基于PI控制方式的A开关电源-Psim仿真研究(完整资料).doc

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1、基于PI控制方式的A开关电源 Psim仿真研究(完整资料）(可以直接使用，可编辑 优秀版资料，欢迎下载）基于PI控制方式的A开关电源 Psim仿真研究学院:电光学院专业：电气工程及其自动化班级：姓名:学号：一、引言Buck变换器最常用的变换器，工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于Bu族,现以Buck变换器为例，依据不同负载电流的要求，设计主功率电路，并采用单电压环、电流-电压双环设计控制环路。开关调节系统常见的控制对象，包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等.为了使某个控制对象的输出电压保持恒定，需要引入一个负反馈.粗略的讲,只要使用一个高增益的反相放大器,就可以达到使控制对象输

2、出电压稳定的目的。这次的课程设计,根据不同的负载电流、控制方式、仿真软件,每个人可以从中学到很多.二、实验目的（1)了解Buc变换器基本结构及工作原理；（）掌握电路器件选择和参数的计算；（3)学会使用psim仿真软件对所设计的开环降压电路进行仿真；（4)学会使用psim仿真软件对控制环节的仿真技术；(5)学会分析系统的静态稳压精度和动态响应速度.三、技术指标输入直流电压（V):0V输出电压V：5V输出电流I：9输出电压纹波：5mV基准电压:1。5开关频率f：100KH四、 主电路的功率设计（1)滤波电容参数计算输出纹波电压只与电容C的大小有关及Rc有关： (1）电解电容生产厂商很少给出ESR,

3、而且R随着电容的容量和耐压变化很大,但是C与Rc的乘积趋于常数,约为。本例中取为。由式(1）可得c=27。78,C=2707。（2）滤波电感参数计算 当开关管导通与截止时变换器的基尔霍夫电压方程分别如式（2）、（）所示： （2） （3)假设二极管的通态压降VD=0。5V，电感中的电阻压降L=0。V，开关管的导通压降VO=。V。带入（2）(）式可得=。6，T=4。4,L=1.7.21当L=10时，输出电压和电流波形以及输出电压和电流的纹波如图所示2。2当=13.时，输出电压和电流以及它们的纹波如下图:23当L=0时，输出电流电压以及它们的纹波如下图：五、原始系统的设计（1）采用小信号模型分析方法

4、得Buk变换器原始回路增益函数O(）为：假设PM锯齿波幅值为V。V,采样电阻。采样网络的传递函数为: =根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图5所示，MATA的程序如下：nm=0.00015 2;de=0.00710。000245 1；0=tf(nm，de）；bode（g）;Mrgi（g0);如图所得，该系统相位裕度为41。度,穿越频率为1.54hz，所以该传递函数稳定性和快速性均不好.需要加入补偿网络使其增大穿越频率和相位裕度，使其快速性和稳定性增加。补偿网络的设计.(）采用如图6所示的补偿网络。PI环节是将偏差的比例（P)、积分（I)环节经过线性组合构成控制量.称为PI调节器。这种调节

5、器由于引入了积分环节（I）所以在调节过程中,当输入和负载变化迅速时，此环节基本没有作用，但由于积分环节的引入在经过足够长的时间可以将系统调节到无差状态。PI补偿网络传递函数为:系统总的传递函数为:设穿越频率为，则系统的对数幅频特性为：其中,振荡阻尼系数为了增加系统的快速性，需要提高穿越频率,一般穿越频率以小于1/较为恰当。本次取15khz，则穿越频率。将数据代入得相位裕度一般相位裕度为：则取,20则P传递函数为：（3）绘制PI传递函数伯德图如图7所示,程序如下:nu=40e20;den=2e5，0；gtf(num，den）；mgin（g）通过atab绘制系统伯德图如图所示，程序如下:um0。0

6、00150 2;de=。0000031 0。000245 ；0tf（m，dn）；bode（g)；margn（g0）；hld onnm=40- 20；den=e-5，;g=tf（num,）；mrgi（）；holdnnu0.00152;dn=0。0000045 0.00 1；=t(m，dn）；um1=0e5 0;den1=e50；g=f(u1，den)；num2=nv（nu，num1);d=cnv(de，den1);main（num2,en2）由图可得系统的相位裕度为526度，穿越频率为1.7+04Hz,系统的的快速性和稳定性都得到改善。总的传递函数为：六、参数计算及电路仿真一、8%的负载突加突卸

7、电路参数计算:（1） 满载运行时,仿真结果及输出纹波如图所示，（2）（3） 突加突卸80负载，仿真结果如图所示：突加80%负载电压有0.2v的波动，恢复时间为0。15m,对负载的扰动PI调节具有一定的调节能力，恢复时间较短。（）电源扰动电源扰动2%，电压变化范围9.6V1.4.电路图和仿真如下图所示：当电源出现2的扰动时，电压变化不足0.1v，系统对电源的扰动具有良好的抗干扰能力。小结通过近几个星期的研究，让我对开关电源BC变换器有了一定的了解，并且掌握了Psm仿真软件的应用。了解了Bck变换器基本结构及工作原理,掌握了电路器件选择和参数的计算，并且学会使用PIM仿真软件对所设计的开关电源进行

8、仿真。因为我所选择的Psm画图仿真还是比较简单的,有希望不会的问一下同学也就懂了。同时也让我意识到了自己的不足，理论知识不够完善,因为理论与实际相结合是非常重要的。平时我们只是对书本上的知识进行一定的学习，如果不经过实践对他的了解还是远远不够的，这次的打报告让我有机会去对开关电源进行仿真研究,虽然一开始觉得字是自己去研究这个软件的应用还是比较难的，但是通过自己的努力学会如何熟练地运用它还是比较自豪的。平时上课，我们不能只注重课本上的知识的吸收，更要运用于实际，学好本专业，也有利于我们将来的工作。这次学习学到的不仅仅是开关电源的仿真,还让我接触使用了mtlb，相信对以后的学习研究也有帮助。参考文

9、献1张占松主编 开关电源技术教程 机械工业出版社，20122王兆安,黄俊主编 电力电子技术 机械工业出版社,03黄忠霖，周向明主编控制系统MTB计算及仿真实训国防工业出版社4陈丽兰主编 自动控制原理 电子工业出版社，206基于PD控制方式9开关电源sim仿真研究学院：电气与光电工程学院专业:电气工程及其自动化班级：1电卓姓名:唐修亮学号： 302042绪论开关电源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（PM）控制IC和MOSFET构成。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。目前,开关电源以高效率、小

10、体积、重量轻、安全可靠等特点,以用来作为电脑、家电、通信设备等现代化用电设备的电源,为世界电子工业产品的小型化、轻型化、集成化作出了很大的贡献,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。开关调节系统常见的控制对象,包括单极点型控制对象、双重点型控制对象等。为了使某个控制对象的输出电压保持恒定,需要引入一个负反馈。粗略的讲,只要使用一个高增益的反相放大器，就可以达到使控制对象输出电压稳定的目的。但就一个实际系统而言，对于负载的突变、输入电压的突升或突降、高频干扰等不同情况，需要系统能够稳、准、快地做出合适的调节,这样就使问题变得复杂了.例如,已知主电路的时间常数较大、响应速度相对缓慢,如

11、果控制的响应速度也缓慢，使得整个系统对外界变量的响应变得很迟缓；相反如果加快控制器的响应速度，则又会使系统出现振荡。所以,开关调节系统设计要同时解决稳、准、快、抑制干扰等方面互相矛盾的稳态和动态要求，这就需要一定的技巧,设计出合理的控制器,用控制器来改造控制对象的特性.常用的控制器有比例积分(I）、比例微分（PD)、比例积分-微分(PID）等三种类型。PI控制器可以提供超前的相位，对于提高系统的相位裕量、减少调节时间等十分有利，但不利于改善系统的控制精度；控制器能够保证系统的控制精度,但会引起相位滞后,是以牺牲系统的快速性为代价提高系统的稳定性。I控制器兼有二者的优点,可以全面提高系统的控制性

12、能,但实现与调试要复杂一些。本文中介绍基于PID控制器的Buck电路设计。一.设计要求及设计背景。设计要求依据技术指标设计主功率电路，采用参数扫描法，对所设计的主功率电路进行仿真;掌握小信号建模的方法，建立ck变换器原始回路增益函数；采用Matla绘制控制对象的Boe图；根据控制对象的oe图，分析所需设计的补偿网络特性进行补偿网络设计。采用所选择的仿真软件进行系统仿真，要求有突加、突卸80%负载和满载时的负载特性，分析系统的静态稳压精度和动态响应速度。2设计背景Buk变换器最常用的变换器,工程上常用的拓扑如正激、半桥、全桥、推挽等也属于B族，其优点有输出电流纹波小，结构简单，变比可调，实现降压

13、的功能等。然而其输出电压纹波较大，bck电路系统的抗干扰能力也不强。为了使其具抗干扰能力,输出电流达到所需的等级,减小其电压纹波,现设计校正网络使其闭环,提高系统的能力。二Buc变换器主电路设计1技术指标:输入直流电压（VN）：12V；输出电压（O）：5V；输出电流（IN)：9;输出电压纹波（r)：50V;基准电压（Vrf):1。5V；开关频率（fs）：100kH；2主电路及参数计算2。1主电路图1u主电路.滤波电容计算输出纹波电压只与电容容量及ESR有关：(1)电解电容生产厂商很少给出ESR，而且ESR随着电容的容量和耐压变化很大,但C与C的乘积趋于常数，约为580F。本次设计中取为，由式（

14、1）可得：R=27.78m，C=700。1.2.3滤波电感的计算()（3)(4）图2 开关管开通及关断时的等效电路由基尔霍夫电压定律可知开关管导通关断满足下列方程假设： 其中L中串联电阻得当L=160uH时，输出电流为：当=1660uH时，输出电压为：输出电压和电流以及输出电压纹波如下图所示:当L=16.60H时，电感电流在9.6。之间波动,符合i021。8A的设计要求,并且理论分析与仿真结果一致。三.补偿网络设计图 Buck变换器控制图3. 原始回路增益函数采用小信号模型分析方法可得buck变换器原始回路增益函数则(4）假设:M锯齿波幅值再假设采样电阻Rx=3K，Ry=1.3K则采样网络传递

15、函数 (5)当S0时，原始函数增益为:所以极点频率根据原始系统的传递函数可以得到的波特图如图8所示，MATB的程序如下：num=1.*0(4） 。4；den=4。480(8） 2.610(-) ;H=t(um,e);be（H);mag，phase,w=bode（H）；g，wcg，wcp=margi（a，phase，w);p，cg，w=margi(ma，hae,w）；mrgin（H）；isply（pm)；display（gm)；图8 原始回路传递函数波特图从图中可以得出起初的相位裕度:40。5穿越频率:1.4e3Hz根据要求相位裕度应达到50-55穿越频率提升到（即kHz20Hz）均不满足，因此

16、需提高其相位裕度，穿越频率。32补偿网络的设计原始系统主要问题是相位裕度太低、穿越频率太低。改进的思路是在远低于穿越频率fc处，给补偿网络增加一个零点fZ,开环传递函数就会产生足够的超前相移,保证系统有足够的裕量；在大于零点频率的附近增加一个极点fP，并且为了克服稳态误差大的缺点,可以加入倒置零点f,为此可以采用如图9所示的PID补偿网络.图9 PID补偿网络根据电路写出的PD补偿网络的传递函数为：（)式中:为了提高穿越频率，设加入补偿网络后开环传递函数的穿越频率是开关频率的十分之一，即：（）在这里，假设选择的倒置零点的频率为穿越频率的二十分之一，则有:（8）假设预期的相位裕度，则PD补偿网络

17、的参数计算值如下:零点频率极点频率零点角频率极点角频率倒置零点角频率所以直流增益根据上面计算数据，得出补偿网络的传递函数为：(9)根据PID补偿网络的传递函数可以得到的波特图如图0所示，ATL的程序如下：num。110（-) 28.37 77500；dn.32*10(-6) 1；H=tf（num，den);boe(）；mag,hase，w=be(H)；gm，wcg，w=mg（mag,pase，w）;m，wc，wmrgn(ag，pha，w)；rgi（H)；dipay（m)；dsay(gm）；图 10 ID补偿网络的波特图所以最后补偿后的整个系统的传递函数：（10）根据上面的传递函数，可以绘制出加

18、PI补偿网络后的传递函数波特图如图11所示,MATLAB的程序如下:num1=24；dn1=4.48*10(8） 29610(-6） 1;g=tf(num1,n）；u2=cnv（4.7*1(5），2。6 2.63。4100)；de2=5.2*1（6）1；2t（nu2,dn2）;bde（g1，+，g2，：，g*g，)；以上程序是看波特图的曲线。um=cn（2.*24。6*4.75*10（) 1，1 14）;dn=3.8310(4) 51（-） 4.92*1（6) 1 0；H=f（u,de）;bode(H）;m,phase，=bode(H）;gm，wc，wcp=margin（ag，hae,w);p

19、m,wcg，wcpmargin(m，phase，w）;magin（H）；dipla（p）;diplay（g）;这个程序是看波特图的相位裕度。图1 系统总回路传递函数波特图从图11可看出，相位裕度为5。8,穿越频率为14Hz，由此可知经过校正后满足了先前的要求。3补偿网络电路中的参数计算假设补偿网络中i=1F，则根据前面的公式，以及算出的直流增益、零点角频率、极点角频率、倒置零点角频率可得：Rz=47，ip=，f=39。，Cf=1实际中取Rz=50，Rip6,Rf100，C=20由于,有20%10的负载扰动,。系统仿真图1 总系统图（负载扰动）图12中的R的值不是额定的值，而是20%后计算所得的

20、值。变换器仿真结果如图突加、突卸8负载时:由于有20%-%的负载扰动，0In=1。2=5/.2=4。1675/Rn0。8解得Rn859突加、突卸8%负载时的Psim图如图13示：图13突加、突卸80%负载时的Psim图变换器仿真结果如图4示：图14变换器仿真结果四。心得体会本次开关电源课程的大作业,通过pim对uck变换的仿真,让我充分了解到大学学习的不仅仅是理论知识，更重要的还是把所学的在实践中运用起来。在对电路图的仿真中，我遇到了不少问题,通过这些问题我向许多掌握的比较好的同学求教，最后有些问题基本解决了，还有的需要以后更深刻的去认识与理解psim的工作方式与特性。这次的大作业，也提前教会

21、了我如何规范一篇论文的格式要求，为我大四的论文设计增添了基础。并且在实践中增加了我的交际能力。此次大作业，也教会了我如何去学习课本以外的文献来丰富自己的知识,并把这些文献的内容为自己所用。通过对buk电路的仿真研究，充分锻炼了自己,对以后的学习有很大帮助。参考文献1张建生主编。现代仪器电源M北京：科学出版社2005:126。2 王兆安，黄俊主编。电力电子技术M .北京:机械工业出版社，2000:94-96 陈丽兰主编自动控制原理M.北京：电子工业出版社，20：73-74. 张卫平主编.开关变换器的建模与控制M 北京:中国电力出版社，005：4-141徐德鸿译.电力电子系统建模及控制M 。北京:

22、机械工业出版社，2005：17180.6 张晋格主编.控制系统ADM .北京：机械工业出版社,004：12-134。哈尔滨剑桥学院毕 业 设 计论文题目：基于单片机控制的开关电源的设计 学生：孙中凯指导教师: 李德胜 高级工程师 专业： 电气工程及其自动化 班 级： 12级电气2班 0年5月哈尔滨剑桥学院毕 业 设 计(论文)审 阅 评语指导教师评语 建议成绩:是否同意答辩:同意答辩 不同意答辩 指导教师(签名) 职 称 年 月 日 评阅人评语建议成绩: 是否同意答辩：同意答辩 不同意答辩 评阅教师（签名） 职 称 年 月 日 哈尔滨剑桥学院毕业设计(论文）答辩评语及成绩答辩评语 答辩 成 绩

23、：答辩小组组长签字： 年 月 日毕业论文成绩指导教师成绩：评阅成绩：答辩成绩:综合指导教师成绩、评阅成绩、答辩成绩，经答辩委员会评定，该学生毕业论文总成绩：答辩委员会主任单位：答辩委员会主任签字：职称：年 月 日基于单片机控制的开关电源的设计摘 要电源技术是一种应用功率半导体器件，综合电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术的多学科的边缘交叉技术，随着科学技术的发展，电源技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关.目前电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科.他对现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、

24、高可靠的电源起着关键作用.本文设计主要目的是实现一个单片机控制开关电源，所以在这次设计中使用了单片机实现。在这次设计文档中,详细阐述了开关电源与线性电源的比较,总体结构设计，通过键盘预置期望输出电压值,模/数转换器对输出电压进行采样，由软件控制单片机输出相应的脉冲宽度,对开关电源进行脉宽调制，输出预期的电压。并采用ID算法控制输出电压稳定,构成可输出12v到0v的可调节电压，并显示实时预置值与电压. 关键词：财开关电源；半导体；PID算法；闭环控制；数控目 录摘要绪论111课题环境背景21.1。1绿色节能型开关电源211.2 智能化数字电源21。13 可编程开关电源.2 电源技术的发展与方向2

25、1。2.1 线性电源和开关电源。2 电源技术的发展方向3.2。 开关电源的市场前景和研究现状31。3本文研究主要内容42 系统方案设计5。 开关电源工作原理2. 开关电源与线性电源的比较52.1 线性电源的缺点22。2 开关电源的优点23 系统方案论证6。3。1 方案16.32 方案262。3 方案3。4 方案分析72.3.总体结构设计24 系统难点分析821 如何提高电源工作频率82。2 储能电感的绕制2.4 标度转换技术102.5开关变换器结构分析与选择12。1 降压变换电路分析112。5。2 升压型变换电路12。3 Buck-Boos型变换器122。6 开关电路器件参数选择132。6.1

26、 功率开关管的选择326.2滤波电容的选择132.3储能电感的选择1426.续流二极管的选择13硬件电路设计153.1电源电路设计1531.1 整流滤波电路531.2 开关变换电路153.1.3 保护电路1.2控制电路设计13。2。1 反馈电路设计183。.2 显示电路设计83.。 单片机与键盘接口电路设计94 软件设计214 总体编程思想24.1。 键盘防抖动子程序2241.显示子程序341。3 采样子程序24.1.4 中断处理程序设计24。1。5 ID控制算法265 系统调试27。1 硬件模块调试2711 整流滤波电路的调试275。1。2 AD转换的调试。13 脉冲输出电路的调试7。4 功

27、率开关管的调试275。2 电源性能指标的测试27.2.1电源的技术指标28。2.2输出电压的测试292. 最大输出电流的测试9。24过流保护的测试302。5 电压调整率的测试305.6 纹波电压的测试0结论31致谢3参考文献3附录34基于单片机控制的开关电源的设计1 绪论 1。1 课题环境背景电源技术是一种应用功率半导体器件,综合电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术的多学科的边缘交叉技术,随着科学技术的发展，电源技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关。目前电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。他对现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电

28、力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠的电源起着关键作用。开关电源与线性电源相比,二者的成本都随输出功率的增加而增长,但二者增长速率不同。线性电源成本在某一输出功率点上，相反高于开关电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新,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泛的发展空间.开关电源推动了高新技术产品的请便化、小型化。另外开关电源的发展与应用在安防监控，节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义.11节能绿色型的开关电源最早的开关电源技术还不够成熟,待机功耗大并且效率低。怎样降低开关电源的功耗和提高开关电源效率是世界能源待解决的问

29、题.但是单片机的出现,可以设计出一个绿色又可以节能的开关电源.2 智能化数字电源它是以数字信号处理器(DP）或微控制器（MCU）为核心,将数字电源驱动器及PM控制器作为控制对象而构成的智能化开关电源系统。数字电源提供了智能化的适应性与灵活性，具备直接监控、处理并适应系统条件的能力，能满足任何复杂的电源要求。11 可编程开关电源可调式开关电源都不仅调节精度低,而且使用不够方便,因为它是手动调节电阻值来改变稳压器输出电压的。数字电位器（Dgital Potentiometer）亦称数控电阻器（Digitaly CntrledPoetimeter）,可简称为DP。传统电源存在不足的地方,例如，传统电

30、源效率不高，线性电源由于功率管是工作在线性放大状态,功率管的电流和输出电流是成比例的,因此当输出电流越大时，功耗就越大。通常，线性电源效率只有45到50左右,因此提高电源效率是未来电源设计,应着重解决的问题,而开关电源能够很好的解决这个问题，开关电源的功率开关管是工作在开关状态的，也就是，只是在开关管导通时,管子才会产生损耗，因此开关电源的效率比线性电源要高得多,通常可以达到0%以上，本设计选择开关电源作为研究对象，利用其输出电压和输入电压之间占空比的关系，假定输入基本稳定,利用单片机控制占空比，就可以控制输出电压,通过A/D转换，采样输出电压,使用CD显示，通过键盘预置电压，实现可调开关电源

31、的制作2。1. 电源技术发展和方向1。2.1 开关电源与线性电源线性稳定电源,它的特点是：功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间电压降稳定输出,可靠性高，易做成多路，稳定性高，纹波小、输出连续可调的成品.线性电源主要问题是：效率低、精度低、散热问题大和难以在一个通用的输入电压范围内工作,但最主要的缺陷是在重量以及体积上.使用输入调整器可使输出精度更加准确,但是更增加功率的消耗，并且导致效率更低。线性电源功率达到50%的效率就不容易了,这些浪费掉的功率还带来了散热的问题。开关电源是开关型直流稳压电源,电路形式有全桥式、推挽式、单端正激式、单端反激式和半桥式。开关电源与线性电源的区别在于开关电源

32、变压器不工作在工频上，而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹频率上。功率开关管工作在饱与区截止区,工作在开关状态，得名与开关电源.开关电源它的优点是稳定性高,重量轻，体积小。1。.2 电源技术发展的方向尖电源技术对提高一个国家劳动生产率和提高一个国家单位能耗的产出水平,有着非常大的作用。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3.开关电源发展的方向是抗干扰、低耗、模块化、高频、高可靠和低噪声。由于开关电源薄、轻、小的技术是高频化，并且在功率铁氧体（Mn-Zn）材料上加大研究，来提高在较大磁通密度与高频率下能获得高的磁性能，但是电容器的小型化也是一项关键技术研究。SM技

33、术的应用使开关电源取得了巨大的进展,在电路板两边布置元器件,可以确保开关电源的小、轻、薄。模块化可以说是开关电源发展总体的趋势,利用模块化电源组成分布式电源系统，可以组成+1冗余电源系统,并且可以实现并联方式容量扩展。对于开关电源运行噪声大的缺点,用部分谐振转换电路技术,在理论上可实现高频化又可以降低噪声，但部分谐振转换技术实际操作上会有很多技术问题,所以仍需在这一领域开展研究，使多项技术得以实用化2。3 开关电源市场的研究状况与前景线性电源(inr pwer sply）是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后，得到脉动直流电后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电。要达到高精度直

34、流电压，就必须经过稳压电路进行稳压.用于电镀、充电设备、电解、科研、大学院校、工矿、实验室等.开关电源(Switcng poe spply)是利用现代电子电力技术，控制开关管关断时间和开通的比率,支持稳定输出电压的一种电源，开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化,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，产品不断向着轻、小、薄、低噪声、高可靠的方向发展4。开关电源是电子电力电源主要产品,由于其功率密度转换效率高、输入电压范围广、输入电压范围广、热消耗较少、重量轻和小型化等优点，得益于电子产品的轻、小的需求，发展迅速,取代了线性电源普及于各

35、种电子电力的产品领域。开关电源应用领域统计，占据全行业产出份额第一的是工业类开关电源,210年达到全行业产值的比重为56,居第二位的是消费类开关电源,占32%，通信开关电源占6，个人电脑开关电源占3%5.3本文研究主要内容（）设计、制作开关电源;（)利用单片机构成嵌入式控制系统，通过键盘的预置输入电压数值,可以显示预置电压与输出电压；（3）开关电源的设计方法；(4）单片机软件编程方法；(5)PID控制原理; 系统方案设计。1 开关电源工作原理开关电源是指调整管工作在开关方式，即导通和截止状态的稳压电源,核心是一个直流变换器。利用直流变换器就可以使一种直流电压变成数值不同、极性的各种直流电压。

36、如图2.所示,电路的工作原理为：假设基准电压为,因为电网波动导致输入电压减小,所以输出电压也会减少，那么，所采样电压将减小，假设为9.9,误差为0.1v,经比较放大后，脉冲调制电路根据误差，提高占空比使输出电压增大。图2开关电源原理框图按电路中功率管的工作方式分类，电源可分为线性电源与开关电源。线性电源是较早的一种电源，它的功率管工作在线性放大区5。2。2 线性电源和开关电源的比较2.2 线性电源的缺点(）必须要有较大的滤波电容；（）体积大、不能小型化，重量也大；（3）效率低,功耗大，效率一般只有35%4%.缺点的原因是:（）线性电源使用了50赫兹的工频变压器，所以必须增大滤波电容容量.（2)

37、线性电源中功率晶体管在整个工作过程中，一直工作在晶体管特征曲线的线性放大区。功率晶体管本身的输出电流和功耗成正比.。2.2 开关电源优点（1） 功耗小,效率高。图2。1中，开关管在脉冲信号控制下,工作在截止-导通与导通-截止交替的开关状态下，转换速度很快快，频率在502千赫兹。（2） 体积小，重量轻。（3） 稳压范围宽。开关电源的输出电压是由控制信号的占空比或者激励信号的频率来调节的，输入电压的变化可以通过变频或者调宽来进行补偿。（4） 滤波效率提高，并使滤波电容体积于容量减小.2系统方案论证开关电源具有较快的发展，从而产生了不同的设计思路。开关电源的一般结构框图如图2。1所示，图2 开关电源

38、的一般框图2.31 方案1主回路采用非隔离推挽式拓扑结构(如图.2所示）图2 非隔离式DDC结构。3。2 方案主回路用隔离推挽式拓扑结构（如图2。3所示），输出和输入电气不相连，通过关开变压器磁偶合方式传递能量，最适合实验室使用。本设计用方案二。图 隔离式DC-DC结构23。3 方案3方案3：单片机扩展/转换器，不间断的检测输出电压，并且根据电源输出的电压和键盘预置电压差值,输出了一个PWM脉冲，直接控制电源工作.3。4 方案分析方案1分析：采用脉冲频率调制PM(PulFreqnc Mdlaion)的控制方式，输出电压的调节范围大，但要求滤波电路必须在宽频带下工作.方案2分析：采用脉冲宽度调制

39、PWM(Pulse Wildt odulo）的控制方式，。基于考滤题目的要求，本次设计用PWM调节方式。方案3分析:这个方案，单片机不仅加入了反馈控制系统，而且作为控制核心,单片机得以充分利用,而且省去了/芯片，成本大大降低，是真正的单片机控制。综上所述，本设计选择第三种控制方案，单片机使用89C52,A/D芯片采用ADC089,采用L显示采样值,键盘预置电压，设计中的任务要求输出可调。2.35 总体结构设计系统工作原理图如图2。2所示:市电经过整流滤波后，一路电压经过785稳压得到一个5v电压，该电压作为单片机的工作电源,另外一路电压直接作为开关变换电路的输入电压。开关变换器采用磁铁心电感作

40、为储能元件，在功率开关管导通时，电感储能,在开关管截止时,电感释放能量给负载。单片机定时采样输出端电压，是通过AC0809传送进单片机里进行处理的,单片机可以根据处理的结果输出更新控制信号，经过光电耦合器滤除干扰后输出控制信号控制功率开关管工作状态。在系统中，用户根据需要从键盘输入电压,单片机就会根据键盘输入和采样电压差值，更新脉宽,来对输出电压进行稳定控制. 当闭环时,电源就会自动进行脉宽调制,当系统读取到键盘预置电压变化时，它先将键盘输入的值与从输出端取样的值相对比,比如当前键盘输入为00v，从输出端取样的值为60v,差值为40,则系统会根据差值，跟新脉宽。这就是系统脉宽调制过程。同时，电源可以自动稳压,假定在某一正常状态下，输出为0，反馈电压问(Vf=V0)，用户设定电压为，当V0=Vs时，偏差为0，单片机不进行脉宽更新,当电网波动导致输出增加时，即0s时，单片机采样的电压也增加，单片机根据偏差修改占空比使导通时间变小，从而使电压下降，同样当电网波动使输出电压下降时,即V0s时,单片机修改脉宽使导通时间变长，从而使输出电压上升，如此循环来进行稳压6。整流滤波电路开关变换电路整流滤波电路单片机控制电路辅助电源LCD显示ADC0809取样电路键盘预置-5单片机控制开关电