基于单片机的开关稳压电源的设计

1、37武汉理工大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）材料之二（1） 武汉理工大学机电学院本科毕业设计（论文）专 业： 自动化 题 目： 基于单片机的开关稳压电源的设计作 者 姓 名： xxx 导师及职称： xx 教授 导师所在单位： 电气工程学院 2010年 6 月 16 日武汉理工大学机电学院本科毕业设计（论文）任务书 2010 届 自动化 专业学生姓名： xxx 毕业设计（论文）题目中文：基于单片机的开关稳压电源的设计英文：the design of switching power supply based on scm 原始资料1 周航慈.单片机应用程序设计技术m.北京航空航大大学出版社，2

2、0052 张占松、蔡宣三.开关电源的原理与设计m .北京：电子工业出版社，20013 陆治国.电源的计算机仿真技术m .北京：科学出版社，20014 童诗白、华成英.模拟电子技术基础m.北京：高教出版社，19955 何立民.单片机应用系统设计m.北京：北京航空航天大学出版社，2000：3-10 毕业设计（论文）任务内容1、课题研究的意义 随着电力电子技术的告诉发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源

3、、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体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，使得开关电源技术在不断电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。开关稳压电源具有效率高稳定性能好保护措施完善等优点，但由于控制信号一般通过精密稳压器tl431、光耦等获得，使得输出电压

4、很难做到宽范围内调节。将单片机系统应有于开关稳压电源中，实现开关稳压电源的数字化，使其保护功能更完善、输出电压调节范围宽、调节精度高，可用于取代传统的开关稳压电源。本文介绍了一种基于单片机的智能稳压电源的设计方案，其核心技术是通过单片机控制数模转换来改变其后的稳压模块的输出。该系统由整流滤波初步稳压部分、单片机控制部分、dac和显示部分组成，该稳压电源能连续步进可调，并且可实时显示，弥补了传统稳压电源的不足。2、本课题研究的主要内容 开关稳压电源是指电压调整功能的器件，是以开关方式工作的一种直流稳压电源 ,具有高效率、体积小的特点, 广泛应用于各种通信、电子、电器设备领域中。小功率开关电源的设

5、计中,普遍采用专用集成芯片控制脉宽调制技术。本设计采用单片机为控制核心，通过软件编程对开关电源控制部分进行优化设计，使其不断检测电源的输出电压 ,根据电源输出电压与设定值之差 , 对pwm的占空比进行调节,以提高稳压电源的精度。3、提交的成果：（1）毕业设计（论文）正文；（2）至少一篇引用的外文文献及其译文；（3）附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要。指导教师（签字） 教研室主任（签字） 批 准 日 期 2009年12月30日接受任务书日期 2010年1月6日完 成 日 期 2010年6月16日接受任务书学生（签字） 基于单片机的开关稳压电源的设计摘 要本文介绍了一种基于单片机的智能稳压电源

6、的设计方案，其核心技术是通过单片机控制数模转换来改变其后的稳压模块的输出，利用单片机arm片内a/d不断检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值之差，利用片内pwm模块输出pwm波，直接控制电源的工作。arm扩展按键、数码显示功能实现数控输出电压。该系统由整流滤波初步稳压部分、单片机控制部分、dac和显示部分组成，该稳压电源能连续步进可调，并且可实时显示，弥补了传统稳压电源的不足。并采用buck pwm dc/dc转换器，它是是一种在高频pwm脉冲控制下，以一定的占空比重复导通和关断转换器中的pwm开关组合，通过改变pwm的占空比来改变输出电压。同时伴有保护电路，如防浪涌的软启动，防过压、

7、欠压、过热、过流、短路、缺相等保护电路，可以有效地保证开关电路正常有效安全的运行。关键词：单片机；稳压电源；连续步进可调；数模转换； design of intelligent power supply based on mcuabstractthis paper introduces a single-chip microcomputer-based intelligent power supply design program, its core technology through the mcu to control digital-to-analog converters to ch

8、ange the voltage regulator module subsequent output，monolithic integrated circuits of the arm of a constant source of the test, output voltage power output voltage and the set value of the poor and the use of pwm output within modules pwm, directly control the power of work. arm extended key, digita

9、l display realize the functions of output voltage. the system consists of rectifier filter preliminary regulator of the mcu control of the dac and display components, the power supply can be continuously adjustable stepper, and can be real-time display, made up for the shortcomings of traditional vo

10、ltage regulator power supply. and the buck pwm dc-dc converters, it is a high frequency pwm pulses to control, the report of the road than repeat and off the combination of pwm switching by change of air of pwm than to change the output voltage. be accompanied by the protection circuit, such as the

11、waves against the soft and prevent overpressure, owing to pressure and heat, a flow and short-circuit and lack of equal protection circuit, can effectively ensure switch security in the circuit normal effective operation.key words： mcu; regulated power supply; stepping and adjustable ram；dac目录引言1第一章

12、 概述2 1.1 直流稳压电源的发展方向21.2 国内发展现状31.3 系统研究方向3第二章 系统方案设计原理4 2.1 设计原理42.2 系统框图5第三章 主要器件介绍6 3.1 at89c51简介6 3.2 dac0832工作原理73.3 数码管显示原理8第四章 硬件电路114.1 开关变换电路114.2 整流滤波、初步稳压125.2 at89c51主控部分145.3 数模转换dac0832145.4 稳压部分155.5 显示电路155.6 保护电路16第五章 软件设计217.1 软件流程图21第六章 系统源程序22结束语与展望24致谢25参考文献26附录一 系统总电路图一27附录二 系统

13、总电路图二28附录三 外文文献及译文29插图清单图2.1 直流稳压电源框图4图2.2 串联型稳压电路4图2.3 系统框图5图3.1 at89c51引脚图6图3.2 dac0832原理框图7图3.3 dac单极性输出电路8图3.4 数码管结构图8图4.1 降压型pwm dcdc转换器11图4.2 buck变换器原理图11图4.3 整流滤波电路12图4.4 三端稳压电路13图4.5 at89c51主控电路14图4.6 数模转换电路14图4.7 稳压电路14图4.8 数码管显示电路15图4.9 利用51单片机输出pwm波15图4.10 可变脉冲pwm输出15图4.11 采用晶闸管和限流电阻组成的软启

14、动电路16图4.12 采用继电器k1和限流电阻构成的软启动电路17图4.13 替代rc的延迟电路17图4.14 过压、欠压、过热保护电路18图4.15 三相三线制的缺相保护电路19图4.16 采用igbt过流时vce增大的原理进行保护20图5.1 系统软件流程图21表格清单表3.5数码管字形编码937引言随着电力电子技术的告诉发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开

15、关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体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，使得开关电源技术在不断地创新，这一电力端移动，这为开关电源提供了广泛成本反转点日益向低输出的发展空间。开关稳压电源具有效率高稳定性能好保护措施完善等优点，但由于控制信号一般通过精密稳压器tl431、光耦等获得，使得输出电压

16、很难做到宽范围内调节。将单片机系统应有于开关稳压电源中，实现开关稳压电源的数字化，使其保护功能更完善、输出电压调节范围宽、调节精度高，可用于取代传统的开关稳压电源。本文介绍了一种基于单片机的智能稳压电源的设计方案，其核心技术是通过单片机控制数模转换来改变其后的稳压模块的输出。该系统由整流滤波初步稳压部分、单片机控制部分、dac和显示部分组成，该稳压电源能连续步进可调，并且可实时显示，弥补了传统稳压电源的不足。第一章 概述1.1直流稳压电源的发展方向1.1.1智能化目前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用微处理器的。以微处理器为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，将计

17、算机技术与测量控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化测量控制仪表”。智能仪器解决了许多传统仪表不能或不易解决的难题，同时还能简化系统电路，提高系统的可靠性，加快产品的开发速度。直流稳压电源一方面为仪器仪表提供电能量，是仪器仪表的“动力源”，另一面它本身就是仪器仪表，因此，它有可能而且应当智能化。具体地说，智能化的直流稳压电源电源应当具有以下功能特点: 操作自动化。系统的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。具有自检测功能，包括自动调零、自动故障检测与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。

18、系统能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。具有友好的人机对话能力。智能化的直流稳压电源使用键盘代替传统直流稳压电源中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能直流稳压电源还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使系统的操作更加方便直观。网络管理能力。随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展，直流稳压电源通过rs232接口实现与上位pc机通信，从而使网络技术人员可以随时监视电源设备运行状态、各项技术参数;网络技术人员可通过网络定时开关电源，实现远程开关机等功能。1.1.2数字化在传统直流稳压电源中，控制部分是按模

19、拟信号来设计和工作的。在六、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是，现在数字式信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调，也便于自诊断、容错等技术的植入。1.1.3模块化电源的模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化;其二是指电源单元的模块化。模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性大功率的电源，由于器件容量的限制和增加冗余提高

20、可靠性方面的考虑，一般采用多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均分担负载电流。极大的提高系统可靠性，即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作量。1.1.4 绿色化电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电，这意味着发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染，国际电工委员会(iec对此制定了一系列标准，如工ec555, iec917,ieci000等。20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，为21世纪批量生产各种绿色直流稳压电源产品奠定了

21、基础。1.2 国内发展现状在我国，以电力电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪60年代中期开始形成，到了90年代以来，电源产业进入快速发展时期。一方面， 电源产业规模的发展在加快;另一方面，在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下，我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新，电源产业界涌现了一些技术难度较大，具有国际先进水平的产品，而且还产生了一大批具有代表性的研究成果和产品;目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。但是我国电源产业与发达国家相比，存在着很大的差距和不足:在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化

22、、网络化、持续创新能力等方面的差距为10-15年，尤其在实现直流稳压电源的智能化、网络化方面的研究不是很多。目前国内在这两方面研究比较多的是成都电子科技大学和广州华南理工大学，主要是利用单片机和可编程系统器件(psd)来控制开关直流稳压电源或数制化电压单元达到数控的目的，但和国外的比较起来，效果不是很理想，还有很大的差距。国内厂家生产的直流稳压电源虽然也在向数字化方向发展，但多限于对输出显示实现数码显示，或实现多组数值预置。总体说来，国内直流稳压电源技术在实现智能化等方面相对落后，面对激烈的国际竞争，是个严重的挑战。1.3 系统研究方向 本系统研究的直流稳压电源主要是符合智能化、数字化以及模块

23、化的特点。智能化主要是指系统有可编程模块可以对系统进行智能控制。数字化主要是指系统输出电压通过7段数码管显示，并且可以通过按键对输出电压进行连续步进数字化调节。模块化是指系统由各个相关模块组成，提高了系统的可靠性。 第二章 系统方案设计原理2.1设计原理2.1.1稳压电源基本原理直流稳压电源由电源变压器t、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图2.1所示。电网供给的交流电压u1(220v,50hz) 经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压ui。但这样的直流输出电

24、压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。图2.1 直流稳压电源框图2.1.2 稳压电路设计图2.2 串联型稳压电路由运放组成的串联型稳压电源，电路如图2.2。既可实现稳定的电压输出，而且输出电压连续步进可调，满足设计要求。2.2系统框图本课题设计的直流稳压电源的核心控制器件选用at89c51，直流稳压电源的数模转换采用通用芯片dac0832，输出电压采用7段数码管进行显示。系统由各个模块组成，由各个模块组成的系统框图如图所示：图2.3系统框图第三章 主要器件介绍3.1 at89c51简介本课题设计的直流稳压电源

25、的核心控制器件选用at89c511。at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，at8920c51是他的精简版，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，引脚图如图3.1。 图3.1 at89c51引脚图3.2 dac

26、0832工作原理直流稳压电源的数模转换采用通用芯片dac0832。dac0832的原理框图如图4.2所示。dac0832主要由8位输入寄存器、8位dac寄存器、8位d/a转换器以及输入控制电路四部分组成。8 位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由加以控制；8位dac寄存器用于存放待转换的数字量，由加以控制；8位d/a转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态。图3.2 dac0832原理框图当wr2和xfer同时有效时，8位dac寄存器端为高电平“1”，此时dac寄存器的输出端q跟随输入端d也就是输入寄存器

27、q端的电平变化；反之，当端为低电平“0”时，第一级8位输入寄存器q端的状态则锁存到第二级8位dac寄存器中，以便第三级8位dac转换器进行d/a转换。一般情况下为了简化接口电路，使第二级8位dac寄存器的输入端到输出端直通，只有第一级8位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式。 特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即把两个寄存器都分别接成受控方式。dac单极性输出方式如图 3.3 所示。图3.3 dac单极性输出电路3.3数码管显示原理 3.3.1数码管结构输出电压采用7段数码管进行显示。数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0 9、字符a f、h、l、p、

28、r、u、y、符号“-”及小数点“.”。数码管的外型结构如图3.4（a）所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，分别如图3.4（b）和图3.4（c）所示。图3.4 数码管结构图3.3.2数码管工作原理 共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起，通常

29、，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端，当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻3.3.3数码管字形编码要使数码管显示出相应的数字或字符必须使段数据口输出相应的字形编码。对照图3.4（a），字型码各位定义如下：数据线d0与a字段对应，d1字段与b字段对应，依此类推。如使用数码管，数据为0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。如要显示“0”，共

30、阳极数码管的字型编码应为：11000000b（即c0h）；共阴极数码管的字型编码应为：00111111b（即3fh）。依此类推可求得数码管字形编码如表3.5所示。表3.5数码管字形编码显示字 符字形共阴极共阳极dpgfedcba字型码dpgfedcba字型码0011oooooc0h001111113fh1111111001f9h0000011006h2210100100a4h010110115bh3310110000b0h010011114fh441001100199h0110011066h551001001092h011011016dh661000001082h011111017dh7711

31、111000f8h0000011107h881000000080h011111117fh991001000090h011011116fhaa10oo100088h0111011177hbb1000001183h011111007chcc11000110c6h0011100139hdd10100001a1h010111105ehee1000011086h0111100179hff100011108eh0111000171hhh1000100189h0111011076hll11000111c7h0011100038hpp10oo11008ch0111001173hrr11001110ceh001

32、1000131huu11000001c1h001111103ehyy1001000191h011011106eh-10111111bfh0100000040h.011111117fh1000000080h天天11111111ffh0000000000h第四章 硬件电路4.1开关变换电路4.1.1 pwm dc/dc的含义和组成所谓pwm dc/dc转换器，它是由半导体器件和储能元件组成的。通过对其中开关管的pwm通/断控制，将一种数值的直流电压，转换成所需要的另一种数值，并控制输入与负载之间的功率流动，把具有这种功能的转换器叫做pwm dc/dc转换器。对于小功率pwm dc/dc转换器，只用

33、一个开关管、一个开关二极管、一个电感和一个电容，就可以组成一台非隔离式dc/dc转换器。而pwm dc/dc中“三端pwm开关”不同的组合，可以使pwm dc/dc转换器具有不同的降压、升压、和升降压功能。而本设计中采用的是降压型pwm dc/dc转换器。4.1.2 buck pwm dc/dc转换器如下图4.1所示为降压型pwm dc/dc主电路它的工作原理是在高频pwm脉冲控制下，以一定的占空比重复导通和关断转换器中的pwm开关组合，对直流输入电压ui进行斩波，形成高频脉冲方波电压，再经过滤波器滤波后接入负载。图4.1降压型pwm dcdc转换器4.1.2.1buck pwm dc/dc转

34、换器工作原理buck pwm dc/dc转换器在连续导电模式的工作原理根据图所示可知：在一个周期内，开关管的开关过程将直流输入电压进行斩波，形成脉冲宽度为ton的方波。当开关管导通时，二极管关断，输入端直流电源ui将功率传送到负载，并使电感储能；当开关管关断时，二极管导通连续，二极管导通续流，电感上储存的能量向负载释放。在一个开关周期内，电感电流的平均值等于负载电流io。在稳态工作时，pwm dc/dc转换器一个周期内，开关管在导通和关断时间内的伏秒面积平衡，即在一个开关周期内电感承受的电压对时间的积分为0。 式（4.1）式中-电感承受电压；-开关周期； 式（4.2）式中-开关频率； -已个开

35、关周期内，开关管的导通时间和关断时间。占空比又称导通比， 式（4.3）以在连续导电模式工作下的buck pwm dc/dc转换器为例，由图可得t=0-时，； 式（4.4）t=-时，。 式（4.5）和分别为buck pwm dc/dc转换器的输入电压和输出电压。进一步可得： 式（4.6）故得在连续导电模式下的buck pwm dc/dc转换器输出/输入电压的转换比为 式（4.7）图4.2 buck变换器原理图4.2整流滤波、初步稳压整流就是把交流电变成脉动的直流电的过程，整流的基本器件是二极管，利用二极管的单向导电性即可把交流电转换成脉动的直流电，桥式整流电路如图4.3所示。 图4.3 整流滤波

36、电路滤波是为了降低输出电压的脉动成分，得到较为平滑的直流电源，常有的滤波电路有电容滤波、rc（lc）型的滤波形式。电容是一个能储存电荷的元件。有了电荷，两极板之间就有电压uc=q/c。在电容量不变时，要改变两端电压就必须改变两端电荷，而电荷改变的速度，取决于充放电时间常数。时间常数越大，电荷改变得越慢，则电压变化也越慢，即交流分量越小，也就“滤除”了交流分量，经过滤波后，输出电压的纹波减小，直流成分得到提高；固定三端稳压器稳压电路如图4.4所示，在输入与公共端之间、输出端与公共端之间分别接了0.33uf、0.1uf的电容,可以防止自激振荡。图4.4 三端稳压电路4.3 at89c51主控部分单

37、片机at89c51是系统的控制核心，主要是通过控制数摸转换来实现对稳压电源的调节，并且控制显示电路，电路如图4.5所示。 图4.5 at89c51主控电路主控电路中包括at89c51工作的基本电路：复位电路和晶振电路，还有两个按键：+sw键和-sw键，这两个按键用于控制输出电压的增加与减小。4.4 数模转换dac0832dac模块是整个系统的纽带，连接着控制部分与稳压部分，电路如图4.6所示图4.6 数模转换电路该数模转换电路采用的是dac0832单极性输出方式，输出vo=-b*vref/256，其中b的值为d0-d7组成的8位二进制，取值范围为0-255，vref是参考电压，该电压有电阻r2

38、和可变电阻r3分压所得，通过调节可变电阻可以改变参考电压vref。4.5稳压部分稳压部分是系统的实现核心，dac模块输出的模拟信号决定最终的输出电压，电路如图4.7所示。 图4.7 稳压电路稳压电路中电阻r7和r8组成取样电路，对输出电压进行取样，运放tl082构成比较电路，对采样电压与数模转换输出的电压进行比较以控制调整电路，三极管q1和q2构成调整电路，调整电路通过改变三极管的管压降来调整输出电压。4.6显示电路显示电路是对系统输出电压进行显示，使得整个系统更加合理话，由于只显示输出的电压，所以显示器件采用数码管，电路如图4.8所示； 图4.8 数码管显示电路4.7 利用51单片机输出pw

39、m波 51系列单片机无pwm输出功能，可以采用定时器配合软输出的方法输出其电路图如下图4.9所示，采用了高速光隔6n137输出，并将pwm的信号倒相。图4.9 利用51单片机输出pwm波用t0定时器控制pwm的占空比，t1控制脉宽。t0,t1设置成16位定时器。图4.10 可变脉冲pwm输出4.8保护电路4.8.1 引言评价开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则。在电气技术指标满足正常使用要求的条件下，为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，必须设计多种保护电路，比如防浪涌的软启动，防过压、欠压、过热、过流、短路、缺相等保护电路。4.8.2开关电源常用的几种保护电路4.8

40、.3 防浪涌软启动电路开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路，在进线电源合闸瞬间，由于电容器上的初始电压为零，电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流，特别是大功率开关电源，采用容量较大的滤波电容器，使浪涌电流达100a以上。在电源接通瞬间如此大的浪涌电流，重者往往会导致输入熔断器烧断或合闸开关的触点烧坏，整流桥过流损坏；轻者也会使空气开关合不上闸。上述现象均会造成开关电源无法正常工作，为此几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路，以保证电源正常而可靠运行。图4.11 采用晶闸管和限流电阻组成的软启动电路图4.11是采用晶闸管v和限流电阻r1组成的防浪涌电流电路。在电源接通瞬间，输入

41、电压经整流桥（d1d4）和限流电阻r1对电容器c充电，限制浪涌电流。当电容器c充电到约80额定电压时，逆变器正常工作。经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号，使晶闸管导通并短路限流电阻r1，开关电源处于正常运行状态。图4.12采用继电器k1和限流电阻构成的软启动电路图4.13 替代rc的延迟电路图4.12是采用继电器k1和限流电阻r1构成的防浪涌电流电路。电源接通瞬间，输入电压经整流（d1d4）和限流电阻r1对滤波电容器c1充电，防止接通瞬间的浪涌电流，同时辅助电源vcc经电阻r2对并接于继电器k1线包的电容器c2充电，当c2上的电压达到继电器k1的动作电压时，k1动作，其触点k1.1闭合而旁

42、路限流电阻r1，电源进入正常运行状态。限流的延迟时间取决于时间常数（r2c2），通常选取为0.30.5s。为了提高延迟时间的准确性及防止继电器动作抖动振荡，延迟电路可采用图4.13所示电路替代rc延迟电路。4.8.4 过压、欠压及过热保护电路进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害，主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏，同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。因此对输入电源的上限和下限要有所限制，为此采用过压、欠压保护以提高电源的可靠性和安全性。温度是影响电源设备可靠性的最重要因素。根据有关资料分析表明，电子元器件温度每升高2，可靠性下降10，温升50时的工作寿命只有温升

43、25时的1/6，为了避免功率器件过热造成损坏，在开关电源中亦需要设置过热保护电路。图4.14过压、欠压、过热保护电路图4.14是仅用一个4比较器lm339及几个分立元器件构成的过压、欠压、过热保护电路。取样电压可以直接从辅助控制电源整流滤波后取得，它反映输入电源电压的变化，比较器共用一个基准电压，n1.1为欠压比较器，n1.2为过压比较器，调整r1可以调节过、欠压的动作阈值。n1.3为过热比较器，rt为负温度系数的热敏电阻，它与r7构成分压器，紧贴于功率开关器件igbt的表面，温度升高时，rt阻值下降，适当选取r7的阻值，使n1.3在设定的温度阈值动作。n1.4用于外部故障应急关机，当其正向端

44、输入低电平时，比较器输出低电平封锁pwm驱动信号。由于4个比较器的输出端是并联的，无论是过压、欠压、过热任何一种故障发生，比较器输出低电平，封锁驱动信号使电源停止工作，实现保护。如将电路稍加变动，亦可使比较器输出高电平封锁驱动信号。4.7.5 缺相保护电路 由于电网自身原因或电源输入接线不可靠，开关电源有时会出现缺相运行的情况，且掉相运行不易被及时发现。当电源处于缺相运行时，整流桥某一臂无电流，而其它臂会严重过流造成损坏，同时使逆变器工作出现异常，因此必须对缺相进行保护。检测电网缺相通常采用电流互感器或电子缺相检测电路。由于电流互感器检测成本高、体积大，故开关电源中一般采用电子缺相保护电路。图

45、5是一个简单的电子缺相保护电路。三相平衡时，r1r3结点h电位很低，光耦合输出近似为零电平。当缺相时，h点电位抬高，光耦输出高电平，经比较器进行比较，输出低电平，封锁驱动信号。比较器的基准可调，以便调节缺相动作阈值。该缺相保护适用于三相四线制，而不适用于三相三线制。电路稍加动，亦可用高电平封锁pwm信号。图4.15三相三线制的缺相保护电路图4.15是一种用于三相三线制电源缺相保护电路，a、b、c缺任何一相，光耦器输出电平低于比较器的反相输入端的基准电压，比较器输出低电平，封锁pwm驱动信号，关闭电源。比较器输入极性稍加变动，亦可用高电平封锁pwm信号。这种缺相保护电路采用光耦隔离强电，安全可靠

46、，rp1、rp2用于调节缺相保护动作阈值。4.8.5 短路保护开关电源同其它电子装置一样，短路是最严重的故障，短路保护是否可靠，是影响开关电源可靠性的重要因素。igbt（绝缘栅双极型晶体管）兼有场效应晶体管输入阻抗高、驱动功率小和双极型晶体管电压、电流容量大及管压降低的特点，是目前中、大功率开关电源最普遍使用的电力电子开关器件。igbt能够承受的短路时间取决于它的饱和压降和短路电流的大小，一般仅为几s至几十s。短路电流过大不仅使短路承受时间缩短，而且使关断时电流下降率di/ dt过大，由于漏感及引线电感的存在，导致igbt集电极过电压，该过电压可在器件内部产生擎住效应使igbt锁定失效，同时高

47、的过电压会使igbt击穿。因此，当出现短路过流时，必须采取有效的保护措施。为了实现igbt的短路保护，则必须进行过流检测。适用igbt过流检测的方法，通常是采用霍尔电流传感器直接检测igbt的电流ic，然后与设定的阈值比较，用比较器的输出去控制驱动信号的关断；或者采用间接电压法，检测过流时igbt的电压降vce，因为管压降含有短路电流信息，过流时vce增大，且基本上为线性关系，检测过流时的vce并与设定的阈值进行比较，比较器的输出控制驱动电路的关断。在短路电流出现时，为了避免关断电流的di/dt过大形成过电压，导致igbt锁定无效和损坏，以及为了降低电磁干扰，通常采用软降栅压和软关断综合保护技术。在检测到过流信号后首先是进入降栅保护程序，以降低故障电流的幅值，延长igbt的短路承受时间。在降栅动作后，设定一个固定延迟时间用以判断故障电流的真实性，