1、目錄1 緒論 11.1 開關穩壓電源工作原理 11.2 開關穩壓電源的特點 12 開關穩壓電源的設計 23 開關電源電路的硬件電路設計方案 23.1 采用 PWM 控制 23.2 選取拓撲結構方案 23.3 單片機控制 UC3842 開關電源模塊的結構設計 23.4 單片機作用下的開關電源電路設計 33.5 重要元器件的參數計算 34 開關電源的軟件設計 44.1 開關電源的軟件 44.2 軟件誤差計算與削除誤差 45 實驗結果與結論 55.1 實驗結果 55 結束語 5參考文獻： 51新型數控開關穩壓電源設計摘要：根據當前高頻開關電源的現狀和進展，采用現今應用廣泛的PW控制來滿足DC-D（變

2、換的要求，研制出一臺BOOS型拓撲方式的DC-D（開關電源實驗樣機。針對高頻率下開關電源產生的開關損耗，選擇合適的 方案和設計緩沖電路、高頻率下功率器件驅動，并在計中采用模塊化的設計方法，通過理論估算、軟件仿真、 實驗等環節進行數控開關穩壓電源硬件電路的設計和制作。關鍵詞：數控穩壓電源效率紋波系數脈沖寬度調制1緒論目前，開關電源以小型、高效率的突出優點而被廣泛地應用于各種電氣設備中，是當今電子信息產業飛 速發展不可缺少的一種電源方式。由于開關電源通常工作在幾十甚至幾百千赫范圍內，省略了50HZ勺主工頻變壓器，因此體積小，重量輕。開關電源處于電源技術的核心地位，近十年來有了突飛猛進的發展，而直流

3、 開關電源是各種電源中應用范圍最廣和市場最大的一種，包括AC/DC和 DC/DC直流開關電源經過幾十年的發展，集中了許多高新技術，包括新型功率半導體器件、軟開關技術、功率因數校正技術、同步整流技術、智 能化技術、表面安裝技術，已經形成了具有高工頻率、高效率、高功率密度、高可靠性等特征的現代直流開 關電源2。在電子產品設計中，經常會出現一定范圍的穩壓輸出，且輸出功率又較大的情況。1.1開關穩壓電源工作原理開關穩壓電源是將不穩定的直流電壓變成交變的電壓，又將交變電壓轉換成各種數值穩定的直流電壓輸 出，開關穩壓電源電壓電路中的調整管主要工作在飽和導通和截至兩種狀態。其按控制方式分為脈寬式和調 頻式兩

4、種，目前使用絕大多數為脈寬調制式。開關穩壓電源主要是由輸入電路、變換器、控制電路、輸出電路四個主體組成，如圖1所示。輸入電路變換電路輸出電路控制電路圖1開關電路的基本結構框圖輸入電路是線性濾波電路、浪涌電流抑制電路、整流電路組成。把輸入電網的交流電源轉化為符合要求 的開關電源的直流輸入電源。變換電路是開關穩壓電源的關鍵部分，包含開關電路、變壓器，主要完成對帶 有功率的電源波形進行斬波調制和輸出。其中開關電路有驅動方式、變換電路、功率器件、調節方式（PWM、PFM、PWM / PFM混合型）。輸出電路是整流、濾波組成的，把輸出的電壓整流成脈動直流且平滑成低紋波 的直流電壓。控制電路是從輸出端取樣

5、與設置的標準進行比較，再去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達到 穩定的輸出值。另外，根據測試電路提供的資料，經保護電路鑒別，提供控制電路對整機進行各種保護措施。1.2開關穩壓電源的特點開關穩壓器是通過開關動作，使連續的直流電變成間斷供電的脈沖，再通過儲能濾波元件，將不連續的 脈沖變成連續的直流電。只要控制開關的時間比即可改變輸電電壓，再通過輸出電壓的變化控制開關動作時 間，即可使輸出電壓穩定。 開關穩壓電源特點： 體積小、重量輕；功率小、效率高調壓器工作于開關方式 ，因 此效率極高一般效率可以做到 80%以上；穩壓范圍寬，電網電壓從140V到260V均可正常工作，線性調整率高； 電路形式靈活多樣

6、，有自激式和它傲式,PWM 型和PFM型，單端式和雙端式等。電路復雜維修困難對電路的污染嚴孟，電源噪聲大不適合用于低噪聲電路由于調壓特件工作于開關方式因此DV/DT很大，容易產生較強的傳導發射以及輻射發射。2開關穩壓電源的設計設計一臺數控開關穩壓電源，要求輸入交流電壓后18V ;輸出電壓范圍為3036 V ;輸出電流達 2A;穩壓效率高達80%;具有過流保護等功能。根據當前高頻開關電源的現狀和進展，在電源研制過程中， 采用模塊化的設計方法，通過理論估算、軟件仿真、實驗等環節進行了設計和制作。在設計中，采用目前應 用廣泛的脈沖寬度調制（PWM ）控制來滿足DC-DC變換的要求，為達到電源數字化，

7、顯示實時電壓值和使用 按鍵步進輸出電壓值，采用了單片機控制UC3842開關電源模塊的方法來實現。開關穩壓電源框圖如圖2所示。隔離變 壓器整流濾 波I 1NDC-D變換器I 0匚220V ACU=18V AC+Un如圖2開關穩壓電源框圖3開關電源電路的硬件電路設計方案3.1采用PWM控制PWM是指將輸出信號的通斷周期固定不變，改變導通時間來控制輸出功率。開關電源一般都采用PWM技術，其特點是頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高。3.2選取拓撲結構方案在設計變換器前，必須首先選擇電路拓撲。因為其它所有電路元件的設計，像元件選擇、磁芯設計、閉 環補償等都取決于拓撲。所以在設計開始之前，首先必須仔細研

8、究所要開發的電源的要求和技術規范：輸入、 輸出電壓，輸出功率，輸出紋波，電磁兼容要求等，以保證選擇適當的拓撲。從預定的電源的參數要求中可 以看出：電源的輸入電壓低，輸入電壓小于輸出電壓，可以不隔離，顯然BOOST電路符合我們的要求。因此可以將BOOST電路作為我們設計的拓撲。3.3單片機控制UC3842開關電源模塊的結構設計開關穩壓電源在長期工作中，分立元件（電阻、電容等）容易受溫度等因素的影響而使自身參數發生改 變，繼而使輸出電壓漂移，偏離設定的電壓值，用單片機系統構成的外部反饋正好可以彌補電壓漂移這一缺 點3。圖3是單片機控制UC3842開關電源模塊的原理框圖：AT單片機通過AT89S51

9、模數轉換芯片接收UC3842開關電源的輸出信號，通過單片機內部計算后得出的電壓誤差結果再通過DAC0832數模轉換芯片轉換成模擬電壓反饋到UC3842開關電源模塊的Feedback端進輸出電壓的調整，重復整個過程至此電壓穩定在預定的輸出 結果上，最終輸出電壓結果通過單片機控制液晶顯示器（LCD ）顯示出來。圖3單片機控制UC3842開關電源模塊的原理框圖在電壓的調整過程中，當出現輸出電流過大時，過流信號傳至單片機的INT0中斷口，由單片機調用中斷程序，通過P3.6口控制穩壓電源中的繼電器工作，起到過流保護穩壓電源的作用。3.4單片機作用下的開關電源電路設計在基于單片機控制UC3842的開關電源

10、設計中，單片機能控制UC3842開關電源模塊的輸出電壓，是因為單片機控制輸出，間接控制芯片UC3842反饋端的電阻網絡。由開關電源輸出端取樣電阻取得取樣電后送往ADC0809模數轉換，再由單片機 P0口接收數據并進行計算處理，然后復用P0 口經DAC0832數模轉換后輸出到UC3842開關電源模塊反饋端，UC3842通過調整PWM輸出，從而實現最終的穩定電壓輸出。單片機控制部分電路結構圖如圖4所示。在單片機控制部分中，主要由ADC0809進行數據轉換，經過單片機處理后數據顯示在LCD上，再經過DAC0832數模轉換，調整輸出電壓，直到電壓穩定在預定值上。單片機P2.7和P2.6用于循環檢測按鍵

11、輸入，如有按鍵輸入，則經處理后送 LCD顯示，用于設置穩壓數據。中斷口INTO 口檢測電源輸出過流信號，過流時則由P3.6輸出控制繼電器斷開，防止負載過大而損壞電源。3#圖4 單片機控制部分電路結構圖3.5重要元器件的參數計算單片機參與控制的BOOST開關電源電路圖如圖5所示。由圖5所設計的電源輸出Vout結合UC3842SDATASHEEF in Applicatio n Noet 中的計算手冊如下式：out2.5R1Vdac - 2 .5Rdac)R22.5(1)outR2DACoutR dac1 I-FeedBack#R1UC3842芯片圖5單片機參與控制的BOOST開關電源電路圖顯然，

12、當DAC輸出Vdac變化時，Vout隨之改變電壓。在穩態工作下，流過R1的電流恒為2.5/R1。同時DAC輸出Vdac電壓范圍為05 V。設開關電源的電壓調整范圍為2838 V，則電壓變化幅Dout =38-28=10V。所以R2與Rdac的比值滿足：outR dac#即：R2 =2 Rdac，設在沒有DAC輸出Vdac電壓的作用下，Vout=33 V ,貝UVoutR2 亠 R1out 2-(3)2.5 R1即: R2 =12.2漢尺，令 Rdac =8k Q,由上述式(1 )、( 2)得：Ri=1.3k Q、R2=16k Q。綜上述：當Rdac =8k Q、Ri=1.3K Q、R2=16k

13、 Q, DAC輸出Vdac電壓范圍為05 V時，開關穩壓電源的輸出電壓在28v38v范圍內可調。且DAC輸出每上升電壓 AU，將引起開關電源輸出電壓下降 2AU。DAC08032 為8-bit的數-模轉換器，DAC輸出電壓分辨率5/255疋0.019 6 V所以開關電源輸出最小調節量為 2U =0.039 2 V。4開關電源的軟件設計4.1開關電源的軟件開關電源的軟件部分包括：主程序、中斷子程序、LCD顯示和按鍵子程序、ADC0809轉換子程序和DAC0832轉換子程序。主程序完成系統的初始化，并同時包括調用中斷子程序、顯示和按鍵子程序等各子程序共同完 成開關電源控制和信號處理，同時具有按鍵輸

14、入設置和輸出電壓顯示功能。主程序流程圖如圖5所示。在主程序中，開始先斷開繼電器 =1，進行一些必要的AD和LCD程序初始化，然后閉合繼電器，接通輸出 電路，最后在AD端口上讀入數據并把經過誤差矯正后的數據顯示在LCD上。其余程序由主程序進行跳轉或是進行中斷調用。圖5開關電源主程序流程圖4.2軟件誤差計算與削除誤差當單片機檢測到開關電源輸出電壓與設定的電壓存在誤差時，為了削除誤差，我們可以引用PID控制理論，PI算法的比例項能較好地削除瞬態干擾所引起的誤差，積分項用于削除系統進入穩態后存在穩態誤差，由于差分運算可能受干擾的影響而使系統的穩壓性下降，因此我們用PI算法來實現削除誤差。由PI控制原理

15、可知：=U = a p exp( t) ai _-：exp(t)(4)n -N .1LU = a p exp( n) ' ai(n)n -N數字序列運算表達式為:exp( n)二 V°ut -Vset(6)Vset-單片機設定的電壓。式中 U-輸出改變量，ap-比例系數，a-積分系數，exp （n）為第n次采集的誤差項 。由于單片機內的存量有限，不能進行無限個誤差序列的積分，所以我們用前8個誤差序列的累加代替積分項。在本系統中設定a =1/8。由于單片機較快地執行算法，我們用二進制數右移實現了乘除法計算。5實驗結果與結論5.1實驗結果本課題制作一臺BOOST型拓撲方式的DC-

16、DC開關電源實驗樣機，同時對實驗結果進行測試，結果如下：測試條件：交流18 V輸入輸出電壓3036V。測試 1 :示波器掃描速度 2, 50 mV/div , Vset=36 V , Rl=180 Q 紋波系數1 X 50=50 mV測試 2 :示波器掃描速度 250 mV/div , Vset =36 V , Rl =45.3 0,紋波系數1.3 X 50 =65mV測試 3 :示波器掃描速度 0.5 ms, 100 mV/div , Vset =36 V , Rl =19.2 0 紋波系數1 X 100 =100mV=V。36 X1.89.2183.36= 79.5%(6)轉換效率：5結束

17、語電子設備離不開電源，電源是電子設備的重要組成部分，電源的質量直接影響開關電子設備工作的可靠 性。本文以boost開關穩壓電源為例，闡述了開關電源設計所應注意的問題，對分析結果進行驗證。系統的開 關變換器的工作原理使用的是PWM （即脈寬調制法），這種方式中，電子開關按外加的控制脈沖信號而通斷，與本身流過的電流、二端所加的電壓無關，稱為硬開關。硬開關工作方式由于在開通和關斷的過程中，開關 上同時存在電壓、電流，損耗比較大。為了克服這種損耗，可以用軟開關來代替上述的硬開關，軟開關是使 開關在兩端電壓為零或電流為零的情況下開通或截止，損耗理想值為零。但是目前軟開關技術的穩定性和 ASIC芯片有待研究，所以，利用這種技術的零電壓開通（ZVS）和零電流關斷（ZCS ）己經成為研究的熱門。參考文獻：1 李雅軒，楊秀美，