基于单片机的开关电源设计.docx

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1、基于单片机的开关电源设计摘要论文主要为了设计可控的开关电源，在日常的生活当中开关电源已经被普遍的应用，基本上生活当中所经常用到的电子产品当中都有它的存在。同时随着科技的不断发展，电子设备对电源也有了越来越高的要求。而对于复杂的传统的开关电源结构，使用单片机和键盘能够简化结构以及可以实现对它的智能控制。论文以89C51单片机为核心，通过脉宽调制来实现智能化的闭环控制。同时，利用来单片机对开关电源进行控制，使它拥有更加完善与精进的功能，使它具有智能化和人性化的特点更加凸显出来，同时也可以更好的进行实时监控。本设计的主要作用是对开关的输出电压进行检测，并通过按键编程设置所需的电压，再通过A/D转换电

2、路对输出电压进行采样，再通过P1D算法对输出电压进行运算，对所控制量及占空比来进行调整，以此来得出所需的输出电压，再通过PID控制来调整输出电压，使输出电压维持在预定的范围之内；P1D参数也可以根据使用者所需的电压随时调整。设计验证了单片机对于开关电源的智能控制。使用者将所需要的电压值用键盘来进行提前设定，以此来让单片机对脉宽进行调整，使输出的电压值来达到自身所期望的数值，同时还可以起到保护电源的作用。关键词：开关电源；单片机；脉宽调制；P1D算法AbstractThepapermain1ytodesigncontro11ab1eswitchingpowersupp1y，indai1y1ife

3、switchpowersupp1yhasbeenwide1yused,basica11y1ifeisoftenusedinthee1ectronicproductshaveitsexistence.Atthesametime,withthecontinuousdeve1opmentofscienceandtechno1ogy,e1ectronicequipmenta1sohashigherandhigherrequirementsforpowersupp1y.Forthecomp1extraditiona1switchingpowersupp1ystructure,theuseofmicroc

4、ontro11erandkeyboardcansimp1ifythestructureandcanachieveinte11igentcontro1ofit.Thispapertakes89C51sing1e-chipmicrocomputerasthecore,andrea1izesinte11igentc1osed-1oopcontro1throughpu1sewidthmodu1ation.Atthesametime,theuseofsing1e-chipmicrocomputertoswitchthepowersupp1ycontro1,sothatithasamoreperfecta

5、ndadvancedfunction,sothatithasthecharacteristicsofinte11igentandhumanizedmoreprominent,buta1socanbebetterrea1-timemonitoring.Themainfunctionofthisdesignistodetecttheoutputvo1tageoftheswitch,settherequiredvo1tagethroughthekeyprogramming,thensamp1etheoutputvo1tagethroughtheA/Dconversioncircuit,thenca1

6、cu1atetheoutputvo1tagebythePIDa1gorithmandadjusttheoutputvo1tage,soastoobtaintherequiredoutputvo1tage,thenadjusttheoutputvo1tagethroughPIDcontro1,tomaintaintheoutputvo1tagewithinthepredeterminedrange;ThePIDparameterscana1sobeadjustedatanytimeaccordingtothevo1tagerequiredbytheuser.Thedesignverifiesth

7、einte11igentcontro1oftheswitchingpowersupp1y.Theuserwi11needthevo1tageva1uewiththekeyboardtosetinadvance,soasto1etthesing1echipmicrocomputertoadjustthepu1sewidth,sothattheoutputvo1tageva1uetoreachtheirdesiredva1ue,buta1socanp1ayaro1einprotectingthepowersupp1y.Keywords：switchpowersupp1y;sing1econtro1

8、1er;pu1sewidthmodu1ation;PIDa1gorithm目录引言1第一章开关电源方案设计31.1 开关电源的工作原理31.2 设计方案论证41.2.1 开关电源与线性电源的比较41.2.2 方案论证41.2.3 总体结构的设计4第二章开关电源设计分析62.1 系统难点分析62.1.1 提高电源工作效率62.1.2 标度转换技术62.2 开关电源的控制方式72.2.1 电压控制模式72.2.2 电流控制方式82.3 开电路器件参数选择102.3.1 功率开关管的选择102.3.2 滤波电容的选择112.3.3 储能电感的选择12第三章硬件电路设计133.1 电源电路设计133.

9、1.1 整流滤波电路133.1.2 开关变换电路133.1.3 保护电路143.2 控制电路设计153.2.1 反馈电路设计163.2.2 数码显示电路设计173.2.3 单片机与键盘接口电路设计18第四章软件设计194.1 总体编程思想194.2 键盘防抖动子程序194.3 显示子程序204.4 采样子程序214.5 中断处理程序设计224.6 PID控制算法234.7 数字滤波24第五章系统调试255.1 硬件模块调试255.1.1 整流滤波电路的调试255.1.2 A/D转换的调试265.1.3 脉冲输出电路的调试265.1.4 功率开关管的调试265.2 电源性能指标的测试265.2.

10、1 开关电源的技术指标275.2.2 输出电压的测试275.2.3 最大输出电流的测试285.2.4 过流保护的测试295.2.5 电压调整率的测试295.2.6 纹波电压的测试295.3 测试结果30结论31参考文献32致谢32引言开关电源是一种新型的稳压电源，它是用现代的电力电子技术来控制开、关的时间比来实现输出电压的稳定。从上世纪90年代以来开关电源相继进入各种电子、电器设备领域。计算机、程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源川o这种开关源具有能够使电能转换效率提高及控制精度高、重量轻、体积小和快速性好等优点。由于近些年来电子技术的突飞猛进般的崛起，所

11、有的电子设备读取电源的标准更加的严格，同时电源也不断迈向高可靠性、高效率和智能化。传统的PWM开关电源采用特殊PWM芯片，其结构比较复杂，但是可以通过MCU和键盘来实现功率结构的缩小，从而达到可以智能控制电源的目的，运用温度传感器来对系统中的输出电压调整，以此来获得更加稳定精确的输出电压。本文采用单片机控制的线性功率源,可以在键盘上预置所需的输出电压,然后由模数转换器采样,然后在数码管上进行显示。电力技术是把现代电子技术、自动控制技术和电力转换技术有机地结合起来的一项技术。随着科学技术的进步，电力技术与其他科学领域的关系日益紧密。当前，电力系统的技术正在逐渐走向跨学科的领域。在众多电力相关领域

12、，尤其是在电力系统的应用中发挥了巨大的作用，它的供电质量高，效率高，可靠性高。当前的高新科技基本上都与市电的相位、频率、电压、波形、电流等基本参数的控制与转化有着一定的联系，采用单片机对其进行高效的处理和控制，并能通过大量的电能来实现频率的变换，为很多高科技的应用带来了巨大的方便。总而言之，它不仅仅是一种高科技，更是其他技术的基础。电力供应技术的发展，极大地节约了电能，减少了材料的消耗，提高了生产的效率，同时也给人们的生产和生活带来了极大的冲击。开关电源因其低功耗、高效率而被广泛地应用于许多方面。随着电子技术的飞速发展，各种电子设备对电力的需求量越来越大，电力系统的供电模式也在朝着高效率、高可

13、靠性、高智能的方向发展。传统开关电源使用专门的脉宽调制芯片，结构复杂，而利用单片机和键盘可以简化电源结构，实现对电源的智能控制，系统采用了温度传感器对输出电压进行校正，使得输出电压更稳定精确度也更。采用单片机进行开关供电，具有很强的设计灵活性，可以按照试验人员的要求进行操作。因为现在的电子产品越来越小型化,所以对电源的需求也越来越小,传统的电路也越来越复杂，如果用单片机来控制的话，那么就可以大大的降低系统的容量，制造出一个小型的电力系统，并且还可以增加一些其他的功能。目前国内采用的PWM技术相对较高，但I/O端口的PWM输出速率相对较低，其工作频率远远达不到现代电源的要求，所以目前还没有采用单

14、片机来实现大规模的供电，而在智能、人机界面、可扩展性等诸多优点的情况下，单片机将成为未来电源发展的一个重要方向。因此，在本课题中，采用单片机来进行开关电源的设计具有很高的实用价值。众所周知供电的重要性，但因为常规的供电方式有一些方面可以被改善和进步。比如，传统的电力系统的利用率就比较低，在线性放大时，电力管的输出电流与电力管的电流有一定的关系，如果提高了，就会造成损耗。一般的直线功率大约在45%到50%之间。因此，提高供电的利用率是一个复杂的问题，在今后的供电设计中，应优先考虑。由于在切换状态下，电源转换管工作，即当开关管处于开启状态时，它的工作效率最高，通常为80%,而这一次，它使用的是切换

15、式电源，通过输出电压与输入电压之比，使输入电压达到一个恒定的状态，因此,可以对输出电压进行A/D转换，显示数字管，然后用键盘设置电压。第一章开关电源方案设计1.1 开关电源的工作原理开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成叫直流变换器是一种重要的开关电源，一种可以把直流电流经过直流转换器转换成不同极性和数值不同的直流电压的器件。按照功率管工作方式的不同，可以将电源分为开关电源与线性电源。线性电源是很早以前就开始发展的电源，它的功率管在线性放大区内工作。而开关电源相对于线性电源来说是在其基础上发展起来的一种新型的电源，使线性电源大部分的不足得到了一定的提升与改善，但是开关电源本身也还有一定的缺陷。如下图1.1开关电源的工作原理是：预先设定一个IOV的标准电压，但是因为不稳定的外部电源，会导致输入电压Vi不稳定，产生波动，从而导致输出Va不稳定。因为这种情况是，采集的电压不是IOV,比如9V的采集电压，与标准的偏差是IV,经过系统的比较，经过这样的比较，PWM电路可以调节开关的ON和OFF的比率，使其输出电压尽可能地与标准电压相匹配。例如，如果取样电压偏低，则系统增加工作周期，使开关管工作在接通状态，从而增加了输出电压。同理，当采样电压偏大时，系统降低占空比使开关管工作在