大学生毕业设计-采用51单片机实现开关电源的设计与制作.doc

开关电源设计 一、设计任务及要求 设计并制作一个开关电源,，其结构框图如图1所示。 图1 电路框图 基本要求： (1) 输入电压：输入变压器二次侧标称电压15Vac，输入电压范围：180~240Vac。 (2) 输出电压：25.0Vdc。 (3) 最大输出电流：1.00A。 (4) 电压调整率：≤2%（在0.10A条件下测试）。 (5) 负载调整率：≤2%。 (6) 纹波电压：≤250mVp-p（在输入电压220Vac、满载条件下，用示波器测试）。 (7) DC/DC变换器（含控制显示电路）效率≥60%（在输入电压220Vac、满载条件下测试）。 (8) 可显示输出电压、电流；电压示数分辨率0.1V，精度1%；电流示数分辨率0.01A，精度1%。 (9) 有键控开关功能 二、方案论证 基于对硬件的熟悉程度，本实验采用51单片机来实现开关电源的设计，从对输出电压的控制角度分析罗列出了以下3种设计方案。 2.1 方案1 单片机通过数模转换输出一个电压，而作为电源的基准电压电源可以通过键盘与之输出，单片机不加入反馈控制，电源需要专门的控制芯片。由于单片机没有加入反馈控制只是输出一个基准电压所以单片机的作用很小，不宜采用。 2.2 方案2 在方案1的基础上，单片机扩展模数转换器，对电源的输入电压进行实时检测，再经过调整后通过D/A芯片输出一个基准电压去控制专门的控制芯片。虽然在这个方案中单片机加入了反馈控制，但是需要扩展A/D和D/A芯片，加大了成本也不宜采用。 2.3 方案3 单片机扩展A/D转换器，不断检测输出端的电压，并根据电源输出电压于键盘预置电压差输出一个控制脉冲直接控制电源的工作。在这个方案中，单片机不仅加入了反馈控制系统而且还作为了控制核心省去了D/A芯片，成本减低而且单片机得到了最大化的利用。 综上所述，本设计选取第三种设计方案。单片机选用89C51，A/D芯片采用ADC0832，用四位数码管显示采样数值，采用监控输入。 三 、硬件电路设计 根据设计机构框图，可将开关电源大致分为整流滤波电路、开关变换电路输出整流滤波电路、保护电路、采样反馈电路、四位数码显示及键盘电路五个部分。 3.1 整流滤波电路 电路中采用发光二极管作为电源指示灯，交流220V降压后经过整流桥输出直流电压作为开关变换电路的输入电压，7805稳压输出5V给单片机提供电源。 图3.1 整流滤波电路 3.2 开关变换电路与输出整流滤波电路 开关管选择为PNP型，当控制脉冲为低电平时开关导通，电感存储能量开关把电路的输入电压变成高频脉冲，当控制脉冲为高电平时开关截止，电感释放能量给负载。 3.2.1 开关变换电路 图3.2.2 输出整流滤波电路 3.3 保护电路 为了防止芯片因疏忽或者误操作被烧坏，必须设计一个过压保护电路。在电源输出端，设置负载电流检测电阻R0，通过R0将负载电流I0变成过流检测电压V0=R0*I0，三极管作为过流控制管当开关电源负载电流超过0.7V时，三极管导通。电源输出电压由过流控制管集电极输出触发晶体管导通将开关电源负载短路，实现保护。 图3.3 过流保护电路 3.4 采样反馈电路 反馈电路使用ADC0832采样输出电压，串行口8位A/D转换芯片具有串行输入输出与单片机通过I/O口便可以实现直接通信CS为片选信号输入端低电平有效，高电平停止转换。CH0为模拟量输入通道0，CH1为模拟量输入，DI为数据信号串行输入，D0数据信号串行输出，CLK为时钟信号。数据在CLK上升沿输入，下降沿输出。 图3.4 采样反馈电路 3.5 四位数码显示及键盘电路 本系统采用四位数码管显示，动态扫描软件译码实现预置电压，输出电压以及参数实时显示。本实验使用的是共阳极的液晶显示，4位动态LED显示电路的段选有单片机的P0口来完成，位选则由单片机的P2口的P2.7，P2.6，P2.5，P2.4来完成。采用扫描显示方式即每一时刻只选通一个显示位同时段选控制I/O口输出显示字符对应的段选码显示相应字符，一段时间以后再选通下一位。利用视觉的延迟性就能达到同一性。 键盘采用8个按键，由软件定义功能，行键盘由单片机的P2.3,P2.2相连，列键盘与单片机的P2.7，P2.6，P2.5，P2.4相连。 图 3.5 数码显示及键盘电路 四 、器件选择 4.1 开关管的选择 开关管是整个电源主要的工作器件，首先开关管的截止时间不宜过长，如果截止时间过长当开关管的上一个控制脉冲已结束下一个已到来时，会造成开关管还没有完全截断就进入下一个到同周期，这样开关管就相当于一直在导通的状态造成功耗和电压的迅速增加。其次时间也不宜过长，导通时间过长以为着开关管大部分时间处