1、1 20112011 全國大學生電子設(shè)計競賽全國大學生電子設(shè)計競賽論文論文（山西賽區(qū)）（山西賽區(qū)）題目題目: : 開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)論文編號：論文編號：參賽學校：參賽學校：參賽學生：參賽學生：指導教師：指導教師：二二一一年九月一一年九月2 摘要摘要 本設(shè)計以單片機為控制核心，兩個 dc/dc 模塊并聯(lián)實現(xiàn)的輸入為 24v 輸出為穩(wěn)定 8v 的電源供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)可分為 dc/dc 降壓電路，電壓電流檢測電路，均流控制電路與過流保護電路四部分。降壓電路主要采用 mc34063 芯片，均流控制電路由 at89c51 單片機產(chǎn)生 pwm 信號，通過調(diào)節(jié)占空比來實現(xiàn)要求的

2、電流比例，并用單片機與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 adc0832 來控制結(jié)果的顯示，能夠測量 0 到5v 的直流電壓值，四位數(shù)碼顯示，過流保護電路通過利用基極驅(qū)動電路將電源的控制電路和開關(guān)晶體管隔離開來保護電路。在電源的實際使用過程中，各種負載對于供電的可靠性要求不同，當單臺電源不能提供負載的全部容量的時，就需要多個電源模塊并聯(lián)使用，以提高電源的容量和運行的可靠性。而該系統(tǒng)正是開關(guān)電源并聯(lián)供電的理想之選。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：開關(guān)電源 mc34063 pwmabstractabstract the objective of this design is mcu control core, two dc/dc mo

3、dule parallel of the realization of the input for 24 v output to the stable 8 v power supply system. the system can be divided into dc/dc step-down voltage circuit, the electric current detection circuit, all flow control circuit and over current protection circuit four parts. buck circuit mc34063 c

4、hip, are the main flow control circuit produced by at89c51 pwm signal by adjusting the value of empty, realize the current requirements, and the proportion of mcu and modulus adc0832 transition chip to control results show, able to measure the 0 to 5 v dc voltage value, four digital display, over-cu

5、rrent protection circuit through the use of driving circuit of the power supply will be passive control circuit and the transistor switch isolated protection circuit. in the power supply and the actual use of the process, all kinds of load for power supply reliability requirements are different, whe

6、n a single piece of load power supply cannot provide the full capacity, they need several power supply modules in parallel, in order to improve the capacity of power supply and reliability of the operation. and the system is an ideal choice of switching power supply of power in parallel. keykey word

7、swords: switching power mc34063 pwm3 目錄目錄1.1.方案論證與比較方案論證與比較.41.11.1dc/dcdc/dc 降壓模塊降壓模塊.41.2均流控制電路均流控制電路.42.2.系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計.42.12.1 總體設(shè)計總體設(shè)計.42.22.2 單元電路設(shè)計單元電路設(shè)計.52.2.12.2.1 dc/dcdc/dc 并聯(lián)模塊電路設(shè)計并聯(lián)模塊電路設(shè)計.52.2.22.2.2 a/da/d 轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計.72.2.32.2.3 單片機控制模塊及顯示部分電路設(shè)計單片機控制模塊及顯示部分電路設(shè)計.72.2.42.2.4 過流保護電路設(shè)計過流保

8、護電路設(shè)計.83理論分析與計算理論分析與計算.93.1 dc/dc 并聯(lián)模塊器件的選擇并聯(lián)模塊器件的選擇.93.1.1 輸入電容輸入電容c1,c11.93.1.23.1.2 電阻分壓器電阻分壓器 r2(r21),r3(r31)r2(r21),r3(r31).93.1.3 儲能電感儲能電感l(wèi)1(l11).93.1.43.1.4 輸出電容輸出電容 c3(c31)c3(c31).93.2 a/d 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路.93.3 單片機控制電路單片機控制電路.93.3.1 輸入電容輸入電容c7，c8.103.3.2 復位電路電容復位電路電容c9，電阻，電阻r6.103.3.3 單片機內(nèi)部程序單片機內(nèi)部程序

9、.104 4 測試結(jié)果及分析測試結(jié)果及分析.164.14.1 測試儀器測試儀器.164.24.2 測試數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù).164.2.14.2.1 基的數(shù)據(jù)本要求一基的數(shù)據(jù)本要求一.164.2.24.2.2 基本要求二的數(shù)據(jù)基本要求二的數(shù)據(jù).174.2.34.2.3 基本要求三、四的數(shù)據(jù)基本要求三、四的數(shù)據(jù).174.2.44.2.4 發(fā)揮部分一的數(shù)據(jù)發(fā)揮部分一的數(shù)據(jù).174.2.54.2.5 發(fā)揮部分二的數(shù)據(jù)發(fā)揮部分二的數(shù)據(jù).175.5.總結(jié)總結(jié).176.6.參考文獻參考文獻.17 4 1.1.方案論證與比較方案論證與比較給出系統(tǒng)各模塊的設(shè)計方案，并對各方案進行了比較分析。1.11.1dc/dcdc

10、/dc降壓模塊降壓模塊方案一：采用普通開關(guān)式電源變換器為核心設(shè)計降壓充電模塊。該電路結(jié)構(gòu)比較簡單，但輸出電流紋波較大、電壓波形不穩(wěn)定，且對電感要求比較高，不易匹配。方案二：采用芯片 mc34063 配合簡單的外圍電路組成 dc/dc 降壓模塊。34063 是一單片雙極型線性繼承集成電路專用于直流交換器控制部分，片內(nèi)包含有溫度補償帶隙基準源，一個占空比周期控制振蕩器驅(qū)動器和大電流輸出開關(guān)，能輸出 15a 的開關(guān)電流，它僅需很少的外圍器件即可構(gòu)成高效率變換器。因此基于該結(jié)構(gòu)的降壓充電模塊可以較好的滿足題目要求。經(jīng)過綜合比較和測試，降壓充電模塊應采用方案二。1.2均流控制電路均流控制電路方案一：采用

11、改變等效電阻的方法來控制電流的變化。該方法原理簡單，容易操作，但是無法完成自動調(diào)節(jié)的功能，而且分配精度不高，不予采用。方案二：采用單片機 at89c51 與 a/d 轉(zhuǎn)換芯片 ad0832 配合簡單的外圍電路組成 pwm 控制電路。at89c52 是高性能 cmos 8 位單片機，片內(nèi)置通用8 位中央處理器，功能強大，可以通過該單片機輸出信號來控制顯示器以及占空比。adc0832 為 8 位分辨率 a/d 轉(zhuǎn)換芯片，易于和微處理器接口或獨立使用，誤差小，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性強。該電路結(jié)構(gòu)能夠很好的控制電流分配，可以較好地完成題目要求。經(jīng)過綜合比較和測試，均流控制電路采用方案二。2.2.系統(tǒng)設(shè)計系

12、統(tǒng)設(shè)計2.12.1 總體設(shè)計總體設(shè)計根據(jù)題目的測試原理此要求，本設(shè)計方案大體包括 dc/dc 并聯(lián)模塊、電壓電流檢測模塊、反饋控制模塊和顯示部分。如圖 1 所示。 5 輸入dc/dc 并聯(lián)模塊電壓電流檢測模塊 輸出a/d 轉(zhuǎn)換模塊單片機控制模塊顯示部分 開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng) 圖 1 開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 當輸入直流電壓 24v 時，使 dc/dc 模塊工作在額定功率 16w 輸出電壓為 8v 的狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)負載，使得輸出電流發(fā)生變化，經(jīng)過 a/d 轉(zhuǎn)換模塊式的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，使單片機能夠接受到電流變化的信號從而控制顯示部分跟電流的分配。2.22.2 單元電路設(shè)計單元電路

13、設(shè)計2.2.12.2.1 dc/dcdc/dc 并聯(lián)模塊電路設(shè)計并聯(lián)模塊電路設(shè)計dc/dc 并聯(lián)模塊由 mc34063 芯片、電阻、電感、電解電容以及二級管組成，具體電路結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。6 drc8ipk7v+6cinv5swc1swe2ct3v-4u1mc34063c1470ufr20.95kr34.7kc21000pfd11n4007c3100ufl1330uhdrc8ipk7v+6cinv5swc1swe2ct3v-4u2mc34063c11470ufr210.95kr314.7kc211000pfd111n4007c31100ufl11330uh+24v 圖 2 dc/dc 并聯(lián)模

14、塊的電路結(jié)構(gòu) mc34063 是一種開關(guān)型高效 dc/dc 變換集成電路。內(nèi)設(shè)置有大電流的電源開關(guān)，34063 能夠控制的開關(guān)電流達到 1.5a；它的內(nèi)部含有具有溫度補償?shù)幕鶞孰妷涸础⒈容^器、具有限電流電路的占空比可控的振蕩器、驅(qū)動器和大電流輸出開關(guān)管。 mc34063 的內(nèi)結(jié)構(gòu)圖如圖 3 所示：7 圖 3 mc34063 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2.22.2.2 a/da/d 轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計 a/d 轉(zhuǎn)換模塊電路由 adc0832 芯片，外加電阻構(gòu)成。 adc0832 為 8 位分辨率 a/d 轉(zhuǎn)換芯片，其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在 05v 之間。2.

15、2.32.2.3 單片機控制模塊及顯示部分電路設(shè)計單片機控制模塊及顯示部分電路設(shè)計 該模塊由單片機 at89c41、led 數(shù)碼顯示管、電阻、電容以及晶振構(gòu)成。具體結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。8 xtal218xtal119ale30ea31psen29rst9p0.0/ad039p0.1/ad138p0.2/ad237p0.3/ad336p0.4/ad435p0.5/ad534p0.6/ad633p0.7/ad732p2.7/a1528p2.0/a821p2.1/a922p2.2/a1023p2.3/a1124p2.4/a1225p2.5/a1326p2.6/a1427p1.01p1.12p1.23

16、p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78p3.0/rxd10p3.1/txd11p3.2/int012p3.3/int113p3.4/t014p3.7/rd17p3.6/wr16p3.5/t115u480c51x1crystalc733pfc833pfr610kc922n234567891rp1respack-8 圖 4 控制部分電路結(jié)構(gòu)圖 該模塊要實現(xiàn)自動控制的功能，所以選用性能較高的 at89c51 芯片，該芯片片內(nèi)置通用 8 位樣處理器，功能強大，具有重復寫程序的功能。2.2.42.2.4 過流保護電路設(shè)計過流保護電路設(shè)計 在一般情況下，利用基極驅(qū)動電路將電源的控制電路和開關(guān)晶

17、體管隔離開。控制電路與輸出電路共地，限流電路可以直接與輸出電路連接，工作原理如圖 5 所示，當輸出過載或者短路時，v1 導通，r3 兩端電壓增大，并與比較器反相端的基準電壓比較。控制 pwm 信號通斷。 9 圖 5 過流保護電路原理圖3理論分析與計算理論分析與計算3.1 dc/dc 并聯(lián)模塊器件的選擇并聯(lián)模塊器件的選擇3.1.1 輸入電容輸入電容 c1,c11輸入電容的主要功能是維持輸出電壓的穩(wěn)定性，輸入電容的電流均方根值應為直流負載電流的 50%，所以選擇 470uf/50v 的電解電容。3.1.23.1.2 電阻分壓器電阻分壓器 r2(r21),r3(r31)r2(r21),r3(r31)

18、外部分壓電阻 r1，r2 的阻值由下式?jīng)Q定：211refvoutrru式中，, ,vout=8v。1260rk1.23vru 3.1.3 儲能電感儲能電感 l1(l11)計算儲能電感的公式如下：vinvovolvinilfs為峰峰值電感電流紋波il3.1.43.1.4 輸出電容輸出電容 c3(c31)c3(c31)輸出電容與儲能電感一起構(gòu)成調(diào)節(jié)環(huán)路。一般情況下采用 80470uf 范圍內(nèi)的電解電容，本設(shè)計采用 470uf 的電解電容。3.2 a/d 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路芯片選用 adc0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，工作電壓 u=5v。3.3 單片機控制電路單片機控制電路10 3.3.1 輸入電容輸入電容

19、 c7，c8由單片機工作所需的條件知：c7=c8=30pf。3.3.2 復位電路電容復位電路電容 c9，電阻，電阻 r6 c9=22nf, r6=10k。3.3.3 單片機內(nèi)部程序單片機內(nèi)部程序 #include#include #include#include /*/*端口定義端口定義*/*/sbitsbit cscs = = p35;p35;sbitsbit clkclk = = p33;p33;sbitsbit datidati = = p34;p34;sbitsbit datodato = = p34;p34;sbitsbit p20=p20p20=p20 ; ;/*/*定義全局變量定

20、義全局變量*/*/unsignedunsigned charchar datdat = = 0 x00;0 x00; /ad/ad 值值unsignedunsigned charchar countcount = = 0 x00;0 x00; /定時器計數(shù)定時器計數(shù)unsignedunsigned charchar ch;ch; /通道變量通道變量unsignedunsigned charchar disdis = = 0 x00,0 x00, 0 x00,0 x00, 0 x00;0 x00; /顯示數(shù)值顯示數(shù)值/*/*共陽共陽 ledled 段碼表段碼表*/*/unsignedunsign

21、ed charchar codecode tab=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90;tab=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90;charchar codecode tablewe=tablewe= 0 xfd,0 xfb,0 xf7,0 xef,0 xdf,0 xfe0 xfd,0 xfb,0 xf7,0 xef,0 xdf,0 xfe ;/*/*11 函數(shù)功能函數(shù)功能:ad:ad 轉(zhuǎn)換子程序轉(zhuǎn)換子程序入口參數(shù)入口參數(shù):ch:

22、ch出口參數(shù)出口參數(shù):dat:dat*/*/unsignedunsigned charchar adc0832(unsignedadc0832(unsigned charchar ch)ch) unsignedunsigned charchar i,test,adval;i,test,adval; advaladval = = 0 x00;0 x00; testtest = = 0 x00;0 x00; clkclk = = 0;0; /初始化初始化 datidati = = 1;1; _nop_();_nop_(); cscs = = 0;0; _nop_();_nop_(); clkclk

23、 = = 1;1; _nop_();_nop_(); ifif ( ( chch = 0 x000 x00 ) ) /通道選擇通道選擇 clkclk = = 0;0; datidati = = 1;1; /通道通道 0 0 的第一位的第一位 _nop_();_nop_(); clkclk = = 1;1; _nop_();_nop_(); clkclk = = 0;0; datidati = = 0;0; /通道通道 0 0 的第二位的第二位 _nop_();_nop_(); clkclk = = 1;1; _nop_();_nop_(); elseelse12 clkclk = = 0;0;

24、 datidati = = 1;1; /通道通道 1 1 的第一位的第一位 _nop_();_nop_(); clkclk = = 1;1; _nop_();_nop_(); clkclk = = 0;0; datidati = = 1;1; /通道通道 1 1 的第二位的第二位 _nop_();_nop_(); clkclk = = 1;1; _nop_();_nop_(); clkclk = = 0;0; datidati = = 1;1; for(for( i i = = 0;i0;i 8;i+8;i+ ) ) /讀取前讀取前 8 8 位的值位的值 _nop_();_nop_(); ad

25、valadval = 1;1; clkclk = = 1;1; _nop_();_nop_(); clkclk = = 0;0; ifif (dato)(dato) advaladval |=|= 0 x01;0 x01; elseelse advaladval |=|= 0 x00;0 x00; forfor (i(i = = 0;0; i i = 1;1; ifif (dato)(dato) testtest |=|= 0 x80;0 x80; elseelse testtest |=|= 0 x00;0 x00; _nop_();_nop_(); clkclk = = 1;1; _nop

26、_();_nop_();13 clkclk = = 0;0; ifif (adval(adval = test)test) /比較前比較前 8 8 位與后位與后 8 8 位的值，如果不相同舍位的值，如果不相同舍去。若一直出現(xiàn)顯示為零，請將該行去掉去。若一直出現(xiàn)顯示為零，請將該行去掉 datdat = = test;test; _nop_();_nop_(); cscs = = 1;1; /釋放釋放 adc0832adc0832 datodato = = 1;1; clkclk = = 1;1; returnreturn dat;dat; /*/*函數(shù)功能函數(shù)功能: :延時子程序延時子程序入口參

27、數(shù)入口參數(shù): :出口參數(shù)出口參數(shù): :*/*/voidvoid delay(void)delay(void) intint k;k; for(k=10;k80;k+);for(k=10;k80;k+); /*/*函數(shù)功能函數(shù)功能: :將將 0-2550-255 級換算成級換算成 0.00-5.000.00-5.00 的電壓數(shù)值的電壓數(shù)值入口參數(shù)入口參數(shù):i:i14 出口參數(shù)出口參數(shù): :*/*/voidvoid convdata(unsignedconvdata(unsigned charchar i)i) dis0dis0 = = i/51;i/51; /個位個位 dis1dis1 = =

28、(i%51)*10/51;(i%51)*10/51; /小數(shù)點后第一位小數(shù)點后第一位 dis2dis2 = = (i%51)*10%51)*10/51;(i%51)*10%51)*10/51; /小數(shù)點后第二位小數(shù)點后第二位 /*/*函數(shù)功能函數(shù)功能: :數(shù)碼管顯示子程序數(shù)碼管顯示子程序入口參數(shù)入口參數(shù): :出口參數(shù)出口參數(shù): :*/*/voidvoid display(void)display(void) p2=0 xff;p2=0 xff; p0=tabdis0p0=tabdis0 & & 0 x7f;0 x7f; /顯示個位和小數(shù)點顯示個位和小數(shù)點delay();dela

29、y(); p2=0 xfb;p2=0 xfb; p2=0 xff;p2=0 xff; p0=tabdis1;p0=tabdis1; /顯示小數(shù)點后第一位顯示小數(shù)點后第一位delay();delay(); p2=0 xfd;p2=0 xfd; p2=0 xff;p2=0 xff; p0=tabdis2;p0=tabdis2; /顯示小數(shù)點后第二位顯示小數(shù)點后第二位15 delay();delay(); p2=0 xfe;p2=0 xfe; p2=0 xff;p2=0 xff; p0=0 xff;p0=0 xff; /顯示小數(shù)點后第二位顯示小數(shù)點后第二位delay();delay(); p2=0

30、xf7;p2=0 xf7; /*/*函數(shù)功能函數(shù)功能: :主程序主程序入口參數(shù)入口參數(shù): :出口參數(shù)出口參數(shù): :*/*/voidvoid main(void)main(void) p2=0 xff;p2=0 xff; /端口初始化端口初始化 p0=0 xff;p0=0 xff; delay();delay(); chch = = 0 x00;0 x00; /在這里選擇通道在這里選擇通道 0 x000 x00 或或 0 x010 x01 tmodtmod = = 0 x01;0 x01; /設(shè)置中斷設(shè)置中斷 th0=(65536-50000)/256;/th0=(65536-50000)/25

31、6;/定時器定時器 1 1 初值定時初值定時 50ms50mstl0=(65536-50000)%256;tl0=(65536-50000)%256; ieie = = 0 x82;0 x82; tr0tr0 = = 1;1; while(1)while(1) /主循環(huán)主循環(huán) datdat = = adc0832(ch);adc0832(ch); convdata(dat);convdata(dat); /數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 display();display(); /顯示數(shù)值顯示數(shù)值16 /*/*函數(shù)功能函數(shù)功能: :定時器中斷延時程序定時器中斷延時程序 這一段的作用時隔一段時間抽樣一次這一段

32、的作用時隔一段時間抽樣一次 否側(cè)顯示否側(cè)顯示的最后一位會不穩(wěn)定的最后一位會不穩(wěn)定入口參數(shù)入口參數(shù): :出口參數(shù)出口參數(shù): :*/*/voidvoid timer0(void)timer0(void) interruptinterrupt 1 1 tmodtmod = = 0 x01;0 x01; th0=(65536-50000)/256;/th0=(65536-50000)/256;/定時器定時器 1 1 初值定時初值定時 50ms50mstl0=(65536-50000)%256;tl0=(65536-50000)%256; ieie = = 0 x82;0 x82; tr0tr0 = = 1;1; count+;count+; ifif (count(count = 0 x01)0 x01) countc