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1、 编号本科生毕业设计（论文）题目： 多路直流电源并联供电 物联网工程 学院电气工程及其自动化 专业学 号 学生姓名 指导教师 二一二年六月摘要开关电源模块供电系统由并联稳压电源和检测控制系统组成该系统主要由AVR高档单片机ATmega81，2控制，主回路由两个Buck斩波电路将24V转换为两个8V电源并联输出测控电路由电阻分压实现电压检测，电流通过取样电阻，然后经过差分放大器AD8205送给单片机，单片机产生PWM3信号控制IR2103来实现MOS管的通断，已形成闭环反馈电路保证输出电压的稳定和电流按规定比例分配，并使系统效率达到75%以上本系统具有系统效率高、精度高、稳压、输出文波小、负载短
2、路保护及自动恢复功能，自身抗干扰性强、调整速度快等优点关键词：单片机； 开关电源； PWM控制 ； BUCK斩波;AbstractSwitching power supply module power supply system was composed of Shunt regulated power supply and control system testing. The system is mainly consists of a new AVR high-grade MCU ATmega8 control, the main return route two Buck choppe
3、r circuit to convert the 24V to two 8V power output. Measurement and control circuit is composed of a resistor divider voltage detection, current flows through the sampling resistor, and then through the differential amplifier AD8205for single-chip generated PWM signal to control the IR2103to realiz
4、e the MOS pipe on-off, has formed a closed loop feedback circuit to guarantee the stability of the output voltage and current at the prescribed proportion allocation, and make the system efficiency can reach above 75%. This system has the advantages of small volume, light weight, high conversion eff
5、iciency. Its strong anti-interference, wide voltage range, adjusting speed, high accuracy, high system efficiency, voltage and current stabilizing, small output ripple, load short-circuit protection and automatic restoration of function etc.Key words: Single chip microcomputer; switching power suppl
6、y; PWM; Buck; 目录第1章 绪论11.1 选题准备工作11.1.1 选题背景11.1.2 选题的科学依据11.2 开关电源简介21.2.1 开关电源的定义和用途21.2.2 开关电源的发展21.2.2 开关电源的工作原理31.3 任务要求31.3.1 设计任务31.3.2 基本要求3第2章 系统方案的比较和理论分析52.1方案比较和选择52.1.1 DC/DC模块52.1.2 控制方法设计62.1.3 分流方案选择62.1.4 单片机选择72.1.5 单片机供电方案选择82.1.6 系统总体方案描述82.2 理论分析82.2.1 DC/DC变换器的稳压方法82.2.2 电压电流检测
7、分析92.2.3 过流保护9第3章 硬件电路设计113.1 概述113.2 整体模块设计113.2.1 DC供电模块113.2.2 电流电压检测设计123.2.3 辅助电源模块设计133.2.4 门极控制电路设计143.2.5 显示部分设计163.3 主回路参数计算和器件选择173.3.1 磁芯和线径的选择173.3.2 主回路及参数设计173.3.3 位开关电源选着合适的电感193.3.4 控制电路设计203.3.5 效率分析203.3.6 保护电路设计203.3.7 其他元器件选择21第4章 软件部分设计234.1 Atmega8介绍234.2 主程序流程图244.3 初始化框图244.4
8、 输入部分流程图254.5 处理部分流程图254.6 输出部分流程图27第5章 指标测试和总结295.1 测试所需仪器295.2 调试可能遇到的问题295.3 指标测试295.4 可能出现的误差295.5 总体结论29参考文献31致谢32附录33附件一 主要原器件清单33附件二 系统原理图（无显示部分）34第1章 绪论1.1 选题准备工作1.1.1 选题背景随着电力电子技术的发展,以及大量电子设备的广泛应用,对大容量、高安全可靠性电源系统的需求日益迫切受目前半导体开关器件水平的限制,单台大容量(兆瓦级)电源技术尚不成熟,因此模块化的大功率电源系统应运而生,即多个并联运行的大功率电源模块共同为负
9、载提供电能受误差的不可避免性和工艺水平的限制等因素影响,并联运行的各电源模块的参数都会存在差异,致使其外特性不尽相同带载运行时,会导致输出电流大的电源模块热应力变大,损坏机率上升,可靠性降低因此,在多电源模块并联运行的电源系统中必须引入有效的负载电流均流控制,防止一台或多台电源模块运行在电流极限值(限流)状态在 2011年下半年里，我在无锡金枫林电器有限公司实习，实习期间我做过插件、手工焊、面板组装、检测和维修等，培养了了做事细心、耐心并有责任心主要工作学习了解用单片机做的淋浴控制器应用，提高本专业各学科综合知识的实际运用能力，与此同时也提高自身的分析能力与实际动手能力，增强自身对设计的科学性
10、、系统性、及全面性的理解，为能较好完成今年的毕业设计做好基础在此我要感谢实习期间给我帮助的同事和领导，也预祝自己的论文能够早日完成1.1.2 选题的科学依据 国内开关电源技术的发展【4】，基本上起源于20世纪70年代末和80年代初当时引进的开关电源技术，在高等院校和一些科研院所停留在实验开发和教学阶段20世纪80年代中期开关电源产品开始推广和应用20世纪80年代开关电源的特点是采用20kHz脉宽调制（PWM）技术，效率可达65%70%经过20多年的不断发展，开关电源技术有了重大进步和突破新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率MOSFET和IGBT可使小型开关电源的工作频率达到400kH
11、z(AC/DC)或1MHz(DC/DC);软开关技术使高频开关电源的实现有了可能，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（国产6kW通信开关电源采用软开关技术，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，既治理了电网的谐波污染，又提高了开关电源的整体效率 在开关电源领域，我国的民族产业在国内一直占有举足轻重的地位在开关电源应用的起步阶段，很多生产厂家采取的都是小作坊的生产模式经过20余年的不懈努力，逐步向大规模生产转化，产品也
12、从单一品种走向系列化现在，我国已形成一批上亿元甚至10亿元以上产值的电源企业，有些产品已进入国际市场我国信息产业、国防工业、家电行业，特别是电信业的迅猛发展，是电源市场发展的强大推动力国家统计局最新资料显示，当前我国电子信息产业的产区、产出，销售总规模以及对国家经济增长的贡献均居全国工业行业之首，成为我国工业第一支柱产业开关电源巨大的市场需求孕育了大批电源生产企业目前成规模的企业有十几家，分为3种类型：第一类是自主研制开发，已生产出具有先进水平的系列电源产品，不仅可以满足各种电子设备的需求，而且在航空、铁路、电力、国防及家电等领域中得到了广泛应用；第二类是中外合资企业，采用国外较为先进的技术，
13、在国内用户中有较高的信誉度；第三类是进口部件在国内组装，然后直接销售到国外市场这些产品质量好但成本也高，对国内市场的适应能力差每年几十亿元的电源市场孕育了几百家开关电源生产企业，而且已有大量的国外产品和公司进入国内，今后的竞争将是技术的竞争、质量的竞争和服务的竞争，品牌效应越来越突出市场的竞争和发展必将促使产业内部分化和重组，实现大企业的产品互动和整合营销，而适应不了市场竞争的企业将被淘汰1.2 开关电源简介1.2.1 开关电源的定义和用途开关电源【5】是利用现代电力电子技术，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，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET
14、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，这一点称为成本反转点随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域1.2.2 开关电源的发展开关电源高频化是其发展的方向【6】，高频化使开关
15、电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了开关电源的发展前进，每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题另外，开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFETSCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用，
16、GTR驱动困难，开关频率低，逐渐被IGBT和MOSFET取代开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关
17、电源的工作效率对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高 1.2.2 开关电源的工作原理所谓开关电源【7,8】，顾名思义，就是这里有一扇门，一开门电源就通过，一关门电源就停止通过，那么什么是门呢，开关电源里有的采用可控硅，有的采用开关管，这两个元器件性能差不多，都是靠基极、（开关管）控制极（可控硅）上加上脉冲信号来完成导通和截止的，脉冲信号正半周到来，控制极上电压升高，开关管或可控硅就导通，通过开关控制传到次级，再通过占空比将电压升高或降低，供各个电路工作开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模
18、式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗 与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同他们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之
19、前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元 1.3 任务要求1.3.1 设计任务 设计一个有两个额定输出功率均为16W的8V DC/DC 模块并联供电系统（见图1-1）. 图 1-1 两个 DC/DC 模块并联供电供电系统主电路示意图1.3.2 基本要求（1）调整负载电阻至额定输出功率输出状态，供电系统的直流输出电压，且额定输出功率工作状态下，供电系统的效率不低于60%（2）调整负载电阻，保持输出电压，当两个模块输出流之和Io=1.0A,且按I1：I2=1：1模式自动分配电流；当两个模块输出电流之和Io=1.5A,且按I1：I2=1：2模式自动分配电流；当负载电流Io在1.5-3.5A之间变化时，两个
20、模块的输出电流可在(0.5-2.0)范围内按指定的比例自动分配（3）具有负载短路保护及自动恢复工作，保护阈值电流为4.5A 第2章 系统方案的比较和理论分析2.1方案比较和选择据题目要求，调整负载电阻至额定输出功率状态，供电系统保持输出电压U0=8.00.4V，保证供电效率不低于75%，使两个模块输出电流之和I0=1A 且按I1:I2= 1:1 模式和I0=1.5A、I1：I2=1:2自动分配电流对此，我们考虑以下几种方案：2.1.1 DC/DC模块在大功率DCDC开关电源中，为了获得更大的功率，特别是为了得到大电流时，经常采用N个单元并联的方法多个单元并联具有高可靠性，并能实现电路模块标准化
21、等优点方案一：采用异步BUCK变换器，该拓扑结构简单，只需对一个开关管进行控制，因此控制思路非常简单但由于在大电流时，异步BUCK电路中的续流二极管和开关管的功耗增加，成为电路中的主要功耗，这会使电路工作在大电流时的效率降低,故不采用此种结构方案二：采用PWM控制的高频开关变压器实现9如图2所示，反激式DC/DC变换器开关管（Tr）导通时，变压器累积能量，截止时输出能量反激式优点是：结构简单、外围元件少输出电压公式： (2-1)缺点是：并联时，由于是一个 PWM 控制器同时控两路，两路的开关管在高频下始终是导通和关断的，所以电容上始终保持同时充电和放电，因此并联时两路电流始终保持相等，不能满足
22、本系统按比例分配电流的要求；变压器存在漏感，将在原边形成很大电压尖峰，可能击穿开关器件；负载调整率差；电源效率低；能量由变压器 T储存，体积较大，而且需要开气隙图2-1 反激式DC/DC电路方案三： 降压斩波电路10原理图如图3所示，直流斩波电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调直流电，也成为直接直流-直流变换器降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用MOSFET作为全控性器件的斩波电路，电力MOSFET是用栅极电压控制漏极电流的，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性好，输入阻抗高，具有功率晶体管电压、电流容量大等的优点工作原理当MOS管导通时电源电压向
23、负载供电；当MOS管处于断态时，负载电流经二极管D续流，电源电压接近于零，至一个周期结束，再驱动MOS管导通，重复上一个周期的过程图2-2 buck斩波电路综合以上比较，我选择方案三2.1.2 控制方法设计方案一：采用单片机产生PWM波,控制开关的导通与截止根据A/D后的反馈电压程控改变占空比，使输出电压稳定在设定值负载电流在康铜丝上的取样经A/D后输入单片机，当该电压达到一定值时关闭开关管，形成过流保护该方案主要由软件实现，控制精度高，与电压比较器相连可实现自动恢复过流保护功能方案二：采用恒频脉宽调制控制器TL494，TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，
24、广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降为零2个误差放大器具有从0.3V到(vcc2.0)的共模输入范围，这可从电源的输出电压和电流察觉的到误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制电路这个芯片推荐单端输出，虽调整速度快但精度不高综合比较，我们选择方案一2.1.3 分流方案选择方案一：主从法在并联运行的电源模块单元中，选定一个电源模块单元作为主电源模块，其余
25、电源模块作为从模块，主电源模块工作于电压源方式而从电源模块工作于电流源方式，电流值可独立设置，在这种方式下，一旦主模块失效，则整个系统崩溃，不具备冗余功能这种方式的优点是：实现简单，可扩充性好缺点是：容错性差，可靠性不高，主模块连线较多方案二：平均电流自动值均流法这种方法不用外加均流控制器，电路简单，容易实现在各电源模块单元间都通过一个电流传感器级一个采样电阻接到一条公共均流母线 CSB,均流母线的电压是N个电源模块代表各自输出电流的电压信号的平均值与每个电源模块的采样电压信号比较后通过调节放大器输出一个误差电压，从而调节模块单元的输出电流达到均流目的，如下图所示平均电流法可以精确地实现均流，
26、但当公共母线CSB发生短路或接在母线上的任一电源模块单元不工作时，使电压下降，结果促使各电源模块输出电压下调，甚至达到下限值，引起电源系统故障如下图所示:图2-3 平均电流自动值均流发方案三: 最大电流均流法 本方案采用负载共享控制器 UCC29002 实现在DC-DC 模块正常工作时，将两路UCC29002 的均流母线连接，此时 UCC29002将会自动选出电流最大的一路，并将此路电源作为主电源均流母线上的电压将由主电源的输出电流决定，从电源的 UCC29002 接收到母线上的信号后，会控制该路 DC-DC 模块稍稍提高输出电压通过减小从电源与主电源的电压差来提高该路输出电流，从而达到均流并
27、且该方案可通过十分简单的电路完成任意路并联均流，且支持热插拔方案四：采用数字控制技术实现分流利用8位AD转换单片机ATmega8检测采样电阻采样输出电流，利用合理的算法对电流进行分配，此硬件电路设计简单，故采用方案四2.1.4 单片机选择 方案一：采用AT89C51单片机进行控制51单片机外接A/D和D/A比较简单，操作方便，但是由于本题的功耗要求特别严格，对效率的提高不利方案二：采用低功耗单片机ATmega8-8PU，这是一个完全集成的混合信号 系统级MCU芯片内部集成8位A/D功能，且这个单片机管脚丰富，操作简单 考虑到效率的要求采用方案二2.1.5 单片机供电方案选择 方案一：用集成三端
28、稳压器来供电，由于Uin端输出电压比较高，变化范围大，而单片机系统只需5V供电，若采用7812，7805两级降压来供电，会大大降低效率方案二：采用开关型稳压降压芯片LM2576，输入允许范围大，效率比较高，输出电压为+5V,输出电流可达600mA,驱动能力强对于负电源，可通过芯片ICL7660进行转换 考虑效率的要求【11】，本设计采用了方案二2.1.6 系统总体方案描述本系统采用单片机作为数据处理和控制核心，辅以Buck电路、采样电阻作电流采集等电路，系统输出电压8V稳定，两个模块电流可以按固定比例输出,供电系统效率达到75%以上单片机控制系统利用AD转换芯片对两路的电流和负载的电压进行采样
29、，并采用合适的分流算法去改变两路开关电源的输出电流当输出电流大于保护设定值产生过流保护信号切断主电路，然后延时一定时间后重新通电工作并进行过流检测，直到电路恢复正常为止将设计任务划分为DC/DC供电模块设计、电压电流反馈电路设计、单片机控制电路设计、控制算法设计系统整体框图如下12：图2-4 系统框图2.2 理论分析2.2.1 DC/DC变换器的稳压方法本系统采用同步整流技术实现了DC-DC变换器，在连续电流输出的模式下，其输出-输入电压变换比为： (2-2)D为输出PWM的占空比，由此式可以求得输出PWM的占空比 单片机通过电压反馈回路采集输出电压的大小然后通过算法实时调节占空比使输出电压稳
30、定在8V0.4的范围内2.2.2 电压电流检测分析电压检测：对输出电压进行分压采样，即在输出端并接两个分压电阻，由采样电阻采集两模块的输出电压作为单片机的输入，进入单片机的AD转换通道 电流检测：在输出端串接一个0.02的小电阻，将流经其的电流转换为电压进行采集，由于采样电阻值较小，故而采样的电压也小所以我们又用差分放大电路对采样电压值进行放大，同时抑制共模干扰将采样的电流值经电阻降压后送入单片机的AD转换通道 系统使用单片机自带的8位A/D,根据A/D转换器的分辨率公式有，分辨率为 Vef-单片机供电电压，n-AD位数，可见内置A/D完全可以满足设计的需求2.2.3 过流保护很多电子设备都有
31、个额定电流，不允许超过额定电流，不然会烧坏设备所以有些设备就做了电流保护模块当电流超过设定电流时候，设备自动断电，以保护设备本系统中通过单片机实时采集输出电流的大小,然后与过流保护阈值比较，当采集的电流大于电流阈值时，单片机停止输出PWM使DC-DC模块停止工作，然后以一定时间间隔再次采集输出电流，当采集的电流低于阈值电流，则单片机按上电时刻设定的占空比输出PWM使DC-DC重新工作第3章 硬件电路设计3.1 概述 本系统主要与DC/DC转换模块，电流电压检测模块，单片机，门极控制模块，显示模块及辅助电源模块具体流程见下图图3-1 硬件模块流程图3.2 整体模块设计3.2.1 DC供电模块在输
32、入电压和效率已确定时，使得该DC/DC模块必须要用开关电源方式实现，由于没有限制一定要隔离输出，所以考虑使用BUCK结构实现为了实现高效率的DC-DC转换，本模块采用同步整流技术实现了高效率的DC-DC转换该模块电路采用MOS管驱动芯片IR2103驱动同步半桥，半桥输出端通过选择合适的电容，电感构成的LC低通滤波器实现了DC-DC的转换，此种拓扑结构控制简单，原理通俗易懂，经过多方论证该电路的转换效率高满足本设计的要求图3-2 Buck电路 其中C1、C2起稳压作用，L1和C2、C3构成滤波电路，二极管用来保护电源根据小电容滤高频，大电容滤低频，故选C2 0.01uF,C3 1000uF.其工
33、作原理：当MOS管导通时，电源向负载供电，电感储能，负载电流增大；当MOS管关断时，电感释放能量，通过续流二极管构成回路3.2.2 电流电压检测设计根据系统的均流方案的要求，需对两路DC-DC模块中的电流分别进行采集由于两路DC-DC模块是并联连接，当系统正常工作时，在输出端的电流检测点有8V的共模电压，所以采用的电流检测运放的共模输入电压范围必须大于24V这里可采用差分放大器LM324或专用电流检测器AD8205，他们的共模输入电压范围都大于8V但要使LM324的共模输入电压范围大于8V，LM324的供电电压必须大于8V，而且当采用12V供电时，线性度在采样电压的两极限值附近变坏，同时若器件
34、损坏，12V的电压会传给单片机，造成单片机的损坏然而AD8205是专用的差分放大器，在5V供电时共模输入电压范围高达70V,还可以避免在调试过程中因输出电压升高而烧坏芯片此外，它的瞬态响应快，特别适合闭环系统中的快速检测所以在此选用AD8205因为单片机的采样电压不得高于5V，而输出端的电压却有8V，所以需要电阻串联分压（如图3-3）图3-3 电压电流采样其中R2、R3分别为10K、5.1K是大电阻，R1为0.02，电流从R1上流过，产生电压送入AD8205R3上的电压Vout直接输入到单片机 （3-1）AD8205是美国模拟器件公司推出的一种单电源高性能的差分放大器，典型单电源供电电压为5V
35、，其共模电压输入范围为-265V，适用于高共模电压下检测小差分电压它的固定增益为50V/V.本系统采用单极性输出3.2.3 辅助电源模块设计本系统只提供了24V的电源电压，单片机及AD8205均需要5V的电源电压该辅助供电模块采用高效率的电源管理芯片LM2576设计并制作了两路供电模块为系统的外围模块供电，该芯片输入电压范围宽（5-40V），效率高，可达75%以上电路原理简单，效率高，该芯片通过电阻分压网络的调节2脚电压的大小从而调节输出电压的大小（如图3-4）图3-4 5V输出辅助供电模块图3-5 LM2576内部结构LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电
36、路，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路LM2576是线性三端稳压器件（如78xx系列端稳压集成电路）的替代品它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为MCU的稳定、可靠工作提供了强有力的保证其工作原理是：此电源芯片的4脚Feedback端的电压稳定在1.23V，5脚ON/OFF端由逻辑电平来控制电源芯片的打开和断开，1脚为输入端，2脚为输出端，芯片通过调整起输出脉宽来使4脚电压稳定在1.23V，流入Feedback端的电流为零，通过改变R2的值
37、就可以改变输出电压的大小，影响电压输出的就是R1，R2的取值，现我们通过改变由R1,R2组成的反馈电路来实现我们要设计的稳压源的电路此系统中需输出5V电压，故R2=3.3K3.2.4 门极控制电路设计图3-6 MOSFET的门极控制电路 其工作原理是：由单片机输出占空比大小可调节PWM波形送入HIN接头，由HO输出MOS管所需的方波KA7818为IR2103提供工作电压IR2103的介绍图3-7 IR2103的内部结构图3-8 IR2103输入输出波形图表1 IR2103的引脚编号管脚1VCC2HIN3 LIN4COM5LO6Vs7HO8VBIR2103是双输入双MOSFET驱动块,在使用时可
38、变通为单输入双输出,只需把2.3脚并在一起输入即可使用时注意,5脚高电平有效,7脚低电平有效,在用PWM信号输入时,应注意输出管的极性,否则会出现PWM信号关断而输出管继续导通状态作单输出时任选一个输出端用示波器观察结果是5脚输出正方波脉冲,7脚输出负方波脉冲,同受PWM控制最佳工作电压为812V,是个应用广泛的器件3.2.5 显示部分设计 该系统采用6个数码管分别显示两路电流的大小6个数码管采用共阳接法，正极接5V电源，阴极均接在I/O接口上，另选出6个I/O接口作为片选信号六个数码管采用延时重复显示数字，每三个数码管显示一路电流当电流过小时，则通过单片机增加MOS管导通时间，提高电压，增大
39、电流反之亦然 数码管介绍：数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二
40、极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件
41、电路的复杂性 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，
42、由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低 单片机图3-9 数码管的连接方式3.3 主回路参数计算和器件选择3.3.1 磁芯和线径的选择当交变电流通过导体时,电流将集中在导体表面流过,这种现象叫集肤效应电流或电压以频率较高的电子在导体中传导时,会聚集于总导体表层,而非平均分布于整个导体的截面积中线径的选择主要由本系统的开关频率确定开关频率越大，线径越小，但是所允许经过的电流越小，并且开关损耗增大，效率降低本系统采用的
43、频率为44K，查表得知在此频率下的穿透深度为0.3304mm,直径应为此深度的2倍，即为0.6608mm选择的AWG导线规格为21#，直径为0.0785cm（含漆皮）.磁芯选择铁镍钼磁芯，该磁芯具有高的饱和磁通密度，在较大的磁场下不易饱和，具有较高的导磁率、磁性能稳定性好（温升低，耐大电流、噪声小），适用在开关电源上3.3.2 主回路及参数设计1）工作原理，分两个阶段 t=0时V导通，E向负载供电，Uo=E，I0按指数曲线上升 t=t1时V关断I0经VD续流，Uo近似为零，I0呈指数曲线下降 为使I0连续且脉动小，通常使L值较大. 图3-10 降压斩波电路的原理图及波形 2）数量关系 电流连续
44、时，负载电压平均值 （3-2）a导通占空比，简称占空比或导通比 U0最大为E，减小a，U0随之减小降压斩波电路也称为Buck变换器（Buck Converter）负载电流平均值 （3-3）电流断续时，U0平均值会被抬高，一般不希望出现 图3-11 电流连续与不连续的两种波形电感较大时输出波形叫平缓，波动小，有利于系统工作3)斩波电路三种控制方式 （1）脉冲宽度调制（PWM）或脉冲调宽型T不变，调节ton （2）频率调制或调频型ton不变，改变T （3）混合型ton和T都可调，使占空比改变 这里，我们采用PWM波形控制，对于具体的器件参数值设计如下：流过电感L的电流最大值 （3-4）开关管和续流二极管承受的最大电压为开关管和续流二极管的电压定额为 （3-5） 开关管和续流二极管的电流额定值为 （3-6）3.3.3 位开关电源选着合适的电感电感常为储能元件，也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上，用来平滑电流电感也被称为扼流圈，特点是流过其上的电流有“很大的惯性”换句话说，由于磁通连续特性，电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的电压尖峰 电感为磁性元件，自然有磁饱和的问题有的应用允许电感饱和，有的应用允许电感从
