智能化數(shù)字電源進入 21 世紀后，關(guān)電源正朝著智能化、數(shù)字化的方向發(fā)展。最近剛問世的智能數(shù)字電源系統(tǒng)以其優(yōu)良的特性和完備的監(jiān)控功能，正引起人們的關(guān)注。它是以數(shù)字信號處理器(dsp)或微控制器(mcu)為核心，將數(shù)字電源驅(qū)動器及 pwm 控制器作為控制對象而構(gòu)成的智能化開關(guān)電源系統(tǒng)。數(shù)字

18、電源提供了智能化的適應(yīng)性與靈活性，具備直接監(jiān)控、處理并適應(yīng)系統(tǒng)條件的能力，能滿足任何復(fù)雜的電源要求。此外，數(shù)字電源還可通過遠程診斷來確保系統(tǒng)長期工作的可靠性，包括故障管理、過電流保護以及避免停機等。廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙51.1.3 可編程開關(guān)電源可調(diào)式開關(guān)電源都是通過手動調(diào)節(jié)電阻值來改變穩(wěn)壓器輸出電壓的，不僅調(diào)節(jié)精度低，而且使用不夠方便，數(shù)字電位器（digital potentiometer）亦稱數(shù)控電阻器（digitally controlled potentiometer） ，可簡稱為 dcp。利用數(shù)字電位器代替可調(diào)電阻，可構(gòu)成由計算機控制的可編程開關(guān)電源。傳統(tǒng)電源存在不足的地方，例如

19、，傳統(tǒng)電源效率不高，線性電源由于功率管是工作在線性放大狀態(tài)，功率管的電流和輸出電流是成比例的，因此當輸出電流越大時，功耗就越大。通常，線性電源效率只有 45%到 50%左右，因此提高電源效率是未來電源設(shè)計，應(yīng)著重解決的問題，而開關(guān)電源能夠很好的解決這個問題，開關(guān)電源的功率開關(guān)管是工作在開關(guān)狀態(tài)的，也就是，只是在開關(guān)管導通時，管子才會產(chǎn)生損耗，因此開關(guān)電源的效率比線性電源要高得多，通?？梢赃_到 80%以上，本設(shè)計選擇開關(guān)電源作為研究對象，利用其輸出電壓和輸入電壓之間占空比的關(guān)系，假定輸入基本穩(wěn)定，利用單片機控制占空比，就可以控制輸出電壓，通過 a/d 轉(zhuǎn)換，采樣輸出電壓，使用 lcd 顯示，通過

20、鍵盤預(yù)置電壓，實現(xiàn)可調(diào)開關(guān)電源的制作。1.21.2 電源技術(shù)的發(fā)展與方向電源技術(shù)的發(fā)展與方向1.2.1 線性電源和開關(guān)電源線性穩(wěn)定電源，其特點是:它的功率器件調(diào)整管工作在線性區(qū)，靠調(diào)整管之間的電壓降來穩(wěn)定輸出，穩(wěn)定性高，紋波小，可靠性高，易做成多廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙6路、輸出連續(xù)可調(diào)的成品。線性電源的主要問題在于：輸出精度低、效率低、散熱問題大以及很難在一個通用的輸入電壓范圍內(nèi)工作，但最主要的缺陷還是在體積和重量上。通過輸入調(diào)整器可以使輸出精度增加，但這更增加功率消耗，并使效率更低。線性電源要達到 50%的效率就不容易了，這些白白消耗掉的功率還帶來散熱問題。如果要使線性電源在一個通用輸入電

21、壓范圍(85v265vac)工作，會導致線性電源的效率更低。開關(guān)電源就是開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，它的電路形式要有單端反激式、單端正激式、半橋式、推挽式和全橋式。它和線性電源的根本區(qū)別在于它的變壓器不工作在工頻上，而是工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲頻率上。功率開關(guān)管工作在飽和區(qū)截止區(qū)，即工作在開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)電源因此而得名。開關(guān)電源的優(yōu)點是體積小，重量輕，穩(wěn)定可靠。多年來，由于技術(shù)上的障礙(高壓，大功率)，開關(guān)電源集成電路在集成化上一直因一種電流模式 pwm開關(guān)電源控制器的設(shè)計得不到很大的進步。上世紀 80 年代，提出了電源制造中電力電子集成概念，明確了集成化是電力電子技術(shù)未來發(fā)展的方向，是解決電力電子技

22、術(shù)發(fā)展面臨障礙的最有希望的出路。電源集成電路逐步成為功率半導體器件中的主導器件，把電源技術(shù)推向了電源管理的新時代。電源管理集成電路分成電壓調(diào)整器和接口電路兩方面。正是因為這么多的集成電路(ic)進入電源領(lǐng)域，人們才更多地以電源管理來稱呼現(xiàn)階段的電源技術(shù)。廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙71.2.2 電源技術(shù)的發(fā)展方向從日常生活到最尖端的科學都離不開電源技術(shù)的參與和支持，而電源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)對提高一個國家勞動生產(chǎn)率的水平，即提高一個國家單位能耗的產(chǎn)出水平，具有舉足輕重的作用。高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源更進入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源

23、的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。 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，因此國外各在開關(guān)電源制造商都致力同步開發(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)

24、電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源的工作效率。對聯(lián)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)品的可靠性大大提高。 廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙8模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計成 n+1 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)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，使得多項技術(shù)得以實用化 1.2.3 開關(guān)電源的市場前景和研究現(xiàn)狀線性電源

25、(linear power supply)是先將交流電經(jīng)過變壓器降低電壓幅值,再經(jīng)過整流電路整流后,得到脈動直流電后經(jīng)濾波得到帶有微小波紋電壓的直流電。要達到高精度的直流電壓,必須經(jīng)過穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓。應(yīng)用于科研、大專院校、實驗室、工礦企業(yè)、電解、電鍍、充電設(shè)備等領(lǐng)域。開關(guān)電源(switching power supply)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。應(yīng)用于工業(yè)自動化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、led 照明、工控設(shè)備、通信設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導體制冷制

26、熱、空氣凈化器,電子冰箱,液晶顯示器,led 燈具,通信設(shè)備,視聽產(chǎn)品,安防,電腦機箱,數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向,高頻化使開關(guān)電源小型化,并使開關(guān)電源進入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,推動了開關(guān)電源的發(fā)展,產(chǎn)品不斷向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠的方向發(fā)展。廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙9開關(guān)電源是電子電源的主要大類產(chǎn)品，由于其小型化、重量輕、功率密度/轉(zhuǎn)換效率高、輸入電壓范圍廣、熱消耗較少等眾多種優(yōu)點，并得益于電子產(chǎn)品輕薄短小的需求趨勢，其發(fā)展迅速，迅速取代線性電源普及于各種電子產(chǎn)品領(lǐng)域。根據(jù)中國電源學會收集整理的數(shù)據(jù)，2008 年全國開關(guān)電源(主要包含消

27、費類開關(guān)電源、工業(yè)類開關(guān)電源、通信電源、pc 電源)產(chǎn)值達到 855 億元，2009 年達 931 億元，增長 8.8%;2010 年達到 1027 億元，增長 10.3%。按開關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域細分，占據(jù)全行業(yè)產(chǎn)出份額第一的是工業(yè)類開關(guān)電源，2010 年達到全行業(yè)產(chǎn)值的比重為 56%，居第二位的是消費類開關(guān)電源，占 32%，通信開關(guān)電源占 6%，個人電腦開關(guān)電源占 3%。1.31.3 本文研究主要內(nèi)容本文研究主要內(nèi)容（1）設(shè)計、制作開關(guān)電源；（2）使用單片機構(gòu)成嵌入式控制系統(tǒng)，通過鍵盤預(yù)置輸入電壓，可顯示預(yù)置電壓和輸出電壓；（3）開關(guān)電源的設(shè)計方法；（4）單片機軟件編程方法；（5）pid 控制原

28、理；廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙102 2 系統(tǒng)方案設(shè)計系統(tǒng)方案設(shè)計2.12.1 開關(guān)電源工作原理開關(guān)電源工作原理開關(guān)電源是指調(diào)整管工作在開關(guān)方式，即導通和截止狀態(tài)的穩(wěn)壓電源，縮寫為 sps（switching power supply） 。開關(guān)電源的核心部分是一個直流變換器。利用直流變換器可以把一種直流電壓變成極性、數(shù)值不同的多種直流電壓。 圖 2.1 所示電路的工作過程為：假設(shè)基準電壓為 5v，由于電網(wǎng)波動導致輸入電壓減小，那么輸出電壓也將會減少，此時，所采樣的電壓將減小，假設(shè)為 4.9v，誤差為 0.1v，經(jīng)過比較放大后，脈沖調(diào)制電路根據(jù)這個誤差，提高占空比使輸出電壓增大，同理，當由于電網(wǎng)波

29、動導致輸出電壓增大時，脈沖調(diào)制電路降低占空比使輸出電壓減小，以此來控制輸出電壓的穩(wěn)定。輸入整流濾波電路開關(guān)管89c52濾波電路adc0804采樣電路輸出圖 2.1 開關(guān)電源原理框圖按電源電路中功率管的工作方式劃分，電源可以分為開關(guān)電源與線性電源兩大類。線性電源是發(fā)展較早的一種電源，其功率管工作在線性放大區(qū)。廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙112.22.2 開關(guān)電源與線性電源的比較開關(guān)電源與線性電源的比較2.2.1 線性電源的缺點（1）功耗大，效率低，效率一般只有 35%-45%；（2）體積大、重量大，不能小型化；（3）必須有較大容量的濾波電容。造成這些缺點的原因是：（1）線性電源中功率晶體管 v 在整

30、個工作過程中，一直工作在晶體管特征曲線的線性放大區(qū)。功率晶體管本身的功耗與輸出電流成正比。這樣功率晶體管的功耗就會隨電源的輸出功率的增加而增大。為了保證功率晶體管能正常工作，除選用功率大的管子外，還必須給管子加上較大的散熱片。 （2）線性電源使用了 50 赫茲的工頻變壓器，他的效率只有 80%-90%。這樣不但增加了電源的體積和重量，而且也大大降低了電源的效率，就必須增大濾波電容的容量。2.2.2 開關(guān)電源的優(yōu)點（1）功耗小，效率高。圖 2.1 中，開關(guān)管 v 在脈沖信號的控制下，交替工作在導通-截止和截止-導通的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度快，頻率一般在 50到 200 千赫茲。這就使得功率開關(guān)管的損

31、耗較小，電源的效率可以大幅度提高，其效率可以達到 80%以上。（2）體積小，重量輕。由于沒有采用大型的工頻變壓器，并且在開關(guān)管上的耗散功率大幅度降低后，又省去較大的散熱片，因此開關(guān)電源的體積和重量都可以得到減小。（3）穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的輸出電壓是由控制信號的占空比或者激勵廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙12信號的頻率來調(diào)節(jié)的，輸入電壓的變化可以通過變頻或者調(diào)寬來進行補償。在工頻電網(wǎng)電壓有較大變化或負載有較大變化時，它仍能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓，所以穩(wěn)壓范圍寬、穩(wěn)壓效果好。（4）濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減小。例如，若開關(guān)電源的工作頻率為 25 千赫茲，是線性穩(wěn)壓電源頻率 500

32、 倍（25000/50 赫茲） ，這使濾波電容的容量可以相應(yīng)的縮小 500 倍，這使濾波電路中元件的體積和重量得以減少，同時也節(jié)省了成本。2.32.3 系統(tǒng)方案論證系統(tǒng)方案論證開關(guān)電源具有較快的發(fā)展，從而產(chǎn)生了不同的設(shè)計思路。開關(guān)電源的一般結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1 所示，本設(shè)計通過對不同的方案的對比得出了最佳方案的設(shè)計。圖 2.1 開關(guān)電源的一般框圖單片機控制的開關(guān)電源，從對輸出電壓控制的角度分析，可以有幾種可行的方案。廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙132.3.1 方案 1主回路采用非隔離推挽式拓撲結(jié)構(gòu)（如圖 2.2 所示） ，只能獲得低于輸入電壓的輸出電壓，且輸出電壓與輸入電壓不隔離，容易引起觸電事故

33、。+vinpwmvout圖 2.2 非隔離式 dc-dc 結(jié)構(gòu)2.3.2 方案 2主回路采用隔離推挽式拓撲結(jié)構(gòu)（如圖 2.3 所示） ，輸入與輸出電氣不相連，通過開關(guān)變壓器的磁偶合方式傳遞能量，適合實驗室使用。本設(shè)計采用方案二。+vout+-圖 2.3 隔離式 dc-dc 結(jié)構(gòu)2.3.3 方案 3方案 3：單片機擴展 a/d 轉(zhuǎn)換器，不斷檢測輸出端的電壓，并根據(jù)電源輸出電壓與鍵盤預(yù)置電壓的差值，輸出一個 pwm 脈沖，直接控制電源的廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙14工作。2.3.4 方案分析方案 1 分析：采用脈沖頻率調(diào)制 fpm(pulse frequency modulation)的控制方式，其

34、特點是固定脈沖寬度，利用改變開關(guān)頻率的方法來調(diào)節(jié)占空比。輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍大，但要求濾波電路必須在寬頻帶下工作。方案 2 分析：采用脈沖寬度調(diào)制 pwm（pulse wildth modulation）的控制方式，其特征是固定開關(guān)的頻率，通過改變脈沖寬度改變占空比控制型效率高并具有良好的輸出電壓和噪聲。基于上述考濾及題目的具體要求，本設(shè)計選用 pwm 調(diào)制方式。方案 3 分析：這個方案，單片機不僅加入了反饋控制系統(tǒng)，而且作為控制核心，單片機得以充分利用，而且省去了 d/a 芯片，成本大大降低，是真正的單片機控制。綜上所述，本設(shè)計選擇第三種控制方案，單片機使用 89c52，a/d 芯片采用 ad

35、c0809，采用 lcd 顯示采樣值，鍵盤預(yù)置電壓，設(shè)計任務(wù)要求輸出可調(diào)，所以設(shè)定值需要從鍵盤輸入，實現(xiàn)輸入不同的電壓，輸出便可以輸出不同的電壓。2.3.5 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)工作原理圖如圖 2.2 所示：市電經(jīng)過整流濾波后，一路電壓經(jīng)過7805 穩(wěn)壓得到一個+5v 電壓，該電壓作為單片機的工作電源，另外一路電壓直接作為開關(guān)變換電路的輸入電壓。單片機根據(jù)鍵盤輸入值和取樣值之廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙15間的差值，修改脈沖占空比，并輸出控制功率開關(guān)管，以便得到期望的輸出電壓值，并根據(jù)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器所采樣的電壓和鍵盤輸入比較，根據(jù)差值調(diào)用 pid 算法再次修改脈寬使輸出電壓穩(wěn)定。開關(guān)變換器采用磁鐵心電感

36、作為儲能元件，在功率開關(guān)管導通時，電感儲能，在開關(guān)管截止時，電感釋放能量給負載。單片機定時采樣輸出端的電壓，通過 adc0809 送進單片機進行處理，單片機根據(jù)處理結(jié)果輸出更新的控制信號，經(jīng)過光電耦合器濾除干擾后輸出控制信號控制功率開關(guān)管工作狀態(tài)。在本系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)需要從鍵盤輸入期望的電壓，單片機會根據(jù)鍵盤輸入與采樣電壓的差值，更新脈寬，使電源輸出相應(yīng)電壓，更新脈寬后，單片機會馬上調(diào)用pid 控制算法，對輸出電壓進行穩(wěn)定控制。 閉環(huán)時，電源自動進行脈寬調(diào)制，當系統(tǒng)讀取到鍵盤預(yù)置的電壓變化時，先將鍵盤輸入值和從輸出端的取樣值相比較，假設(shè)當前鍵盤輸入為10v，從輸出端取樣的值為 6v，差值為

37、 4v，則系統(tǒng)會根據(jù)這個差值，更新脈寬使得輸出端電壓上升為 10v；同樣，當鍵盤輸入為 6v，輸出端取樣值為 10v，差值為-4v，系統(tǒng)會根據(jù)算法，將占空比減小以使輸出電壓變小，這就是系統(tǒng)脈寬調(diào)制過程。同時，電源可以自動穩(wěn)壓，假定在某一正常狀態(tài)下，輸出為 v0，反饋電壓問 vf（vf=v0） ，用戶設(shè)定電壓為 vs，當 v0=vs 時，偏差為 0，單片機不進行脈寬更新，當電網(wǎng)波動導致輸出增加時，即 v0vs 時,單片機采樣的電壓也增加，單片機根據(jù)偏差修改占空比使導通時間變小，從而使電壓下降，同樣當電網(wǎng)波動使輸出電壓下降時，即 v0vs 時，單片機修改脈寬使導通時間變長，從而使輸出電壓上升，如此

38、循環(huán)來進行穩(wěn)壓。廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙16整流濾波電路開關(guān)變換電路整流濾波電路單片機控制電路輔助電源lcd 顯示adc0809 取樣電路鍵盤預(yù)置圖 2.2 單片機控制開關(guān)電源系統(tǒng)框圖2.42.4 系統(tǒng)難點分析系統(tǒng)難點分析2.4.1 如何提高電源工作頻率困難分析：現(xiàn)代開關(guān)電源的工作頻率已經(jīng)可以達到 300 千赫茲，本次設(shè)計雖然采用了 24m 赫茲的晶振頻率，可以通過單片機定時輸出 40 千赫茲的頻率，但是開關(guān)電源要求的是單片機的處理速度要足夠快，51 系列的單片機，即使使用 24m 的晶振，相對于開關(guān)電源需要很快開關(guān)工作頻率，它的速度仍是比較慢的，而且這里單片機還需要做采樣電壓，掃描鍵盤，pi

39、d 控制等等很多的工作，那么單片機就更加慢了，就算忽略這方面的影響，單片機可以通過定時器中斷產(chǎn)生 40 千赫茲的頻率，但是定時器中斷產(chǎn)生的脈沖的有效電平，即占空比是不能夠改變的，只能是 50%，要設(shè)計輸出可調(diào)的廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙17開關(guān)電源，顯然行不通。解決辦法：現(xiàn)在的問題在于單片機輸出的脈沖占空比無法改變，硬件更改，只能是更換處理速度高的單片機，但是成本又增加了，而且還不一定比使用專門的 pwm 控制芯片的控制性能可靠，所以在此選擇在軟件上解決，具體思路為：首先定義兩個變量，一個周期 t，一個占空比 d，給它們賦值，t 大于 d，先讓單片機 i/o 輸出高電平，讓 t，d 同時計數(shù)，當

40、 d 計算到預(yù)計值，i/o 口為低電平，然后低電平一直延續(xù)到 t 值時，i/o 口輸出高電平。改變 d，t 的值可以改變脈沖頻率，改變 d 值可以控制占空比。算法需要使用定時器，根據(jù)電源的工作頻率設(shè)定定時時間。算法為：d=100，t=1000；/定義變量，并賦值，占空比為 100/1000=10%void tim0 ()/定時中斷p1.0=1;/p1.0 輸出高電平d+;/同時計數(shù) t+; if（d=100）p1.0=0；/d 到預(yù)計值，輸出低電平 if （t=1000）p1.0=1；/t 到預(yù)計值，輸出高電平d=0；t=0；/清零只要單片機時鐘頻率足夠高，可以輸出任意的頻率。廣西工學院畢業(yè)設(shè)

41、計專用紙182.4.2 儲能電感的繞制使用儲能電感目的在于，在功率開關(guān)管截止時，為負載存儲能量，電氣上的作用是把開關(guān)方波脈沖積分成直流電壓。本次設(shè)計儲能電感的磁體要求為工作頻率為 100 千赫茲，直流電阻小于 0.3 歐姆，飽和電流大于2a。需要自己繞制，所需最小電感值可以由公式計算 式中為估計最大輸入電壓下，開關(guān)管導通min4 . 1)max(miniouttonvoutvinlton時間，根據(jù)設(shè)計前輩們的經(jīng)驗，估計為開關(guān)周期的 30%是比較合適的。代入數(shù)據(jù)求得，取uhl8 .76min uhl100電感的設(shè)計方法為 其中為加入氣隙的高磁導率材料鐵心aeawap ae電感的截面積，為電感窗口

42、截面積，其中 i 為電awnbmlaeimkcjniaw 感電流有效值， 為j導線的電流密度，為繞組填充因數(shù)， （08;tl0=tim0;pwm=pwm 4.1.5 pid 控制算法設(shè)計原理：采用單片機作為控制器的閉環(huán)系統(tǒng)，它是由 89c52 單片機系統(tǒng)通過 a/d 電路采集過程變量 v，并根據(jù)有關(guān)的算法控制變量 u，通過輸出 pwm 控制脈沖到執(zhí)行機構(gòu)，使過程變量穩(wěn)定在設(shè)定的值上。pid 調(diào)節(jié)規(guī)律可以通過數(shù)值公式： 近似計算。)0122()01()0(yyykdyykpyrkiu其中：為 pid 參數(shù)，y0 為第三次采樣值，y1 為之第二次采樣kdkikp,值，y2 為第一次采樣值。 ，r

43、為設(shè)定值，u 為控制量的增量。ad 轉(zhuǎn)換采樣的電壓轉(zhuǎn)換為 0 到 255 之間的數(shù)值，設(shè)定的值要轉(zhuǎn)換為相廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙43對的數(shù)值，本電源在 3 到 12 伏可調(diào)，那么需要把 0 到 12 伏轉(zhuǎn)換為 0 到255 的數(shù)字量，轉(zhuǎn)換公式為12*255/12=255，即 255 對應(yīng) 12v，通過轉(zhuǎn)換之后就可以相互比較。開關(guān)調(diào)整電路89c51單片機a/d 轉(zhuǎn)換器圖 4.4 單片機閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙445 5 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試5.15.1 硬件模塊調(diào)試硬件模塊調(diào)試 5.1.1 整流濾波電路的調(diào)試把這一模塊放在面包板上進行模擬：把電路連接后，接通電源，首先廣西工學院畢業(yè)設(shè)

44、計專用紙45測量變壓器的輸出，在交流檔位測得的電壓為 12.96v，接著測量整流輸出的電壓，這里需要提醒的是整流橋的連接必須正確，不然整流輸出電壓會不正確乃至燒壞穩(wěn)壓塊。經(jīng)檢測無誤后，再次測得整流輸出電壓為14.9v，和理論值相近，同時測的穩(wěn)壓塊輸出電壓為 5.10v，模塊工作正常，能像單片機提供穩(wěn)定電源。5.1.2 ad 轉(zhuǎn)換的調(diào)試用穩(wěn)壓電源向轉(zhuǎn)換器提供一個 5v 電壓，改變電壓，觀測到隨著電壓的改變，數(shù)碼管的顯示值也隨之改變。再用萬能表測量電壓，發(fā)現(xiàn)測量值接近顯示值，可見模數(shù)模塊是正常工作的。5.1.3 脈沖輸出電路的調(diào)試控制脈沖是直接輸入到開關(guān)管的基極的，在制板之前，用面包板模擬脈沖信號

45、是否可以直接控制開關(guān)管的導通和截止，若使用開關(guān)管發(fā)射極輸出型變換電路，在發(fā)射極所輸出的脈沖信號，幅度會很小，效果不好，通常采用集電極輸出型開關(guān)電路。將電路連接好，用示波器觀察基極輸入信號和集電極的輸出信號，觀察發(fā)現(xiàn)，輸入信號幅度較小，但是經(jīng)過開關(guān)后，在集電極的輸出信號，幅度明顯被放大，效果比較好，說明控制脈沖可以直接控制開關(guān)電路，信號穩(wěn)定。5.1.4 功率開關(guān)管的調(diào)試將做好的電路板放置好，防止和其他導體觸碰造成短路。然后，向功率開關(guān)管基極輸入控制信號，通過示波器波器觀察，使用鍵盤輸入不同的廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙46預(yù)置電壓，再用示波器另一通道觀測開關(guān)管集電極輸出信號后可觀測到當輸入幾組數(shù)值不

46、同的電壓時，輸入以及輸出的波形圖波形均發(fā)生改變預(yù)置電壓從 12v 變小時，控制脈沖的占空比跟著變小，而預(yù)置電壓由小變大時，脈沖信號的占空比又跟著增大。所以鍵盤可以操控系統(tǒng)更新脈寬，且在同時也能操控開關(guān)管工作，這部分調(diào)試完畢。5.2 電源性能指標的測試開關(guān)電源的技術(shù)指標的通用事項、包括電源名稱和適用規(guī)格。關(guān)于開關(guān)電源的安全規(guī)范標準，根據(jù)電源用途不同，指標優(yōu)先考慮的重點也不同，但首先應(yīng)考慮電源的安全性。目前，許多國家都有相應(yīng)的開關(guān)電源安全規(guī)范，常用的國際安全規(guī)范為 iec950、 iec65。有關(guān) emi 的規(guī)格，國際上的規(guī)格為為 cisprpub11、pub12。常見的開關(guān)電源電氣技術(shù)指標有：

47、（1）輸入電源的相數(shù)、頻率：根據(jù)輸出功率不同，可采用單相或三相電源供電。在輸出功率高于 5kw 時通常采用三相電源供電，以使三相負載均衡。我國市電電源頻率為 50hz。 （2）額定輸入電壓、容許電壓波動范圍：我國市電電源額定相電壓為 220v，線電壓為 380v，在容許的輸入電壓波動范圍內(nèi)都要保證額定輸出功率。 （3）額定輸入電流：指在額定輸入電壓和額定輸出功率時的輸入電流。（4）最大輸入電流：指在容許的下限輸入電壓和額定輸出功率時的廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙47輸入電流。 （5）輸人功率因數(shù)：指輸入有功功率與視在功率的比值。 （6）額定輸出直流電壓：也叫標稱輸出直流電壓，指在額定輸出電流、滿足

48、規(guī)定的穩(wěn)壓精度及紋波等指標時的最大輸出直流電壓。 （7）穩(wěn)壓精度：有多種原因會導致輸出電壓的波動，如輸入電壓波動、負載改變等，穩(wěn)壓精度指在容許的工作條件（輸入電壓波動、負載變化、環(huán)境溫度改變等）范圍內(nèi)，實際輸出直流電壓與額定工作條件時理想輸出直流電壓的比值。它反映了電源的控制精度。 5.2.1 電源的技術(shù)指標（1）輸入技術(shù)指標作為開關(guān)電源的輸入技術(shù)指標包含輸入電源相數(shù)、額定輸入電壓及電壓的變化范圍、頻率、輸入電流一般為單相 2 線制和 3 相 3 線制，以及單相 3 線制及 3 相 4 線制等。輸入電壓的變化范圍一般為10%，考慮配線路徑及各種實際問題，輸入電壓的變化范圍一般為-15%到+10

49、%。工作頻率為 50hz 或 60hz，在頻率變化范圍不影響開關(guān)電源的特性時多半為 48 到 63hz。當輸入電壓為下限值時，輸出電壓和電流為上限值時的輸入電流，就是開關(guān)電源最大輸入電流。額定輸入電流是在輸入、輸出電壓和電流均在額定范圍時的電流。開關(guān)電流的平波輸入方式是電容輸入方式，峰值電流較大，需要考慮電流的波峰系數(shù)和功率因數(shù)的規(guī)定。（2）輸出技術(shù)指標額定輸出電壓就是輸出端的直流電壓的公稱值，其公稱電壓規(guī)定有精度與紋波系數(shù)等。廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙48額定輸出電流是指輸出端供給負載的最大平均電流。根據(jù)不同的設(shè)備，多路輸出電源中某路輸出電流值上升，另路輸出電流值就必須下降，使得總輸出電流不變

50、。穩(wěn)壓精度即輸出電壓精度或電壓調(diào)整率，輸出電壓變化的原因有很多。輸出電壓可調(diào)范圍就是在確保電壓穩(wěn)定精度的件下，外部所能調(diào)整的輸出電壓范圍，多在5%或10%之間。條件是輸入電壓的下限時輸出電壓的最大值，以及輸入電壓的上限時輸出電壓的最小值。紋波指輸出電壓中與輸入電源頻率同步的交流成分，用峰峰值表示。噪聲指輸出電壓中除紋波以外的交流成分，也用峰一峰值表示。常用紋波和噪聲的總合值減去輸出電壓中交流成分的峰峰值來表示輸出電壓中交流分量的大小。（3）附屬功能過電流保護電流保護就是輸出短路或者過負載時對電源或負載進行保護。保護特性有額定電流下垂特性；恒流特性；恒定功率特性，多數(shù)為下垂特性。過電流的設(shè)定值一

51、般為額定電流的 110%到 130%。但一般不損壞電源與負的范圍內(nèi)，特別不規(guī)定短路保護時的電流值的情況很多。一般為自動恢復(fù)型。開關(guān)電源的技術(shù)指標有特性指標和質(zhì)量指標。特性指標的范圍包含、輸出電流、最大輸出電流、出電壓、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍；質(zhì)量指標的服務(wù)包含紋輸出電壓調(diào)整率和波電壓。廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙495.2.2 輸出電壓的測試測試時，先將負載電阻 rl 斷開，用萬用表測量電源的輸出電壓 vo，用鍵盤預(yù)置幾組電壓值，逐一測量，將測量值和數(shù)碼管顯示值進行對比，加入測量后發(fā)現(xiàn)輸出電壓跟隨鍵盤輸入的變化而改變，且數(shù)碼管顯示值也同時改變并與測量結(jié)果相似，那么電路的工作室正常的。但若在檢查中發(fā)現(xiàn)電路

52、失去了調(diào)節(jié)作用，輸出電壓完全不隨鍵盤輸入變化而改變，應(yīng)該先檢查開關(guān)管的各極的電壓是否正常，主要檢查 vbeo、vceo，分析其是否已經(jīng)工作在開關(guān)狀態(tài)，找出問題出現(xiàn)的原因。測試電路如圖 5.1 所示，進行輸出電壓調(diào)節(jié)范圍以及輸出電壓的測試時，均采用這個測試電路。測試步驟：先調(diào)節(jié)交流調(diào)壓器，將輸入電源電路的交流輸入電壓設(shè)定為 220v，在電源電路的輸出端，選擇合適的負載電阻 rl 的阻值（阻值一般為幾十到幾百歐姆、額定工作電源大于本電源電路最大輸出電流的滑變電阻）使電源的輸出電流為規(guī)定值，此時，取輸出電流為最大輸出電流的1/2，為 1a（最大輸出電流為 2a，額定電流為 1a） ，則取 rl 電阻

53、值為 12歐姆，觀察電流表讀數(shù)達到達 1a 后，用萬用表測輸出電壓，測得輸出電壓為 11.96v，在 12 0.5 這個范圍內(nèi)，符合任務(wù)要求指標；用鍵盤改變預(yù)置電壓，讓輸出電壓輸出值為最小值 3v，同樣調(diào)節(jié)變阻器使得輸出電流，達到最小值，再次測得輸出電壓為 3.1v，在 3 5%的誤差范圍內(nèi)，則所測量的輸出電壓范圍為 3.1v11.96v。其中， vs 為電路輸入電壓，vi 為電網(wǎng)輸入電壓。廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙50整流濾波整流濾波vivs電流表負載電壓表 圖 5.1 輸出電壓或者輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的測試電路5.2.3 最大輸出電流的測試測試電路仍然按照圖 5.1 連接，以下是測試步驟：調(diào)節(jié)交

54、流調(diào)壓器，使電源電路輸入電壓為 vmin=220 x(1-10%)=198v,通過鍵盤預(yù)置最小電壓讓輸出電壓為最小值，取負載電阻為 1.5 歐姆，這時輸出電流為最大值 2a，測得電壓為 3.2v，隨后，斷開和接通負載，觀測輸出電壓的變化情況，當負載從斷開到接通時，測得的輸出電壓沒有明顯的改變，為 3.3v，跟之前的測量值差別不大，可以判斷電源可以輸出這樣的最大電流為 2a。如果在測試中發(fā)現(xiàn)輸出電壓有明顯的改變，可以根據(jù)情況限制輸出電流或輸出電壓。5.2.4 過流保護的測試測試電路仍采用圖 5.1，測試步驟：調(diào)節(jié)交流調(diào)壓器，確定電源的輸入電壓為 220v，調(diào)節(jié)滑動變阻器以獲得適當?shù)呢撦d電阻。調(diào)節(jié)

55、變阻器，分別測量輸出電壓廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙51為最大值、中間值、最小值三個點，調(diào)節(jié)變阻器，使與負載電阻 rl 串接的電流表測量值稍大于最大輸出電流值 5a，調(diào)節(jié)后顯示值為 5.1a,當電流到達此值時，可測得的輸出電壓為 0v，說明過流保護電路在電流超過規(guī)定值時，輸出端將會短路。當調(diào)節(jié)變阻器使輸出電流大小在正常范圍（小于5a）時，電源輸出電壓正常。5.2.5 電壓調(diào)整率的測試在直流電源負載不變，即負載電流不變的情況下，輸入電壓變化，包括電網(wǎng)電壓變化時，輸出直流電壓變化的相對值，叫做電壓調(diào)整率。用公式表示為：，式中為電網(wǎng)電壓為 220v 時所對應(yīng)的輸出直流vovosd/vo電壓值，為電網(wǎng)電壓

56、從 220v 分別變化到電網(wǎng)電壓+10%（242v）和-vo10%（198v）時，輸出電壓的變化量。電壓的調(diào)整率越小，電源的穩(wěn)定性就越高。測試電路仍采用圖 5.1，測試步驟：使用鍵盤預(yù)設(shè)電壓為最大值、最小值、中間值，使得輸出電壓分別為 11.6v、3.2v、6v，分別調(diào)節(jié)變阻器使得輸出電流在這幾個點均達到輸出電流的最大值 2a，隨后調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使得交流輸入電壓為 242v，測得此時的輸出電壓=11.83v，再調(diào)節(jié)交流1vo調(diào)壓器，使交流輸入電壓為 198v，測得此時的輸出電壓=11.56v，再次2vo調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使交流輸入電壓為 220v，測得此時電壓=11.9v，根據(jù)電vo壓調(diào)整率的計算公式

57、得%26. 2%1009 .1156.1183.11%10021vovovosd廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙525.2.6 紋波電壓的測試狹義上的紋波電壓，是指輸出直流電壓中含有的工頻交流成分,紋波電壓通常用有效值或峰值表示。以下為測試步驟：交流紋波電壓的最大值通常在負載電流最大的時候出現(xiàn)，所以,測試輸出紋波電壓時，必須使負載電流達到最大值。輸出電壓中的紋波電壓有效值可以用毫伏表測出，峰峰值可用示波器測量。由于紋波電壓不是正弦波，毫伏表測量出來的測量值不是紋波電壓的有效值，所以這里用示波器觀察紋波電壓的峰峰值，測得的紋波電壓峰峰值約為 65mv，符合任務(wù)要求。如果需要更小的紋波電壓，則可通過加大濾

58、波電容，獲得更小的輸出電壓脈動。測試結(jié)果：輸出電壓范圍為 3.1v11.96v；最大輸出電流為 2a；電壓調(diào)整率 2.26%；紋波電壓峰峰值 65mv廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙536 6 結(jié)論結(jié)論設(shè)計以功能需求為指導，以技術(shù)理論為支持，結(jié)合實際需求設(shè)計實現(xiàn)了開關(guān)電源，系統(tǒng)具有多路輸出：+5v 輸出、+12v 輸出、-12v 輸出、0+15v 可調(diào)輸出。系統(tǒng)具有硬件過流保護，當出現(xiàn)短路情況時系統(tǒng)自動限制輸出電流為 5a，以因免軟件的延遲而造成嚴重的后果。本文驗證了利用單片機可以實現(xiàn)對開關(guān)電源的智能控制，實現(xiàn)智能化開關(guān)電源的制作。通過鍵盤預(yù)置電壓，控制單片機進行脈寬調(diào)制，使輸出電壓在大范圍內(nèi)可調(diào)。應(yīng)

59、用這個結(jié)論，采用工作頻率更高，位數(shù)更高的單片機可以制作性能更加優(yōu)越，工作頻率更高的、智能化程度更高的開關(guān)電源，如果采用片內(nèi)帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機，可以大大簡化電源結(jié)構(gòu)；還可以通過單片機軟件控制，實現(xiàn)電源的智能保護，可以設(shè)定某個規(guī)定的電壓或者電流，當超過該電壓或者電流時，單片機關(guān)斷開關(guān)管，電源不再工作，以便保護電源。而且單片機還可以擴展許多的功能。由于個人能力及時間的關(guān)系，本設(shè)計難免會有不足之處，廣西工學院畢業(yè)設(shè)計專用紙54致謝致謝歷時三個多月的畢業(yè)論文即將完成，也就意味著大學接近尾聲，這幾年來，內(nèi)心思想改變了許多。逐漸的樹立了自己的世界觀、人生觀、價值觀。在此，我要感謝學院領(lǐng)導和各位老師的諄諄教

60、導。 在這里，我謹向指導我的劉老師致以真誠的謝意，感謝他對我的幫助。他謙和的為人、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、一絲不茍的學風、深厚的理論修養(yǎng)和對工作認真負責的態(tài)度給我深刻印象，并受益匪淺，也感到深深的欽佩。定題目，設(shè)計思路的整理，資料的收集，畫圖，論文的寫作。這些過程中，都有劉老師悉心的教導和幫助，他對我提出的問題認真解答，他寶貴的建議使我從毫無思路到漸漸熟悉。同時也非常感謝在設(shè)計中幫助我的同學，他們在我做設(shè)計過程中提到的建議和想法令我茅塞頓開，時間也縮短了不少。 本設(shè)計主要運用了模擬電路技術(shù)和數(shù)字電路技術(shù)，具有一定的整體性和系統(tǒng)性，由于能力有限，經(jīng)常力不從心，特別是在元器件的參數(shù)計算上，經(jīng)常找不到訣竅和突破口。因而這次設(shè)計在深度和廣度上都有一定的局限性。