數(shù)控開關電源-開題報告書

1、-畢業(yè)設計開題報告題目名稱數(shù)控開關電源的設計選題方向單片機數(shù)控技術學生專業(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：本選題來自學院選題指南。目的：通過單片機的4*4鍵盤的鍵控或程控,對開關電源的輸出電壓進展設定，分析比擬輸出電壓采用調(diào)寬還是調(diào)頻方式控制，選擇適宜的單片機類型與控制方式相對，從而實現(xiàn)數(shù)控開關電源的功能。意義：電源是各種電子設備必不可少的重要組成局部，其性能的優(yōu)劣直接關系到整個系統(tǒng)的平安性與可靠性。而開關電源是目前應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)點而深受人們的青睬，并被廣泛應用于電子計算機、電視機、郵電

2、通信、軍事裝備、交通設施、儀器儀表、工業(yè)設備等領域中。近年來，隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速開展，人們對開關電源的需求也與日俱增。開關電源的開發(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)。而怎樣使開關電源在低本錢情況下實現(xiàn)高精度的數(shù)控化調(diào)控成了人們研究的熱點。根本容：本文詳細分析了高性能、大功率直流開關電源的工作原理，并提出了主電路和控制電路的設計方案。在此根底上，完成了整個系統(tǒng)的硬件電路設計，并對電源裝置的硬件進展了調(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)的主電路進展了闡述。本文研制的直流開關電源具有輸出電壓固定、輸出電流大、波紋小等

3、特點。 二、國外研究綜述電源技術尤其是數(shù)控電源技術是一門實踐性很強的工程技術，效勞于各行各業(yè)。日前，隨著單片開關電源集成電路的應用，開關電源正朝著短、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電源集成電路，更為新型開關電源的推廣與普及奠定了良好的根底。隨著單片機技術的開展和控制理論研究的深入，開關電源的數(shù)字化控制也從比擬簡單的MCU加電源芯片的控制構造開展到利用高性能DSP及FPGA進展PWM、通信、監(jiān)控的全數(shù)字化控制構造。實時性和多任務的要求使雙CPU構造得到了更加廣泛的應用。目前開關電源的開展，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，更廣泛的應用等方面開展。三、參考文獻1 占松，蔡宣三著開關電源的原理與設計修訂版M：電子工業(yè)，2005：10982 周志敏，周紀海，紀愛華著現(xiàn)代開關電源控制電路設計及應用M：人民郵電，2005：1531943 沙占友新型單片開關電源的設計與應用M：電子工業(yè)，2001：794 同賀開關電源設計技術與應用實例M：人民郵電，2007：193四、畢業(yè)設計所使用的方法 1.針對目前數(shù)控開關電源實現(xiàn)方法的分析，比擬可選擇的方案中的最優(yōu)項。2.分析開關電源的控制方式及原理，確立系統(tǒng)的研究方向。3.根據(jù)設計原理制定設計方案，繪制電路原理圖。 4.使用PROTUES軟件對實驗電路進

5、展仿真、測試、分析。五、指導教師意見指導教師簽名：年月 日五、學院畢業(yè)論文領導小組審核意見領導小組組長簽名： 年 月 日畢業(yè)設計開題報告2021屆題 目數(shù)控開關電源的設計學 院 物理電氣信息學院 專 業(yè) 通信工程 年 級2021級 學生*學生指導教師2012年11月15日1.選題的目的和意義開關電源是一種采用開關方式控制的直流穩(wěn)壓電源。它以小型、高效、輕量的特點被廣泛應用于各種電子設備中。開關電源控制局部絕大多數(shù)是按模擬信號來設計和工作的，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。隨著科技的開展，電子設備不斷更新?lián)Q代

6、，其種類越來越多，對電源的性能指標的要求越來越高，加之不同的電子設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)功率電子技術中，DC/DC變換器控制局部是按模擬信號進展設計和工作的。在六、七十年代，功率電子技術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用。它使得開關電源向數(shù)字化、智能化、多功能化方向開展。這無疑提高了開關電源的性能和可靠性。例如電機、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1：1數(shù)字控制可以實現(xiàn)各種復雜的控制策略，提高控制系統(tǒng)的性能。由于開關器件的存在，功率變換器是強非線性系統(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)的各種設計方法來設計補償網(wǎng)絡，這種方法設計簡單且容易實現(xiàn)。但隨著對電源性能指標的要求不斷提高，這種設計方法很難提高系統(tǒng)的控制性能。而數(shù)字控制可以實現(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)字控制技術可以設計統(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)更容易實現(xiàn)過壓、過流保護、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)省以及實現(xiàn)復雜算法的能力。數(shù)字控制的這些優(yōu)點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. 開關電源的開展歷史開關穩(wěn)壓電源以下簡稱開關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)型開關電源，其主電路拓撲與線性電源相仿，但功率晶體管了作于開關狀態(tài)后，脈寬調(diào)制PWM控制技術有了開展，用以控制開關變換器，得到PWM開關電源，它的特點是用20kHz脈沖頻率或脈沖寬度調(diào)制PWM開關電源效率可達6570，而線性電源的效率只有3040。在發(fā)生世界性能源危機的年代，引起了人們的廣泛關往。線性電源工作于工頻，因此用工作頻率為20kHz的PWM開關電源替代，可大幅度節(jié)約能源，在電源技術開展史上譽為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，軍用開關電源以及用電池的便攜式電子設備如手提計算機，移動等更需要小型化，輕量化的電源。因此對開關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。此外要求開關電源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。3. 我國開關電源歷程我國的晶體管直流變換器及開關穩(wěn)壓電源的研制工作始于60年代初期，到60年代中期進入實用階段，70年代初開場研制無工頻變壓器開關穩(wěn)壓電源。近10多年來，許多研究機構、高校和工廠研制出多種類型的開關電源，并廣泛用于電子計算機、通訊和彩色電視機等領域，效果較好。工作頻率為100kHz-200KHz的高頻開關穩(wěn)壓電源于90年代初試制成功，已走向應用階段。

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

12、，尚需加快研發(fā)的步伐。4. 開關電源技術開展動向1小型、薄型、輕量化由于電源輕、小、薄的關鍵使高頻化，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技術在電路板兩面布置元器件以確保開關電源的輕、小、薄。2高效率開關電源高頻化使傳統(tǒng)的PWM開關硬開關功耗加大，效率降低，噪聲也增大了，達不到高頻、高效的預期效益，因此，實現(xiàn)零電壓導通、零電流關斷的軟開關技術將成為開關電源未來的主流。采用軟開關技術可以使效率到達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計方面著手，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，實現(xiàn)熱交換，從而在運行中出現(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)開展需要不斷擴大容量。5低噪聲開關電源又一缺點時噪聲大，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，在原理上說明可以高頻化，又可以低噪聲。但諧振變換技術也有其難點，如果難準確地控制開關頻率、諧振時增大了元器件負荷、場效應管的寄生電容易引起短路損耗元器件熱應力轉(zhuǎn)向開關管等問題難以解決。6抗電磁干擾EMI當開關電源在高頻下工作時，其噪聲通過電源線產(chǎn)生對其他電子設備干擾，世界各國已有抗EMI

14、的規(guī)或標準。7電源系統(tǒng)的管理和控制應用微處理器或微機集中控制和管理，可以及時反映開關電源環(huán)境的各種變化。中央處理單元實現(xiàn)智能控制，可自動診斷故障，減少維護工作量，確保正常運行。8計算機輔助設計CAD利用計算機對開關電源進展CAD設計和模擬試驗，十分有效，是最為快速經(jīng)濟的設計方法。9產(chǎn)品更新加快目前開關電源產(chǎn)品要求輸入電壓通用使用世界各國電網(wǎng)電壓規(guī)模，輸出電壓圍擴大，輸入端功率因數(shù)進一步提高，具有平安、過壓保護等功能。5.論文的主要容本文詳細分析了高性能、大功率直流開關電源的工作原理，并提出了主電路和控制電路的設計方案。在此根底上，完成了整個系統(tǒng)的硬件電路設計，并對電源裝置的硬件進展了調(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)的主電路進展了闡述。本文研制的直流開關電源具有輸出電壓固定、輸出電流大、波紋小等特點。6.實驗方案的設計1.針對目前數(shù)控開關電源實現(xiàn)方法的分析，比擬可選擇的方案中的最優(yōu)項。2.分析開關電源的控制方式及原理，確立系統(tǒng)的研究方向。3.根據(jù)設計原理制定設計方案，繪制電路原理圖。 4.使用PROTUES軟件對實驗電路進展仿真、測試、分析。7.系統(tǒng)設計框圖整個設計包括電源變換局部、數(shù)字控制局部、數(shù)碼顯示局部三大電路模塊組成。主芯片采用開關穩(wěn)壓集成電路芯片LM2575，用數(shù)字控制來改變反應，并將輸出電壓在數(shù)碼管上顯

16、示。系統(tǒng)總體設計框圖如下圖。單片機數(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)的軟件設計流程8.1 主系統(tǒng)程序流程圖主系統(tǒng)主要負責對從鍵盤收集信號，即設置系統(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亮的LED段完畢將數(shù)據(jù)送到LED端口進展顯示開場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.預期到達的水平和目標1.設計電路構造，選擇電路元件，畫出實用電路原理圖。2.開關穩(wěn)壓直流電

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

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