基于单片机的数显直流开关稳压电源设计

2系统分析系统分析2systemanalysis2.1稳压电源基本原理（BasicPrincipleofStableVoltagePowerSupply）稳压电源的结构基本由变压、整流、滤波、稳压这四部分组成，原理如图所示，市电输入经过变压器得到一个较小的交流电再经过整流变成一个脉动电压，经过滤波电路得到一个较为平滑的直流电，再通过稳压电路使输出的电更加的稳定。图2-1直流稳压电源基本原理Figure2-1basicprincipleofDCregulatedpowersupply2.2系统方案选取（Systemschemeselection）稳压电源分为两类，一个是线性电源和开关电源，图2-1是属于标准的线性电源，采用三段固定式，电路接入220V变压器，经过整流滤波降压等环节输出给负载，这种方式输出的波纹小，抗干扰，线性电源在以前很流行，但现在基本要被开关电源所代替了，线性电源的电路非常简单，方便维修，但发热大，有的电源重量也不轻，由于在调整管上的功率损耗很大，所以线性电源的转化效率很低，只用20%-40%，但时代是进步的，我们不能一直使用线性电源，所以后来出现了开关电源。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。开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。线性电源原理图如图2-2所示：开关电源由开关管K，续流二极管D,储能电感L，滤波电容C等构成。当开关闭合的时候，电源通过开关K、电感L给负载供电，并把部分电能储存在电感L以及电容C中。由于电感L的自感，在开关接通之后，电流增大的比较缓慢，输出不能立即达到电源电压值，一定时间后，开关断开，由于电感L的自感作用，可以认为电感中的电流有惯性作用，将保持电路中的电流不变。电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管D的正极，经过二极管D,返回电感L的左端，从而行成一个回路。通过控制开关闭合和断开的时间就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。在开关闭合期间，电感存储能量；在开关断开期间，电感释放能量，所以电感L叫做储能电感。二极管D在开关断开期间，负责给电感L提供电流通路，所以二极管D叫做续流二极管。在实际的开关电源中，开关K由三极管或场效应管代替。当开关断开时，电流很小；当开关闭合时，电压很小，所以发热功率就会很小。这就是开关电源效率高的原因。所以我们选择做一个开关电源，本电源系统采用双18V变压器接入BUCK降压电路，同过控制BUCK电路中的MOS管，实现降压，单片机的AD引脚能实时检测输出端电压和电流的变化，通过控制PWM的占空比实现智能调压，从而实现开关电源的基本功能。图2-2线性电路拓扑Figure2-2linearcircuittopology2.2Buck工作原理（Buckworkingprinciple）传统的线性电源的转换效率低，而且发热严重，体积和重量都很大，后来人们开始使用开关管代替变压器，从而出现了开关电源，不仅减小了重量和体积，转化的效率也有很大的提升，典型BUCK电路如图2-3所示：图2-3BUCK电路拓扑Figure2-3buckcircuittopology上图中的VT就是一个开关管，我们可以把它当成一个水管，把电流看成水流，我们通过不停的开关水闸，水的流量就会有很大的变化，同理，电流在这个电路里也会有很大的变化。开关电源电压调节和线性电源的电压调节的基本原理是面积等效原理，即脉冲相同，形状不同的脉冲应用于惯性环节，效果基本相同，当我们想要从电源10V中获取5V的输出电压时，我们把10V的电压分成5个部分看，5v所占的面积大概在1/2，当PWM方波的占空比为50%时，我们所得到的电压就是5V了，在电路的后面加上滤波电容，是电压输出的波纹变低。等效面积图如图2-4所示：图2-4BUCK等效面积图Figure2-4equivalentareaofBuckBUCK电路中的开关管闭合时，输出的电压Vin流过电感对电容进行充电并储藏电能在电感中，同时还提供着负载所需要的能量。当开关T断开时，电感的电流不会消失而是继续给电容提供能量，继续为负载供电，这样我们就可以通过对电感充电的多少来控制电压了。如图2-5所示：图2-5BUCK电路拓扑Figure2-5buckcircuittopology接下来我们说下PWM波形，通过控制T2的长度就可以控制电压了，就是所谓的方波占空比，如图2-6所示：图2-6BUCK开关信号波形Figure2-6signalwaveformofBuckswitch通过实时监测输出端的电压变化，反馈给单片机，单片机调整PWM方波的占空比即可达到稳定输出电压的目的，如图2-7所示：图2-7BUCK电路拓扑Figure2-7buckcircuittopology2.3Buck波形分析（Buckwaveformanalysis）波形如下所示：①②③④图2-8BUCK波形Figure2-8buckwaveform①导通时Q电流：②闭合时C电流：③L电流和输出电流的关系：④输出电压和输入电压的关系：2.4Buck稳压分析（Buckvoltagestabilizationanalysis）该设计采用高侧降压电路，其电压调节原理框图如图2-9所示。单片机的IO口产生PWM方波，控制mos开关管的关断，通过调节PWM方波的占空比来控制mos管的电压，经过电感L的储能和电容RC滤波达到稳压输出的效果。图2-9开关电源模块稳压原理Figure2-9voltagestabilizingprincipleofswitchingpowermoduleLC滤波器参数推导：最大输出36V的电压，当输出电压达10V时，并根据公式（2-10）得出：Ton是PWM的一个周期的导通时间，是输出电压，是输出。电压是肖特基二极管的电压降（约等于0.6V），是模块的输出电流。(2-10)PWM的占空比为D:(2-11)代入数据后得到(2-12)开关电源的开关频率越高，电路中的电感器的电感就越小，并且相应的效率可以更高。该单片机PA口的6引脚可输出的PWM的最大频率为72KHZ，因此本设计选择让MCU输出72KHZ的PWM。然后f=72Khz导通时间Ton为：(2-13)电感量L为：(2-14)因此将各参数代入式（2-13）得式（2-14）：(2-15)通过以上计算，我们使用100uh的电感足够了。 根据公式（2-14），串联开关电源的电容导数公式如图2所示，其中C是电容容量，Io是一个模块的输出电压，是输出纹波电压，T是PWM一个周期的时间。(2-16) 输出电压高达10V。我们将纹波电压设置为0.1V。将每个参数代入公式当中得：(2-17) 通过计算斩波之后所要的滤波电容要1388uf，电压要在36V以上，所以此电路采用2个1000uf/50V的电容进行滤波。2.5差分放大器（differentialamplifier）差分放大器是将输入的两个电压一定的倍数放大的一个放大电路，它可以做为一个功率放大器或者发射极耦合逻辑电路的输入极，如果说和的特性较为相似，那么和也会同样的变化，例如，变化+1V，也变化+1V，因为输出电压VOUT=-=0V,即的变化与的变化相互抵消。这就是差动放大器可以作直流信号放大的原因。图2-18基本的差分放大器Figure2-18basicdifferentialamplifier2.6输入信号的三种类型（ThreeTypesofInputSignals）2.6.1共模输入信号两个大小相等极性也相同的信号，即。两个这种类型的信号在理想的差分放大电路中会使集电极的电位变化也相同，，根据公式，可得，从而可得到共模信号在差分放大器中没有放大的作用。2.6.2差模输入型号当输入差模信号和时，当变大的时候会导致变小，故基极电流变大变小，并且从而基极电流变大，故的电位会下降，反之的电位上升并且，所以可得,由于三极管放大，会比输入的信号大。由上面的讨论可知，差动信号是有差别的信号，有差别的信号通常是有用的、需要进一步放大的信号;共模信号是没有差别的信号，没有差别的信号通常可归并为需要抑制的温漂信号。差动放大器对差模信号有较强的放大能力，对共模信号却没有放大作用，差动放大器的这些特征.与实际应用的要求相适应，所以差动放大器在直接耦合放大器中被广泛使用。2.6.2任意输入信号当和是任意的输入信号时，也可以称为比较输入，二者的大小极性都不相同时，令，则有，，，所以可得任何信号都可以分为一个差模和一个共模信号的组合。综上所述，无论差分放大器的输入是何种类型信号，都可以认为差分放大器是在差模信号和共模信号驱动下工作，因差分放大器对差模信号有放大作用，差动对管T1和T2理想完全对称时，理论上对共模信号没有放大作用，所以求出差分放大器对差模信号的放大倍数，即为差分放大器对任意信号的放大倍数。故差分放大器对差分信号有放大作用。2.7PWM基本原理（PWMbasicprinciple）脉宽调制（PWM）对于电路的控制就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，在输出端一侧得到相等的一些脉冲，所用的波形用这些脉冲代替，在输出的波形中的半个周期里产生多个脉冲，若各个脉冲的等值电压为正弦波，那么它输出平滑且低次谐波少，按着一定的规则对脉冲的宽度进行改变，就可以改变电压，这样也可以改变输出的频率。在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可，因此在交－直－交变频器中，PWM逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。根据上述原理，在给出了正弦波频率，幅值和半个周期内的脉冲数后，PWM波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。模拟信号的电平通过PWM进行数字编码，使用高分辨率的计数器，一个模拟的信号的编码通过调整方波的占空比来进行编码。在任何的时刻，直流供电要么有要么无，所以说PWM信号仍然是数字的。模拟信号的电压电流源是用一种通或着断的重复的脉冲序列加上去的。通时负载把直流供电加上去，断时失去供电。在带宽足够的大时，PWM可以对任何的模拟量进行编码。（1）PWM软件法控制电流单片机具有PWM端口，将PWM方波周期固定，通过软件对单片机的PWM控制器来调节PWM的占空比，通过这样控制就可以控制电流。但是这样方法必须建立在单片机必须具有ADC和PWM这两个端口且ADC的位数尽量得高，以及单片机的工作速度快。在调整电流之前，单片机首先进行电流大小的读取，再进行比较，根据电流的大小调节PWM的占空比。在调整PWM的过程中可能会出现ADC读数的偏差以及波纹的干扰。（2）PWM在推力调制中的应用脉宽调制发动机控制方式是在每一个脉动周期内，通过改变阀门在开或关位置上停留的时间来改变流经阀门的气体流量，从而改变总的推力效果，对于质量流率不变的系统，可以通过脉宽调制技术来获得变推力的效果。（3）在LED中的应用PWM在LED的控制中充当电源的部分，当脉冲的频率较大时，人眼就不会感到闪烁。PWM从处理器到被控信号都是数字信号，不需要进行转换，信号是数字的形式可以降低噪音，只有在改变逻辑时才会对数字信号产生影响。从模拟信号转为PWM会加长通讯的距离，通过RC或LC可以将其还原为模拟信号。2.8本章小结（Summaryofthischapter）通过以上的分析和论证，根据公式推导，最终推导完成了对直流斩波电路的降压分析，为实际电路选择了合适的电容和电感。电感和电容的选择非常重要，选择不适当的电感和电容会影响电源输出电压的稳定性，有可能出现电感过热，电容因超过耐压值爆炸等情况，选择使用差分放大器对电流进行采样。3硬件设计3硬件设计3Hardwaredesign3.1系统框架（Systemframework）基于单片机的数显直流开关稳压电源设计，通过按键控制单片机输出PWM，通过mos管不断的关断，由此即可控制BUCK电路的电压。本电路由单片机最小系统电路、IR2104驱动电路，整流滤波电路、BUCK降压稳压电路、按键电路、液晶显示电路、电压检测电路等组成。总体设计框图如3-1图所示：图3-1总体设计构架图Figure3-1overalldesignframework3.2各部分电路选择（CircuitSelectionforEachPart）本开关电源所使用的MOS管是IRF3710型号的开关管，使用IR2104(S)作为MOS管的驱动芯片，使用双12V变压器得到18v电压接入主电路，使用STM32F103C8T6型号的单片机作为整个电路的控制单元，使用OLED12864液晶屏作为本开关电源的显示设备，部分小电源采用7805、7812的稳压芯片作为5V与12V的电压源，使用常见的按键开关做为电源的控制端，以上作为本开关电源的主要元件。3.2.1单片机最小系统电路本设计采用的控制器是一款基于arm核和cotex-m3架构技术的32位控制器。支持传统Thumb和新型Thumb-2指令的译码器，采用三级流水线指令作业方式，内部PLL技术，最高运行频率达72MHZ。并且内部资源丰富，内置有64K的flash,多达20K的运行RAM，集成多路定时器，12位的AD转换器，多达9个通信接口和USB2.0接口，内嵌经出厂调教的8MHz的RC振荡器。支持串行单线调试（SWD)和JTAG接口技术，支持睡眠、停机和待机模式，其采用ECOPACK封装。被告广泛应用于便携式穿戴设备上。图3.2单片机引脚图Figure3.2pindiagramofsinglechipmicrocomputer单片机系统最低配置包括单芯片电源，时钟频率和复位。在正常操作的状态下保持一个片的必要条件是时钟操作一个片的条件，最小的系统可以看作是应用系统的核心部分。单处理器可提供更复杂的功能。stm32F103c8t6是一个32位多资源的处理器，使用方式简单可靠。图3.2显示了使用stm32F103或更高版本的应用程序时的系统配置。

由于集成限制，最小的应用程序系统只能用作多个较小的控制单元。图3.3复位电路和晶振电路Figure3.3resetcircuitandcrystalcircuit(1)晶振电路时钟信号在STM32里有两种生成方式:内部信号和外部信号。40k和37.768k的频率和8MHz的频率是正确的（用于生成精确的美国间距以简化同步）。晶振一般称为晶体谐振器，是通过精密切断电极上的引线进行研磨，形成电损耗非常少的石英晶体的机械电气部件。在单处理器运行期间，从ROM一步一步地获取指令，然后一步地执行指令。单处理器一次访问内存的时间称为机器循环。一个机器周期包括8个时钟周期。当选择单8MHZ晶体振动时，时钟循环为1/8us，机器循环为8x（1/8）us，即1US。处理器中的所有命令都有一个机器循环，两个机器循环和四个机器循环。引入了一个称为指令循环的新概念，用于测量指令的执行时间。命令循环是指执行命令时的时间。例如，如果需要计算完成DJNZ命令所需的时间，则必须首先知道晶体的振动频率。使用12MHz的晶体振动时，周期为1US。另一方面，由于DJNZ命令是2个周期的命令，所以一次执行2US。如果需要执行500个语句，则该语句可以是1000us或1ms。机器循环不仅对订货具有重要的意义，机器循环也是SCM计时器和计数器的时间基础，因此机器循环是实现计时器的关键。例如，在单片选择8MHZ的晶体振动时，定时器的值为1，经过的实际时间为1us，这就是单片的定时原理。（2）复位电路STM32复位只能在RST键保持高电平的2us，这个过程是如何工作的呢，在SCM系统中，开机后系统将重新启动。按下按钮后，系统将再次还原。松开此按钮可重置它。因此，您可以通过断开或断开密钥的连接来控制正在运行的系统上密钥的重新启动。在电路图中，尺寸为10uf，电阻尺寸为10k。因此，根据式，容量被充电到电源电压的0.7v。计算为两倍（单个为5V，是3.5V的0.7倍），所需时间为10K*10UF=0.1S。也就是说，在计算机活化的0.1S中，容量侧的电压增加了0～3.5V。此时，10K阻抗两端的电压开始从5下降到1.5V。（整个串联电路的总电压为总电压）。因此，RST引脚在0.1S处接收5V至1.5V的电压。在正常工作的51V单波段中，单片系统在0.1S内自动复位（RST引脚接收的高电平间隔时间约为0.1S）。在单片启动0.1S时，电容器在电荷出现之前输出电荷。在0.1S范围内，电容电压将随着时间的推移从5V降至1.5V或更低。根据全国串联电路电压之和，由于电阻两端电压在3.5V～10K以上，因此RST针达到了较高电平。总结：1.复位电路的原理是，改变电路容量以使该信号能够复位。2.按下按钮重置系统后，电容器位于短路电路中，释放所有电能，增加电压端的电阻。该电容器串联电阻器是电容器串联电阻器，不能改变其特性。当系统通电时，RST针脚将指示较高的电平，其持续时间由电路的RC值确定。因为重新设计了典型的整体，所以RC值的正确组合保证了可靠的重新设计。当然还有其他方法。本发明的原理是将RC与RST轴组合以产生至少两个循环的高电平。关于定量计算，请参照有关电路分析的文献。（3）中断技术概述中断技术主要用于实时监控。单处理器，从中断请求的源的服务请求快速响应，您需要提供反应和响应的高速。工作表：如果中断请求从中断请求源发送的，中断请求的中断给在主程序的进展变得有效，以启动中断服务请求的处理。断点服务处理程序返回到原来的程序（断点），将继续运行在出发点的主程序。3.2.2IR2104半桥驱动电路IR2104驱动是一款高性能半桥驱动芯片，这款芯片的浮动通道设计在自举的情况下可以承受600V的反向顺变电压，驱动电压范围为10-20V，具有欠压锁定，输入3.3V、5V、15V都可以，可以在其内部设置死区时间，具有高端输出相位与输出同步，若输入关闭则关断两个通道，为了实现增强型结构它采用了了高压集成电路和锁存器的专用技术。逻辑输入可低至3.3V。输出驱动特性采用一个高脉冲电流缓冲级设计来达到最小的跨导值。IR2104驱动电路简单，使用的外部元件很少，但这个芯片有一个缺点，就是容易损坏，典型电路里VB与VS之间的电容不能没有，一旦VB、VS之间的压差超过了手册推荐值的最大值，手册推荐值的最小值是10V，最大20V，一旦超过，那么芯片就会烧毁。IN引脚连接到微控制器的IO端口以输出PWM，SD引脚是控制电路的开关，IR2104应用电路图如3-3所示：图3-4IR2104应用电路图Figure3-4IR2104applicationcircuitdiagramIR2104的应用电路如图3-4所示：图3-4IR2104应用原理图Figure3-4IR2104applicationschematicdiagram3.2.3整流滤波电路本系统中所使用的电源是双18V30W变压器，输出开路电压18V经过整流滤波后得到36v稳定的电压源。应用电路如图3-5所示：图3-5整流滤波电路Figure3-5rectifierfiltercircuit78xx系列的芯片可以接35V以内的电压，所以刚好给mos驱动和单片机供电。7805芯片是我们经常用到的稳压芯片，它使用非常的方便，用一个很简单的电路就可以实现输入一个直流的稳压电源，它的输出电压正好是5V，可以用它来个我们的STM32芯片进行供电。7812也是我们常见的芯片，用它进行一个整流滤波输出一个12V的电压，用来给IR2104芯片供电。图3-678xx系列稳压电路Figure3-5rectifierfiltercircuitfigure3-678xxseriesvoltagestabilizingcircuit3.2.4电压电流检测电路本电路输入的电压为18V,经过BUCK电路之后的最大电压为12V，单片机的工作电压为5V,所以输出端接入AD的电压不能大于5V，所以接采样电阻，阻值计算如下：当输出为10v电压时： (3-7)这里取R1和R2是100K和10K。(3-8)因为,所以满足条件。当10V输出时，单片机检测到的电压是0.9V。(3-9)所以这里使用100K余10K的电阻串联，单片机的ADC1_1引脚接100K与10K之间，电压分压检测电路如图3-10所示：图3-10电压检测电路Figure3-10voltagedetectioncircuit电流检测电路方案一：电阻分压检测电路。经过在输出回路中串连采样电阻，将经过电阻的电流转换成两端的电压，经过检测电压值从而获得电流值。该检测方式电路和程序控制都比较简洁。方案二：霍尔电流传感器。电流流过霍尔传感器的线圈发生磁场，磁场随电流的大小变化而变化，磁场汇集在磁环内，霍尔元件输出跟着磁场变化的电压信号。经过检测电压值，能得到电流的大小。要完成对输出电压和电流的闭环控制，务必对输出电流和电压进行采样反馈。本设计采用如下图所示的电流电压检测电路。为了便于MCU采集，分压电阻发生的电压经过由LM358组成的同相比例放大器放大后，输入到MCU的ADC端口。LM358内部集成的是双运放，单电源和双电源都能使其工作。图3-11Lm358引脚图及引脚功能Figure3-11lm358pindiagramandpinfunction要完成对输出电压和电流的闭环控制，务必对输出电流经过运放放大后进行采样反馈。本设计采用如图3-6所示的电流检测电路。图3-12电流检测电路Figure3-12currentdetectioncircuit输出最大电流为2A。本设计采用电阻分压的式样对输出的电压进行实时检测，因为采样电压直接输送给单片机10位ADC进行检测，单片机供电电源为5V，所以其内部自带的检测的最高电压也为5V，这个电路中，LM358由5V电压供电，最大输出电压和供电电源电压之前有1.2V压差，所以能输出最大电压为：(3-13)2A电流经过0.02Ω电阻得到的电压为(3-14)该电压要经过放大后才能更容易被单片机检测到，在这个应用中运放的放大倍数应该小于(3-15)这里选择R12和R10为33K和1K，放大倍数为(3-16)因为>,符合设计要求。即当电流为2A时，运放输出电压为：(3-17)3.2.5按键控制电路在单片机系统里，按键是常见的输入设备，按键电路采用三个直插按钮，默认状态下将单片机的按键IO口拉高，当有按键被按下时，IO口的引脚被拉低，这是单片机判断按键被按下，执行相应语句代码。应用电路如图3-18所示：图3-18按键控制电路Figure3-18keycontrolcircuit3.2.6液晶显示电路此电源使用OLED液晶屏。该显示器可以用中文显示，外部连接电路简单，可以使用滑动电阻器控制液晶画面的亮度和对比度，使用方便，显示信息也很丰富，但该液晶显示器目前的价格比手机用的彩色显示器价格高，考虑到价格，可以用数字管代替。首先，液晶屏CS引脚为主。在IIC通信，DC被用于选择通信地址IIC高和低的水平;当DC为主，IIC从地址为：0x78，当DC是连接高，IIC地址是0x7A;使用0x78测试程序;DC关于处理RES。RES是复位销OLED屏;每个人都将使用OLED屏幕时发现;所有的OLED将有一个复位引脚;因为OLED需要被复位到运行之前注册;因为OLED在被操作之前需要在将寄存作一次复位，如果没有，OLED可能不稳定。1.方法验证是简单的：连接RES到电源;这将点亮屏幕，但它并不稳定。2.连接RES管脚到管脚背面的开发板;OLEDReset复位开发板。3.通过IO重置PINOLED。执行此操作假定屏幕之前，拉低水库前。200ms左右的延迟，然后将更高，仍保持在较高水平。4.通过复位电路RCRES的控制。5.D0在线在IIC和IIC数据D1在线。图3-19液晶显示电路设计Figure3-19LCDcircuitdesign4软件设计3.3本章小结（Summaryofthischapter）综上所述，当加入220V/AC后变压器开始工作，把输入电压降至18V后接入BUCK电路，单片机的引脚通过控制PWM方波的占空比，根据AD采样之后的电压电流，调整脉宽，从而稳定输出的电压，此电路使用方便可接手机充电器供电，电源的重量轻体积小控制方便，可提供0V-12V的可调电压，为解决主电路干扰问题，在电路设计上采用5V独立电源给单片机供电，如果需要带动大电流的负载，可以磁珠将单片机的地与主电路地进行隔离，从而使电源正常工作，不受负载影响，整个电路图如图3-20所示：图3-20总体电路图Figure3-20generalcircuitdiagram4软件设计4Softwaredesign程序开发使用C语言，作为开发语言，C语言界面简洁，面向过程，可移植性强，是现在硬件开发语言的主流。4.1电压和PWM双闭环控制算法设计（DesignofVoltageandPWMDoubleClosedLoopControlAlgorithm） 本电源的输出电压和输出PWM的关系如图4-1所示：图4-1PWM-V特性图Figure4-1pwm-vcharacteristicdiagram由上图可知，PWM的占空比越大，电压越低，要让本电源所输出的电流在预设电压的范围内，电压误差要求在0.1V以内。PWM控制模式如下图：图4-2PWM-V变化流程图Figure4-2flowchartofpwm-vchange软件设计包括：按键程序，PWM发生程序，12864液晶显示程序，AD转换程序以及12864初始化代码，12864数字动态显示等。其中AD采样电压与用户预设电压比较控制程序如下，其中u2是ADC检测的电压，voltage是用户预设的电压，使用此程序可以使输出电压与预设电压无限接近。PID控制算法如下：单片机主频为72MHZ，初始化函数为PWM_INIT(1000,0)其中2000代表寄存器重装载周期，0为分频系数，72M/1000等于72khz，故输出PWM的频率为72K，增大PWM的占空比，输出电压减小，减小PWM的占空比，输出电压增大 。将最后的结果调用TIM_SetCompare1(TIM3,pwm_temp);，从而使程序更加稳定，其中PWM_temp的变化程度影响电源电压的反应速度，所以PWM_temp的变化量取适当数字。4.2主程序程序设计（Mainprogramdesign）主程序为PWM发生和AD转换，本设计所使用的STM32系列的单片机内部自带了PWM发生引脚，频率高达72kHZ,使用时先写出PWM初始化程序，因为要实时监测输出端的电压，所以AD转换，也要初始化，电源设计中所使用的控制方式为按键控制，显示方式是1602液晶屏显示，软件中还要初始化液晶屏和PWM，主要流程图如图4-3所示：图4-3程序流程图Figure4-3procedureflowchart4.3按键子程序设计（Keysubroutinedesign）按键分为3个，为加电压、减电压、启动/停止键，分别与单片机的IO相连，按键被按下时IO口的电位被拉低，从而执行响应命令。当加电压的按键被按下，此电压的输出电源逐渐上升到相应值，同理，减电压的按键被按下也会有相反的变化，启动暂停第一次按下启动电源，再次按下停止电源，以此往复。图4-4按键功能图Figure4-4keyfunctiondiagram程序流程图如图4-5所示：图4-5按键流程图Figure4-5keyflowchart5系统测试4.4ADC中断程序（ADCinterruptroutine）在ADC中断接口中加入电压控制程序，可通过此程序达到稳压，由于预设电压为用户输入，ADC检测的输出的电压值，在程序中不断的循环调整PWM的占空比，使输出电压与预设电压相等,从而达到稳压。此中显示这些数据时刻采用数字平均滤波算法，采集50个数据，继而取平均值，使得到的数据更加接近真实状况，使得显示出来的电压和电流不会乱跳，抗干扰能量得很大的提升。4.5本章小结（Summaryofthischapter）通过预设电压为用户输入，动态控制PWM的占空比，根据AD采样返回的电压，就可以控制输出的电压。SD端控制IR2104的开关，从而控制输出的开关，系统不断循环运行，每0.1s采样一次电压，PWM做出相应的调整，使输出电压与预设电压无限接近。5系统测试5Systemtest5.1实物图片（Physicalpicture）此电源的实物使用万用板焊接，背部使用耳机里面的漆包线连接，在这种小功率的线路中省去了走线的麻烦，使用效果不错，如图5-1、5-2所示：图5-1电源正面照片图5-2电源运行照片5.2电压调整率测试（Voltageregulationtest）电压调整率，来源于电源在满载时，其输出电压因该电源的供电电压波动引起的变化，是稳压性能优劣的重要指标。5.2.1测试仪器本电源采用50HZ双12V50w工频变压器作为供电电源。万用表：深圳胜利VC980+数字万用表。负载：负载为100W50Ω的环形滑动变阻器。图5-2可调压电源Figure5-2adjustablevoltagesupply5.2.2测试方式测试示意图：测量电路点如图5-3所示（3、4、5、6、7为测量点）：图5-3测量电路Figure5-3measuringcircuit测试步骤：第一步：在3、4点间用电压表测输出电压,在3、4点串入电流表在5、6点间用电压表测输出电压,在5、7点串入电流表；第二步：在1、2点源接入市电；第三步：调整可调变压器电阻，使电源满载输出；

第四步：逐步增大电源电压，每隔一段做一次的记录，直到输出电压的上限12V。5.2.3测试结果输出输入电压测试结果如下表所示：表5-1输出输入电压记录表Table5-1recordofoutputandinputvoltageU2(V)5.506.507.008.509.0010.0011.5012.00Uo(V)5.496.547.068.549.029.9411.0011.97（测试条件为输出电压12V，输出电流为500mA）电压调整率推导：(5-1)5.3负载调整率测试（Loadadjustmentratetest）负载调整率：电源负载的变化会引起电源输出的变化，负载增加，输出降低，相反负载减少，输出升高。好的电源负载变化引起的输出变化较小，通常指标为3%--5%。负载调整率是衡量电源好坏的指标。好的电源输出接负载时压降较小。5.3.1测试仪器需要测试电源的负载调整率，需要带隔离低压电源、万用表、负载和示波器。本电源采用50HZ双12V50w工频变压器作为供电电源。万用表：深圳胜利VC980+数字万用表。负载：负载为100W50Ω的环形滑动变阻器。示波器：麦科信平板示波器TO1102双通道100MHz。图5-4Micsig双通示波器Figure5-4micsigdoublepassoscilloscope5.3.2测试方式测试示意图：测量电路如图5-3所示。测试步骤：第一步：在3、4点间用电压表测输出电压,在3、4点串入电流表在5、6点间用电压表测输出电压,在5、7点串入电流表；第二步：在1、2点间接上市电；第三步：测试单片机输出的PWM波形、mos管脚的驱动波形。第四步：输入电压为额定值10V，输出电流取最小值，记录最小负载量的输出电压；第五步：调整负载为50%满载，记录对应的输出电压；

第六步：调整负载为满载，记录对应的输出电压；测试数据记录如表5-2。表5-2不同负载下输出电压记录表Table5-2recordofoutputvoltageunderdifferentloads输出电流（A）1.000.530.04输出电压（V）9.99510.0019.959负载调整率推导:

5.3.3测试结果把示波器的其中一个探针接到单片机的PWM输出口，地接到另外一个端口，得到的测试波形如5-5、把探针放在上下mos管脚G极的驱动波形波形如图5-6所示。图5-5单片机输出的PWM波形Figure5-5PWMwaveformoutputbyMCU图5-6上下mos管脚G极的驱动波形Figure5-6drivingwaveformofupperandlowerMOSping-pole5.4电路效率测试（Circuitefficiencytest）5.4.1测试仪器需要测试电源的带载性能及效率，需要万用表和负载。本电源采用50HZ双12V50w工频变压器作为供电电源。万用表：深圳胜利VC980+数字万用表。负载：负载为100W50Ω的环形滑动变阻器。示波器：麦科信平板示波器TO1102双通道100MHz。5.4.2测试方式：测试示意图：测量电路如图5-3所示。测试步骤：第一步：在3、4点间用电压表测输出电压,在3、4点串入电流表在5、6点间用电压表测输出电压,在5、7点串入电流表；第二步：在1、2点间接入市电；第三步：输入电压为额定值18V，第四步：调整负载由大至小记录对应的输出电压、输入电流、输出电压、输出电流；

第五步：返回第四步，直到输出电流达到自保护的状态。5.4.3测试结果测试额定功率下的供电效率，测试结果如表3所示。表5-3供电效率测试数据供电电压/V供电电流/A总输出电压/V总输出电流/A实际效率12.21.0110.021.000.8112.20.959.011.030.8012.20.858.051.020.7912.20.787.071.040.7712.20.676.021.020.7512.20.564.981.010.7412.20.483.971.000.6812.20.383.001.040.6712.20.252.011.020.6612.20.131.021.000.6312.20.010.041.010.64由以上数据得到：满载输出情况下，供电效率为81%。输出噪声纹波电压峰-峰值的测试，把示波器的测试输出电压波形如图5-6所示。6总结与展望图5-6输出电压波形Figure5-6outputvoltagewaveform由以上数据得到：该电源的电压调整率