基于单片机的开关电源设计

湖南第一师范学院毕业论文主题基于单片机的开关电源设计学生姓名学号指导教师系名信息科学和工程系专业班完成时间湖南第一师范学院教务处制本科毕业论文(设计)基于单片机的开关电源设计学生名称：学部名称：信息科学雨工程系专业名称：电子科学和技术教师：毕业论文的作者声明1 .本人提交的毕业论文(设计)，是在指导教师的指导下，本人独立研究的成果。 除了正文中特别记载的地方，其他人或其他机关发表或写的成果不包含在正文中。 对正文的研究做出重要贡献的个人和集团已经在正文中明确记载。2 .本人完全理解湖南第一师范学院有关学位论文的保留、使用的规定，同意学院向国家有关部门和机关保留本论文的复印件和电子版提交，允许查阅、借用、编入相关数据库进行检索。 湖南第一师范学院同意可以用复印、打印、扫描等复印手段保存和编辑正文，可以用不同的方法在不同媒体上发表和传播正文的全部或部分内容。3 .湖南第一师范学院组织专家复审毕业论文(设计)时，发现本论文的抄本，所有结果均由本人负担，学院和毕业论文指导教师无关。这页只是手写签名，写上日期，不要修改其他地方作者签名： XXXXXXX日期：二o一XX年XX月XX日摘要本设计为STC89S52单片机系统、PWM脉冲宽度调制信号控制芯片TL494、开关电源Buck串联降压电路、A/D模块、D/A模块、键盘输入和LCD显示输出模块，输出电压为5V-15V的可变DC/电源模块由TL494控制Buck电流构成，通过电压反馈控制将输出电压稳定在所需电压。 STC89C52单片机控制器通过采样输出电压，向电源模块提供调整信号，改变各电源模块的内部输出电压，实现了输出稳定可调的电压。关键词： STC89C52单片机TL494； PWM脉冲宽度调制信号Buck电路Abstractthedesignmicrocontrollersystembystc 89 s 52 pwmpulsewidthmodulationsignalcontrolchitl 494交换机powersupsicbutchitionservicesbutchco PS/PS， d/a模块密钥输入和ldisplayingstheoutputputmodulestoproduceanoutputvoltageof 5v-15 vaddjacturablepowersupplystemofthedc DC module.thepowermoduleiscontrolledbythetl 494 bucketcurrreiscontiscontitutdbythevoltagefeedbackcontroloftheoutputvoltageregu ge.STC 89 c52 microcontrolcontronterthesanngupovevoltagebyargegratingsignaltothepowersupplymodule inordenternationautochaKeywords:STC89C52CM厘米； TL494； PWM Any diversion； bucketcircuit.毕业论文(设计)基于单片机的开关电源的研究与设计目录摘要IPS PS S第一章绪论11.1引言11.2开关电源的介绍1第二章开关电源DC/DC电路设计构想22.1开关电源的工作原理22.2开关电源的一般拓扑概述32.3开关电源DC/DC拓扑设计构想42.3.1 DC/DC基本拓扑设计方案42.4 DC/DC电路实现52.4.1 DC/DC电路参数设计72.5系统电源模块设计82.5.1整流滤波器电路设计82.5.2动作辅助电源参数设计9第三章控制系统的设计构想103.2单片机模块的设计113.2.1 STC89C52性能概要113.2.2最小系统设计113.3 A/D模块设计123.3.1芯片介绍123.3.2 TLC549动作顺序133.3.3 A/D电路设计143.4 D/A模块设计153.4.1 D/A芯片功能介绍153.4.2 D/A芯片I2C总线数据通信基本协议153.5接口电路的设计173.5.1显示接口电路设计173.5.2显示接口电路设计17第四章编程194.1主程序流程图的设计194.2键盘扫描仪设计204.3 A/D程序设计214.4 D/A程序设计22第五章系统调试235.1调整设备235.2调试方法235.3调试结果和分析23参考文献24附录1 :系统整体电路图25附录2 :系统实物图26附录3 :程序代码26谢35- 38 -第一章绪论1.1引言随着电子技术的发展，数字电路的应用领域逐渐扩大，在现在的社会中，产品的智能化、数字化成为要求的趋势，设备的性能、价格、发展空间等备受关注，特别是电子设备的精度和稳定度最受关注。 性能好的电子设备，首先不能切断稳定的电源，电源的稳定度越高，设备和周边条件越好，设备的寿命就越长。 在此基础上，人们对高精度、高稳定性的开关电源的需求越来越迫切。众所周知，很多科学实验无法断开电源，而且，在这些实验中，对通电时间、电压的高低、电流的大小及动态指标有特殊的要求，但在目前实验中使用的直流电源大多输出精度和稳定性不高的测定中，传统电源一般是模拟式和数字式的使用上，为了调整正确的电气或电流输出，需要结合正确的显示器进行测量，因为音量的电阻值特性是非线性的，所以调整很费时间，并且注意漂移使用非常不方便。 因此，开关电源不仅具有良好的输出质量，而且具有多功能且一定的智能，用精密的微机控制代替了精度小的人为操作，在实验开始前对一些参数进行预设，给各领域的实验研究带来了一定的便利和效率。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管的通断比率，维持稳定的输出电压的电源，具有高效率、小型的特征。 20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，计算机、编程开关、通信、电子检测设备电源、控制设备电源等已经被广泛使用。 开关电源向高频化、模块化、智能方向发展当前，小功率开关电源的设计中，一般采用专用集成芯片控制脉冲宽度调制技术。 使用专用PWM控制芯片具有电路简单、安装和调试简单、性能好、价格便宜等优点。1.2开关电源介绍开关电源是使用现代功率电子技术控制开关管的通断时间比率并维持稳定的输出电压的电源，开关电源一般由脉冲宽度调制PWM (脉冲宽度调制)控制IC和MOSFET组成。 与开关电源和线性电源相比，两者的成本随输出功率的增加而增加，但两者的增加率不同。 线性电源的成本在某个输出点相反比开关电源高的点称为成本反转点。 随着电力电子技术的发展和创新，开关电源技术也在不断创新，这一成本转折点越来越向低功率侧移动，为开关电源提供了广阔的发展空间。第二章开关电源DC/DC电路设计的思考2.1开关电源的工作原理Ui是开关电源的动作电压，即作为直流输入电压的k是控制开关，r是负载。 当控制开关k接通时，开关电源向负载r输出脉冲宽度Ton、宽度Ui的脉冲电压u。 当控制开关k断开时，开关电源相当于向负载r输出脉冲宽度Toff、宽度0的脉冲电压。 由此，控制开关k持续“接通”和“断开”，能够获得脉冲调制到负载的两端的输出电压： U。=Ui*Ton/D，但是，因为D=Ton/T，所以可以导出u。=Ui*D。 图2.1.1开关电源的工作原理图。图2.1.1开关电源的工作原理图串联式开关电源输出电压滤波电路由于大部分开关电源的输出是直流电压，所以一般的开关电源的输出电路包括整流滤波器电路。 图2.1.2是具有整流滤波器功能的串联式开关电源的工作原理图。图2.1.2带整流滤波器功能的串联式开关电源的工作原理图图2.1.2由整流二极管和LC滤波器电路构成。 这里，l是储藏滤波器的电感，在控制开关k接通的期间Ton限制大电流的通过，防止输入电压Ui直接施加给负载r，对负载r施加电压冲击，并且将电感中流过的电流iL转换成磁能并积蓄在控制开关k断开的期间Toff，发挥将磁能变换为电流iL并继续向负载r供给能量输出的作用的c是积蓄滤波器电容，在控制开关k导通期间Ton，将流过积蓄电感l的电流的一部分变换为电荷并积蓄， d是整流二极管，主要功能是回流作用，因此被称为回流二极管，其作用在控制开关关断期间Toff，向储存平滑电感器l释放能量在控制开关断开的期间Toff，在储藏电感l中产生反电动势，流过储藏电感l的电流iL从反电动势eL的正极流出，通过负载r通过回流二极管d的正极，从回流二极管d的负极流出，返回到反电动势eL的负极。2.2开关电源的一般拓扑概述DC-DC转换有隔离和非隔离两种。 虽然输入输出隔离的方式是安全的，但是隔离变压器的泄漏磁通和损失等会降低效率，但在本问题上并不要求输入输出隔离。 具体有以下几个方面拓扑1 :降压斩波电路(Buck Chopper )。 开关管T1通过占空比d的PWM波交替地导通或截止控制，经由l和c滤波器得到负载r稳定的直流输出电压u。 这个电路是降压电路，可以达到主题要求的5-15V的输出电压。 如图2.2.1所示。图2.2.1降压斩波电路拓扑2 :升压斩波电路(Boost Chopper )。 并联开关电路的原理与串联开关电路类似，该电路是升压型电路，开关接通时存储电感，断开时输出电感。 如果电感线圈合理，则无法实现主题要求的5-15V，输出电压u连续呈现平滑的特性。 如图2.2.2所示。图2.2.2升降压电路拓扑3 :升压斩波电路(Boost-Buck Chopper )。 实际上，该电路在串联开关电路之后连接了并联开关电路。 电感的贮藏特性实现了升降压，电路控制复杂。 如图2.2.3所示。图2.2.3升降压电路2.3开关电源DC/DC拓扑设计的思考2.3.1 DC/DC基本拓扑设计方案该系统将数字信号转换为模拟信号，与输出采样的反馈信号相加后输入到PWM控制芯片的比较侧，芯片自身根据反馈量自动地调整PWM信号的占空比。 可以得到必要的稳定电压值。本系统主要由辅助工作电源、电源模块、单片机等的一部分组成，硬件系统的框图如图2.3.1所示，其中输出微机可调电源模块的拓扑为Buck电路。输入。过滤器直流/直流变换输出过滤器电气抵抗控制集成电路控制脉冲电压反馈。二极管微机调整信号被给了电压采样24V-是图2.3.1硬件系统框图2.4直流/直流电路的实现本设计采用了以TL494芯片为中心的PWM控制器。 TL494是一种性能优异的脉冲宽度控制电路，作为推挽式、全桥半桥开关电源控制器，工作额定频率为lOkHz-300kHz，输出电压可以达到40V。 其内旗有线性锯齿波振荡器，振荡频率可以通过外部电阻和电容调整。 工作温度范围： TL494为-40-85。 1、2脚和1、5、16脚分别是两个电压比较器的输入端，这次设计的电源只输出一个电压，所以只需要一个丝绸比较器，所以把1 5、16脚分别连接到v上。 在地上进行屏蔽，然后用1脚FB，2脚反馈标准电压Vrct，通过比较1、2脚的电位来控制占空比。在本控制器中，只有TL494的误差放大器I登场，放大器的IN(16脚)错误地接地，IN(15脚)成为高电平。 为了保护TL494的输出晶体管，用R26和R25分压，在4脚接近0.3V的间歇期间调整了电压。 R13、C1