降压斩波电路毕业设计

重庆交通大学电力电子技术课程设计直流降压斩波电路学生姓名周瑶小组成员周瑶、姜飞、王圆月专业班级电气工程与自动化2012级1班学学号号631224060133指导老师余腾伟老师设计时间2015至2016学年第一学期目录一、摘要2二、设计要求与方案221设计要求222方案确定3三、主电路设计331主电路方案332工作原理333参数分析4四、电路方案设计5五、驱动电路设计6六、采样模块设计6七、显示电路设计7八、单片机程序8九、课程设计总结10十、参考文献10十一、附图11一、摘要摘要论文设计基于52单片机的直流降压斩波电路，分析BUCK电路降压原理，利用STC89C52单片机实现从9V到5V降压电源的设计，利用采样芯片对输出电压采样，用四段八位数码管进行显示，已达到课程设计的要求。关键字52单片机、BUCK电路、采样、显示ABSTRACTTHISTHESISISADESIGNOFDCBUCKCHOPPERCIRCUITBASEDON52SCMWITHANALYSISOFTHEPRINCIPLEOFBUCKCIRCUIT,THISDESIGNUSESTC89C52MCUTOREALIZETHEREDUCEOFTHEPOWERSUPPLYFROM9VTO5VTHESAMPLINGCHIPTAKESAMPLEOFTHEOUTPUTVOLTAGEANDTHEFOURSECTIONEIGHTBITDIGITALTUBEDISPLAYITFINALLY,THISCIRCUITHASREACHEDTHEREQUIREMENTSOFCURRICULUMDESIGNKEYWORDSBUCKCIRCUIT,52SCM,SAMPLING,DISPLAY二、设计要求与方案21设计要求211课程设计目的1、培养文献检索的能力，特别是如何利用INTERNET检索需要的文献资料。2、培养综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。3、培养运用知识的能力和工程设计的能力。4、提高课程设计报告撰写水平。212课程设计要求（1）设计制作一个直流斩波电路，实现9V电压输入到5V电压输出，并EVDLREM显示电压值。通过降压斩波电路将高电压转变为稳定的低电压；（2）合理选择IGBT以及各元器件的参数；（3）驱动电路的设计以及通过单片机控制驱动电路发出控制信号作用于IGBT门极实现降压斩波电路功能。22方案确定电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路，保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能，当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动电路。控制电路是用来产生降压斩波电路的控制信号，控制电路产生的控制信号传到驱动电路。驱动电路把控制信号转换为加在开关控制端，可以使其开通或关断的信号。通过控制开关的开通和关断来控制降压斩波电路的主电路工作。三、主电路设计31主电路方案根据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路，可运用电力电子开关来控制电路的通断即改变占空比，从而获得我们所想要的电压。这就可以根据所学的BUCK降压电路作为主电路，这个方案是较为简单的方案，直接进行直直变换简化了电路结构。而另一种方案是先把直流变交流降压，再把交流变直流，这种方案把本该简单的电路复杂化，不可取。至于开关的选择，选用比较熟悉的全控型的IGBT管，而不选半控型的晶闸管，因为IGBT控制较为简单，且它既具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单等特点，又用通态压降小、耐压高、电流大等优点。32工作原理根据所学的知识，直流降压斩波主电路如下图所示直流降压斩波主电路使用一个全控器件IGBT控制导通。用控制电路和驱动电路来控制IGBT的通断，当T0时，驱动IGBT导通，电源E向负载供电，负载电压E，负载电流按指数曲线上升。电路工作时波形图如下图所示0U0I降压电路波形图当时刻，控制IGBT关断，负载电流经二极管续流，负载电压1TDV近似为零，负载电流指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，故串联0UL值较大的电感。至一个周期T结束，再驱动IGBT导通，重复上一周期的过程。当电力工作于稳态时负载电流在一个周期的初值和终值相等，负载电压的平均值为IIITTUUTONONF为IGBT处于通态的时间；为处于断态的时间；T为开关周期；ONTOFT为导通占空比。通过调节占空比使输出到负载的电压平均值最大为E，若减小占空0比，则随之减小。由此可知，输出到负载的电压平均值UO最大为UI，0若减小占空比，则UO随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。33参数分析主电路中需要确定参数的元器件有IGBT、二极管、直流电源、电感、电阻值的确定，其参数确定如下实验材料为L1MH，R30。计算电感断续与连续时的临界频率。00LLIITOOOEOTTTEMIGTTTIGTONTOFIOI1I2I10I20T1UOABOOTEEIGTONTOFIOTXI1I2I20T1T2UO零状态响应REIM1TLETI当时，1T11IRETITML之后为零输入TLEITI143100L当时间，。5TLI选用占空比为50时，周期T，则临界频率。310KHZF3选取作为开关管的频率。KHZF2四、电路设计方案控制芯片为STC89C52。此控制芯片没有内置AD采样电路，所以需要自己添加采样电路，我们选取ADC0809作为采样芯片，考虑需要显示3位数字，四位八段共阴极数码管足够满足要求。驱动芯片选取IR2103半桥功放，因为驱动芯片的地与主电路的地需要隔开，所以加一个光耦进行隔离。如下图五、驱动电路设计IR2103是半桥驱动器，也可以用两个组成H桥驱动。HIN输入高电平HO就输出高电平，但这个电平是相对VS而言的；LIN输入低电平LO就输出低电平，但这个电平是相对COM而言的。自举电容的作用是提供高端驱动的电源VB，高端驱动输出TC是高频振荡的，当上管导通时是高压端电压，当下管导通时是低电平，当TC为低电平时，由VCC经二极管给自举电容充电之接近VCC电压，VCC同时给VB供电，当TC为高电平时，二极管截至，自举电容放电给VB供电。自举电容只有在高频振荡时才能起作用。因为我们只需要驱动一个MOS管，所以我们简化电路采用低边输出，将二极管和电容去掉，HIN接地。光耦选取4N25，因为单片机的驱动能力有限，光电二极管采用上拉电阻与单片机接口连接。如下图六、采样模块设计ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。分辨率为8位，具有转换起停控制端，转换时间为100S时钟为640KHZ时，130S（时钟为500KHZ时），单个5V电源供电。模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。工作温度范围为4085摄氏度，低功耗约15MW。原理图与引脚图如下所示各引脚功能IN0IN78路模拟量输入端。21288位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。ALE地址锁存允许信号，输入端，产生一个正脉冲以锁存地址。STARTA/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100NS宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。EOCA/D转换结束信号，输出端，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平OE数据输出允许信号，输入端，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（）、REF（）基准电压VCC电源，单一5V。GND地。我们选取IN0作为输入，则ADDA、ADDB、ADDC三个引脚都接地，为了节约单片机内部资源采用定时等待方式进行采样。七、显示电路设计STC89C52单片机可以直接驱动八段数码管，因为是共阴极数码管，则高电平点亮段选。低电平选中位选。如下图八、单片机程序/名称ADC0809数模转换与显示说明ADC0809采样通道0输入的模拟量，转换后的结果显示在数码管上。/INCLUDEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINT/各数字的数码管段码（共阴）UCHARCODETABLE0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X7,0X7F,0X6F/正常数码UCHARCODETABLE10XBF,0X86,0XDB,0XCF,0XE6,0XED,0XFD,0X87,0XFF,0XEF/带小数点的数码/UCHARCODEWELA0XFE,0XFC,0XFB,0XF7/SBITCLKP04/时钟信号SBITSTP03/启动信号SBITEOCP02/转换结束信号SBITOEP01/输出使能SBITPWMP00/输出使能UCHARNUM,II,AA0/延时VOIDDELAYMSUINTMSUCHARIWHILEMSFORI0I120I/显示转换结果VOIDDISPLAY_RESULTUCHARDNUMD039DNUM10IINUM/1010P20XF7/第1个数码管显示整数P1TABLE1IIDELAYMS9P20XFB/第2个数码管显示小数P1TABLEDDELAYMS9/主程序VOIDMAINTMOD0X02/T1工作模式2TH00X14TL00X00IE0X82TR01WHILE1ST0ST1ST0/启动A/D转换WHILEEOC0DISPLAY_RESULTAA/等待转换完成OE1AAP3OE0/T0定时器中断给ADC0808提供时钟信号VOIDTIMER0_INTINTERRUPT1CLKCLKPWMPWM九、课程设计总结经过两周多的电力电子课程设计，真的是获益不少。当接到这个任务时候感觉真正要学的东西来了，以前所学的理论知识终于可以用上了。于是拿起了课题认真的看了看，结果发现一头雾水，就大概知道一个主电路而已。而至于控制电路和保护电路根本就不知道怎么回事，只知道以前做实验有用过控制电路而不知道里面的内部是怎么接线的。于是通过慢慢的看书，我在直流直流变流电路那一章中掌握了IGBT降压斩波电路主电路的设计，在PWM控制技术那一章中掌握了控制电路的设计。一周半的设计，不仅让我加深了很多课本上的知识，也让我懂得了很多其它的。虽然已经会设计电路图了，但把它画出来也不是件容易的事啊，后来经过多次画图操作渐渐地也较熟悉了。通过这个设计，要做成一个可用的、实际的实物靠得是细节。以前课本上所