王斐的开题报告模版.doc

本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。本科毕业设计开题报告 题 目： 基于单片机控制的开关电源设计 专 题： 院 （系）： 电气与信息工程学院 班 级： 电 姓 名： 王 斐 学 号： 3 指导教师： 教师职称： 工程师 黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题 目基于单片机控制的开关电源设计来源工程实际1、研究目的和意义目的：开关电源是利用现代电力电子技术控制功率开关管（MOSFET,IGBT）开通和关断的时间比率来稳定输出电压的一种新型稳压电源。从上世纪90年代以来开关电源相继进入各种电子、电气设备领域，通讯、计算机、程控交换机、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。利用单片机控制的开关电源，可是开关电源具备更加完善的功能，智能化进一步提高，便于实时监控。其功能主要包括对运行中的开关电源进行检测、自动显示电源状态；可以通过按键进行编程控制；可以进行故障自诊断，对电源功率部分实现自动监测；可以对电源进行过压、过流保护；可以对电池充放电进行实时控制。本课题主要讲述基于AT89C51单片机与PWM控制芯片的智能开关电源的设计方法。意义：电源的重要性不可否认，但是传统电源存在不足的地方，例如，传统电源效率不高，线性电源由于功率管是工作在线性放大状态，功率管的电流和输出电流是成比例的，因此当输出电流越大时，功耗就越大。通常，线性电源效率只有45%到50%左右，因此提高电源效率是未来的电源设计，应着重解决的问题，而开关电源能很好的解决这个问题，开关电源的功率开关管是工作在开关状态的，也就是说，只是在开关管导通时，管子才会产生损耗，因此开关电源的效率比线性电源的高得多，通常可以达到80%以上，本设计选择开关电源作为研究对象，利用其输出电压和输入电压之间占空比的关系，假定输入基本稳定，利用单片机控制占空比，就可以控制输出电压，通过A/D转换，采样输出电压，使用数码管显示，通过键盘预置电压，实现可调开关电源的制作。2、国内外发展情况(文献综述)1955年美国科学家罗耶(G. H. ftayer )首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后，利用这一技术的各种形式的晶体管直流变换器不断出现，从而取代了早期采用的可靠性差、转换效率低下的旋转式和机械振子式换流设备。由于设备和工艺落后的原因，当时还不能制作出开关速度快、耐压高、功率大的晶体管，因此该时期的直流变换器只能采用低压输入。60年代末，耐高压的晶体管出现了，从此直流变换器可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要笨重的工频变压器降压了。至此开关电源的体积和重量大为减小，效率得以较大的提高。70年代以后，与这种技术相关的高频高压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、变压器铁芯等器件不断被研制生产出来，使得开关稳压电源得到了很快的发展，并且被广泛应用于电子计算机、通信、航空、航天、家用电器等领域内。随着半导体技术的飞速发展，尤其是大规模集成电路的广泛应用，使得电子设备向着小型化、固态化方向发展。同时也对电源设备提出了更高的要求，要求电源设备同样向小型化、高效化发展。开关电源的出现，成为电源史上的一次革命，尤其史自70年代以来，开关电源技术在世界各地发达国家得到了广泛应用。这种电源由于功率变换器工作在20kHz以上的高频，且开关晶体管工作于开关状态，因而甩掉了笨重的工频变压器，使电源的体积和重量大大减轻，而效率却比采用工频变压器的线性电源大大提高了。最近几年来，开关电源不断向高频化发展，并且不断涌现出功能完备的集成控制电路，使得开关电源线路日益简单化，在于线性电源的市场竞争中呈现先导之势。我国的三极管直流变换器及开关电源的研制工作开始于60年代初期，到了60年代中期进入了实用阶段，紧跟着70年代初开始研制无工频变压器开关电源。1974年研制成功了工作频率为10千赫兹、输出电压为5V的无工频开关电源。近30年来，许多研究所、工厂及高校已研制出多种型号的开关电源，并广泛的应用于电子计算机、通信、家电等许多方面，取得了很好的效果。工作频率为100千赫兹200千赫兹的高频开关电源于80年代初期开始研制，90年代初试制成功，目前产品已经是非常成熟的电子产品。尽管我国在开关电源研制方面取得一些成绩，但由于我国的半导体技术与工艺跟不上时代发展，在开关稳压电源的研究和生产方面与西方国家存在一定得差距。3、研究/设计的目标：通过硬件电路及软件的有效结合，采用数字控制技术，可以较好地解决模拟开关电源的带负载能力差、不能实现精确控制、抗干扰能力差等缺点，达到了对运动中的开关电源进行监测，通过按键进行电压的连续可调，自动显示电源输出，故障自诊断和自动保护。（1）设计、制作开关电源。（2）使用单片机构成嵌入式控制系统。（3）掌握开关电源的设计方法。（4）掌握单片机软件编程方法。（5）掌握PID控制原理。4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：开关电源的工作原理是： 1、交流电源输入经整流滤波成直流； 2、通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上； 3、开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载； 4、输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的。 实验步骤: 1.单片机控制开关电源的必要性。 2.方案分析及确定。 3.确定设计的方法与思路。 4.选择合适的元器件。 5.完成开关电源实物。 6.测试及使用说明。 研究方法： 研究开关电源设计的基本思路，按照其原理设计在原有基础上进行性能优化。6、方案的可行性分析：基于单片机控制的开关电源电路工作原理为，市电经EMI滤波、整流滤波变成直流电送入功率变换电路（DC/DC），功率变换电路在PWM电路和单片机的控制下输出稳定的直流电压。用户可根据需要通过键盘对开关电源输出的电压值调节，单片机系统自动对电源输出电压进行数据采样，并与用户给定数据进行比较，然后根据设置的调整算法控制开关调整电路，使电源输出电压符合给定值。单片机在调整电源输出电压的同时还要检测电路的输出功率，当输出功率超过最大功率时，就起动保护电路，实现保护功能。为了是智能开关电源可靠、安全地工作，本系统可以设置多重监测和保护系统，主要包括欠压、过压和短路保护。7、该设计的创新之处（1）可以实现一些先进的，但叉比较复杂的控制方法，而这些方法用模拟电路是不能或不容易实现的。 （2）外围模拟器件数目很少，由于模拟器件的老化和温度漂移等引起的控制性能变差的问题，可以得到有效的改善，可靠性大大地提高。 （3）控制算法通过软件来实现，可以避免模拟器件参数的离散性所引起的控制特性的不一致性。 （4）控制方法或参数的修改成本低、周期短。 (5）适应于对电源模块要求不断提高的智能化要求，能使控制与监控集成在一起，由一个芯片来完成。8、设计产品的主要用途和应用领域：开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，成本反转点日益向低翰出电力端移动，这为开关电源提供了广阔发展空间。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小犁化，拜使开关电源进入更广泛的应用领域。特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用，在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。9、时间进程：12周：查找资料，调研课题内容。34周：分析系统模型，设计总体方案。58周：系统的硬件设计。912周：控制器设计，系统的软件设计。1314周：系统改进设计。1518周：论文写作,准备答辩。10、参考文献： 1.张占松，蔡宣