开关稳压电源的设计报告.docx

开关稳压电源摘要：本开关电源主要采用at89s52单片机为主控芯片，通过按键与操作人交互，通过单片机 编程产生pwm脉冲信号经过ir2110放大后控制irf530芯片，使irf2110工作在开关状态，从而控制输出电压的大小。关键字：at89s52 pwm脉冲信号 ir2110芯片 irf530芯片一，方案设计： 1. 开关电源的总框图1如下: 框图1：开关电源总框图根据题目要求，该开关电源主要分为基础部分和发挥部分。基础部分要求为：（1）当输入电压稳定时，输出电压为较稳定直流12伏电压，其平均值误差不超过0.3伏；（2）整流电路采用单相桥式整流；（3）滤波电路采用滤波电路；（4）基础部分的设计框图:2如下： 框图2：基础部分设计框图发挥部分要求为：（1）按照框图1加入dc/dc变换器，并采用单片机对其进行控制，实现当电压为直流12伏时，输出电压在012伏内任意可调；（2）满足（1）要求时，输出电压纹波；（3）可通过单片机键盘对输出电压进行整数值设定；（4）可显示输出电压值，误差不超过0.2伏；（5）发挥部分设计框图3如下：ir211芯片irf53芯片at89s52单片机显示屏adc0809电压调节键盘 框图3：基础部分设计框图2.方案设计的分析:基础部分中采用变压器将220v交流电变为35v的交流电得到u1，然后整流桥将降压后的交流电压变为脉动的直流得到输出电压 u2。我们将得到的 u2在经过两级lc滤波后就得到我们要输出的电压 u3发挥部分中主要用数字电路实现对输出电压的控制，该部分主要用at89s52单片机作为控制芯片，在单片机中通过编程让单片机产生pwm脉冲信号，然后用ir2110芯片将单片机产生的pwm信号放大以至于可以驱动开关管irf530工作，从而控制输出电压的大小起到控制输出电压的作用。二，详细软硬件设计的实现1、硬件的实现硬件设计的框图如下： 图4：系统的电路设计图 1) 该图上部分是由模拟电路构成的电路的基本稳压电路，其主要是通过lc滤波来实现电压稳定，基本稳压电路示意图如下： 降压部分是用的一个11:1的变压器，将220v，50hz的交流电降到了20v整流桥是用四个1n4007二极管做的全波式整流桥，将交流变为脉动直流，然后通过型滤波将纹波降系数到，使输出电压稳定在15v。电感电容参数的计算：利用归一化来设计所要的滤波器计算，该滤波器截止频率为50hz，阻抗为50计算过程如下： 利用归一化lpe的设计数据来设计 2阶定k型归一化lpf的电路及其参数滤波器是的步骤 （截止频率为1/2hz,特征阻抗为1截止频率的比值为m，则 m=50hz12hz314.159265 滤波器与基准滤波器的比值为k k=501=50 则有： l1=1m=0.0031830h c1=1m=0.00318309f l2=l1*k ;c2=c1/k 计算得：l2=0.15915h c2=6.3662*10-5f考虑到实际标称值，在实际的实物调试中电路电容c，电感l分别取2200uf，电感取31mh2）at89s52单片机的资源分配，如下图5所示： adc0809p3口p0口p1口p2口pwm波驱动显示屏键盘at89d52单片机 框图5：单片机资源分配图a）键盘的实现：主要通过单片机编程中断，用按钮控制单片机端口，从而控制单片机的输入输出端口，控制pwm 输出的占空比，从而调节输出的电压。b）采用adc0809芯片将模拟输出电压转换为数字电压然后将数字信号送到单片机里面处理后用数码管显示出来，从而方便了调节的显示，连接图如下： 图6 adc0809芯片连接图 d）pwm是通过单片机编程，通过设置参考电压来产生pwm波，用键盘调节pwm波占空比来达到控制输出电压的目的。 e）ir2110芯片主要是将单片机产生的pwm脉冲信号发大，将放大的脉冲信号用来控制irf530芯片，其连接图如下： 图7 ir2110芯片连接图f）开关电源的主要部分开关器件采用irf530芯片，该芯片在导通电压的作用下，不断的处于导通与截止的状态，从而控制了输出电压的大小，irf530的引脚图如下： 图8 irf530实物图2.软件设计方案a）程序算法分析：1）单片机产生的脉冲和输出电压的关系键盘按钮每调节一次输出电压就增加或者是减小0.1v，而输出电压与pwm占空比有关，通过设置每一次调节的占空比大小就可以比较精确的控制输出的步进。2）输出电压与调节占空比的对应计算关系占空比为q，输入电压ui，输出电压为uo，ton为开关管的导通时间，toff为开关管的截止时间，pwm脉冲的周期为t。则有下列对应关系： q=ton/t uo=qui 3）设计的输出电压10v且在010v可调，步进为0.1v,则，每调一步的dton满足如下关系： dton100=0.110 4）产生的pwm脉冲信号和相应的占空比如下图所示： 图9 pwm脉冲信号b）主程序的算法及说明/*- 名称：独立按键控制直流输出电压 内容：对应的电源接口需用杜邦线连接-*/#include /包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义sbit jia=p20;/按键加sbit jian=p21;/按键减sbit dcout = p36;/定义脉冲信号输出端口/*- 全局变量-*/unsigned char pwm_on; /定义电压初始值#define cycle 250 /周期/*- 函数声明-*/void delayus2x(unsigned char t);/us级延时函数声明 void delayms(unsigned int t); /ms级延时void display();/数码管显示函数void key();/键盘扫描void init_timer0();/定时器初始化/*- 主函数-*/void main () pwm_on=180;init_timer0();while (1)/主循环 key(); /*- us延时函数，含有输入参数 unsigned char t，无返回值 unsigned char 是定义无符号字符变量，其值的范围是 0255 这里使用晶振12m，精确延时请使用汇编,大致延时 长度如下 t=tx2+5 us -*/void delayus2x(unsigned char t) while(-t);/*- ms延时函数，含有输入参数 unsigned char t，无返回值 unsigned char 是定义无符号字符变量，其值的范围是 0255 这里使用晶振12m，精确延时请使用汇编-*/void delayms(unsigned int t) while(t-) /大致延时1ms delayus2x(245); /delayus2x(245); /*- 定时器初始化子程序-*/void init_timer0() tmod |= 0x01; /使用模式1，16位定时器，使用|符号可以在使用多个定时器时不受影响 th0=(65536-90)/256; /赋值 2ms tl0=(65536-90)%256; ea=1; /总中断打开 et0=1; /定时器中断打开 tr0=1; /定时器开关打开/*- 定时器中断子程序-*/void timer0_isr() interrupt 1 static unsigned char count; th0=(65536-90)/256; /重新赋值 2ms tl0=(65536-90)%256;if (count=pwm_on) dcout = 0; /如果定时等于on的时间， /说明作用时间结束，输出低电平 count+;if(count = cycle) /反之低电平时间结束后返回高电平 count=0;if(pwm_on!=0) /如果开启时间是0 保持原来状态 dcout = 1; /*-按键扫描函数，返回扫描键值-*/void key() if(jia=0) delayms(250);/消抖 if(jia=0)/第一个按键,速度等级增加if(pwm_on10)pwm_on=pwm_on-5;if(pwm_on=10)while(jian=0)pwm_on=10 该程序为单片机产生pwm波的控制程序，在程序中，cycle是pwm脉冲信号的周期，pwm-on是脉冲宽度，可以通过改变cycle来改变开关管irf530导通与截止的频率，通过改变pwm-on的值来改变按钮在调节输出电压是的步进，在脉宽调制输出电压的过程中，我们可以通过修改单片机的控制程序来控制输出电路来达到我们想要的结果，单片机的好处在于它能够通过编程来实现我们在程序中预先设想好的输出结果来运行，单片机产生的脉冲波形如下图： 图10 输出电压为8.12v时的脉冲宽度 图11 输出电压为3.05v时的脉冲宽度三，测试说明 1.测试所用仪器： 序号仪器名称数量备注1 数字万用表1-2示波器1-3可调稳压电源1-4信号发生器1-5电感分析仪1- 2.输出电压u3的测量：测量次数123纹波（mv）256mv249mv250mv有效值（v）19.1v19.0v19.2v纹波系数（%）1.34%1.31%1.3% 可以满足设计要求。 3.带负载能力：负载阻值（）20（10w）40（10w）60（10w）负载电压（v）17.7v15.3v13.6v负载电流（a）0.883a0.379a0.21