开关电源原理、设计及实例[陈纯锴][电子教案(PPT版本)]第10章

1、 图图10-810-8（C C） LCDLCD显示电路显示电路 图图10-810-8（G G） 单片机电路单片机电路 预设值（预设值（V V）0.50.51.001.001.501.502.002.002.502.503.003.003.503.504.004.004.504.505.005.00实际值（实际值（V V）0.4920.4921.0101.0101.5021.5021.9871.9872.5072.5073.0103.0103.4923.4924.0124.0124.4974.4975.0215.021预设值（预设值（V V）5.505.506.006.006.506.507.0

2、07.007.507.508.008.008.508.509.009.009.509.5010.0010.00实际值（实际值（V V）4.4894.4896.0286.0286.4926.4927.0087.0087.4897.4898.0018.0018.4998.4999.0079.0079.4939.4939.9799.979图图10-11 10-11 系统总体框图系统总体框图 (2) (2)输入输入/ /输出引脚，输出引脚，P0P0端口端口(P0.0(P0.0P0.7)P0.7)：P0P0口是一个口是一个8 8位位漏极开路的双向漏极开路的双向I/OI/O口。作为输出口，每位能驱动口。作

3、为输出口，每位能驱动8 8个个TTLTTL逻辑电逻辑电平。对平。对P0P0端口写端口写“1”1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，序和数据存储器时，P0P0可用作多路复用的低字节地址可用作多路复用的低字节地址/ /数据总线。数据总线。在这种模式下，在这种模式下，P0P0具有内部上拉电阻。在对具有内部上拉电阻。在对flashflash存储器行编程存储器行编程时，时，P0P0口用于接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节；口用于接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节；这时需要外部上拉电阻。这时需要外部上拉电阻。P1P1端口端口(P1.0(P

4、1.0P1.7)P1.7)：P1P1口是一个具口是一个具有内部上拉电阻的有内部上拉电阻的8 8位双向位双向I/OI/O口，口，P1P1输出缓冲器能驱动输出缓冲器能驱动8 8个个TTLTTL逻辑电平。对逻辑电平。对P1P1端口写端口写“1”1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。时可以作为输入口使用。P2P2端口：端口：P2P2口也是一个具有内部上拉口也是一个具有内部上拉电阻的电阻的8 8位双向位双向I/OI/O口，口，P2P2输出缓冲器能驱动输出缓冲器能驱动4 4个个TTLTTL逻辑电平。逻辑电平。 10.3.4.2 10.3.4.2 A/DA/D

5、和和D/AD/A模块模块 A/D A/D转换模块采用转换模块采用TLC2543TLC2543芯片完成，它是芯片完成，它是1212位串位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/DA/D转换过程，由于是串行输入结构，能够节省转换过程，由于是串行输入结构，能够节省5151系列单系列单片机片机I/OI/O资源；且价格适中，分辨率较高，因此在仪资源；且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。器仪表中有较为广泛的应用。TLC2543TLC2543特点如下所述：特点如下所述： A/DA/D转换器有转换器有1212位分辨率；在工作温度范围内转换

6、位分辨率；在工作温度范围内转换时间为时间为1010微秒；有微秒；有1111个模拟输入通道；采用个模拟输入通道；采用 3 3路内置路内置自测试方式；有转换结束自测试方式；有转换结束(EOC)(EOC)输出；具有单、双极输出；具有单、双极性输出；有可编程的性输出；有可编程的MSBMSB或或 LSBLSB前导；输出数据长度前导；输出数据长度可以编程设定为可以编程设定为8 8位、位、1212位或位或1616位。位。 10.3.4.2 10.3.4.2 A/DA/D和和D/AD/A模块模块 10.3.4.2 10.3.4.2 A/DA/D和和D/AD/A模块模块 10.3.4.2 10.3.4.2 A/

7、DA/D和和D/AD/A模块模块 10.3.4.2 10.3.4.2 A/DA/D和和D/AD/A模块模块 10.3.4.2 10.3.4.2 A/DA/D和和D/AD/A模块模块 10.3.4.2 10.3.4.2 A/DA/D和和D/AD/A模块模块 10.3.4.2 10.3.4.2 A/DA/D和和D/AD/A模块模块 10.3.4.2 10.3.4.2 A/DA/D和和D/AD/A模块模块 10.3.4.2 10.3.4.2 A/DA/D和和D/AD/A模块模块 10.3.4.2 10.3.4.2 A/DA/D和和D/AD/A模块模块 10.3.4.3 10.3.4.3 恒流源模块恒

8、流源模块 10.3.4.3 10.3.4.3 恒流源模块恒流源模块 10.3.4.4 10.3.4.4 语音电路模块语音电路模块 10.3.4.4 10.3.4.4 语音电路模块语音电路模块 10.3.4.4 10.3.4.4 语音电路模块语音电路模块 10.3.4.4 10.3.4.4 语音电路模块语音电路模块 10.3.4.4 10.3.4.4 语音电路模块语音电路模块 10.3.4.4 10.3.4.4 语音电路模块语音电路模块 10.3.4.4 10.3.4.4 语音电路模块语音电路模块 10.3.4.5 10.3.4.5 串口通信模块串口通信模块 10.3.4.5 10.3.4.5

9、串口通信模块串口通信模块 功耗低，典型供电电流功耗低，典型供电电流5mA5mA； 内部集成内部集成2 2个个RS-232CRS-232C驱动器；驱动器； 内部集成两个内部集成两个RS-232CRS-232C接收器；接收器； 高集成度，片外最低只需高集成度，片外最低只需4 4个电容即可工作。个电容即可工作。 图图10-2110-21为通信芯片为通信芯片MAX232MAX232引脚图，内部结构基本引脚图，内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6脚和脚和4 4只电容构成。功能是产生只电容构成。功能是产生+1

10、2v+12v和和-12v-12v两两个电源，提供给个电源，提供给RS-232RS-232串口电平的需要。第二部分是串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由数据转换通道。由7 7、8 8、9 9、1010、1111、1212、1313、1414脚构脚构成两个数据通成两个数据通 10.3.4.5 10.3.4.5 串口通信模块串口通信模块 10.3.4.5 10.3.4.5 串口通信模块串口通信模块 10.3.4.5 10.3.4.5 串口通信模块串口通信模块 本设计本设计RS232CRS232C接口选用接口选用9 9芯接头，电平转换芯片芯接头，电平转换芯片选用选用MAX232AMAX232A，

11、用来实现，用来实现232232电平与电平与TTLTTL电平的转换。电平的转换。串口通信电路如图串口通信电路如图10-2210-22所示，采用了三线制连接串所示，采用了三线制连接串口，也就是说和电脑的口，也就是说和电脑的9 9针串口只连接其中的针串口只连接其中的3 3根线：根线：第第5 5脚的脚的GNDGND、第、第2 2脚的脚的RXDRXD、第、第3 3脚的脚的TXDTXD。MAX232MAX232的的第第1010脚和单片机的脚和单片机的1717脚连接，第脚连接，第9 9脚和单片机的脚和单片机的1818脚脚连接，第连接，第1515脚和地线连接。脚和地线连接。10.3.4.5 10.3.4.5

12、串口通信模块串口通信模块 10.3.4.6 10.3.4.6 键盘模块键盘模块10.3.4.6 10.3.4.6 键盘模块键盘模块1.1.编程扫描方式：编程扫描方式：CPUCPU对键盘扫描可以采用程序控制的对键盘扫描可以采用程序控制的随机方式调用键盘扫描子程序响应键输入要求；也可以采随机方式调用键盘扫描子程序响应键输入要求；也可以采用定时控制方式，即每隔一定时间调用键盘扫描子程序响用定时控制方式，即每隔一定时间调用键盘扫描子程序响应键输入要求。应键输入要求。 2.2.中断扫描方式：采用编程扫描工作方式能及时响应键中断扫描方式：采用编程扫描工作方式能及时响应键入的命令或数据，但是这种方式不管键盘

13、上有无键按下，入的命令或数据，但是这种方式不管键盘上有无键按下，CPUCPU总要定时扫描键盘，而应用系统工作时，并不需要键输总要定时扫描键盘，而应用系统工作时，并不需要键输入，因此，入，因此，CPUCPU经常处于空扫描状态。经常处于空扫描状态。 为了提高为了提高CPUCPU的工作效率，本系统采用中断扫描工作方的工作效率，本系统采用中断扫描工作方式。即只有在键盘上有键按下时发中断请求，式。即只有在键盘上有键按下时发中断请求，CPUCPU响应中断响应中断请求后，转中断服务程序，进行键扫描，识别键码。本设请求后，转中断服务程序，进行键扫描，识别键码。本设计要求可进行电流给定值的设置和步进调整，利用计

14、要求可进行电流给定值的设置和步进调整，利用3 3个按键，个按键，多菜单方式控制，多菜单方式控制， 10.3.4.6 10.3.4.6 键盘模块键盘模块10.3.4.6 10.3.4.6 键盘模块键盘模块10.3.4.7 10.3.4.7 LCDLCD显示模块显示模块10.3.4.7 10.3.4.7 LCDLCD显示模块显示模块10.3.4.7 10.3.4.7 LCDLCD显示模块显示模块10.3.4.7 10.3.4.7 LCDLCD显示模块显示模块图图10-24 LCD10-24 LCD显示电路图显示电路图10.3.4.8 10.3.4.8 供电系统模块供电系统模块10.3.4.8 10

15、.3.4.8 供电系统模块供电系统模块10.3.4.8 10.3.4.8 供电系统模块供电系统模块10.3.4.8 10.3.4.8 供电系统模块供电系统模块10.3.4.8 10.3.4.8 供电系统模块供电系统模块10.3.4.8 10.3.4.8 供电系统模块供电系统模块10.3.4.8 10.3.4.8 供电系统模块供电系统模块10.3.4.8 10.3.4.8 供电系统模块供电系统模块10.3.4.8 10.3.4.8 供电系统模块供电系统模块10.3.4.8 10.3.4.8 供电系统模块供电系统模块10.3.4.8 10.3.4.8 供电系统模块供电系统模块10.3.5 10.3

16、.5 系统软件设计系统软件设计 系统软件主要有设置模块，比较处理模块，显系统软件主要有设置模块，比较处理模块，显示模块。软件设计采用示模块。软件设计采用C C语言，语言，C C语言是一种高级程语言是一种高级程序设计语言，它提供了十分完备的规范化流程控制序设计语言，它提供了十分完备的规范化流程控制结构。因此采用结构。因此采用C51C51语言设计单片机应用系统程序时，语言设计单片机应用系统程序时，要尽可能地采用结构化的程序设计方法，这样可使要尽可能地采用结构化的程序设计方法，这样可使整个应用系统程序结构清晰，易于调试和维护。在整个应用系统程序结构清晰，易于调试和维护。在程序设计过程中，开机后先初始

17、化，然后从程序设计过程中，开机后先初始化，然后从EEPROMEEPROM中读取前次关机时存人的各项数据，并按要求输出。中读取前次关机时存人的各项数据，并按要求输出。接着单片机的接着单片机的CPUCPU就开始等待键盘输入所产生的中断，就开始等待键盘输入所产生的中断，中断响应后就进入相应的子程序更新输出与显示，中断响应后就进入相应的子程序更新输出与显示，接着等待下一次中断。对接着等待下一次中断。对STC89C54RD+STC89C54RD+单片机进行单片机进行编程实现各种功能。编程实现各种功能。10.3.5 10.3.5 系统软件设计系统软件设计10.3.5 10.3.5 系统软件设计系统软件设计

18、10.3.5 10.3.5 系统软件设计系统软件设计10.3.5 10.3.5 系统软件设计系统软件设计10.3.5 10.3.5 系统软件设计系统软件设计图图10-31 10-31 软件流程图软件流程图10.3.6 10.3.6 系统测试系统测试测试次数测试次数输出电压输出电压负载电流负载电流负载电阻负载电阻纹波电压有效值纹波电压有效值112.14V0mA空载空载 250V212.14V25.14mA482.9 180V312.14V50.06mA242.5 140V412.14V100.1mA121.3 130V512.14V0.509A 23.9 122V612.14V1.114A 10

19、.9 122V712.13V2.234A 5.4 180V10.3.6 10.3.6 系统测试系统测试10.3.6 10.3.6 系统测试系统测试10.3.6 10.3.6 系统测试系统测试设定电流设定电流 实测输出电流实测输出电流 纹波电流纹波电流 负载电阻负载电阻 20mA20mA55uA0 40mA40mA60uA0 100mA101mA75uA0 300mA299mA90uA0 800mA798mA160uA0 1A 998mA223uA0 1.2A 1200mA302uA0 1.5A 1496mA330uA0 1.8A 1792mA385uA0 2A 1990mA414uA0 20m

20、A20mA153uA30 40mA40mA167uA30 100mA99mA180uA30 300mA298mA223uA30 10.3.6 10.3.6 系统测试系统测试10.4 10.4 开关电源设计开关电源设计10.4.1 10.4.1 设计要求设计要求 10.4.1 10.4.1 设计要求设计要求10.4.1 10.4.1 设计要求设计要求10.4.2 10.4.2 方案论证方案论证10.4.2 10.4.2 方案论证方案论证10.4.2 10.4.2 方案论证方案论证10.4.2 10.4.2 方案论证方案论证 10.4.2 10.4.2 方案论证方案论证 由上可知，当电源输入电压或

21、负载发生变化时，两种由上可知，当电源输入电压或负载发生变化时，两种控制类型的动态响应速度是不同的。如果电压升高，则开控制类型的动态响应速度是不同的。如果电压升高，则开关管的电流增长速度变快。对电流控制型而言，只要电流关管的电流增长速度变快。对电流控制型而言，只要电流脉冲一达到设定的幅值，脉宽比较器就动作，开关管关断，脉冲一达到设定的幅值，脉宽比较器就动作，开关管关断，保证了输出电压的稳定。对电压控制型而言，检测电路对保证了输出电压的稳定。对电压控制型而言，检测电路对电流的变化没有直接的反映，一直等到输出电压发生变化电流的变化没有直接的反映，一直等到输出电压发生变化后才去调节脉宽，由于滤波电路的

22、滞后效应，这种变化需后才去调节脉宽，由于滤波电路的滞后效应，这种变化需要多个周期后才能表现出来，显然动态响应速度要慢得多，要多个周期后才能表现出来，显然动态响应速度要慢得多，且输出电压的稳定性也受到一定的影响。所以该系统选用且输出电压的稳定性也受到一定的影响。所以该系统选用峰值电流模式控制的峰值电流模式控制的PWMPWM芯片芯片UC3846UC3846为控制核心为控制核心 10.4.2 10.4.2 方案论证方案论证(a)电压模式控制电压模式控制 (b)峰值电流模式控制峰值电流模式控制 图图10-33 电压模式控制和峰值电流模式控制电压模式控制和峰值电流模式控制PWM原理图原理图10.4.3

23、10.4.3 系统设计系统设计10.4.3 10.4.3 系统设计系统设计10.4.3 10.4.3 系统设计系统设计10.4.3 10.4.3 系统设计系统设计10.4.3 10.4.3 系统设计系统设计10.4.3 10.4.3 系统设计系统设计10.4.3 10.4.3 系统设计系统设计3 3控制电路、驱动电路控制电路、驱动电路 首先，了解一下控制芯片首先，了解一下控制芯片UC3846UC3846。UC3846UC3846是一种双端是一种双端输出的电流控制型脉宽调制器芯片，其内部结构方框图如输出的电流控制型脉宽调制器芯片，其内部结构方框图如图图10-3810-38所示。其引出的脚所示。其

24、引出的脚1 1为限流电平设置端；脚为限流电平设置端；脚2 2为基准为基准电压输出端；脚电压输出端；脚3 3为电流检测放大器的反相输入端；脚为电流检测放大器的反相输入端；脚4 4为为电流检测放大器的同相输入端；脚电流检测放大器的同相输入端；脚5 5为误差放大器的同相输为误差放大器的同相输入端；脚入端；脚6 6为误差放大器的反相输入端；脚为误差放大器的反相输入端；脚7 7为误差放大器为误差放大器反馈补偿；脚反馈补偿；脚8 8为振荡器的外接电容端；脚为振荡器的外接电容端；脚9 9为振荡器的外为振荡器的外接电阻端；脚接电阻端；脚1010为同步端；脚为同步端；脚1111为为PWMPWM脉冲的脉冲的A A

25、输出端；脚输出端；脚1212为地；脚为地；脚1313为集电极电源端；脚为集电极电源端；脚1414为为PWMPWM脉冲的脉冲的B B输出端；输出端；脚脚1515为控制电源输入端；脚为控制电源输入端；脚1616为关闭端。为关闭端。 10.4.3 10.4.3 系统设计系统设计 10.4.3 10.4.3 系统设计系统设计 保护电路动作，晶闸管导通，使脚保护电路动作，晶闸管导通，使脚1 1电平被拉至接近地电平，电平被拉至接近地电平，电路进入保护状态，输出脉冲封锁。电路进入保护状态，输出脉冲封锁。 10.4.3 10.4.3 系统设计系统设计 10.4.3 10.4.3 系统设计系统设计10.4.3 10.4.3 系统设计系统设计 以以UC3846UC3846为主要元器件组成的半桥式开关电源的控为主要元器件组成的半桥式开关电源的控制电路如图制电路如图10-4010-40所示。图中，所示。图中，R15()R15()及及C23