電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新與實(shí)踐實(shí)習(xí)報(bào)告

開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)一、引言【1】．設(shè)計(jì)要求輸入220V，50Hz溝通；在電阻負(fù)載條件下，設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓電源使電源滿意下述要求：1、輸出電壓UO可調(diào)范圍：30V～36V；2、最大輸出電流IOmax：2A；3、U2從15V變到21V時(shí)，電壓調(diào)整率SU≤2%（IO=2A）；4、IO從0變到2A時(shí)，負(fù)載調(diào)整率SI≤5%（U2=18V）；5.輸出噪聲紋波電壓峰-峰值UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；6.DC-DC變換器的效率≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）【2】設(shè)計(jì)系統(tǒng)特點(diǎn)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電路由AC-DC變換電路、DC-DC變換電路、設(shè)定和顯示電路、愛護(hù)和測量電路等四部分組成。AC-DC變換電路：由自耦變壓器、隔離變壓器、橋式整流堆、和濾波電容等元件組成，可以在隔離變壓器副邊輸出15～21Ｖ的電壓，濾波后給DC-DC供應(yīng)直流電壓。DC-DC變換電路:采納Boost型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，含有運(yùn)放構(gòu)成的固定頻率脈寬調(diào)制電路,快速場效應(yīng)管、電感等。本系統(tǒng)通過調(diào)整取樣電阻形成閉環(huán)反饋回路，采樣康銅絲上的電壓反饋為輸入端。本系統(tǒng)具有調(diào)整速度快，精度高，電壓調(diào)整率低，負(fù)載調(diào)整率低，效率高，無需另加協(xié)助電源板，輸出紋波小等優(yōu)點(diǎn)。二、課題設(shè)計(jì)隨著社會(huì)飛速前進(jìn)，用電設(shè)備和日俱增。但電力輸配設(shè)施的老化和發(fā)展滯后，以及設(shè)計(jì)不良和供電不足等緣由造成末端用戶電壓的過低，而線頭用戶則常常電壓偏高。對用電設(shè)備特殊是對電壓要求嚴(yán)格的高新科技和精密設(shè)備，如同沒有上保險(xiǎn)。不穩(wěn)定的電壓會(huì)給設(shè)備造成致命損害或誤動(dòng)作，影響生產(chǎn)，造成交貨期延誤、質(zhì)量不穩(wěn)定等多方面損失。同時(shí)加速設(shè)備的老化、影響運(yùn)用壽命甚至燒毀配件，使業(yè)主面臨須要修理的困擾或短期內(nèi)就要更新設(shè)備，奢侈資源；嚴(yán)峻者甚至發(fā)生平安事故，造成不行估量的損失。優(yōu)點(diǎn)：[1].功耗小，效率高。在圖1中的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中，晶體管V在激勵(lì)信號的激勵(lì)下，它交替地工作在導(dǎo)通—截止和截止—導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般為50kHz左右，在一些技術(shù)先進(jìn)的國家，可以做到幾百或者近1000kHz。這使得開關(guān)晶體管V的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可達(dá)到80%。[2].體積小，重量輕。從開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖可以清晰地看到這里沒有采納笨重的工頻變壓器。由于調(diào)整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了較大的散熱片。由于這兩方面緣由，所以開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積小，重量輕。[3].穩(wěn)壓范圍寬。從開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓是由激勵(lì)信號的占空比來調(diào)整的，輸入信號電壓的變更可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來進(jìn)行補(bǔ)償，這樣，在工頻電網(wǎng)電壓變更較大時(shí)，它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。所以開關(guān)電源的穩(wěn)壓范圍很寬，穩(wěn)壓效果很好。此外，變更占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻率調(diào)制型兩種。這樣，開關(guān)穩(wěn)壓電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求，敏捷地選用各種類型的開關(guān)穩(wěn)壓電源。[4].濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為削減。開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz，是線性穩(wěn)壓電源的1000倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍。就是采納半波整流后加電容濾波，效率也提高了500b倍。在相同的紋波輸出電壓下，采納開關(guān)穩(wěn)壓電源時(shí)，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容的1/500—1/1000。[5].電路形式敏捷多樣。例如，有自激式和他激式，有調(diào)寬型和調(diào)頻型，有單端式和雙端式等等，設(shè)計(jì)者可以發(fā)揮各種類型電路的特長，設(shè)計(jì)出能滿意不同應(yīng)用場合的開關(guān)穩(wěn)壓電源?；驹碓O(shè)計(jì)方法本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電路由AC-DC變換電路、DC-DC變換電路、設(shè)定和顯示電路、愛護(hù)和測量電路等四部分組成。AC-DC變換電路：由自耦變壓器、隔離變壓器、橋式整流堆、和濾波電容等元件組成，可以在隔離變壓器副邊輸出15～21Ｖ的電壓，濾波后給DC-DC供應(yīng)直流電壓。DC-DC變換電路:采納Boost型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，含有運(yùn)放構(gòu)成的固定頻率脈寬調(diào)制電路,快速場效應(yīng)管、電感等。本系統(tǒng)通過調(diào)整取樣電阻形成閉環(huán)反饋回路，采樣康銅絲上的電壓反饋為輸入端。本系統(tǒng)具有調(diào)整速度快，精度高，電壓調(diào)整率低，負(fù)載調(diào)整率低，效率高，無需另加協(xié)助電源板，輸出紋波小等優(yōu)點(diǎn)。2、原理框圖開關(guān)穩(wěn)壓電源部分【2】變壓器部分3、各個(gè)模塊的分析【1】DC-DC模塊分析如圖，本設(shè)計(jì)實(shí)行的是并聯(lián)式開關(guān)電源。并聯(lián)式開關(guān)電源的工作原理比較簡潔，工作效率很高，因此應(yīng)用很廣泛。特殊是在一些小電子產(chǎn)品中，并聯(lián)式開關(guān)電源作為DC/DC升壓電源應(yīng)用最廣?！?】電源模塊分析電壓模塊由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四部分組成。整流部分采納的是單項(xiàng)橋式整流，濾波部分采納的是電容濾波，穩(wěn)壓部分采納的是三端集成穩(wěn)壓器。該模塊可輸出+12v、-12v、+5v電壓。主要用于給單片機(jī)和運(yùn)放供電。本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是輸出電壓穩(wěn)定、輸出電壓水紋小、響應(yīng)速度快?！?】PWM模塊分析本設(shè)計(jì)采納單片機(jī)產(chǎn)生占空比可調(diào)PWM波形。T1計(jì)數(shù)，工作于方式2。T0定時(shí)，工作于方式1。T0置初值，定時(shí)時(shí)間到后使P2.1反轉(zhuǎn)輸出，作為T0計(jì)數(shù)脈沖串。T1計(jì)數(shù)滿后使P2.0反轉(zhuǎn)輸出，產(chǎn)生PWM波形。用P1.0、P2.0增加和削減T0的計(jì)數(shù)初值，產(chǎn)生占空比可調(diào)PWM波形。高電平常間=T0定時(shí)時(shí)間*T1計(jì)數(shù)值【4】并聯(lián)式開關(guān)電源的工作原理圖1-11-a是并聯(lián)式開關(guān)電源的最簡潔工作原理圖，圖1-11-b是并聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓的波形。圖1-11-a中Ui是開關(guān)電源的工作電壓，L是儲(chǔ)能電感，K是限制開關(guān)，R是負(fù)載。圖1-11-b中Ui是開關(guān)電源的輸入電壓，Uo是開關(guān)電源輸出的電壓，Up是開關(guān)電源輸出的峰值電壓，Ua是開關(guān)電源輸出的平均電壓。當(dāng)限制開關(guān)K接通時(shí)，輸入電源Ui起先對儲(chǔ)能電感L加電，流過儲(chǔ)能電感L的電流起先增加，同時(shí)電流在儲(chǔ)能電感中也要產(chǎn)生磁場；當(dāng)限制開關(guān)K由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷的時(shí)候，儲(chǔ)能電感會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢，反電動(dòng)勢產(chǎn)生電流的方向和原來電流的方向相同，因此，在負(fù)載上會(huì)產(chǎn)生很高的電壓。、模塊分析并聯(lián)開關(guān)電路形式為Boost變換器。該電路是DC-DC變換器中最易于實(shí)現(xiàn)的，最常用的，最成熟的和輸出電壓等于或小于輸入電壓的非隔離型變壓電路，且輸入和輸出負(fù)端是公共端。因?yàn)殚_關(guān)頻率F對DC-DC電路的效率影響很大。若F太低，充電電感、充電電容的體積太大，在保證充電電感量的前提下，線圈匝數(shù)增多，銅損耗加大。若F太高，可使充電電感和電容體積縮小，重量減輕，但充電電感的渦流損耗、磁滯損耗及其他元器件的分布參數(shù)的影響加大造成損耗加大。開關(guān)頻率F的選擇必需綜合考慮諸多因素。當(dāng)交變電流通過導(dǎo)體時(shí),電流將集中在導(dǎo)體表面流過,這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)。電流或電壓以頻率較高的電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時(shí),會(huì)聚集于總導(dǎo)體表層,而非平均分布于整個(gè)導(dǎo)體的截面積中。線徑的選擇主要由本系統(tǒng)的開關(guān)頻率確定。開關(guān)頻率越大，線徑越小，但是所允許經(jīng)過的電流越小，并且開關(guān)損耗增大，效率降低。本系統(tǒng)采納的頻率為44K，查表得知在此頻率下的穿透深度為0.3304mm,直徑應(yīng)為此深度的2倍，即為0.6608mm。選擇的AWG導(dǎo)線規(guī)格為21#，直徑為0.0785cm（含漆皮）.磁芯選擇鐵鎳鉬磁芯，該磁芯具有高的飽和磁通密度，在較大的磁化場下不易飽和，具有較高的導(dǎo)磁率、磁性能穩(wěn)定性好（溫升低，耐大電流、噪聲?。?，適用在開關(guān)電源上。開關(guān)管的選擇：本設(shè)計(jì)中開關(guān)速度要求特殊快，導(dǎo)通電阻要小，而且要求承受的電流也特殊大。最終選擇了IRF540，該芯片Ron=44毫歐，允許電流為33A,Vds=100V,能夠?qū)崿F(xiàn)要求?！?】限制模塊限制部分用于限制PWM波形的占空比，以此來限制輸出電壓的大小。限制部分由單片機(jī)軟件部分設(shè)計(jì)。三、軟件設(shè)計(jì)1、//////變量地址聲明///////////////////////////////Key1BITP1.0;增加占空比按鍵Key2BITP1.1;減小占空比按鍵PwmBITP2.0;pwm輸出端CountBITP2.1;協(xié)助計(jì)數(shù)輸出端FlagBIT20H;調(diào)制標(biāo)記位Data0DATA30H;TH1暫存區(qū)0，存放高電平常間常數(shù)Data1DATA31H;TH1暫存區(qū)1，存放低電平常間常數(shù);命;//////主程序起先/////////////////////////////////ORG0000HSJMPSTARTORG000BHAJMPTIM0ORG001BHAJMPTIM1ORG0030HSTART:MOVSP,#60HMOVTMOD,#61H;T1計(jì)數(shù)，工作于方式2；T0定時(shí)，工作于方式1MOVIE,#8AHMOVTH0,#0FEH;500usMOVTL0,#0CHMOVTH1,#0ECH;20次，占空比50%MOVTL1,#0ECHMOVData0,#0ECHMOVData1,#0ECHSETBTR0SETBTR1SETBPwmSETBFlagCLRCountLOOP:;增加按鍵檢測JBKey1,NEXT0ACALLDelayJBKey1,NEXT0JNBKey1,$INCData0DECData1MOVA,Data0CJNEA,#00H,Cont0;溢出（pwm最大值，即全是高電平輸出）則返回初始值MOVData0,#0ECHMOVData1,#0ECHCont0:SJMPLOOPNEXT0:;減鍵檢測JBKey2,NEXT1ACALLDelayJBKey2,NEXT1JNBKey2,$DECData0INCData1MOVA,Data0CJNEA,#0D8H,NEXT1;溢出（pwm最小值，即全是低電平輸出）則返回初始值MOVData0,#0ECHMOVData1,#0ECHNEXT1:SJMPLOOP;//////定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序//////////////////////TIM0:CLRTR0CPLCountMOVTL0,#0CHMOVTH0,#0FEHSETBTR0RETI;//////定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序//////////////////////TIM1:CPLPwmCPLFlagJNBFlag,Cont1MOVTH1,Data0SJMPCont2Cont1:MOVTH1,Data1Cont2:RETI;//////10ms延時(shí)子程序/////////////////////////////Delay:MOVR7,#13HDL1:MOVR6,#0FFHDJNZR6,$DJNZR7,DL1RET;//////程序結(jié)束///////////////////////////////////END四、實(shí)習(xí)的性質(zhì)、意義本課程是一門專業(yè)必修課,其實(shí)踐性,應(yīng)用性很強(qiáng)，是必不行少的一個(gè)重要學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)習(xí),學(xué)生應(yīng)駕馭局域網(wǎng)的概念、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、組成、規(guī)劃和實(shí)施,組建典型的局域網(wǎng),能給出組建的具體方案。深化了解典型網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)、安裝、配置和應(yīng)用。加深對理論教學(xué)內(nèi)容的理解和駕馭,使學(xué)生較系統(tǒng)地駕馭局域網(wǎng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)管理的基本方法。為學(xué)生從事網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、應(yīng)用等方面的工作打下肯定的基礎(chǔ)。五．學(xué)習(xí)心得體會(huì)此次在為期三周的實(shí)習(xí)中，收獲挺多。假如說我們以前學(xué)的都是一些理論學(xué)問，那么此次實(shí)習(xí)讓我們經(jīng)驗(yàn)了一次真正的實(shí)踐。這次的實(shí)習(xí)對我們來說無疑是一次較好的動(dòng)手熬煉機(jī)會(huì)，因此從一起先就抱著一種較仔細(xì)的態(tài)可在調(diào)試時(shí)仍舊出現(xiàn)了一點(diǎn)小問題，但在同學(xué)的幫助下，得到了一點(diǎn)解決的方法。這次的實(shí)習(xí)使我明白一個(gè)道理，在現(xiàn)代高速發(fā)展的今日，僅僅用一些理論學(xué)問來武裝大腦是不夠的，我們還須要用實(shí)際動(dòng)手操作實(shí)力來裝扮我們的雙手，只有如此才不負(fù)祖國對我們的培育，做好祖國的接班人，為祖國貢獻(xiàn)出自己的一份力氣。在完全的實(shí)習(xí)中我學(xué)習(xí)了許多的東西，使我眼界打開，感受頗深。課程雖然結(jié)束了，但學(xué)習(xí)還沒結(jié)束，我知道作為信息時(shí)代的高校生，作為國家重點(diǎn)培育的高科技人才，僅會(huì)操作鼠標(biāo)是不夠的，基本的動(dòng)手實(shí)力是一切工作和創(chuàng)建的基礎(chǔ)和必要條件。元件列表1R73k1R11221R1211R131kCapacitors----------2C1,C21000uF2C3,C40.1nF1C52uF1C60.33uf3C7-C92200uf1C101uf2C11,C1222pf1C1310uFIntegratedCircuits-------------------1U178121U279121U378051U6NE55321U11AT89C51Transistors-----------1Q1IRF540