程控电压源毕业设计

1、武汉纺织大学毕业设计（论文）任务书课题名称： 程控直流稳压电源的设计_ 完成期限： 2015 年12 月22 日 至 2016年 06月03日学院名称 机械工程与自动化_ 专业班级 自动化11202_学生姓名 王冲 学号 1202251056_ 指导教师 刘春玲 指导教师职称 教 授_ 学院领导小组组长签字_ 一、课题训练内容 （1）让学生加强理论跟实践结合的能力，在实践中来加深对理论知识、基本技能和专业知识的认识与掌握，让其更具有系统性、综合性。懂得MOSFET开关管的驱动原理，学习单片机STM32的工作原理跟应用。了解和熟悉PWM控制技术，掌握STM32单片机的使用方法。 （2）培养学生的

2、综合能力，学会运用所学的知识和技能对问题进行分析和解决。懂得PCB画图、制版、以及调试电路板。 （3）真正的做到将理论与实践相结合，熟悉PCB画图、制版的流程和方法。 （4）培养学生的工程设计、实验方法、数据处理、文件编辑、文字表达、文献查阅、WORD、Altium Designer、Keil 、TINA等专业软件应用和程序调试等基本实践能力，以及外文资料的阅读和翻译等基本能力，使学生初步掌握基本的科学研究方法。 （5）培养学生利用单片机进行嵌入式开发的能力，掌握单片机系统设计的基本方法，达到能够进行单片机系统设计的目的。了解STM32单片机的调试方法以及其系统设计。 （6）使学生树立正确的设

3、计思想，培养严谨、认真负责、实事求是、善于思考、勇于探索、具有创新意识、善于与他人合作的意识。 （7）使学生获得从事科研工作的初步训练，培养学生独立思考、综合运用所学知识解决实际问题的能力，尤其注重养成学生独立获取新知识的能力。 二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量的具体要求）1、 设计任务 1）熟悉绘图软件altium designer的使用，绘制相应的原理图; 2) 完成系统的硬件设计，包括采样电路、A/D转换电路、主控制电路、显示电路等的设计; 3) 完成该系统的软件设计，包括主程序模块、控制运算模块、数据输入输出及处理模块等一些子功能模块

4、的设计; 4) 通过BUCK电路设计出所需的输出电压，再利用单片机进行程控输出；同时可实现输入电压，输出电压，输出电流的实时检测显示功能；可实现菜单显示功能。 2、要求： 1）提交开题报告一份，提交时间3月15日左右，字数在20003000字之间，内容需包含课题意义，所属领域的发展状况，本课题的研究内容、研究方法、研究手段和研究步骤以及参考书目等； 2）提交毕业设计论文一份，正文不得少于15000字，按照武汉纺织大学毕业设计模版格式要求规范撰写； 3）翻译一篇与本课题相关的英文专业资料，其对应的中文翻译不得少于3000字； 4）计算程序、图纸完整齐备。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料

5、 1、技术参数： （1）可实现输出电压的程控功能,可调输出电压为8V到18V，精度为1%。 （2）可实现输出过流保护功能，电流达到2.1A关断。 2、主要参考资料： 1 贺洪江.一种高精度数控直流电源的设计J.河北建筑科技学院学报,2000,17(1):33-39. 2 李宁.基于MDK的STM32处理器的开发应用M.北京:航空航天大学出版社.2008年. 3 谭浩.C语言程序设计M.北京:清华大学出版社.2004年. 4 TI器件选型EB/OL.5 Mack,Raymond ADemystifyingSwitchingPower SuppliesM.Amsterdam:Boston Else

6、vier.2005.4、 毕业设计（论文）进度表 武汉纺织大学毕业设计（论文）进度表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期1征求老师的意见，确认选题方向并查找相关背景资料。2阅读参考资料，撰写开题报告3研究整体方案，完成整体框图4设计原理图，并对图中参数进行计算分析，列出材料清单5完成系统硬件设计，包括自制原理图6要求完成系统软件设计，包括程序流程图、程序说明等7对电路进行调试，对元件参数与程序模块进行修改8整理毕业设计资料，撰写毕业论文，准备答辩注：1.本任务书一式两份，一份学院留存，一份发给学生。2.“实际完成情况”和“检查人签名”由教师用笔填写，其余各项均要求打印，打印字

7、体和字号按照武汉纺织大学毕业设计（论文）规范执行。武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告课题名称 程控直流稳压电源的设计院系名称机械工程及自动化专 业自动化班 级自动化11202学生姓名王冲1、 课题的意义 电源问题一直是人们十分关心的问题，是所有电设备的动力。在电力系统中，直流系统的可靠性、稳定性及性能直接影响到电厂的运行和设备的安全；在通信网络中，通信电源成为构成各种通信手段必不可少的组成部分，对通信质量具有重要的影响，人们视电源为整个通信系统的心脏。 随着电力电子技术的迅速发展，直流电源应用非常广泛，其好坏直接影响着电气设备或控制系统的性能。直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用

8、于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。二、所属领域的发展状况 电子设备都需要稳定的电源，而外部提供的大多数为交流电源，电源设备的作用就是把交流电源转换为电子设备所需的直流电源，转换后的直流电源应具有良好的稳定性，当电网或负载变化时，它能保持稳定的输出电压，并具有较低的纹波。我们通常称这种直流电源为稳压电源。但有时提供的直流电压不符合设备要求，仍需变换，称为DC/DC变换。常规的稳压电源为串联调整线性稳压电源，它通常由50Hz工频变压器、整流器、滤波器、串联调整线

9、性稳压器组成。调整元件工作在线性放大区，流过的电流是连续的，调整管上损耗较大的功率，需要体积较大的散热器，因此该种电源体积大，且效率低，通常仅为3560。同时承受过载能力较差，但是它具有优良的纹波及动态响应特性。 开关电源是利用现代电力电子技术，通过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。开关电源处于电源技术的核心地位，它主要分为AC/DC和DC/DC两大类。开关电源去除了笨重的工频变压器，代之以几十kHz、几百kHz甚至数MHz的高频变压器。由于调整管工作在开关状态，因而功率损耗小，效率高。 目前，开关电源技术向着轻、小、薄、低噪音、高可靠、抗干扰的方向发展。新型功率器件

10、的开发促进了开关电源的高频化，功率MOSFET和IGBT可使中小型开关电源的工作频率达到400KHZ(AC/DC)或1MHZ(DC/DC)；软开关技术是高频开关电源的实现又了可能，它不仅可以减少电源的体积和重量，而且提高了电源的效率，采用软开关技术，效率可达93；控制技术的发展以及专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；有源功率因数校正技术（APFC）的开发，提高了AC/DC开关电源的功率因数，既治理的电网的谐波污染，又提高了开关电源的整体效果。 开关电源的使用为国家节省了大量的铜材，钢材以及占地面积。由于变换效率的提高，能耗的降低，降低了周围环

11、境的温度，改善了工作人员的环境。近年来国家已大力投资支持供电工程改造。可见，开关电源在未来有着良好的发展前景。3、 设计内容 此次的毕业设计主要将采用硬件电路和单片机的编程控制相结合，来实现稳定电压的程控输出。 硬件部分: 交流电通过整流桥以及多个大电容并联来获得平滑的直流电，再通过BUCK降压电路得到程控输出；人机接口利用红外遥控来完成，最后通过相应的液晶进行显示。 软件部分:软件设计将采用C语言进行编写，对各个模块功能进行模块化的设计，增强程序的可读性和移植性。本系统设计的软件内容主要涉及以下几个方面的内容：（1） 各个子模块的驱动程序，包括：液晶驱动程序，红外驱动程序，AD/DA的驱动程

12、序。（2）采样电压电流的显示及过流保护程序。（3）输出电压的程控程序，包括步进输入跟任意输入。四、研究方法与研究手段u 研究方法：本项目的研究方法为： (1) 在Altium Designer里绘制出系统的原理图； (2) 根据绘制的电路图进行硬件电路的焊接； (3) 通过KEIL软件来编写功能代码，来进行系统整体功能的调试 与优化。u 研究手段：本项目的研究手段为： 以电路、电力电子、模拟电路、PWM技术为基础的电路信息技术作为研究手段，采用仿真，观察实验，总结经验，查阅书籍等方法和手段，进行多轮的研究。通过Altium Designer和Keil 软件的使用，来进行编程与绘图，然后进行仿真

13、操作，将实践与理论有效结合。 五、研究步骤（1）用4周时间查阅资料，翻译外文资料，确定系统主要研究内容，开始 撰写开题报告。（2）用3周时间理论设计，方案研究软硬件设计跟电路测试.（3）用1周时间对前期的设计作品进行初步检查。（4）用1周时间对设计作品参数进行优化。 （5）用 3 周时间,开始毕业论文初稿的撰写。 （6）用 2 周时间,送毕业导师检查、批改，修改后定稿。 （7） 用 1 周时间，毕业设计答辩，完成毕业设计。六、主要参考书目1 黄珍贵.基于D/A转换器的程控电源设计J.沈阳工业学院学报,2004,24 （3）:12-16.2 王兆安,刘进军.电力电子技术M.北京:机械工业出版社.

14、2009.3 谭浩强.C语言程序设计M.北京:清华大学出版社.2004年.4 贺洪江.一种高精度数控直流电源的设计J.河北建筑科技学院学报,2000,17(1):33-39.5 程晓玲,数字给定式稳压电源的设计J.天津轻工业学院学报,2003.18（2）:45-46.6 赵同贺,刘军.开关电源设计技术与应用实例M.北京:人民邮电出版社.2007.7 李宁.基于MDK的STM32处理器的开发应用M.北京:航空航天大学出版社出版.2008.8 康华光,陈大钦.电子技术基础模拟部分M.北京:高等教育出版社.1999，443-467.9 Mack,Raymond ADemystifyingSwitch

15、ingPower SuppliesM.Amsterdam:Boston Elsevier.2005. 指导教师签名： 年 月 日摘 要 直流稳压电源是所有电子设备的动力之一,因而其稳定性、可靠性直接的影响着电子设备的寿命跟安全，同时也广泛的应用于各大领域。故而对直流稳压电源的深入研究具有十分重要的意义。本课题中介绍的直流稳压电源系统是基于单片机控制和开关电源高效率的特点，制作出一种以STM32单片机作为核心控制模块的直流稳压电源,采用PWM技术，实现程控电压输出。在本课题中使用了同步整流技术，将二极管换成了开关管，大大提高了电路的转换效率。系统由BUCK电路、全桥驱动电路、死区时间电路、采样电

16、路几部分组成。全桥驱动电路使用具有高端驱动自举电路的IR2110芯片进行驱动。系统还具有红外键盘控制的功能，利用红外控制进行电压的调节，从而达到整个系统程控的功能。关键词：BUCK电路；全桥驱动； 死区时间； 程控电压； 同步整流 ABSTRACT DC regulated power supply is one of the power of all electronic equipment, so its reliability and stability directly affect the life and safety of electronic equipment, but al

17、so widely used in various fields. So it is very important to study the DC regulated power supply. DC regulated power supply system presented in this paper is based on the characteristics of single-chip microcomputer control and switching power supply with high efficiency, to produce a to STM32 micro

18、 controller as the core control module DC regulated power supply, using PWM technology, programmable voltage output is realized. In this topic, the synchronous rectification technology is used to switch the diode to the switch tube, which greatly improves the conversion efficiency of the circuit. Th

19、e system is composed of BUCK circuit, full bridge drive circuit, dead time circuit and sampling circuit. The full bridge drive circuit is driven by a IR2110 chip which has a high drive bootstrap circuit. The system also has the function of infrared keyboard control, the use of infrared control for v

20、oltage regulation, so as to achieve the function of the whole system program controlKeywords：BUCK circuit；full bridge drive；dead-time；programmable voltage； synchronousrectification目 录1 绪论11.1程控直流稳压电源研究的背景11.2程控直流稳压电源研究的意义11.3程控直流稳压电源研究现状21.4程控直流稳压电源研究的内容22 程控直流稳压电源系统的原理与方案分析32.1 系统的主要原理32.1.1 PWM的工作

21、原理32.1.2 同步整流的工作原理32.2 系统总体方案论证52.2.1 控制器跟驱动的方案选择与论证52.2.2 PWM波生成方式的选择与论证52.2.3 采样电路的方案选择与论证 5 3 程控直流稳压电源系统硬件电路的设计与分析63.1 系统总体框图原理分析63.1.1 整流滤波电路73.1.2 主电路、死区延时电路跟控制电路83.1.3 驱动电路113.1.4 系统控制芯片123.1.5 采样电路143.1.6 采样电流的滤波设计153.1.6 BUCK电路173.1.7 红外遥控213.1.8 显示电路223.2 系统程序流程图解243.3 系统测试方法与数据263.3.1 测试仪器

22、26 指标测试表263.3.3 测试结果以及功能分析284 总结与展望294.1 全文总结294.2 课题展望29参考文献30附录I 系统电路图31附录 STM32最小系统图32附录系统辅助电源原理图33附录 系统实物图34附录 部分代码程序35致谢381 绪论1.1 程控直流稳压电源课题研究的背景 伴随着电子技术的快速发展，传统的线性直流稳压电源迅速的被开关稳压电源所取代。传统的线性直流稳压电源是将交流电利用变压器来降低输出电压的大小，再经过整流电路和滤波电路后得到拥有较小波纹的输出直流电压。要想得到高精度的直流输出电压就必须经过稳压电路的处理来进行稳压。而开关稳压电源就是利用电力电子器件，

23、让开关元器件直接工作在开关状态。再利用占空比来控制输出电压的输出。开关电源的结构里由于没有变压器因而体积很小，与此同时开关电源的内部都是一些电力电子元件，所以具有效率高、发热小等特点。即使在电磁辐射方面较为欠缺，但现在的屏蔽技术已经到了很高的境界了，所以整体而言开关电源的市场前景很好。同时随着现在的电子设备越来越普及的应用，加上人们与电子产品的关系日益密切，而所有的电子设备几乎都需要稳定的电源，因而稳定电源也成为了我们生活中密不可分的一部分。1.2 程控直流稳压电源课题研究的意义 随着电子设备的日益增多，直流稳压电源的需求种类也越来越多。大到宇宙飞船，小到单片机，所有的电子设备都需要有各种各类

24、的高精度电源才可以正常工作。因此能够给电子设备提供稳定直流的稳压电源，是如今电子领域的一大重点研发方向。而在电子应用的电路中通常都需要稳定的直流电源来为其供电。直流稳压电源的基本组成由交流输入端变压器、整流桥整流、大电容滤波和稳压电路等部分组成。直流稳压电源对电网的交流电进行转化后为各类用电器提供电能，广泛的应用于各个行业领域，是这些用电器能够正常使用的前提条件。理论上开关电源的开关频率是越快越好，现在功率管MOSFET和IGBT让小型开关电源的工作频率已经达到了400KHZ，同时损耗增加。因而出现了软开关技术，软开关技术是高频开关电源的实现又了可能，它不仅可以减少电源的体积和重量，而且提高了

25、电源的效率，采用软开关技术，效率可达93。现在随着控制技术的发展和专用控制芯片的开始生产不仅让电源的电路大幅度简化，而且让开关电源的动态性能和可靠性都得到了很大的提高；随着现在对有源功率因数校正技术的开发，大大的提高了AC/DC开关电源整体电路的功率因数，这样既有效的抑制了电网的谐波污染，又提高了开关电源的整体功能。同时使用开关电源作为直流电源为国家节省了大量的铜材跟占地面积。由于变换效率的提高、能耗的降低，降低了周围环境的温度，改善了自然的环境。近年来国家已大力投资供电工程项目的改造。可见开关电源制作的直流稳压电源在未来有着良好的发展前景。1.3 程控直流稳压电源课题研究的现状 伴随着现代电

26、力技术的快速发展，又由于开关稳压电源的转化效率比线性稳压电源的转化效率高很多，使得如今的开关电源能够广泛应用于各个领域。电源这样的转变就无形之中节省了能源，因此开关电源也就广泛的受到人们地青睐。但是它也有缺点，就是电路参数设计较为复杂，对环境的电磁辐射较为严重，电源的噪声比较大，不适合应用于一些需要较低低噪声的电路。开关稳压电源就是利用了现代的电力技术来通过控制开关管开通的占空比来保证输出电压保持稳定的一种开关电源。现在开关电源处于电源技术的核心地位，它主要分为AC/DC和DC/DC两大类。开关电源去除了以前笨重的工频变压器，以几十kHz、几百kHz甚至上MHz的高频变压器来取代。由于开关管管

27、工作在开关状态，因而再电路上的功率损耗小，故而效率高。随着电源行业的发展，现如今开关电源发展的趋势可以概括为微型化、高频化、轻便化这三个方面。而决定开关电源体积和重量的主要因素就是储能元件，即磁性元件和电容，因此让开关电源微型化的实质就是尽量性的去减小储能元件的体积。在一定范围内这样就可以节省了空间跟能源，故而因此它广泛的受到人们的青睐。1.4程控直流稳压电源课题研究的主要内容 本课题中所设计的开关电源使用了同步整流技术，利用驱动控制芯片产生占空比，来控制主电路中开关管的驱动占空比来输出电压。通过D/A程控输出，通过A/D采样输出电压和输出电流，用液晶屏显示模块来显示电压电流，通过红外键盘预置

28、电压，实现程控直流电源的设计。以单片机系统为控制核心而设计出来的稳压电源不仅拥有电路简单、结构紧凑、价格低，性能高的特点，同时具有单片机计算和控制的功能，利用它对采样部分进行一定的计算来排除和减少由于噪声和模拟电路等外界因素引起的误差，大大的提高了电源的输出电压和输出电流精度，因而降低了对模拟电路的要求。智能式的开关稳压电源就是使用单片机设置周密的保护检测系统来确保电源能够稳定可靠的运行。输出电压和电流采用数字显示，输入采用红外键盘方式，操作使用方便，具有较高的使用价值。 本课题比较侧重于实际的应用，首先将以单片机STM32F103ZET6为控制核心，配合一定的外围电路，采用数字电路跟模拟电路

29、相结合的方法来完成程控直流电源的设计。具体的研究内容如下： 1)研究PWM波形的控制原理； 2)研究程控直流稳压电源的电路，包含控制电路，BUCK主电路，检测电路以及过流保护电路； 3)研究分析程控直流电源的软件组成，并通过程序语言进行载入程控； 4)研究分析同步整流的控制方法； 5)了解整个程控直流电源的运行过程并能熟练掌握原理图的描述与画法；2 程控直流稳压电源系统总体方案分析2.1系统的主要原理 在本次设计中我们首先必须对两个主要的概念有一定详细的了解，即PWM控制原理与同步整流原理，下面就将对这两个主要概念进行一定的讲解。2.1.1 PWM的工作原理 就像我们之前所了解的驱动芯片输出的

30、占空比信号就是我们所说的PWM波，PWM波的全称是Pulse Width Modulation，即脉冲宽度调制技术，它是利用改变输出波形的占空比来等效改变输出电压的。这一技术广泛的被应用于电动机调速和灯光亮度调节，比如我们现在市面上的电机调速就是使用了这样子的一种调速方式。 对于直流电机调速系统，其方法就是通过改变电机电枢两端的电压通断时间的比值（即占空比）来控制电机的速度。PWM调速原理如图2-1所示： 图2-1 平均速度跟占空比的关系 由图可知，电机的转速与电机电枢两端的电压成比例，而电机电枢两端的电压跟占空比成正比，因此电机的运行速度跟占空比成比例，占空比越大，电机转动的也就越快。当占空

31、比为1时，电机转速达到最大。同步整流的工作原理 一般的开关电源损耗主要由以下3部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出整流管的损耗。在低电压、高电流输出的情况下，整流二极管两端的电压差比较高，输出整流管的损耗就体现的特别明显。快恢复二极管和超快恢复二极管的导通压降在1.0V左右，即便是采用了低压降的肖特基二极管也会产生大约0.6V的电压降，这就导致了整流时损耗的增加，从而使电源的效率降低了许多。 同步整流技术的原理就是利用通态电阻非常低的功率开关管来替代整流二极管，以此用来可以降低整流损耗的一项新技术。这样子大大的提高了变换器的转化效率并且消除了因肖特基势垒电压造成的死区电压。功率M

32、OSFET属于电压型控制性器件，它在导通时的伏安特性曲线呈现出很好的线性关系。用功率MOSFET当成整流器时要求其栅极两端的电压须和被整流电压的相位保持同步才可以完成整流的功能，故而称之为同步整流，其电路示意图如图2-2所示。 图2-2 DC-DC转换器主电路 同步整流电路，即将BUCK主电路中的二极管用MOSFET代替，采用同步方式，确保两个开关管具有相反的开关状态，同时消除了二极管反向恢复时间的影响，极大地减小了其导通电阻，降低了功率的损耗，并且在不存在由于肖特基势垒电压而造成的死区电压的情况下还能够极大的提高变换器的转换效率。2.2 系统总体方案设计与论证主电路的方案选择与论证 主电路是

33、本设计中的一个最主要的部分，它是整个设计的核心，简单来说，BUCK就是将直流电转换为比它更低的稳定的直流电压。有赖于PWM（Pulse Width Modulation）控制技术是基于面积等效原理，对脉冲宽度进行调制，来程控输出。 方案一：采用非隔离式BUCK拓扑结构，此电路电磁干扰小，体积小。缺点是：不利于控制，应用受到限制；转换效率较低。 方案二：采用隔离式的全桥电路一般使用在大功率场合，主要优点是全桥电路的控制方法比较的简单同时全部开关管均工作在开关状态；缺点是为环流能量损失比较多，大大的降低了电路的转换效率。 方案三：采用非隔离式具有Buck电路特点的同步整流转换器，电路结构简单便于控

34、制，能控制电流双向流动导通电阻小能提高变换器的转换效率 综上以上的三种方案综合考虑结构简易性跟效率等因素，本设计选用了方案三。 控制单元的方案选择与论证 方案一:采用单片机采集反馈信号，可以通过STM32单片机进行程序载入，利用数字PID算法产生PWM波控制电路。同时单片机的结构简单、操作方便、应用比较广泛。但是速度慢，程序复杂，硬件误差过大，需要接驱动电路，难于满足指标要求。 方案二：采用PWM控制芯片UC3843产生PWM波。UC3843调节速度快，结构简单，配套软件设计简单，效率高。 综上所述两种方案相比较，方案二结构稳定且容易调试，故选择方案二。 采样电路的方案选择与论证 方案一:采用

35、STM32单片机采内部自带的AD跟DA进行采样，精度比较低，采样时干扰其它电路比较严重。 方案二:采用外部TLC2543跟DA8811，编写时序控制外部AD跟DA进行工作，精度非常高，测试准确。 综上所述两种方案相比较，方案二采样较为精确，故选择方案二。3. 程控直流电源系统硬件电路的设计与分析 通过我们所学的知识，一个直流稳压电源的设计是由整流滤波电路，主电路，控制电路、驱动电路、死区时间电路、采样电路与保护部分组成，各个部分的紧密配合构成了一个整体的系统，那么这些子模块是如何形成一个整体的设计框架的呢？下面我们将对总体的电路框图与局部的各个电路进行详细的介绍。3.1 系统总体框图原理分析

36、图3-1系统总体框图 如图3-1是对系统的整体框图的详细介绍，首先是电压的输入部分，通过220V的交流电作为输入电压，通过整流桥以及多个大电容并联来获得平滑的直流电，再通过BUCK降压电路得到8V到18V程控输出；第二部分是控制部分,使用STM32作为控制中心，通过控制DA的输出来与主电路的电压反馈叠加后给控制芯片UC3843，从而实现程控输出。第三部分，通过采样电流给单片机控制继电器动作作过流保护，当输出电流到达2.1A时继电器工作，断开主电路。第四部分是死区控制跟驱动电路，死区控制是为了防止上下开关管同时导通而损坏器件，控制电路采用的是具有高端自举功能的IR2110芯片，同时输出两路PWM

37、信号来控制上下两路开关管。第五部分就是对输入电压，输出电流，输出电压进行了采样，然后再通过单信号处理后在液晶屏幕上进行实时显示。通过红外线控制来完成，最后通过相应的液晶进行程控的输入显示。整个电路的框架十分清晰，下面我们将针对不同的电路部分进行详细的讲解。整流滤波电路 图3-2整流电路 桥式整流电路实质上就是对二极管半波整流电路的一种改进,如图3-2所示。桥式整流电路的工作原理如下：在Ui为正半周时，二极管D1、D3导通的同时二极管D2、D4截止，Ui、D1、R 、D3形成回路，在R上形成半波的输出电压，在Ui为负半周时，二极管D2、D4导通的同时二极管D1、D3截止，Ui、D2、R 、D4形

38、成回路，在R上形成另外半波的输出电压，就这样在R 上便得到全波输出电压。桥式电路中每个二极管承受的反向电压等于Ui的最大值，比全波电路中每个二极管承受的反向电压小了一半。设U为变压器次边输出电压的有效值则全波整流电容滤波电路在空载时的输出电压为1.414U,在带载的情况下为1.2U。主电路、死区延时电路跟控制电路主电路电路图如图3-3所示： 图3-3主电路1）主回路主要原件的选择和计算（1）开关管的选择 在本设计中最大的输出电压是25V，最大的输出电流是2A，同时考虑到实际电压电流中的尖峰和冲击等因素，因而分别对电压和电流的余量取为1.5跟2倍。故开关管的最大正向耐压值大于90V，通过的正向电

39、流大于4A,并且减少电能损耗，提高功率。基于上述要求，我们选用IRF540，其VDSS=100V，RDS=5.2m，ID=110A，并且开关速度较快，满足题目要求。（2）输入电感参数的计算 这里将的20%作为纹波电流，；一般在选择器件时都会留有一定的裕量，故在此电感选择感值为700uH，允许通过的电流最大值为10A左右。（3）输出电容参数的计算 输出滤波电容(COUT)，该电容的选择主要是满足输出电压的保持时间；在保持的时间内开关电源输出端电压不低于20V时，则输出端的电容容量应该为：为了留取一定的裕量，实际我们选择的电容为4700uF2）死区时间指的是在PWM输出时为了让上下管不会因为开关速

40、度问题而发生同时导通，因而导致损坏器件而设置的一个保护时间段。通常也指PWM响应时间。由于MOSFET功率管等器件都存在一定的结电容，因而会造成器件导通关断时出现延迟的现象。一般在电路的设计中尽量性的去减少其产生的影响，如提高驱动控制电压和电流，设置结电容器的释放电路等。为了使MOS管能够工作的更加可靠，避免上下桥臂直接导通，有必要设置一下死区时间，即上、下桥臂的关断时间。设置死区时间可以有效的避免器件的延迟效应所造成的一个桥臂未完全关断而另一桥臂又处于导通的状态，避免由于直通而烧坏模块。虽然死区时间越大，该系统工作的也更加可靠，但是与此同时带来的问题是输出波形的失真及输出效率的降低。因而死区

41、时间相对小一些，输出波形也会要好一些，只是死区时间的减小将会降低系统的可靠性。一般来说器件的死区时间是不会改变的，这只是取决于这一器件的生产工艺。 死区时间指的是器件工作时控制不到的时间段。在变频器里一般指的是指功率器件输出电压、输出电流的零区，在传动控制里则一般指的是电机正反向转换时电压、电流的过零时间点。死区时间当然越小越好。但是所以设置死区时间，是为了安全。因此又不可没有。最佳的设置是：在保证安全的前提下，越小越好。以不烧坏功率管、输出不短路为目的。而在本设计中使用到的开关管IRF540，它的上升时间为39ns，下降时间为24nsToff。由于驱动芯片 IR2110内部不带有死区时间，因

42、此需要硬件电路来设置死区时间。硬件死区控制电路如图3-4所示。 图3-4死区控制电路CD4069由六个COS/MOS反相器电路组成。此器件主要用于反相器即用于不需要TTL驱动和逻辑电平转换的电路中。此电路是先将控制芯片的输出反向后分成两路互补输出。与此同时，利用了RC形成的延时电路实现2us的延时（ 延时时间t= - R*C*ln(E-V)/E)）。由CD4069构成的死区保护后两路输出驱动波形如图3-5所示。 图3-5 两路互补输出PWM波形3）在本设计中控制电路使用UC3843作为控制电路，UC3843是一款高性能固定频率电流模式控制器，专门为离线和直流至直流变换器应用而设计，为设计人员提

43、供只需最少外部元件就能获得成本效益高的解决方案。这样的集成电路有一个微调节的振荡器以及高增益误差放大器，还有电流取样比较器和一个高电流图腾柱的输出，它是一种理想的功率MOSFET管驱动器件，其电路图3-5所示： 图3-5 控制电路 本系统中没有使用UC3843电流反馈环路，只需要电压闭环即可达到预期的设计目标，故将CS引脚进行了接地处理。驱动电路 驱动电路指的就是主电路与控制电路之间的接口电路。驱动电路的基本任务是对信号进行电路的信号转换为控制回路中的电压或和电流，一般按照驱动电路的控制端和公共端之间的信号性质可以将功率电子器件分为电压性驱动和电流性驱动两种驱动类型。在本设计中我们选择了电压驱

44、动的方式对上下开关管进行驱动，市场上常见的驱动芯片有TLP250、IR2110、IR2130等等。本系统利用了一片IR2110，可以同时驱动上下两个MOSFET开关电力电子器件，只需要一路输入电源，下面就IR2110在系统中的应用做出简要的介绍。 图3-6驱动电路图 如图3-6为系统的驱动电路图，系统采用IR2110作为整体的驱动芯片，使用了闩锁模式的抗干扰CMOS制造工艺和DIP14封装。具有独立的低端和高端输入通道；电源采用了具有自举功能的电路，其高端工作电压可达500V，其静态功耗仅有116mW，输出的电源端即栅极电压范围为10到20V；逻辑电源电压范围从5到15V，可以很好的方便地与T

45、TL，CMOS电平相匹配。工作频率高，可达500kHz；开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns；图腾柱输出峰值电流为2A。IR2110的内部功能由逻辑输入，电平平移及输出保护三个部分组成，这块芯片的这些特点为系统的设计带来了很大的方便。尤其是IR2110的高端自举电源的设计大大的减少了驱动电源的数目。对于如此低的电压，开关器件无疑选择Power MOSFET，因为对于额定电压100V以下的开关器件，Power MOSFET在性能上是最佳的。系统控制芯片 考虑到现有的资源，单片机使用了STM32微控制器STM32F103ZET6，这款控制器上集成了512KB闪存、64 KB的RAM，一个U

46、SB接口，5个USART，112个GPIO，FSMC总线等等。操控CPU频率，硬件资源非常的丰富，且其抗干扰能力强，能够广泛的适用于各种场合应用。 STM32单片机硬件资源非常丰富，IO口多达144个。本设计中主要用到单片机C3口为外部中断口，作为红外接收数据传输端口；单片机D0-D15口作为液晶数据传输端口，单片机E0-E3作为液晶的控制端口。图3-7主控制芯片的原理图 如图3-7中详细展示了系统所用的控制芯片的主要工作原理，本系统采用的是STM32103ZET6单片机作为控制中心，高性能、低成本、低功耗是STM32的主要特征，其中增强型（STM32103系列）时钟频率达到72MHz，是同类

47、产品中性能最高的产品；基本时钟频率为36MHz，16位的产品以价格的优势占领了很大的市场，是16产品用户的最佳选择。有两种不同的系列：32K和128K的内存，不同的是外围接口的最大能力的结合。时钟频率72MHz时从闪存开始执行代码，是32位市场上功耗最低的同类型产品。在现实开发环境中，对于使用同一平台进行多个项目开发而言，STM32是最佳的选择。具有ARM32位Cortex-M3 CPU,最高工作频率可达72MHz，1.25DMIPSMHz。片上集成32-512KB的Flash存储器，6-64KB存储器。 STM32F103ZE这款控制单片机支持休眠模式、停止模式和待机模式。这几种模式的配合从

48、而使在启动跟被唤醒之间达到一个很好的平衡。休眠模式就是指只有CPU停止工作，其它所有的外设都在继续运行，在中断和事件发生时唤醒CPU，而停止模式指的是允许以最小的功耗来保持SRAM和寄存器里面的内容。待机模式指的是内部调压器都被关闭以达到最低的功耗。 3.1.5 采样电路 采样电路采用外部16位TLC2543，编写时序控制外部AD进行工作，精度非常高，测试准确。采用20引脚QSDP封装，是一个高速、低功耗、16位逐次逼近型ADC，采用2.7v至5v单电源供电，采样最高速率100kHz。它具有8个模拟输入通道，100kHz时的典型功耗为10mv。宽范围的参考电压可以从500mv到电源电压，每个模

49、拟通道的输入范围可以从0V到参考电压。自带采样、保持功能。 图3-8 采样电路 如图3-8所示为本系统的采样电路模块，本模块主要用来采集输入电压，输出电压跟输出电流大小的。即对输入输出电路的电压电流参数进行实时监控，AD8344具有高传输速率和高压摆率完全满足电路要求。采样电路都是采用了两级放大电路，前级电路利用INA128进行采样放大，后级利用运放进行一倍放大即进行了射级跟随处理。 采样电流的滤波设计图3-9 滤波电路 如图3-9为滤波电路的整体原理图，按照电抗元件对交直流阻抗的不同，由电容和电感组成的滤波电路的基本形式如图所示。由于电容对直流而言相当于开路，对交流的阻抗小所以电容并联在负载

50、的两端。而电感却对直流的阻抗小，对交流的阻抗大因此电感应该与负载相串联。 并联的电容器在输入电压增加的时候，给电容器充电，会将部分的能量存储在电容器中；而当输入电压降低的时候，电容电压将以指数的规律开始放电，就会把存储的能量再释放出来。将输出电压经过滤波电路后向负载放电，负载上得到的输出电压就会比较平滑，因而起到了平波的作用。利用电感两端的电流不可以突变的特点，在输出电路的回路里串联一个电感，因而使输出的电流波形也较平滑。如果采用电感来滤波，当输入电压增大时，负载的电流也增大，电感将其储存为磁场能量，当电流减小能量释放，与整流电路的负载电路串联连接的电感使输出电流波形平滑。因为电感对直流的阻抗

51、小、交流的阻抗大，因而可以得到较好的滤波效果。 由于开关频率在30k左右，仿真波形的-3db时的频率为700hz，高频噪声基本可以滤除。一下为大体的仿真波形图3-8 Tina 仿真波形 经过开关管得到的输出电压有开关管高速开关过程中的高频杂波，经过滤波电路可以较好的滤除这些高频杂波。考虑到要得到较为平滑的直流电压，则LC低通滤波器的截止频率在百赫兹级，由低通滤波器的截止频率计算公式公式（3-1）公式（3-2） 一般取额定负载的0.40.8倍，而一般取开关频率的0.040.1倍。 BUCK电路原理 如图3-9为系统所用的BUCK主电路，下面对BUCK主电路的原理进行讲解；1）BUCK电路基本结构

52、图3-9 电路结构2） 等效的电路模型及基本规律图3-10 开关导通时等效电路 图3-11 开关关断时等效电路（1）从电路可知，电感跟电容组成了低通滤波器，此滤波器设计的原则是让 的直流部分可以通过，而尽量更多的去抑制的谐波部分通过；电容上输出电压 就是的直流部分加上微小的纹波部分。 （2）电路的工作频率很高，一个周期内的电容充放电引起的纹波 很小，相对于电容上输出的直流电压有： 因而电容两端的电压可以看做是恒定的。当电路在稳态工作的时候输出电容上电压由微小纹波和较大的直流部分构成，宏观上可以看作为恒定输出的直流电压，即开关电路小纹波近似原理。（3）当电容充电比放电快时，电容两端的电压增加，电

53、容电压上升速度减慢，这一过程的延续已达到平衡充电和放电，此时电压保持不变；反之，如果放电电大于充电，电压下降，放电电荷下降，这一过程的延续直至充电平衡，最终电压保持不变。这个过程是一个电容器的电压调整的过渡过程，在电路稳态运行时，该电路实现了稳定平衡，电容充放电也达到了平衡，这是一种常见的稳态运行规律。（4）当开关S位于1时电感的电流增加电感储能；而当开关S位于2时电感的电流减小电感释能。假设电流增加量大于电流减小量，则开关周期内电感上磁链的增量将大于0即： 而这个增量将产生一个感应的电势：。此电势将会减小电感电流上升的速度同时降低电感电流的下降速度最终导致周期内电感电流增量为零，反之也是一样

54、的，这称为电感伏秒平衡，这也是一个普遍的规律。（5）电感电流连续工作模式情况下的稳态过程分析A.晶体管导通（）时，依据等效电路的拓扑结构，得： 公式（3-3） 公式（3-4）由于电路工作频率比较高，一个周期内和基本维持不变，可以视为恒定的值，则为常数，电流变化为线性，有： 公式（3-5） 公式（3-6） 公式（3-7） 公式（3-8） （恒定，与同斜率）B.二极管导通时（）晶体管关断时，电感续流，二极管导通，依据电路等效拓扑有： 公式（3-9） 公式（3-10）同样，由于视为维持不变，则输出电流线性见效，有 公式（3-11） 公式（3-12） 公式（3-13） 公式（3-14） （恒定，与同斜率） 红外遥控 目前远程控制的使用方便而且具有多种功能已广泛应用于电视机、VCD、空调等家用电器中，它的价格便宜，因而市场上很容易就能买到。如果能将遥控器的按键信号解码出来作为单片机的输入则可以解决很多问题，例如常规矩阵键盘线路板过大布线复杂等缺点。与此同时通过使用遥控器可实现人机的分离，从而使用起来更加的方便、更加的人性化。红外遥控的编码过程如图3-12所示：图3-12 编码过程