數(shù)控開關(guān)電源-開題報告書

1、-畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報告題目名稱數(shù)控開關(guān)電源的設(shè)計(jì)選題方向單片機(jī)數(shù)控技術(shù)學(xué)生專業(yè)通信工程年級、班級09級通信班一、選題的來源、目的、意義和根本容來源：本選題來自學(xué)院選題指南。目的：通過單片機(jī)的4*4鍵盤的鍵控或程控,對開關(guān)電源的輸出電壓進(jìn)展設(shè)定，分析比擬輸出電壓采用調(diào)寬還是調(diào)頻方式控制，選擇適宜的單片機(jī)類型與控制方式相對，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控開關(guān)電源的功能。意義：電源是各種電子設(shè)備必不可少的重要組成局部，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的平安性與可靠性。而開關(guān)電源是目前應(yīng)用最為廣泛的一種新式電源裝置，由于其小型化、輕量化、高效率、可大量節(jié)約能源等顯著優(yōu)點(diǎn)而深受人們的青睬，并被廣泛應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、郵電

2、通信、軍事裝備、交通設(shè)施、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域中。近年來，隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速開展，人們對開關(guān)電源的需求也與日俱增。開關(guān)電源的開發(fā)與制造已成為了方興未艾、開展前景十分誘人的產(chǎn)業(yè)。而怎樣使開關(guān)電源在低本錢情況下實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)控化調(diào)控成了人們研究的熱點(diǎn)。根本容：本文詳細(xì)分析了高性能、大功率直流開關(guān)電源的工作原理，并提出了主電路和控制電路的設(shè)計(jì)方案。在此根底上，完成了整個系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，并對電源裝置的硬件進(jìn)展了調(diào)試和修改。在分析原理的根底上，本文從輸入電路、輸出電路、控制電路、高頻變壓器、濾波電路等環(huán)節(jié)對該系統(tǒng)的主電路進(jìn)展了闡述。本文研制的直流開關(guān)電源具有輸出電壓固定、輸出電流大、波紋小等

3、特點(diǎn)。 二、國外研究綜述電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，效勞于各行各業(yè)。日前，隨著單片開關(guān)電源集成電路的應(yīng)用，開關(guān)電源正朝著短、小、輕、薄的方向開展。最近兩年來，國外些著名的一些芯片廠家又競相推出了一大批單片開關(guān)電源集成電路，更為新型開關(guān)電源的推廣與普及奠定了良好的根底。隨著單片機(jī)技術(shù)的開展和控制理論研究的深入，開關(guān)電源的數(shù)字化控制也從比擬簡單的MCU加電源芯片的控制構(gòu)造開展到利用高性能DSP及FPGA進(jìn)展PWM、通信、監(jiān)控的全數(shù)字化控制構(gòu)造。實(shí)時性和多任務(wù)的要求使雙CPU構(gòu)造得到了更加廣泛的應(yīng)用。目前開關(guān)電源的開展，主要朝著更高的功能密度和變換效率及更好的動態(tài)特性，更好

4、的環(huán)保性能，智能化與高可靠性，更廣泛的應(yīng)用等方面開展。三、參考文獻(xiàn)1 占松，蔡宣三著開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)修訂版M：電子工業(yè)，2005：10982 周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華著現(xiàn)代開關(guān)電源控制電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用M：人民郵電，2005：1531943 沙占友新型單片開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用M：電子工業(yè)，2001：794 同賀開關(guān)電源設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例M：人民郵電，2007：193四、畢業(yè)設(shè)計(jì)所使用的方法 1.針對目前數(shù)控開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)方法的分析，比擬可選擇的方案中的最優(yōu)項(xiàng)。2.分析開關(guān)電源的控制方式及原理，確立系統(tǒng)的研究方向。3.根據(jù)設(shè)計(jì)原理制定設(shè)計(jì)方案，繪制電路原理圖。 4.使用PROTUES軟件對實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)

5、展仿真、測試、分析。五、指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽名：年月 日五、學(xué)院畢業(yè)論文領(lǐng)導(dǎo)小組審核意見領(lǐng)導(dǎo)小組組長簽名： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報告2021屆題 目數(shù)控開關(guān)電源的設(shè)計(jì)學(xué) 院 物理電氣信息學(xué)院 專 業(yè) 通信工程 年 級2021級 學(xué)生*學(xué)生指導(dǎo)教師2012年11月15日1.選題的目的和意義開關(guān)電源是一種采用開關(guān)方式控制的直流穩(wěn)壓電源。它以小型、高效、輕量的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。開關(guān)電源控制局部絕大多數(shù)是按模擬信號來設(shè)計(jì)和工作的，其抗干擾能力不太好，信號有畸變。電源作為各種電子設(shè)備必不可少的重要組成局部，其性能優(yōu)劣直接影響到整個電子系統(tǒng)的性能指標(biāo)。隨著科技的開展，電子設(shè)備不斷更新?lián)Q代

6、，其種類越來越多，對電源的性能指標(biāo)的要求越來越高，加之不同的電子設(shè)備對電源的要求又不盡一樣，這樣，給電源的研究帶來了許多新的研究課題。在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中，DC/DC變換器控制局部是按模擬信號進(jìn)展設(shè)計(jì)和工作的。在六、七十年代，功率電子技術(shù)完全建立在模擬電路的根底上。但是近年來，隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的日益完善、成熟，微處理器/微控制器和數(shù)字信號處理器的性價比不斷提高，數(shù)字控制在功率變換器中得到廣泛應(yīng)用。它使得開關(guān)電源向數(shù)字化、智能化、多功能化方向開展。這無疑提高了開關(guān)電源的性能和可靠性。例如電機(jī)、不連續(xù)電源UPS的控制電路都選用各種數(shù)字信號處理器或微處理器作為其核心控制部件。功率變換器已由模擬控

7、制、模數(shù)混合控制，進(jìn)入全數(shù)字化控制階段。相對于模擬控制，數(shù)字控制有許多優(yōu)點(diǎn)1：1數(shù)字控制可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制策略，提高控制系統(tǒng)的性能。由于開關(guān)器件的存在，功率變換器是強(qiáng)非線性系統(tǒng)。傳統(tǒng)的模擬控制是在功率變換器近似線性模型的根底上，利用線性系統(tǒng)的各種設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，這種方法設(shè)計(jì)簡單且容易實(shí)現(xiàn)。但隨著對電源性能指標(biāo)的要求不斷提高，這種設(shè)計(jì)方法很難提高系統(tǒng)的控制性能。而數(shù)字控制可以實(shí)現(xiàn)各種非線性控制策略，使得控制系統(tǒng)的性能大大提高。2數(shù)字控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。模擬元器件易受環(huán)境和溫度的變化影響，所以模擬控制器穩(wěn)定性差。數(shù)字控制器較少受到器件老化、環(huán)境或參數(shù)變化的影響，比模擬控制器更

8、穩(wěn)定可靠，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。3數(shù)字控制系統(tǒng)靈活性高，數(shù)字化極簡化了變換器控制的硬件。采用數(shù)字控制技術(shù)可以設(shè)計(jì)統(tǒng)一的硬件平臺，適用不同的變換器系統(tǒng)，只通過軟件的改變就可以改變控制策略，無須硬件更改，同時，數(shù)字控制系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)過壓、過流保護(hù)、輸出電壓調(diào)節(jié)、故障監(jiān)測及通訊等功能，使電源"智能化?？傊瑢β首儞Q器采用數(shù)字控制方法大大提高了變換器的控制性能、靈活性等，變換器的性能主要由軟件來決定，而不是在于大量離散元器件的參數(shù)，這就意味著本錢和空間的節(jié)省以及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法的能力。數(shù)字控制的這些優(yōu)點(diǎn)大大提高了功率變換器的綜合性能，由模擬控制向數(shù)字控制的轉(zhuǎn)變是電力電子功率變換器的一大開展趨勢

9、。2. 開關(guān)電源的開展歷史開關(guān)穩(wěn)壓電源以下簡稱開關(guān)電源取代晶體管線性穩(wěn)壓電源以下簡稱線性電源已有30多年歷史，最早出現(xiàn)的是串聯(lián)型開關(guān)電源，其主電路拓?fù)渑c線性電源相仿，但功率晶體管了作于開關(guān)狀態(tài)后，脈寬調(diào)制PWM控制技術(shù)有了開展，用以控制開關(guān)變換器，得到PWM開關(guān)電源，它的特點(diǎn)是用20kHz脈沖頻率或脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源效率可達(dá)6570，而線性電源的效率只有3040。在發(fā)生世界性能源危機(jī)的年代，引起了人們的廣泛關(guān)往。線性電源工作于工頻，因此用工作頻率為20kHz的PWM開關(guān)電源替代，可大幅度節(jié)約能源，在電源技術(shù)開展史上譽(yù)為20kHz革命。隨著ULSI芯片尺寸不斷減小，電源的尺寸與微處理器相

10、比要大得多；航天，潛艇，軍用開關(guān)電源以及用電池的便攜式電子設(shè)備如手提計(jì)算機(jī)，移動等更需要小型化，輕量化的電源。因此對開關(guān)電源提出了小型輕量要求，包括磁性元件和電容的體積重量要小。此外要求開關(guān)電源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。3. 我國開關(guān)電源歷程我國的晶體管直流變換器及開關(guān)穩(wěn)壓電源的研制工作始于60年代初期，到60年代中期進(jìn)入實(shí)用階段，70年代初開場研制無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源。近10多年來，許多研究機(jī)構(gòu)、高校和工廠研制出多種類型的開關(guān)電源，并廣泛用于電子計(jì)算機(jī)、通訊和彩色電視機(jī)等領(lǐng)域，效果較好。工作頻率為100kHz-200KHz的高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源于90年代初試制成功，已走向應(yīng)用階段。

11、90年代后，隨著國外控制芯片的開展和引進(jìn)，200kHz以上工作頻率的開關(guān)電源研制也逐步走向成熟，并在許多領(lǐng)域替代了工作頻率較低的開關(guān)電源。目前國正在致力于研制高工作頻率、多功能化、高效率的開關(guān)電源。雖然我國科技人員在開關(guān)電源研制方面取得了長足的進(jìn)展，但與興旺國家相比，仍存在著較大差距，尤其是開關(guān)電源PWM控制芯片，因?yàn)楝F(xiàn)有開關(guān)電源所用的PWM芯片幾乎全部來自于國外。根據(jù)有關(guān)資料報道，西方興旺國家把開關(guān)電源的工作頻率己經(jīng)提高到1MHz，甚至幾十MHz。由于我國半導(dǎo)體技術(shù)和加工工藝還落后于西方興旺國家，致使我國自行研制的開關(guān)電源中許多重要器件還依賴進(jìn)口。要縮小與西方興旺國家在開關(guān)電源研制方面的差距

12、，尚需加快研發(fā)的步伐。4. 開關(guān)電源技術(shù)開展動向1小型、薄型、輕量化由于電源輕、小、薄的關(guān)鍵使高頻化，因此，國外目前都在致力于同步開發(fā)新型元器件，特別是改善二次整流管的損耗、變壓器及電容小型化，并同時采用外表安裝SMT技術(shù)在電路板兩面布置元器件以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。2高效率開關(guān)電源高頻化使傳統(tǒng)的PWM開關(guān)硬開關(guān)功耗加大，效率降低，噪聲也增大了，達(dá)不到高頻、高效的預(yù)期效益，因此，實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通、零電流關(guān)斷的軟開關(guān)技術(shù)將成為開關(guān)電源未來的主流。采用軟開關(guān)技術(shù)可以使效率到達(dá)8588。3高可靠性可用模塊電源使用的元器件比線性工作電源多數(shù)十倍，因此，降低了可靠性。追求壽命的延長要從設(shè)計(jì)方面著手，而

13、不是從使用方面著想。4模塊化可用模塊電源組成分布式電源系統(tǒng)；可以做成插入式，實(shí)現(xiàn)熱交換，從而在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時能快速更換模塊插件；多臺模塊并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)。此外，還可以在電源系統(tǒng)建成后，根據(jù)開展需要不斷擴(kuò)大容量。5低噪聲開關(guān)電源又一缺點(diǎn)時噪聲大，單純追求電源高頻化，噪聲也隨之增大。采用局部諧振變換技術(shù)，在原理上說明可以高頻化，又可以低噪聲。但諧振變換技術(shù)也有其難點(diǎn)，如果難準(zhǔn)確地控制開關(guān)頻率、諧振時增大了元器件負(fù)荷、場效應(yīng)管的寄生電容易引起短路損耗元器件熱應(yīng)力轉(zhuǎn)向開關(guān)管等問題難以解決。6抗電磁干擾EMI當(dāng)開關(guān)電源在高頻下工作時，其噪聲通過電源線產(chǎn)生對其他電子設(shè)備干擾，世界各國已有抗EMI

14、的規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)。7電源系統(tǒng)的管理和控制應(yīng)用微處理器或微機(jī)集中控制和管理，可以及時反映開關(guān)電源環(huán)境的各種變化。中央處理單元實(shí)現(xiàn)智能控制，可自動診斷故障，減少維護(hù)工作量，確保正常運(yùn)行。8計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD利用計(jì)算機(jī)對開關(guān)電源進(jìn)展CAD設(shè)計(jì)和模擬試驗(yàn)，十分有效，是最為快速經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方法。9產(chǎn)品更新加快目前開關(guān)電源產(chǎn)品要求輸入電壓通用使用世界各國電網(wǎng)電壓規(guī)模，輸出電壓圍擴(kuò)大，輸入端功率因數(shù)進(jìn)一步提高，具有平安、過壓保護(hù)等功能。5.論文的主要容本文詳細(xì)分析了高性能、大功率直流開關(guān)電源的工作原理，并提出了主電路和控制電路的設(shè)計(jì)方案。在此根底上，完成了整個系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，并對電源裝置的硬件進(jìn)展了調(diào)試和修改

15、。在分析原理的根底上，本文從輸入電路、輸出電路、控制電路、高頻變壓器、濾波電路等環(huán)節(jié)對該系統(tǒng)的主電路進(jìn)展了闡述。本文研制的直流開關(guān)電源具有輸出電壓固定、輸出電流大、波紋小等特點(diǎn)。6.實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)1.針對目前數(shù)控開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)方法的分析，比擬可選擇的方案中的最優(yōu)項(xiàng)。2.分析開關(guān)電源的控制方式及原理，確立系統(tǒng)的研究方向。3.根據(jù)設(shè)計(jì)原理制定設(shè)計(jì)方案，繪制電路原理圖。 4.使用PROTUES軟件對實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)展仿真、測試、分析。7.系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖整個設(shè)計(jì)包括電源變換局部、數(shù)字控制局部、數(shù)碼顯示局部三大電路模塊組成。主芯片采用開關(guān)穩(wěn)壓集成電路芯片LM2575，用數(shù)字控制來改變反應(yīng)，并將輸出電壓在數(shù)碼管上顯

16、示。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如下圖。單片機(jī)數(shù)碼顯示鍵盤輔助電源AD轉(zhuǎn)換輸出控制數(shù)控電源總體系統(tǒng)框圖8.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程8.1 主系統(tǒng)程序流程圖主系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對從鍵盤收集信號，即設(shè)置系統(tǒng)信息，控制從系統(tǒng)的輸入信號量，讀入并存儲從系統(tǒng)讀入的信號度值，通過LED顯示。系統(tǒng)初始化從鍵盤讀取目標(biāo)電壓將數(shù)據(jù)送給數(shù)控電位器改變輸出電壓AD采樣返回刷新存放器并顯示開場 主系統(tǒng)程序流程圖8.2 LED顯示程序流程選擇需要點(diǎn)亮的LED段完畢將數(shù)據(jù)送到LED端口進(jìn)展顯示開場LED顯示程序流程8.3 鍵盤子程序流程圖鍵盤子程序流程9.預(yù)期到達(dá)的水平和目標(biāo)1.設(shè)計(jì)電路構(gòu)造，選擇電路元件，畫出實(shí)用電路原理圖。2.開關(guān)穩(wěn)壓直流電

17、源主要技術(shù)指標(biāo)要求：輸入交流220V，輸出12V直流電壓，電流25A，盡可能提高效率。3.軟件仿真分析并實(shí)例分析焊接實(shí)物。10.存在的主要問題和技術(shù)關(guān)鍵數(shù)控開關(guān)電源的常規(guī)知識；頻率控制與脈沖寬度控制理論知識與實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系；PROTUES軟件的學(xué)習(xí)與應(yīng)用。11.研究方案進(jìn)度表2021年11月2021年12月調(diào)研、查閱相關(guān)資料并完成開題報告。2021年4月初完成程序設(shè)計(jì)、仿真局部和畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿，準(zhǔn)備預(yù)辯論。2021年4月中旬完成修訂稿。2021年4月底完成論文最終稿，準(zhǔn)備辯論。12.參考文獻(xiàn)1 占松，蔡宣三著開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)修訂版M：電子工業(yè)，2005：10982 周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華

18、著現(xiàn)代開關(guān)電源控制電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用M：人民郵電，2005：1531943 沙占友新型單片開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用M：電子工業(yè)，2001：794 同賀開關(guān)電源設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例M：人民郵電，2007：1935 Keith Billings著 占松，汪仁煌等譯開關(guān)電源手冊第2版M：人民郵電，2006：26606 Abraham IPressman美著 王志強(qiáng)等譯開關(guān)電源設(shè)計(jì)第二版M：電子工業(yè)，2005：38467 戶川治朗日著 高玉蘋，唐伯雁等譯實(shí)用電源電路設(shè)計(jì)M：科學(xué)， 2006:104329.8 占松，蔡宣三著開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)修訂版M：電子工業(yè)，2005：1098.9 Ron Lenk著王正仕,軍明譯*德鴻審實(shí)用開