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1、本科生毕业论文（设计）任务书计算机电源系统设计一. 论文（设计）的主要内容查阅文献资料，在了解和熟悉电源的发展，当前电源发展背景。各种电源的优缺点，选定适用的电源系统，用于设计计算机电源系统。（一）设计内容：1 熟悉电源发展与现阶段的发展背景2 选定设用与计算机电源系统的开关电源3 计算机开关电源设计方案4 硬件电路设计5 软件设计6 系统调试（二）设计步骤：1.书写开题报告2.控制方案确定3.控制电路及硬件设备选择4.编写设计说明书（按照所附要求编写）（三）设计依据:1.计算机开关电源工作电压较高，通过的电流较大，又工作在有自感电动势的状态下，因此，使用过程中故障率较高。2.达到的主要技术指
2、标：输出电压范围为3.00v12.00v；输出功率200W；最大输出电流为2A；电压调整率2.10%2.40%；纹波电压峰峰值小于70mv.目 录摘 要I绪论错误！未定义书签。第一章 概述31.1 课题来源及意义31.2 课题基本要求31.3 课题相关背景3第二章 开关电源方案设计52.1 开关电源工作原理52.2 开关电源与线性电源的比较52.2.1线性电源的缺点52.2.2开关电源的优点52.3 方案论证62.3.1方案162.3.2方案262.3.3 方案362.3.4方案分析62.3.5总体结构设计72.4 难点分析82.4.1如何提高电源工作频率82.4.2储能电感的绕制82.4.3
3、标度转换技术92.5 控制技术选择92.5.1电压型控制技术92.5.2 电流型控制技术102.5.3电流控制型技术的优势102.6 开关变换器结构分析与选择102.6.1降压变换电路分析112.6.2升压型变换电路122.6.3Buck-Boost型变换器132.7 开关电路器件参数选择132.7.1功率开关管的选择132.7.2 滤波电容的选择142.7.3储能电感的选择142.7.4续流二极管的选择14第三章 硬件电路设计163.1 电源电路设计163.1.1整流滤波电路163.1.2开关变换电路163.1.3分压电阻的计算173.1.4保护电路173.2 控制电路设计183.2.1反馈
4、电路设计183.2.2四位数码显示电路设计193.2.3单片机与键盘接口电路设计20第四章 软件设计224.1 总体编程思想224.1.1键盘防抖动子程序224.1.2数码显示子程序234.1.3采样子程序244.1.4中断处理程序设计254.1.5PID控制算法264.1.6数字滤波26第五章 系统调试285.1 硬件模块调试285.1.1整流滤波电路的调试285.1.2AD转换的调试285.1.3脉冲输出电路的调试285.1.4功率开关管的调试285.2 电源性能指标的测试285.2.1开关电源的技术指标285.2.2输出电压的测试295.2.3最大输出电流的测试305.2.4过流保护的测
5、试305.2.5电压调整率的测试315.2.6纹波电压的测试31第六章 结论32谢 辞33参考文献34附 录35摘 要随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长,并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低,又笨又重的线性电源。 本设计给出了微机开关稳压电源的交流输入整流滤波电路、辅助电源电路、PWM控制及驱动电路,多路直流输出电路、自动稳压控制电路的详细设计方法及设计思路，并附有详细的电路图。关键词：电源，PWM，开关电源， ABSTRACTWith th
6、e development of switching power supply in the field of computer , correspond, aviation and astronautics , instrument appearance and electrical production etc, the demand of the production are increasing as people need ,and people have brought forward higher request to aspect such as the power effic
7、iency , bulk factor, and reliability. The switch power not only volume is small but also efficiency is height, weight makes light, which are substituting the inefficient, both stupid and serious linearity power in many aspects step by step. In this paper the microcomputer switching power supply filt
8、er circuits, auxiliary power, PWM control and drive circuit, multi-channel DC voltage output circuit, automatic control circuit of detailed design method and design ideas, and detailed circuit.KEY WORDS: power，PWM，switching poweI 概述计算机开关电源工作电压较高，通过的电流较大，又工作在有自感电动势的状态下，因此，使用过程中故障率较高。目前主要包括两种电源类型：线性电源
9、（linear）和开关电源（switching）。针对开关电源模型的复杂性和时变性，传统PID控制无法很好满足其控制要求等问题，提出一种新型的免疫反馈PID控制器。该控制方法性能在模型时变的系统中优于常规PID控制。在此基础上，利用IGBT作为主要开关器件，采用全桥式带变压隔离器的BUCK变换器作为主电路结构，以TMS320F2812作为控制电路核心，研制出一种新型数字化车载110 V高频开关电源。将所提出的控制方法应用于样机，通过测试发现样机输出精度达到1%，高于传统车载110 V控制电源的精度5%；此外，其响应速度迅速，谐波小，可靠性强。所以现在基本都使用开关电源，本设计就是设计一个基于开
10、关电源而适用的计算机电源系统（即单片机电源系统）。开关电源是利用现代电子电力技术控制功率开关管（MOSFET；三极管）的导通和关断的时间比来稳定输出电压的一种新型稳压电源。它是在电子、计算机、通信、电气、航空航天、军事以及家电等领域应用非常广泛的一种电力电子装置。具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点。本文中研究的单片机控制开关电源，可以通过键盘预置期望输出电压值，模/数转换器对输出电压进行采样，由软件控制单片机输出相应的脉冲宽度，对开关电源进行脉宽调制，输出预期的电压。并采用PID算法控制输出电压稳定，构成可输出3v到12v的可调电压，并显示实时电压和预置值，通过键盘
11、可随时修改PID参数以优化控制效果，并该系统可以给芯片提供工作电压，加以扩展可构成输出正负3到12伏的双极性电源。单片机控制的开关电源具有设计弹性好的优点，可以按照设计者的思想灵活的工作。目前电子设备的日益小型化需要供电电源的小型化，这样制作小型化电源是未来电源制作的一个趋势，传统开关电源线路一般很复杂体积也较大，如果使用的单片机作为控制核心必将可以大大简化电源的结构，制作更加小的电源将成为可能，并且使用单片机可以扩展许多功能，如显示，实时控制调整电压，可维护性强，由于目前国内有专门的PWM输出的单片机价格昂贵，普通的单片机I/O口模拟的脉宽频率较低，速度较慢，远远达不到现代电源要求的工作频率
12、，所以目前单片机控制的电源使用并不广泛，但是单片机在智能化以及可实现的用户友好界面，扩展性强等等方面的优势使其成为未来电源重要的发展方向。因此，我们研究单片机控制的开关电源，非常有现实意义。随着半导体技术和微电子技术的高速发展，集成度高、功能强大的大规模集成电路的不断出现，使得电子设备的体积和重量不断下降，这就要求有效率更高、体积更小、重量更轻的开关电源，使之能满足电子设备的日益小型化的需要。这是未来开关电源设计所应考虑的第一个问题。开关电源的效率是与开关管的变换速度成正比的，要进一步提高开关电源的效率，就要提高电源的工作频率。但频率提高后，对整个电路中的元器件又有了新的要求。进一步研制生产出
13、适合于高频工作的开关管、高频电容、开关变压器、储能电感等元器件是开关电源设计所面临的另一个问题。在开关电源中，由于功率晶体管工作在开关状态，当开关速度提高后，会受到电路中分布电感、电容成分或二极管中储存的电荷的影响而产生较大的浪涌和噪声，其交变电压和电流会通过电路中的元器件产生较强的尖峰干扰和谐波干扰，这些尖峰电压或电流可能会损坏电路的器件，同时这些干扰会污染市电电网，影响邻近的电子仪器与设备的在正常工作。虽然也可以采取一些抑制干扰的措施，在一定程度上降低这些干扰的影响，但目前阶段的精密电子仪器中，仍难以使用开关电源。因此，克服开关电源产生的各种噪声干扰，是我们要努力解决的第三个问题。第一章
14、绪论1.1 课题来源及意义电源技术是一种应用功率半导体器件，综合电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术的多学科的边缘交叉技术。随着科学技术的发展，电源技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关。目前电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。他对现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电源起着关键作用。 -当代许多高新技术均与市电的电压、电流、频率、相位、和波形等基本参数的变换和控制相关，电源技术能够实现对这些参数的精确控制和高效率的处理，特别是能够实现大功率电能的频率变换，从而为多项高新技术
15、的发展提供有力的支持。因此，电源技术不但本身是一项高新技术，而且还是其他多项高新技术的发展基础。电源技术及其产业的进一步发展必将为大幅度节约电能、降低材料消耗以及提高生产效率提供重要的手段，并为现代生产和现代生活带来深远的影响。-电源，如今已经是非常重要的基础科技和产业，从日常生活到高尖端的科技，都离不开电源技术的参与和支持，电源技术也正是在这种环境中不断的发展起来的。电源的重要性不可否认，但是传统电源存在不足的地方，例如，传统电源效率不高，线性电源由于功率管是工作在线性放大状态，功率管的电流和输出电流是成比例的，因此当输出电流越大时，功耗就越大。通常，线性电源效率只有45%到50%左右，因此提高电源效率是未来电源设计，应着重解决的问题，而开关电源能够很好的解决这个问题，开关电源的功率开关管是工作在开关状态的，也就是，只是在开关管导通时，管子才会产生损耗，因
