降壓斬波電路設(shè)計(jì)

1、重慶交通大學(xué)電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)直流降壓斬波電路學(xué)生姓名：周瑤小組成員：周瑤、姜飛、王圓月專業(yè)班級(jí)：電氣工程與自動(dòng)化2012級(jí)1班學(xué)學(xué)號(hào)號(hào)：631224060133指導(dǎo)老師：余騰偉老師設(shè)計(jì)時(shí)間：2015至2016學(xué)年第一學(xué)期目錄一、 摘要.2二、 設(shè)計(jì)要求與方案.22.1設(shè)計(jì)要求.22.2 方案確定.3三、 主電路設(shè)計(jì).33.1 主電路方案.33.2 工作原理.33.3 參數(shù)分析.4四、 電路方案設(shè)計(jì).5五、 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì).6六、 采樣模塊設(shè)計(jì).6七、 顯示電路設(shè)計(jì).7八、 單片機(jī)程序.8九、 課程設(shè)計(jì)總結(jié).10十、 參考文獻(xiàn).10十一、 附圖.11一、摘要 摘要論文設(shè)計(jì)基于52單片機(jī)的直流降

2、壓斬波電路，分析buck電路降壓原理，利用STC89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)從9V到5V降壓電源的設(shè)計(jì)，利用采樣芯片對(duì)輸出電壓采樣，用四段八位數(shù)碼管進(jìn)行顯示，已達(dá)到課程設(shè)計(jì)的要求。關(guān)鍵字：52單片機(jī)、buck電路、采樣、顯示Abstract This thesis is a design of DC Buck chopper circuit based on 52 SCM.With analysis of the principle of buck circuit,this design use STC89C52 MCU to realize the reduce of the power suppl

3、y from 9V to 5V. The sampling chip take sample of the output voltage and the four section eight bit digital tube display it.Finally ,this circuit has reached the requirements of curriculum design.Keywords: Buck circuit , 52 SCM , sampling , display二、 設(shè)計(jì)要求與方案 2.1 設(shè)計(jì)要求 課程設(shè)計(jì)目的1、培養(yǎng)文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Interne

4、t檢索需要的文獻(xiàn)資料。2、培養(yǎng)綜合分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。3、培養(yǎng)運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力。4、提高課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫水平。 課程設(shè)計(jì)要求（1） 設(shè)計(jì)制作一個(gè)直流斬波電路，實(shí)現(xiàn)9V電壓輸入到5V電壓輸出，并顯示電壓值。通過(guò)降壓斬波電路將高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的低電壓； （2）合理選擇IGBT以及各元器件的參數(shù)；（3） 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)以及通過(guò)單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信號(hào)作用于IGBT門極實(shí)現(xiàn)降壓斬波電路功能。 2.2 方案確定電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中，一般是由控制電路，驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個(gè)系統(tǒng)。由信息電子電路組成的控制電路按照系統(tǒng)的工作要求形成控制

5、信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電力電子器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，當(dāng)控制電路所產(chǎn)生的控制信號(hào)能夠足以驅(qū)動(dòng)電力電子開(kāi)關(guān)時(shí)就無(wú)需驅(qū)動(dòng)電路。根據(jù)降壓斬波電路設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路。控制電路是用來(lái)產(chǎn)生降壓斬波電路的控制信號(hào)，控制電路產(chǎn)生的控制信號(hào)傳到驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路把控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為加在開(kāi)關(guān)控制端，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)通和關(guān)斷來(lái)控制降壓斬波電路的主電路工作。三、 主電路設(shè)計(jì)3.1 主電路方案根據(jù)所選課題設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)降壓斬波電路，可運(yùn)用電力電子開(kāi)關(guān)來(lái)控制電路的通斷即改變占空比，從而獲得我們所想要的電壓。這就可以根據(jù)所學(xué)的buck降壓電路作為主電

6、路，這個(gè)方案是較為簡(jiǎn)單的方案，直接進(jìn)行直直變換簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。而另一種方案是先把直流變交流降壓，再把交流變直流，這種方案把本該簡(jiǎn)單的電路復(fù)雜化，不可取。至于開(kāi)關(guān)的選擇，選用比較熟悉的全控型的IGBT管，而不選半控型的晶閘管，因?yàn)镮GBT控制較為簡(jiǎn)單，且它既具有輸入阻抗高、開(kāi)關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，又用通態(tài)壓降小、耐壓高、電流大等優(yōu)點(diǎn)。3.2 工作原理 根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，直流降壓斬波主電路如下圖所示： 直流降壓斬波主電路使用一個(gè)全控器件IGBT控制導(dǎo)通。用控制電路和驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制IGBT的通斷，當(dāng)t=0時(shí)，驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓=E，負(fù)載電流按指數(shù)曲線上升。電路工作時(shí)波

7、形圖如下圖所示：降壓電路波形圖 當(dāng)時(shí)刻，控制IGBT關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小，故串聯(lián)L值較大的電感。至一個(gè)周期T結(jié)束，再驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過(guò)程。當(dāng)電力工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等，負(fù)載電壓的平均值為 為IGBT處于通態(tài)的時(shí)間；為處于斷態(tài)的時(shí)間；T為開(kāi)關(guān)周期；為導(dǎo)通占空比。通過(guò)調(diào)節(jié)占空比使輸出到負(fù)載的電壓平均值最大為E，若減小占空比，則隨之減小。由此可知，輸出到負(fù)載的電壓平均值Uo 最大為U i，若減小占空比，則Uo 隨之減小，由于輸出電壓低于輸入電壓，故稱該電路為降壓斬波電路。3.3參數(shù)分析主

8、電路中需要確定參數(shù)的元器件有IGBT、二極管、直流電源、電感、電阻值的確定，其參數(shù)確定如下：實(shí)驗(yàn)材料為L(zhǎng)=1mH，R=30。計(jì)算電感斷續(xù)與連續(xù)時(shí)的臨界頻率。零狀態(tài)響應(yīng)：當(dāng)時(shí)，之后為零輸入：當(dāng)時(shí)間，。選用占空比為50%時(shí)，周期T=，則臨界頻率。選取作為開(kāi)關(guān)管的頻率。四、 電路設(shè)計(jì)方案控制芯片為STC89C52。此控制芯片沒(méi)有內(nèi)置AD采樣電路，所以需要自己添加采樣電路，我們選取ADC0809作為采樣芯片，考慮需要顯示3位數(shù)字，四位八段共陰極數(shù)碼管足夠滿足要求。驅(qū)動(dòng)芯片選取IR2103半橋功放，因?yàn)轵?qū)動(dòng)芯片的地與主電路的地需要隔開(kāi)，所以加一個(gè)光耦進(jìn)行隔離。如下圖：五、 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)IR2103是半橋

9、驅(qū)動(dòng)器，也可以用兩個(gè)組成H橋驅(qū)動(dòng)。HIN輸入高電平HO就輸出高電平，但這個(gè)電平是相對(duì)Vs而言的；LIN輸入低電平LO就輸出低電平，但這個(gè)電平是相對(duì)COM而言的。自舉電容的作用是提供高端驅(qū)動(dòng)的電源VB，高端驅(qū)動(dòng)輸出TC是高頻振蕩的，當(dāng)上管導(dǎo)通時(shí)是高壓端電壓，當(dāng)下管導(dǎo)通時(shí)是低電平，當(dāng)TC為低電平時(shí)，由Vcc經(jīng)二極管給自舉電容充電之接近Vcc電壓，Vcc同時(shí)給VB供電，當(dāng)TC為高電平時(shí)，二極管截至，自舉電容放電給VB供電。自舉電容只有在高頻振蕩時(shí)才能起作用。因?yàn)槲覀冎恍枰?qū)動(dòng)一個(gè)MOS管，所以我們簡(jiǎn)化電路采用低邊輸出，將二極管和電容去掉，HIN接地。光耦選取4N25，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的驅(qū)動(dòng)能力有限，光電二

10、極管采用上拉電阻與單片機(jī)接口連接。如下圖：六、 采樣模塊設(shè)計(jì)ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。分辨率為8位，具有轉(zhuǎn)換起停控制端，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s(時(shí)鐘為640KHz時(shí))，130s（時(shí)鐘為500KHz時(shí)），單個(gè)+5V電源供電。模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。工作溫度范圍為-40+85攝氏度，低功耗約15mW。原理圖與引腳圖如下所示：各引腳功能：IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA

11、、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入端，產(chǎn)生一個(gè)正脈沖以鎖存地址。START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出端，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入端，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHz。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓Vcc：電源，單一+5V。GND：地。我們選取IN0作

12、為輸入，則ADDA、ADDB、ADDC三個(gè)引腳都接地，為了節(jié)約單片機(jī)內(nèi)部資源采用定時(shí)等待方式進(jìn)行采樣。七、 顯示電路設(shè)計(jì)STC89C52單片機(jī)可以直接驅(qū)動(dòng)八段數(shù)碼管，因?yàn)槭枪碴帢O數(shù)碼管，則高電平點(diǎn)亮段選。低電平選中位選。如下圖：八、 單片機(jī)程序/* 名稱：ADC0809 數(shù)模轉(zhuǎn)換與顯示說(shuō)明：ADC0809 采樣通道 0 輸入的模擬量，轉(zhuǎn)換后的結(jié)果顯示在數(shù)碼管上。*/#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/各數(shù)字的數(shù)碼管段碼（共陰）uchar code table= 0x3f,0x06

13、,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x7, 0x7f,0x6f; /正常數(shù)碼uchar code table1= 0xbf,0x86,0xdb,0xcf, 0xe6,0xed,0xfd,0x87, 0xff,0xef;/帶小數(shù)點(diǎn)的數(shù)碼/*uchar code wela= 0xfe,0xfc,0xfb,0xf7;*/sbit CLK=P04; /時(shí)鐘信號(hào)sbit ST=P03; /啟動(dòng)信號(hào)sbit EOC=P02; /轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)sbit OE=P01; /輸出使能sbit PWM=P00; /輸出使能uchar num,ii,aa=0;/延時(shí)void DelayMS(uin

14、t ms)uchar i;while(ms-) for(i=0;i<120;i+);/顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果void Display_Result(uchar d)num=d*0.39;d=num%10;ii=num/10%10;P2=0xf7;/ 第 1 個(gè)數(shù)碼管顯示整數(shù)P1=table1ii;DelayMS(9);P2=0xfb;/ 第 2 個(gè)數(shù)碼管顯示小數(shù)P1=tabled; DelayMS(9); /主程序void main()TMOD=0x02; /T1 工作模式 2TH0=0x14;TL0=0x00;IE=0x82;TR0=1;while(1)ST=0;ST=1;ST=0; /啟動(dòng) A

15、/D 轉(zhuǎn)換while(EOC=0)Display_Result(aa); /等待轉(zhuǎn)換完成OE=1;aa=P3; OE=0; /T0 定時(shí)器中斷給 ADC0808 提供時(shí)鐘信號(hào)void Timer0_INT() interrupt 1CLK=CLK;PWM=PWM;九、 課程設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過(guò)兩周多的電力電子課程設(shè)計(jì)，真的是獲益不少。當(dāng)接到這個(gè)任務(wù)時(shí)候感覺(jué)真正要學(xué)的東西來(lái)了，以前所學(xué)的理論知識(shí)終于可以用上了。于是拿起了課題認(rèn)真的看了看，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一頭霧水，就大概知道一個(gè)主電路而已。而至于控制電路和保護(hù)電路根本就不知道怎么回事，只知道以前做實(shí)驗(yàn)有用過(guò)控制電路而不知道里面的內(nèi)部是怎么接線的。于是通過(guò)慢慢的看書，我在直流-直流變流電路那一章中掌握了IGBT降壓斬波電路主電路的設(shè)計(jì)，在PWM控制技術(shù)那一章中掌握了控制電路的設(shè)計(jì)。 一周半的設(shè)計(jì)，不僅讓我加深了很多課本上的知識(shí)，也讓我懂得了很多其它的。雖然已經(jīng)會(huì)設(shè)計(jì)電路圖了，但把它畫出來(lái)也不是件容易的事啊，后來(lái)經(jīng)過(guò)多次畫圖操作漸漸地也較熟悉了。通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)，要做成一個(gè)可用的、實(shí)際的實(shí)物靠得是細(xì)節(jié)。以前課本上所學(xué)