基于C單片機(jī)的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 論 文課 題：基于單片機(jī)的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師： 李燕林 姓 名： 蔣 斌 班 級(jí)： 07級(jí)應(yīng)用電子班 學(xué) 號(hào)： 04207126 株洲師范高等專科學(xué)校物理與電子工程系畢業(yè)論文基于單片機(jī)的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)姓 名： 蔣 斌 指導(dǎo)老師： 李燕林 專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級(jí)： 07級(jí)應(yīng)用電子班 學(xué) 號(hào)： 04207126 時(shí) 間： 2010-3-5至2010-6-8 摘 要【摘要】本次設(shè)計(jì)的主要目的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源在日常生活中應(yīng)用非常廣泛，比如電視機(jī)、電腦、冰箱以及其他常用的電子產(chǎn)品都需要開(kāi)關(guān)電源，如今是數(shù)字化時(shí)代，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品十分方便，所以在這次設(shè)計(jì)中使用了單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。

2、在這次設(shè)計(jì)文檔中，詳細(xì)闡述了開(kāi)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(jì)，并附以相關(guān)電路圖表示，最后生成相關(guān)了PCB電路圖【關(guān)鍵詞】線性，半導(dǎo)體，開(kāi)關(guān)，儲(chǔ)能，轉(zhuǎn)換，控制，濾波，分壓，抖動(dòng)【Abstract】This design of Zhuyaomude is to achieve a switching power supply, switching power supply is widely used in daily life in, such as televisions, computers, Bingxiangyiji other Changyong of electron

3、ic products require power supply, Ru Jin Hua Shi Dai digital, electronic products achieved with Dan Pianji very convenient, so the design used in this MCU. In this design document, detailed in the switching power supply with linear power supply comparison, program demonstration, the overall structur

4、al design, along with the relevant circuit that generates the final circuit diagram related to the PCB【Keywords】 Linear, semiconductors, switches, energy storage, conversion, control, filtering, partial pressure, jitter目 錄摘 要I緒 論1第一章 概述21.1 課題來(lái)源及意義21.2 課題基本要求2第二章 開(kāi)關(guān)電源方案設(shè)計(jì)42.1 開(kāi)關(guān)電源工作原理42.2 開(kāi)關(guān)電源與線性電源的

5、比較4線性電源的缺點(diǎn)4開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)52.3 方案論證5方案15方案252.3.3 方案35方案分析6總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)62.4 難點(diǎn)分析7如何提高電源工作頻率7儲(chǔ)能電感的繞制8標(biāo)度轉(zhuǎn)換技術(shù)82.5 控制技術(shù)選擇9電壓型控制技術(shù)92.5.2 電流型控制技術(shù)9電流控制型技術(shù)的優(yōu)勢(shì)102.6 開(kāi)關(guān)變換器結(jié)構(gòu)分析與選擇10降壓變換電路分析10升壓型變換電路122.6.3 Buck-Boost型變換器122.7 開(kāi)關(guān)電路器件參數(shù)選擇12功率開(kāi)關(guān)管的選擇122.7.2 濾波電容的選擇13儲(chǔ)能電感的選擇14續(xù)流二極管的選擇14第三章 硬件電路設(shè)計(jì)153.1 電源電路設(shè)計(jì)15整流濾波電路15開(kāi)關(guān)變換電路15分壓電

6、阻的計(jì)算16保護(hù)電路163.2 控制電路設(shè)計(jì)17反饋電路設(shè)計(jì) 18四位數(shù)碼顯示電路設(shè)計(jì)19單片機(jī)與鍵盤(pán)接口電路設(shè)計(jì) 19第四章 軟件設(shè)計(jì)214.1 總體編程思想21鍵盤(pán)防抖動(dòng)子程序21數(shù)碼顯示子程序21采樣子程序21中斷處理程序設(shè)計(jì)224.1.5 PID控制算法22數(shù)字濾波23第五章 系統(tǒng)調(diào)試255.1 硬件模塊調(diào)試 25整流濾波電路的調(diào)試25轉(zhuǎn)換的調(diào)試25脈沖輸出電路的調(diào)試25功率開(kāi)關(guān)管的調(diào)試255.2 電源性能指標(biāo)的測(cè)試25開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)26輸出電壓的測(cè)試27最大輸出電流的測(cè)試27過(guò)流保護(hù)的測(cè)試28電壓調(diào)整率的測(cè)試28紋波電壓的測(cè)試28第六章 結(jié)論30參考文獻(xiàn)31致 謝32附 錄33緒

7、 論開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電子電力技術(shù)控制功率開(kāi)關(guān)管（MOSFET；三極管）的導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間比來(lái)穩(wěn)定輸出電壓的一種新型穩(wěn)壓電源。它是在電子、計(jì)算機(jī)、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(diǎn)。本文中研究的單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)電源，可以通過(guò)鍵盤(pán)預(yù)置期望輸出電壓值，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，由軟件控制單片機(jī)輸出相應(yīng)的脈沖寬度，對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)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3v到12v的可調(diào)電壓，并顯示實(shí)時(shí)電壓和預(yù)置值，通過(guò)鍵盤(pán)可隨時(shí)修改PID參數(shù)以優(yōu)化控制效果，并該系統(tǒng)可

8、以給芯片提供工作電壓，加以擴(kuò)展可構(gòu)成輸出正負(fù)3到12伏的雙極性電源。單片機(jī)控制的開(kāi)關(guān)電源具有設(shè)計(jì)彈性好的優(yōu)點(diǎn)，可以按照設(shè)計(jì)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(lái)電源制作的一個(gè)趨勢(shì)，傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源線路一般很復(fù)雜體積也較大，如果使用的單片機(jī)作為控制核心必將可以大大簡(jiǎn)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(jī)可以擴(kuò)展許多功能，如顯示，實(shí)時(shí)控制調(diào)整電壓，可維護(hù)性強(qiáng)，由于目前國(guó)內(nèi)有專門(mén)的PWM輸出的單片機(jī)價(jià)格昂貴，普通的單片機(jī)I/O口模擬的脈寬頻率較低，速度較慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)代電源要求的工作頻率，所以目前單片機(jī)控制的電源使用并不廣泛，但是單

9、片機(jī)在智能化以及可實(shí)現(xiàn)的用戶友好界面，擴(kuò)展性強(qiáng)等等方面的優(yōu)勢(shì)使其成為未來(lái)電源重要的發(fā)展方向。因此，我們研究單片機(jī)控制的開(kāi)關(guān)電源，非常有現(xiàn)實(shí)意義。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，集成度高、功能強(qiáng)大的大規(guī)模集成電路的不斷出現(xiàn)，使得電子設(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(kāi)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(lái)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)所應(yīng)考慮的第一個(gè)問(wèn)題。在開(kāi)關(guān)電源中，由于功率晶體管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)關(guān)速度提高后，會(huì)受到電路中分布電感、電容成分或二極管中儲(chǔ)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(huì)通過(guò)電路中的元器件產(chǎn)生較強(qiáng)的尖峰干擾和諧波干擾，

10、這些尖峰電壓或電流可能會(huì)損壞電路的器件，同時(shí)這些干擾會(huì)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(kāi)關(guān)電源。因此，克服開(kāi)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(gè)問(wèn)題。第一章 概述1.1 課題來(lái)源及意義電源技術(shù)是一種應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)又與現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)。目前電源技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門(mén)多學(xué)科互相滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。他對(duì)現(xiàn)代通訊、電子

11、儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、電力工程、國(guó)防及某些高新技術(shù)提供高質(zhì)量、高效率、高可靠性的電源起著關(guān)鍵作用。 -當(dāng)代許多高新技術(shù)均與市電的電壓、電流、頻率、相位、和波形等基本參數(shù)的變換和控制相關(guān)，電源技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這些參數(shù)的精確控制和高效率的處理，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)大功率電能的頻率變換，從而為多項(xiàng)高新技術(shù)的發(fā)展提供有力的支持。因此，電源技術(shù)不但本身是一項(xiàng)高新技術(shù)，而且還是其他多項(xiàng)高新技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。電源技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展必將為大幅度節(jié)約電能、降低材料消耗以及提高生產(chǎn)效率提供重要的手段，并為現(xiàn)代生產(chǎn)和現(xiàn)代生活帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。-電源，如今已經(jīng)是非常重要的基礎(chǔ)科技和產(chǎn)業(yè)，從日常生活到高尖端的科技，都離不

12、開(kāi)電源技術(shù)的參與和支持，電源技術(shù)也正是在這種環(huán)境中不斷的發(fā)展起來(lái)的。電源的重要性不可否認(rèn)，但是傳統(tǒng)電源存在不足的地方，例如，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(dāng)輸出電流越大時(shí)，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(lái)電源設(shè)計(jì)，應(yīng)著重解決的問(wèn)題，而開(kāi)關(guān)電源能夠很好的解決這個(gè)問(wèn)題，開(kāi)關(guān)電源的功率開(kāi)關(guān)管是工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的，也就是，只是在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，管子才會(huì)產(chǎn)生損耗，因此開(kāi)關(guān)電源的效率比線性電源要高得多，通?？梢赃_(dá)到80%以上，本設(shè)計(jì)選擇開(kāi)關(guān)電源作為研究對(duì)象，利用其輸出電壓和輸入電壓之間占空比的關(guān)系，假

13、定輸入基本穩(wěn)定，利用單片機(jī)控制占空比，就可以控制輸出電壓，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，采樣輸出電壓，使用數(shù)碼管顯示，通過(guò)鍵盤(pán)預(yù)置電壓，實(shí)現(xiàn)可調(diào)開(kāi)關(guān)電源的制作。1.2 課題基本要求（1）設(shè)計(jì)、制作開(kāi)關(guān)電源；（2）使用單片機(jī)構(gòu)成嵌入式控制系統(tǒng)，通過(guò)鍵盤(pán)預(yù)置輸入電壓，可顯示預(yù)置電壓和輸出電壓；（3）掌握開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法；（4）掌握單片機(jī)軟件編程方法；（5）掌握PID控制原理。1.3 課題相關(guān)背景我國(guó)的三極管直流變換器及開(kāi)關(guān)電源的研制工作開(kāi)始于60年代初期，到了60年代中期進(jìn)入了實(shí)用階段，緊跟著70年代初開(kāi)始研制無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)電源。1974年研制成功了工作頻率為10千赫茲、輸出電壓為5v的無(wú)工頻開(kāi)關(guān)電源。近3

14、0年來(lái)，許多研究所、工廠及高校已研制出多種型號(hào)的開(kāi)關(guān)電源，并廣泛的應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、家電等許多方面，取得了很好的效果。工作頻率為100千赫茲-200千赫茲的高頻開(kāi)關(guān)電源于80年代初期開(kāi)始研制，90年代初試制成功，目前已經(jīng)是非常成熟的電子產(chǎn)品。按調(diào)制方式劃分可以分為： （1）脈寬調(diào)制型：振蕩頻率保持不變，通過(guò)改變脈沖的寬度來(lái)改變和調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。通過(guò)采樣電路、耦合電路構(gòu)成閉合回路，來(lái)穩(wěn)定輸出電壓。縮寫(xiě)為PWM(Pulse Width Modulation)。 （2）頻率調(diào)制型：占空比保持不變或關(guān)斷時(shí)間不變，改變振蕩器的頻率來(lái)穩(wěn)定并調(diào)節(jié)輸出電壓幅度?？s寫(xiě)為PFM（Pulse Freque

15、ncy modulation）。 （3）混合調(diào)制型：通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間的振蕩頻率來(lái)完成穩(wěn)定并輸出電壓幅度。通常采用的是脈寬調(diào)制型和混合調(diào)制型兩種調(diào)制方式。在脈寬調(diào)制中因?yàn)轭l率不變，所以無(wú)論是對(duì)電路中的磁性元件及晶體管的測(cè)試和設(shè)計(jì)都很方便，而且對(duì)射頻干擾的抑制也變得比較容易。混合調(diào)制則因其線路簡(jiǎn)單，也得到了廣泛的應(yīng)用。相對(duì)而言，頻率調(diào)制較少采用。本文中采用的是脈寬調(diào)制型。第二章 開(kāi)關(guān)電源方案設(shè)計(jì)2.1 開(kāi)關(guān)電源工作原理開(kāi)關(guān)電源是指調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)方式，即導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)的穩(wěn)壓電源，縮寫(xiě)為SPS（Switching Power Supply）。開(kāi)關(guān)電源的核心部分是一個(gè)直流變換器。利用直流變換器可以把一

16、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(guò)程為：假設(shè)基準(zhǔn)電壓為5v，由于電網(wǎng)波動(dòng)導(dǎo)致輸入電壓減小，那么輸出電壓也將會(huì)減少，此時(shí)，所采樣的電壓將減小，假設(shè)為4.9v，誤差為0.1v，經(jīng)過(guò)比較放大后，脈沖調(diào)制電路根據(jù)這個(gè)誤差，提高占空比使輸出電壓增大，同理，當(dāng)由于電網(wǎng)波動(dòng)導(dǎo)致輸出電壓增大時(shí)，脈沖調(diào)制電路降低占空比使輸出電壓減小，以此來(lái)控制輸出電壓的穩(wěn)定。整流濾波電路開(kāi)關(guān)管濾波電路采樣電路比較放大脈沖調(diào)寬輸出輸入基準(zhǔn)電壓+-+-圖2.1開(kāi)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(kāi)關(guān)電源與線性電源兩大類(lèi)。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

17、區(qū)。開(kāi)關(guān)電源是在線性電源的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的，并在很大程度上克服了線性電源的缺陷，但其自身也有一定的不足。2.2 開(kāi)關(guān)電源與線性電源的比較2.2.1線性電源的缺點(diǎn)（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(diǎn)的原因是：（1）線性電源中功率晶體管V在整個(gè)工作過(guò)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(huì)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，

18、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(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)（1）功耗小，效率高。圖2.1中，開(kāi)關(guān)管V在脈沖信號(hào)的控制下，交替工作在導(dǎo)通-截止和截止-導(dǎo)通的開(kāi)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(kāi)關(guān)管的損耗較小，電源的效率可以大幅度提高，其效率可以達(dá)到80%以上。（2）體積小，重量輕。由于沒(méi)有采用大型的工頻變壓器，并且在開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源的輸出電壓是由控制信號(hào)的占空比或者激勵(lì)信號(hào)的頻率來(lái)調(diào)節(jié)的

19、，輸入電壓的變化可以通過(guò)變頻或者調(diào)寬來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。在工頻電網(wǎng)電壓有較大變化或負(fù)載有較大變化時(shí)，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(kāi)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(shí)也節(jié)省了成本。2.3 方案論證單片機(jī)控制的開(kāi)關(guān)電源，從對(duì)輸出電壓控制的角度分析，可以有幾種可行的方案。2.3.1方案1方案1：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)電壓，用作電源的基準(zhǔn)電壓，電源可以通過(guò)鍵盤(pán)預(yù)置輸出電壓，單片機(jī)

20、不加入反饋控制，電源仍要使用專門(mén)的PWM控制芯片，工作過(guò)程為：當(dāng)通過(guò)鍵盤(pán)預(yù)置電壓時(shí)，單片機(jī)通過(guò)D/A芯片輸出一個(gè)電壓作為控制芯片的基準(zhǔn)電壓，這個(gè)基準(zhǔn)電壓可以使得控制芯片按照預(yù)置電壓值，來(lái)輸出控制脈沖，以輸出期望輸出電壓。2.3.2方案2方案2：在方案1的基礎(chǔ)上，單片機(jī)擴(kuò)展模數(shù)轉(zhuǎn)換器，不斷的檢測(cè)電源的輸出電壓，根據(jù)電源輸出電壓與設(shè)定值的差值，調(diào)整后，通過(guò)D/A芯片輸出一個(gè)基準(zhǔn)電壓，控制專門(mén)的PWM控制芯片，間接的控制電源工作。2.3.3 方案3方案3：?jiǎn)纹瑱C(jī)擴(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換器，不斷檢測(cè)輸出端的電壓，并根據(jù)電源輸出電壓與鍵盤(pán)預(yù)置電壓的差值，輸出一個(gè)PWM脈沖，直接控制電源的工作。2.3.4方案分析方

21、案1分析：?jiǎn)纹瑱C(jī)沒(méi)有加入反饋控制，只是輸出一個(gè)基準(zhǔn)電壓，這樣單片機(jī)的作用非常的小，而且仍要使用專門(mén)的控制芯片，價(jià)格比較貴，電源成本增加，削弱了單片機(jī)的作用，不宜采用。方案2分析：?jiǎn)纹瑱C(jī)加入了反饋控制，作用得以利用，但是需要擴(kuò)展A/D和D/A芯片，而且還是需要專門(mén)的PWM控制芯片，成本比方案1更高，更不宜采用。方案3分析：這個(gè)方案，單片機(jī)不僅加入了反饋控制系統(tǒng)，而且作為控制核心，單片機(jī)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(jī)控制。綜上所述，本設(shè)計(jì)選擇第三種控制方案，單片機(jī)使用89C51，A/D芯片采用ADC0832，采用4位數(shù)碼管顯示采樣值，鍵盤(pán)預(yù)置電壓，設(shè)計(jì)任務(wù)要求輸出

22、可調(diào)，所以設(shè)定值需要從鍵盤(pán)輸入，實(shí)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(jì)系統(tǒng)工作原理圖如圖2.2所示：市電經(jīng)過(guò)整流濾波后，一路電壓經(jīng)過(guò)7805穩(wěn)壓得到一個(gè)+5v電壓，該電壓作為單片機(jī)的工作電源，另外一路電壓直接作為開(kāi)關(guān)變換電路的輸入電壓。單片機(jī)根據(jù)鍵盤(pán)輸入值和取樣值之間的差值，修改脈沖占空比，并輸出控制功率開(kāi)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(pán)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(kāi)關(guān)變換器采用磁鐵心電感作為儲(chǔ)能元件，在功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感儲(chǔ)能，在開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，電感釋放能量給負(fù)載。單片機(jī)定時(shí)采樣輸出端的電壓，通

23、過(guò)ADC0832送進(jìn)單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)根據(jù)處理結(jié)果輸出更新的控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電耦合器濾除干擾后輸出控制信號(hào)控制功率開(kāi)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(pán)輸入期望的電壓，單片機(jī)會(huì)根據(jù)鍵盤(pán)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(jī)會(huì)馬上調(diào)用PID控制算法，對(duì)輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)定控制。 閉環(huán)時(shí)，電源自動(dòng)進(jìn)行脈寬調(diào)制，當(dāng)系統(tǒng)讀取到鍵盤(pán)預(yù)置的電壓變化時(shí)，先將鍵盤(pán)輸入值和從輸出端的取樣值相比較，假設(shè)當(dāng)前鍵盤(pán)輸入為10v，從輸出端取樣的值為6v，差值為4v，則系統(tǒng)會(huì)根據(jù)這個(gè)差值，更新脈寬使得輸出端電壓上升為10v；同樣，當(dāng)鍵盤(pán)輸入為6v，輸出端取樣值為10v，差值為-

24、4v，系統(tǒng)會(huì)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(guò)程。同時(shí)，電源可以自動(dòng)穩(wěn)壓，假定在某一正常狀態(tài)下，輸出為V0，反饋電壓?jiǎn)朧f（Vf=V0），用戶設(shè)定電壓為Vs，當(dāng)V0=Vs時(shí)，偏差為0，單片機(jī)不進(jìn)行脈寬更新，當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)導(dǎo)致輸出增加時(shí)，即V0Vs時(shí),單片機(jī)采樣的電壓也增加，單片機(jī)根據(jù)偏差修改占空比使導(dǎo)通時(shí)間變小，從而使電壓下降，同樣當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)使輸出電壓下降時(shí)，即V0Vs時(shí)，單片機(jī)修改脈寬使導(dǎo)通時(shí)間變長(zhǎng)，從而使輸出電壓上升，如此循環(huán)來(lái)進(jìn)行穩(wěn)壓。整流濾波電路開(kāi)關(guān)變換電路整流濾波電路控制電路輔助電源四位數(shù)碼管取樣電路鍵盤(pán)圖2.2 單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)框圖2.4 難點(diǎn)分析2.4

25、.1如何提高電源工作頻率困難分析：現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源的工作頻率已經(jīng)可以達(dá)到300千赫茲，本次設(shè)計(jì)雖然采用了24M赫茲的晶振頻率，可以通過(guò)單片機(jī)定時(shí)輸出40千赫茲的頻率，但是開(kāi)關(guān)電源要求的是單片機(jī)的處理速度要足夠快，51系列的單片機(jī)，即使使用24M的晶振，相對(duì)于開(kāi)關(guān)電源需要很快開(kāi)關(guān)工作頻率，它的速度仍是比較慢的，而且這里單片機(jī)還需要做采樣電壓，掃描鍵盤(pán)，PID控制等等很多的工作，那么單片機(jī)就更加慢了，就算忽略這方面的影響，單片機(jī)可以通過(guò)定時(shí)器中斷產(chǎn)生40千赫茲的頻率，但是定時(shí)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(jì)輸出可調(diào)的開(kāi)關(guān)電源，顯然行不通。解決辦法：現(xiàn)在的問(wèn)題在于單片機(jī)輸出的脈沖占空比無(wú)法改變，硬件更改，只能是更換處理速度高的單片機(jī)，但是成本又增加了，而且還不一定比使用專門(mén)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