基于单片机控制的开关电源论文

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目    录

引言        1

1  概述        1

1.1 课题来源及意义        2

1.2 课题基本要求        2

1.3 课题相关背景        2

2  开关电源方案设计        3

2.1 开关电源工作原理        3

2.2 开关电源与线性电源的比较        4

2.3 方案论证        4

2.3.1方案1        4

2.3.2方案2        5

2.3.3方案3        5

2.3.4方案分析        5

2.3.5总体结构设计        5

2.4 难点分析        6

2.4.1如何提高电源工作频率        6

2.4.2储能电感的绕制        7

2.4.3标度转换技术        7

2.5 控制技术选择        8

2.6 开关变换器结构分析与选择        9

2.7 开关电路器件参数选择        12

2.7.1功率开关管的选择        12

2.7.2 滤波电容的选择        13

2.7.3储能电感的选择        13

2.7.4续流二极管的选择        14

3  硬件电路设计        14

3.1 电源电路设计        14

3.1.1整流滤波电路        14

3.1.2开关变换电路        14

3.1.3分压电阻的计算        15

3.1.4保护电路        15

3.2 控制电路设计        16

3.2.1反馈电路设计        17

3.2.2四位数码显示电路设计        18

3.2.3单片机与键盘接口电路设计        19

4  软件设计        19

4.1 总体编程思想        20

4.1.1键盘防抖动子程序        20

4.1.2数码显示子程序        21

4.1.3采样子程序        22

4.1.4中断处理程序设计        23

4.1.5PID控制算法        24

4.1.6数字滤波        24

5  系统调试        25

5.1 硬件模块调试        25

5.1.1整流滤波电路的调试        25

5.1.2AD转换的调试        25

5.1.3脉冲输出电路的调试        25

5.1.4功率开关管的调试        26

5.2 电源性能指标的测试        26

5.2.1开关电源的技术指标        26

5.2.2输出电压的测试        27

5.2.3最大输出电流的测试        28

5.2.4过流保护的测试        28

5.2.5电压调整率的测试        28

5.2.6纹波电压的测试        29

6  结论        29

谢辞        29

参考文献        30

附录        31

引言

开关电源是利用现代电子电力技术控制功率开关管（MOSFET；三极管）的导通和关断的时间比来稳定输出电压的一种新型稳压电源。它是在电子、计算机、通信、电气、航空航天、军事以及家电等领域应用非常广泛的一种电力电子装置。具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点。

本文中研究的单片机控制开关电源，可以通过键盘预置期望输出电压值，模/数转换器对输出电压进行采样，由软件控制单片机输出相应的脉冲宽度，对开关电源进行脉宽调制，输出预期的电压。并采用PID算法控制输出电压稳定，构成可输出3v到12v的可调电压，并显示实时电压和预置值，通过键盘可随时修改PID参数以优化控制效果，并该系统可以给芯片提供工作电压，加以扩展可构成输出正负3到12伏的双极性电源。

单片机控制的开关电源具有设计弹性好的优点，可以按照设计者的思想灵活的工作。目前电子设备的日益小型化需要供电电源的小型化，这样制作小型化电源是未来电源制作的一个趋势，传统开关电源线路一般很复杂体积也较大，如果使用的单片机作为控制核心必将可以大大简化电源的结构，制作更加小的电源将成为可能，并且使用单片机可以扩展许多功能，如显示，实时控制调整电压，可维护性强，由于目前国内有专门的PWM输出的单片机价格昂贵，普通的单片机I/O口模拟的脉宽频率较低，速度较慢，远远达不到现代电源要求的工作频率，所以目前单片机控制的电源使用并不广泛，但是单片机在智能化以及可实现的用户友好界面，扩展性强等等方面的优势使其成为未来电源重要的发展方向。因此，我们研究单片机控制的开关电源，非常有现实意义。

随着半导体技术和微电子技术的高速发展，集成度高、功能强大的大规模集成电路的不断出现，使得电子设备的体积和重量不断下降，这就要求有效率更高、体积更小、重量更轻的开关电源，使之能满足电子设备的日益小型化的需要。这是未来开关电源设计所应考虑的第一个问题。

开关电源的效率是与开关管的变换速度成正比的，要进一步提高开关电源的效率，就要提高电源的工作频率。但频率提高后，对整个电路中的元器件又有了新的要求。进一步研制生产出适合于高频工作的开关管、高频电容、开关变压器、储能电感等元器件是开关电源设计所面临的另一个问题。

在开关电源中，由于功率晶体管工作在开关状态，当开关速度提高后，会受到电路中分布电感、电容成分或二极管中储存的电荷的影响而产生较大的浪涌和噪声，其交变电压和电流会通过电路中的元器件产生较强的尖峰干扰和谐波干扰，这些尖峰电压或电流可能会损坏电路的器件，同时这些干扰会污染市电电网，影响邻近的电子仪器与设备的在正常工作。虽然也可以采取一些抑制干扰的措施，在一定程度上降低这些干扰的影响，但目前阶段的精密电子仪器中，仍难以使用开关电源。因此，克服开关电源产生的各种噪声干扰，是我们要努力解决的第三个问题。

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