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1、毕业设计材料之二（1）安徽工程大学本科毕业设计专 业： 电气工程及其自动化 题 目： 基于单片机的开关电源 设计 作 者 姓 名： 汪强 导师及职称： 袁一鸣（讲师） 导师所在单位：安徽工程大学电气工程学院2012年 6 月 13 日安徽工程大学本科毕业设计任务书 2012 届 电气工程 学院 电气工程及其自动化 专业学生姓名： 汪强 毕业设计题目中文：基于单片机的开关电源设计英文：Design of Switching Power Supply based on MCS 原始资料：输入电压：220V(AC）输出电压：0-30V(DC)最大输出功率：420W 毕业设计任务内容1、课题研究的意义
2、开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。 开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。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，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。 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
3、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。2、本课题研究的主要内容：用单片机作为控制器结合专用的PWM集成电路，设计一台高频开关电电源。该开关电源应用于小功率负载。主要内容包括：数字式PWM的产生及控制方式、镇流电路设计、逆变电路设计、软件部分设计等。3、提交的成果：（1）毕业设计正文；（2）电器原理图；（3）一篇引用的外文文献及其译文；（4）附10篇主要参考文献的题录及摘要。（5）部分主要源程序指导教师（签字） 教研室主任（签字）批 准 日 期2012年1月5日接受任务书日期2012年1月10日完 成 日 期2012年6月13日接受任务书学生（
4、签字教=学摘要本次设计的主要目的是实现一个开关电源，开关电源在日常生活中应用非常广泛，比如电视机、电脑、冰箱以及其他常用的电子产品都需要开关电源，如今是数字化时代，用单片机实现电子产品十分方便，所以在这次设计中使用了单片机实现。本设计提出了一种基于脉冲宽度调制(PWM)高效率、低功耗开关电源直流电压转换器的设计方法, 采用全桥、降压、推挽回路为主电路拓扑，单片机对输出电压和电流进行采样形成高精度的电压电流反馈。在设计中对输入进行了滤波同时还进行了输入保护的设计，对功率变换电路进行了着重介绍,逆变电路使用MOSFET斩波电路进行逆变，对高频变压器的相关参数进行了计算，使用IR2110对MOSFE
5、T斩波电路进行驱动。单片机控制部分使用80C51单片机进行控制，对反馈的电压值进行显示，可以通过键盘对输出电压值进行设定实现人机交换。单片机将设定值传输给PWM控制器，通过PWM控制器控制MOSFET斩波电路从而控制输出，PWM控制器使用TL494, 本次设计中使用的控制策略为PID算法。关键词： TL494；脉宽调制；开关电源；PWM；MOSFET斩波AbstractThis design of main purpose is to achieve a switching power supply, switching power supply is widely used in daily
6、 life in, such as televisions, computers, refrigerator and other commonly used electronic products require power supply, now is The digital age, electronic products achieved with SCM very convenient, so the design used in this MCU. This design is a design method of DC voltage switching power is prop
7、osed which is based on PWM modulates and has high efficiency and low power loss. It uses entire bridge, voltage dropping and push-pull to return route as primarily electric circuit topology. MCU carries on the sampling to the output voltage and the electric current to form a high accuracy voltage an
8、d current feedback.In the design while filtering the input we also make an Input protection design. The design focuses on the power conversion circuit. Inverter circuit uses MOSFET chopper circuit to inverter. Calculate the relevant parameters of high frequency transformer. Use Ir2110 to drive the M
9、OSFET chopper circuit.MCU control part uses 80C51. MCU shows the feedback voltage. In order to achieve human-computer exchange the design through the keyboard to setting the output voltage. MCU will set the value transmitted to the PWM controller. IN order to control the output voltage. The design u
10、ses the PWM controller to control the MOSFET chopper circuit. The PWM controller is TL494. The control strategy is used by the PID algorithm.KEYWORDS: TL494; Pulse Width Modulation; Switching power supply; PWM; MOSFET chopper circuit.教=学目录第1章绪论41.1 开关电源工作原理41.2 开关电源的组成51.3 开关电源的特点51.4 开关电源发展方向5第2章 系
11、统的总体设计72.1 方案论证72.2 主体思路82.3 软件设计思路10第3章 系统硬件设计113.1 隔离式高频开关电源113.2 输入电路设计113.3 功率变换电路设计133.4功率管MOSFET及其驱动183.5输出电路设计233.6 PWM控制电路263.7单片机控制电路30第4章 软件设计344.1总体编程思想344.2键盘防抖动子程序344.3 数码显示子程序354.4采样子程序设计364.5中断处理程序设计374.6 PID控制算法384.7数字滤波38参考文献40结论与展望41致 谢42附录1电气原理图43附录2外文文献及译文47附录3参考文献摘要53附录4部分程序代码55
12、插图清单图1-1开关电源的工作原理4图2-1开关电源的一般框图7图2-2非隔离式DC-DC结构7图2-3隔离式DC-DC结构8图2-4系统总框图1图3-1开关电源的基本功能框图11图3-2输入电路原理图11图3-3热敏电阻的温度系数13图3-4典型的全桥推挽式隔离变换器电路结构14图3-5推挽式开关变压器电源各主要工作点的电压、电流波形14图3-6典型的MOSFET曲线19图3-7 2110驱动电路20图3-8 IR2110的内部结构21图3-9用于驱动板桥的电路21图3-10产生共态导通现像两只功率输出的波形23图3-11 PWM简单的LC滤波网络23图3-12 Vin和Vout波形图24图
13、3-13 Vout与占空比D的关系24图3-14电压反馈回路及PWM的响应波形26图3-15TL494内部原理图27图3-16 TL494输出波形图28图3-17单端输出和推挽输出连接方式29图3-18 误差放大器和电流检测放大器连接图29图3-19 ADC0832管脚图30图3-20 ADC0832与单片机的接口电路31图3-21四位数码显示电路32图4-1显示子程序流程图36图4-2单片机闭环控制系统框图1插表清单表3- 1 EE型磁芯参数16第1章绪论1.1 开关电源工作原理开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比调整输出电压，开关电源的工作原
14、理可以用图1-1进行说明。图中输入的直流不稳定电压Ui经开关S加至输出端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管，若使开关S按要求改变导通或断开时间，就能把输入的直流电压Ui变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后就可得到稳定的直流输出电压Uo。 (a) 电路图；(b) 波形图图1-1开关电源的工作原理为方便分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下 (1-1)式中，T表示开关S的开关重复周期；TON表示开关S在一个开关周期中的导通时间。开关电源直流输出电压Uo与输入电压Ui之间有如下关系：Uo=UiD (1-2)由式(1-1)和式(1-2)可以看出，若开关周期T一定，改变开关S的导通时间，即可改变脉冲占空比D，从而达到调节输出电压的目的。T不变，只改变来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制(PWM)。由于PWM式的开关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化，因此PWM式开关电源用得较多。若保持不变，利用改变开关频率f=1/T实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压Uo稳压的方法，称做脉冲频率调制(PFM)。
