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1、荆楚理工学院毕业设计（论文）村民建房委员会应建立村级农房建设质量安全监督制度和巡查制度，选聘有责任心和具有一定施工技术常识的村民作为义务巡查监督员，开展经常性的巡查和督查。27JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本科毕业设计（论文）基于单片机的数控直流可调开关电源设计学 院 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 年级班别 13电气工程及其自动化学 号 23 学生姓名 江 军 指导教师 唐文涛 2017年5月16日目 录1前言11.1设计背景及研究意义11.2设计任务12方案设计22.1系统整体方案描述22.2关键模块论证22.2.1主功率变换电路论证22.1
2、.2 辅助电源电路论证32.1.3输出电路论证32.1.4微处理器控制模块论证选择33硬件电路设计43.1主功率变换电路43.1.1 220V输入抗干扰及整流滤波电路设计43.1.2 主功率开关电路设计43.1.3 PWM控制及稳压电路电路设计53.1.4 变压器设计73.1.4.1主功率变压器设计73.1.4.2激励变压器设计73.2输出电路设计83.2.1 BUCK同步降压电路设计83.2.2 驱动电路83.2.3 反馈采样电路93.3 主控及显示模块设计103.3.1 单片机最小系统及按键电路设计103.3.2 液晶显示电路设计103.4 辅助电源设计113.4.1 辅助电源电路设计11
3、3.4.2 辅助电源变压器设计124系统软件设计144.1 程序设计及流程图144.2 PID算法145系统调试165.1 硬件调试165.1.1 主功率变换电路调试165.1.2 输出电路调试175.1.3 辅助电路调试185.2 软件调试185.3 整机测试185.4系统各个模块实物图196总结20参考文献22附录1主功率开关原理图23附录2主控及显示电路图24附录3 辅助电路图25附录4 输出电路图26附录5 PCB图纸27基于单片机的数控直流可调开关电源设计摘 要我国是一个能源大国及能源消耗大国，随着节能减排的普及，低碳生活理念的提出，人们对于如何节能越来越重视。研究性能可靠，效率高的
4、开关电源成为了当今的热门。开关电源在当今的社会中有着举足轻重的地位，由于其体积小、自重轻、效率高的特点，所以小到手机充电器，大到电视机中都可看到它的身影。在个人电脑、通信设备、军事领域、仪器仪表方面得到了长足的应用。在巨大的市场需求下，如何使开关电源在数控的调控下实现高精度高效率成为了当今热门的研究。本设计利用了电力电子技术、微处理器技术、数字电子技术、模拟电子技术、开关电源技术，旨在设计一款数控高效率高精度开关电源，功率变换部分采用隔离推挽式开关电源使220V市电变换为50V直流电压，辅助电源部分采用单激式隔离开关电源得到15V与5V直流电压，电压变换部分采用BUCK同步降压，使输出电压在0
5、-40V可调，输出电流0-10A可调，步进精度为0.1V、0.1A，主控芯片采用STM32单片机，控制算法采用PID调节，系统稳定性高，输出纹波100mv以内，输出功率峰值400W。【关键字】隔离推挽 开关电源 单片机 PIDDesign of DC adjustable switching power supply based on single chip microcomputerAbstractChina is a large energy country and energy consumption, with the popularity of energy-saving emiss
6、ion reduction, low-carbon concept of life put forward, how people pay more attention to how energy. Reliable performance and high efficiency switching power supply has become a hot topic today.Switching power supply in todays society has a pivotal position, because of its small size, light weight, h
7、igh efficiency, so small to the phone charger, large TV can see it in the shadow. In the personal computer, communications equipment, military fields, instrumentation has been a large application. Under the huge market demand, how to make the switching power supply under the control of CNC to achiev
8、e high precision and efficiency has become a popular research.The design of the use of power electronics technology, microprocessor technology, digital electronic technology, analog electronic technology, switching power supply technology, designed to design a CNC high efficiency and high precision
9、switching power supply, power conversion part of the isolation push-pull switching power supply 220V The mains conversion to 50V DC voltage, auxiliary power supply part of the single-phase isolation switching power supply to be 15V and 5V DC voltage, voltage conversion part of the use of BUCK synchr
10、onous buck, the output voltage adjustable in the 0-40V, the output current 0-10A can The precision of the step is 0.1V, 0.1A, the master chip adopts STM32 single chip microcomputer, the control algorithm adopts PID regulation, the system stability is high, the output ripple is within 100mv, the outp
11、ut power peak is 400W.【Key words】Isolate the push-pull Switching power supply SCM PID1前言1.1设计背景及研究意义随着电子技术的高速发展，电子设备与人们的工作、生活的关系变得日益密切。所有的电子设备都离不开电源，电源的质量与性能的高低直接影响到整个系统的优劣与可靠性。开关电源由于其体积小、重量低、效率高、可靠性强渐渐成为当前电子设备供电电源的首选，成为当前电源发展的一大热门方向1。开关电源是利用电力电子技术，采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率（占空比），以高频变压器作为隔离或者
12、储能元件，输出稳定电直流电压的装置2。开关电源和线性电源相比，有如下优点:1）开关电源的体积小重量低。采用高频变压器替代大体积大重量的工频变压器，减小体积重量及金属使用量。2）开关电源的效率高。由于功率管工作在开关状态，只有通态损耗与开关损耗，且在开关电源设计的PWM控制范围之内功率管的功耗不随输入电压与输出电压变化，所以其损耗很低，使得其效率一般可以达到70%以上。而线性电源中的调整管一直工作在放大状态，当调整管上流过较大电流时，功耗大大高于开关电源中工作在开关状态的功率管。特别在输出电压较低的时候，效率往往低于50%。3）开关电源的适用范围广。因为开关电源输出电压由输入电压、开关管占空比、
13、变压器变比共同决定，所以开关电源可以设计成宽电压输入，目前用电器上的开关电源输入范围可以兼容国内220V与国外110V的电源。在经济日益全球化的今天，这一特点是线性电源无法比拟的。4）开关电源更安全。开关电源中当功率管损坏时，主回路会停止工作，输出端没有电压，不会损害用电设备。而线性电源输入与输出电压差一般情况下很大，一旦调整管击穿，输入电压将会全部加载到输出端上，用电设备很可能会因为过压而损坏。另外开关电源在设计时会考虑过过流、过压、过功率、过热等多充保护机制，以及各种安规元件，保障了系统的安全性。随着单片机技术的蓬勃发展和控制理论的不断完善，开关电源也从之前的电源芯片控制到现在的采用单片机
14、或者微处理器控制。当前开关电源主要朝着更高效率、更高功率密度、更好的动态特性、更智能化、更环保的方向发展。本设计正是利用当前大热的单片机技术，结合成熟的开关电源技术，设计一款优良的数控开关电源。1.2设计任务本设计旨在做出一款实用的大功率数控开关电源，预计输出电压0-40V，0.1V步进可调，输出电流0-10A，0.1A步进限流控制。主控方面采用意法半导体公司生产的STM32F103C8T6单片机作为核心控制器件，实现对输出电流电压的实时调控。显示方面采用LCD12864液晶显示，显示精度达到0.01V、0.01A，步进达到0.1V，且具有过流保护功能。由于从市电接入获取能量，需要较大的输出功
15、率，降压开关电源部分采用半桥隔离开关拓扑结构，并以TL494作为调控器件，使主功率回路具有完善的保护功能。为了给控制回路以及芯片提供稳定电源，设计了一个辅助开关电源，采用反激开关拓扑结构，开机上电提供稳定供电。由于本设计各个模块比较独立，多以分别以各个模块制作实现，制作出各个模块并调试成功后，再进行系统调试，降低了设计难度也使得设计可靠性更强，最终以实物的方式呈现毕业设计。2方案设计2.1系统整体方案描述系统总体框图如图2.1所示，从市电输入的220V交流电经半桥开关主功率电路变换到50V直流，经辅助电源变换为 12V、5V、3.3V直流电压给各个控制电路供电。以STM32F103C8T6单片机作为主控芯片，控制LCD12864显示输出电压电流和设置电压电
