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基于单片机的高频开关电源的研究

作　者: 郑金
导　师: 佟玉鹏
学　校: 东北大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 单片机开关电源 PWM 半桥变换器
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着电力电子技术的迅速发展,高频开关电源已经广泛的应用于计算机、通信、工业加工和航空航天等领域。它能把电网提供的强电和粗电,变换成各种电气设备和仪器所需要的高稳定度的精电和细电,它是现代电子设备重要的“心脏供血系统”。但是,现在普通的开关电源存在着智能性差、通用性差等一些缺点,针对这些问题进行了创新性设计。本文对单片机智能开关电源进行了研究和设计,论文首先介绍了开关电源领域的发展情况和开关拓扑基本知识。然后提出了现阶段开关电源存在的各种问题,并在理论分析的基础上提出了自己的设计方案。通过大量的实验和理论的分析发现用集成有PWM模块的单片机替代传统的PWM芯片可以解决开关电源普遍存在的问题。本文提出了一种组合式的结构,以半桥变换器拓扑构成主电路,单片机及其I/O口电路构成控制电路,其中利用自行设计的电压调理电路对电网电压进行采样并显示,在一定程度上实现了电源的智能化,而且对输出电压进行采样运算处理后,输出相应的PWM波形,从而控制半桥拓扑的输出。另外在控制电路中添加了键盘,实现输出电压的调节,实现了电源的通用性。其中单片机的I/O电路包括A/D采样,数码管显示,PWM波的放大和反馈采样。A/D采的是电网电压,所以要有一个电网电压处理电路,将220伏的交流电压,变成0到5伏的单极性变化的电压信号,将此信号送给单片机,经过其内部集成的A/D模块运算后输出显示到四位数码管上。反馈采样电路将输出结果进行隔离和放大处理然后送给单片机,参与单片机内部的PID运算,从而控制其PWM波的占空比。在设计部分详细的给出了整个单片机电源的设计过程,其中主电路的设计包括半桥变换器电路的设计、驱动电路的设计、缓冲电路的设计和变压器的设计；控制电路的设计包括单片机外围电路的设计、辅助电源模块的设计、显示模块和键盘模块的设计。在论文的系统调试部分记录了此次电源设计的步骤和过程,以及调试波形和数据,从结果看电源运行状态良好,输出电压稳定,验证了系统设计方案的可行性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 开关电源简介  11
  1.2 开关电源的发展状况  11-13
  1.3 单片机控制开关电源设计方案的选取  13
  1.4 本文主要内容  13-15
第2章主电路的选取及其工作原理  15-35
  2.1 几种主要的拓扑结构  15-25
    2.1.1 Buck开关型调整器拓扑  15-16
    2.1.2 Boost开关拓扑  16-18
    2.1.3 推挽拓扑  18-20
    2.1.4 正激变换器拓扑  20-22
    2.1.5 反激变换器拓扑  22-24
    2.1.6 全桥变换器拓扑  24-25
  2.2 主电路的选择  25
  2.3 半桥变换器电路  25-29
  2.4 半桥变换器电路的仿真  29-33
  2.5 本章小结  33-35
第3章电源主电路的设计  35-47
  3.1 单相桥式整流电路  35-38
  3.2 缓冲网络的设计  38-40
  3.3 高频变压器的设计  40-42
  3.4 变压器原边阻断电容的选择  42-44
  3.5 主输出电感的最小电流限制  44-45
  3.6 本章小结  45-47
第4章电源控制电路的设计  47-67
  4.1 高频开关电源的控制方式  47-49
    4.1.1 电压模式控制  47-48
    4.1.2 电流模式控制  48-49
  4.2 PID数字控制器在开关电源中的应用  49-50
  4.3 开关电源控制模块的硬件设计  50-60
    4.3.1 单片机选型  50-52
    4.3.2 调理电路设计  52-53
    4.3.3 显示模块设计  53-54
    4.3.4 电网电压的采样  54-55
    4.3.5 键盘模块设计  55-57
    4.3.6 驱动模块设计  57
    4.3.7 采样反馈模块设计  57-59
    4.3.8 芯片供电电源的设计  59-60
  4.4 开关电源控制模块的软件设计  60-65
    4.4.1 主程序设计  60-61
    4.4.2 初始化模块设计  61-62
    4.4.3 PID数字控制模块主程序设计  62
    4.4.4 键盘模块主程序设计  62-63
    4.4.5 PWM模块主程序设计  63-65
  4.5 系统抗干扰  65-66
  4.6 本章小结  66-67
第5章系统的调试  67-73
  5.1 PIC16F877芯片的测试  67-68
  5.2 电路的调试  68-71
  5.3 本章小结  71-73
第6章结论与展望  73-75
参考文献  75-79
致谢  79-81
附录A 主电路电路图  81-83
附录B 控制电路电路图  83

基于单片机的高频开关电源的研究

内容摘要

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