基于单片机开关电源及PCB设计毕业论文
开关电源的设计毕业论文
开关电源的设计毕业论文开关电源是一种高效率、小体积、轻质化的电源，随着现代电子设备的发展，应用越来越广泛。
开关电源的设计是电子工程专业毕业设计中的一个热门方向，本文将介绍开关电源的基本工作原理及设计方法，并以一个实际开关电源的设计为例，进行详细说明。
一、开关电源的基本工作原理开关电源的基本工作原理是将交流电源转换为直流电源，其核心部分是开关管。
开关管工作时，会在电路中产生一个高频矩形波形。
再经过滤波电路、输出稳压电路等处理后，最终输出所需要的稳定直流电源。
在开关电源中，开关管的切换是关键，它的导通和截止决定程序的整个运行。
开关管的导通与截止又是由控制器控制的，所以控制器设计是非常重要的。
二、开关电源的设计方法1.功率计算开关电源的功率计算是设计的第一步。
功率 = 电流×电压，在设计前应要明确设备所需的电流和电压值并通过功率计算公式计算得出所需的功率。
2.电路设计电路设计是开关电源设计中较为复杂的一步。
主要包括直流输入电路、开关管、反馈电路、滤波电容、输出稳压电路等部分。
这些部分需要合理的组合和设计，并应通过电路仿真进行验证。
3.控制器设计在控制器设计中，主要有PWM控制器和开环控制器。
PWM控制器通常采用电流反馈控制方式，能够减少在输出处的纹波电压，提高稳定性。
开环控制器的设计要更为复杂，但是更容易实现。
4.保护电路设计保护电路是开关电源中非常重要的一部分，保护电路通常包括电流限制保护、过压保护、过载保护，以及温度保护等。
这些保护电路能够提高开关电源的使用寿命，避免因电路故障引起的安全事故。
三、开关电源设计实例以12V60W的开关电源设计为实例。
1.功率计算P = U × I = 12V × 5A = 60W。
2.电路设计直流输入电路：直流输入电路主要包括整流桥、电容滤波器和保险丝等。
整流桥需要选择合适的电流、电压值，电容滤波器应该选择合适的容量，保险丝则是起到安全保障作用。
基于单片机控制的开关电源设计
摘要:开关电源是当代电子科技技术的产物，用于达到输出电压的稳定，开关电源主要是通过改变脉宽调制（PWM）进行输出电压的改变。
它是一种电力电子装置，广泛应用于各种电子设备、工业、通信、航天航空以及军事等领域。
具有输出电压稳定、噪音小、小型化和轻型化等特点。
为了设计并实现一个单片机控制的开关电源，可以通过软件编程让单片机输出一个PWM 波形给双运算放大电路，双运算放大电路对PWM波形进行变换调压，反馈到DC-DC降压电路进行降压和稳压后输出所需要的电压。
输出电压可以通过按键调节，调节范围在0至25V，电压调节幅度为0.5V，由液晶显示屏实时显示。
单片机控制开关电源，实现电源的智能化，具有输出电压范围大、电压可调和输出电压实时显等优点。
关键字：开关电源,单片机,PWM波形,调节，智能化第一章概述开关电源是改变开关管的通断的时间比较来控制输出电压的大小的电力电子器件。
随着世界科技的快速发展，开关电源成为了人们生命中不可缺少的必需品，其应用于工业、农业、通信、航空和计算机等领域，具有高效率转换、重量小、小体积和高精度等特点。
传统的开关电源系统存在调整之繁琐，电路很繁琐，可靠性低等问题，本文通过对单片机进行编程实现开关电源的有效输出，具体是将常用电源220V交流电通入变压器转换成24V的交流电，经过整流电路得到直流信号，通过电容滤波得到相对干净的直流电分别接入两个LM2596S-ADJ芯片，一个是构成DC-DC降压型电路，一个是构成5V稳压电路，前者是控制输出电压的，后者是给单片机和液晶显示屏供电的。
输出电压的大小由PWM控制，将PWM 波形送到PWM调压电路，进行稳压和调压，并反馈到DC-DC降压电路后输出。
按键能控制输出电压的大小，输出电压能在0-25V范围里可连续调节，步加步减在0.5V，复位按键可以是输出电压恢复到5V，并由液晶显示屏显示。
单片机控制开关电源，具有灵活性好的优势，可根据设计人员的想法进行设计。
基于单片机控制的开关电源及其设计
基于单片机控制的开关电源及其设计单片机控制的开关电源是一种高效率、高稳定性的电源系统，常用于电子设备中。
本文将介绍基于单片机控制的开关电源的原理、设计步骤以及相关注意事项。
一、原理1.1开关电源的工作原理开关电源的核心部分是一个开关管，它通过不断开闭来调整输出电压和电流。
当开关管关断时，电源输入端的电压会通过变压器产生瞬态电流，这个电流被蓄能电容器存储在电容中。
当开关管打开时，储存在电容中的能量被释放，通过滤波电感得到稳定的电压输出。
1.2单片机控制开关电源的工作原理在单片机控制的开关电源中，单片机通过控制开关管的开闭状态来调整输出电压和电流。
单片机能够实时监测电源的输入和输出情况，并根据设定的参数进行调整。
同时，单片机还可以实现一些保护功能，如过压、过流、过温等保护。
二、设计步骤2.1确定需求首先要确定开关电源的功率需求、输入电压范围和输出电压范围。
根据需求选择合适的开关管和变压器等元器件。
2.2定义控制策略根据开关电源的工作原理以及需求，确定单片机的控制策略。
可以采用PWM（脉宽调制）控制方法来控制开关管的开闭时间，以实现对输出电压的调节。
2.3确定单片机和外围电路选择合适的单片机控制器，并设计相应的外围电路，包括ADC（模拟数字转换）模块、PWM输出模块、电流传感器等。
2.4编写软件程序根据控制策略，编写单片机的控制程序，并完成软件的调试和优化。
2.5PCB设计与制造根据电路原理图设计PCB布局，并制造相关的电路板。
2.6装配与测试完成PCB板的焊接与装配，进行电源的测试和调试。
三、注意事项3.1安全性开关电源具有高电压、高电流的特点，因此在设计和使用过程中要注意安全性。
应采用合适的绝缘措施，保证电源与其他电路之间的隔离。
3.2效率和稳定性开关电源的效率和稳定性是设计过程中需要考虑的重要因素。
应合理选择元器件，控制开关管的导通和关断时间，以提高电源的效率和稳定性。
3.3EMC（电磁兼容）设计开关电源由于工作频率较高，容易产生电磁干扰。
电子设计作品-基于单片机控制的开关电源资料-论文摘要
本文介绍了一种基于单片机控制的数控开关电源，以89C51单片机作为控制核心，对开关变换电路进行脉宽调制，构成一个智能闭环控制系统。
单片机控制的开关电源具备更加完善的功能，更人性化、智能化，便于实时监控。
其功能主要包括对开关电源输出电压进行检测，并显示实时电压值；通过按键进行编程预置期望输出的电压；通过A/D转换器采样输出电压，根据PID算法计算控制量修改占空比,以得到期望的输出电压，并通过PID算法控制输出电压稳定在设定的电压值上；拥有可靠的过流保护功能以及辅助电源可同时作为电源输入和给单片机提供工作电压，并可以通过键盘不断改变PID参数，可以进行实时调整。
本系统具有友好的用户界面，结构简单，成本低廉，实用性强，扩展空间大，可作为实验室电源，在计算机，家电产品等许多方面也有非常好的应用前景。
开关电源因其具有功耗低、效率高的优点，在家用电器、科学实验、教学设备等等领域得到了广泛的应用。
随着电子技术的高速发展，各种电子设备对电源的要求越来越高，电源也朝着高效率、高可靠性以及智能化的方向发展。
传统开关电源使用专门的脉宽调制芯片，结构复杂，而利用单片机和键盘可以简化电源结构，实现对电源的智能控制，本文正是从这个角度考虑，研究制作低成本、操作简单、智能控制的开关电源。
关键词：开关电源；单片机；脉宽调制；功率开关管；占空比This text introduces one kind of digital control switching mode power supply ,which controlled by single chip **puter 89C51 ,using pulse width modulation to control switch transformation circuit , constitute a close loop intelligence control system. The switch power supply, which is controlled by single chip **puter, has more perfect function, more humanized ,intelligence and easier for the hour supervise and control. Its function mainly includes the examination of the output voltage ,and the manifestation of voltage value ; input the expect output voltage through the keyboard ;take a sample from the output ,basing on **pute result of the PID procedure to modification the duty cycle to get the expect voltage and control the stability of out put voltage ; having a dependable over-current protection function and a assistance power supply ,which can provide power to the single chip **puter ,and change the parameter of PID to improve the control result .This system has a friendly customer interface ,very simple structure ,very low cost ,very strong function ,a big space to expand ,can use as the laboratory power supply , at the power supply of **puter and the appliance product ,also has very nice applied foreground.Switch power supply because its power exhaust is very low and its efficiency is very high, so it got extensive application at home appliances, science experiment, the teaching equipments etc. realm. With the quick development of technical electronics, the request of various electronics equipments to power supply became more higher . Power supply also develop toward the direction, which become high-efficiency, more credibility, and more intelligence. The traditional switch power supply uses the specialized PWM chip to control, **plications. And making use of the single chip **puter can carry out the intelligence control to the power supply and simplify the power supply structure. This text considers from this angle exactly, inquiry into making a switch power supply, which is Low cost, easier to operate and intelligence control.Key words :switching mode power supply ;single chip **puter ;Pulse Width Modulation control；duty cycle。
基于单片机的开关电源设计
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之间比率，维持稳定输出电压的一种电源，具有高效率、体积小的特点。从上世纪90年代以来开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，计算机、程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源。开关电源向着高频化、模块化和智能化方向发展
图2.1.1开关电源工作原理图
串联式开关电源输出电压滤波电路
大多数开关电源输出都是直流电压，因此，一般开关电源的输出电路都带有整流滤波电路。图2.1.2是带有整流滤波功能的串联式开关电源工作原理图。
图2.1.2带有整流滤波功能的串联式开关电源工作原理图
图2.1.2中由一个整流二极管和一个LC滤波电路组成。其中L是储能滤波电感，它的作用是在控制开关K接通期间Ton限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上，对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储，然后在控制开关K关断期间Toff把磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出；C是储能滤波电容，它的作用是在控制开关K接通期间Ton把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储，然后在控制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流继续向负载R提供能量输出；D是整流二极管，主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间Toff，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。在控制开关关断期间Toff，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流iL由反电动势eL的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D的正极，然后从续流二极管D的负极流出，最后回到反电动势eL的负极。
基于单片机控制的开关电源及其设计
2、基于单片机控制的开关电源的可选设计方案由单片机控制的开关电源, 从对电源输出的控制来说, 可以有三种控制方式, 因此, 可供选择的设计方案有三种:( 1) 单片机输出一个电压( 经D/AC 芯片或PWM方式) , 用作开关电源的基准电压。
这种方案仅仅就是用单片机代替了原来开关电源的基准电压, 可以用按键设定电源的输出电压值, 单片机并没有加入电源的反馈环, 电源电路并没有什么改动。
这种方式最简单。
( 2) 单片机与开关电源专用PWM芯片相结合。
此方案利用单片机扩展A/D 转换器, 不断检测电源的输出电压, 根据电源输出电压与设定值之差, 调整D/A 转换器的输出, 控制PWM芯片, 间接控制电源的工作。
这种方式单片机已加入到电源的反馈环中, 代替原来的比较放大环节, 单片机的程序要采用比较复杂的PID 算法。
( 3) 单片机直接控制型。
即单片机扩展A/DC, 不断检测电源的输出电压, 根据电源输出电压与设定值之差, 输出PWM波, 直接控制电源的工作。
这种方式单片机介入电源工作最多。
3、最优设计方案分析三种方案比较第一种方案: 单片机输出一个电压( 经D/AC芯片或PWM方式) , 用作开关电源的基准电压。
这种方案中, 仅仅就是用单片机代替了原来开关电源的基准电压, 没有什么实际性的意义。
第二种方案: 由单片机调整D/AC 的输出, 控制PWM芯片, 间接控制电源的工作。
这种方案中单片机可以只就是完成一些弹性的模拟给定, 后面则由开关电源专用PWM芯片完成一些工作。
在这种方案中,对单片机的要求不就是很高, 51 系列单片机已可胜任; 从成本上考虑,51 系列单片机与许多PWM控制芯片的价格低廉; 另外, 此方案充分解决了由单片机直接控制型的开关电源普遍存在的问题———由于单片机输出的的PWM脉冲频率低, 导致精度低, 不能满足要求的问题。
因此, 单片机与PWM芯片相结合, 就是一种完全可行的方案。
基于单片机控制的开关电源的设计
基于单片机控制的开关电源的设计开关电源是一种常见的电源供应器，其基本原理是通过开关器件（如MOSFET、IGBT等）的开关行为来实现电源的稳定输出。
在单片机控制下，可以实现更精确的电压和电流调节，从而提高功率转换效率和供电稳定性。
本文将详细介绍基于单片机控制的开关电源的设计。
首先，我们需要选择合适的单片机。
在选择单片机时，应考虑其性能、成本和易用性。
常用的单片机有PIC、AVR、STM32等，可以根据实际需求选择最适合的单片机类型。
接下来，进行开关电源的电路设计。
开关电源的基本电路包括输入滤波电路、整流电路、开关器件、输出滤波电路和反馈控制电路。
输入滤波电路的作用是滤除输入电源中的高频噪声，以保证电源的稳定性。
整流电路用于将交流输入转换为直流电压。
开关器件是开关电源的关键部分，通过控制开关器件的开关状态，可以实现电源的输出调节。
输出滤波电路用于滤波输出的脉动电压，以获得稳定的直流电压输出。
反馈控制电路用于监测输出电压，并通过单片机进行调节。
在设计过程中，要考虑电路的稳定性和效率。
一方面，电路应具有足够的稳定性以保证电源输出的精度和稳定性。
另一方面，电路应具有较高的功率转换效率，以减少功耗和热量产生。
根据设计要求，可以选择合适的电路元件，如电感、电容、二极管等，以提高电路的稳定性和效率。
在单片机控制下，可以实现电源的自动调节和保护功能。
通过单片机的输入输出引脚连接到开关器件的驱动电路，可以实现开关器件的开关控制。
通过单片机的AD转换功能，可以实时监测电源的输出电压，并通过PID控制算法进行调节，从而实现电源输出的精确控制。
此外，可以通过单片机的IO口连接各种传感器，如温度传感器和过流保护电路，实现对电源工作状态的实时监测和保护功能。
在程序设计方面，可以利用单片机的中断和定时器功能来实现电源的调节和保护。
通过中断，可以实现对输入电压的过压和欠压保护，以防止电源工作在不正常的电压范围内。
通过定时器，可以实现对输出电流的过流保护，以避免电源损坏或者对负载产生过大的影响。
基于单片机控制的开关电源及其设计
基于单片机控制的开关电源及其设计
开关电源是一种广泛应用于电子设备中的电源，它具有高效率、稳定
性好、体积小等优点。
基于单片机控制的开关电源则是在传统开关电源的
基础上结合了单片机的控制功能，可以实现更精确、智能的控制。
首先，输入滤波模块用于滤除输入电源中的高频噪声，以保证后续电
路正常工作。
整流滤波模块则将输入电源的交流信号经过整流后变为直流
信号，并进行滤波以减小波动。
接下来，开关变换模块是整个开关电源的关键。
该模块中包含了主要
的开关电源拓扑结构，如Buck、Boost、Buck-Boost等。
通过开关元件的
开关动作，实现电源输入电压到输出电压的变换。
在设计中，需要考虑开
关频率、开关管的选择以及辅助器件的设计。
输出滤波和稳压控制模块用于进一步滤除开关变换模块输出电压中的
高频噪声，并稳定输出电压。
可以使用电容、电感等元件来实现滤波功能，并通过反馈控制实现稳压功能。
最后，单片机控制模块通过采集输入电压、输出电压等信号，实时监
控电源的工作状态，并根据需要进行调节。
比如，可以通过PWM信号控制
开关元件的开关频率，从而实现输出电压的调节。
同时，单片机还可以实
现过压、过流、过温等保护功能，提高开关电源的安全性和可靠性。
总结起来，基于单片机控制的开关电源通过单片机的控制功能，实现
了对开关电源的精确控制。
在设计中需要注重滤波和稳压控制模块的性能
选择和设计，同时合理选择开关变换模块的拓扑结构和开关元件，以确保
开关电源的效率和稳定性。
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基于单片机开关电源及PCB设计毕业论文目录摘要 (I)Abstract (II)第 1 章绪论 (1)1．1 概述 (1)1．2 开关电源的发展简况 (1)1．3 开关电源的发展趋势 (2)第2章方案论证 (3)2．1 概述 (3)2．2 系统总体框图 (3)2．3 工作原理 (3)2．3．1 TOPSwitch-II的结构及工作原理………………………………………32．3．2 单片开关电源电路基本原理 (5)第3章单片开关电源的设计 (7)3．1 概述 (7)3．2 单片开关电源参数的设计 (7)3．3 单片开关电源中电子元器件的选择 (15)3．3．1 选择钳位二极管和阻塞二极管 (15)3．3．2 输出整流管的选取 (18)3．3．3 输出滤波电容的选取 (19)3．3．4 反馈电路中整流管的选取 (20)3．3．5 反馈滤波电容的选取 (20)3．3．6 控制端电容及串联电阻的选择 (20)3．3．7 TL431型可调式精密并联稳压器的选择 (20)3．3．8 光耦合器的选择 (21)3．3．9 自恢复保险丝的选择 (23)3．4 单片开关电源保护电路的设计 (24)3．4．1 输出过电压保护电路的设计 (24)3．4．2 输入欠电压保护电路的设计 (25)3．4．3 软启动电路的设计 (26)3．4．4 电压及电流控制环电路的设计 (26)3．4．5 无损缓冲电路 (28)3．4．6 采用继电器保护的限流保护电路 (28)3．4．7 IGBT驱动电路 (29)3．5 电磁干扰滤波器的设计 (29)3．5．1 开关电源电磁干扰产生的机理 (30)3．5．2 开关电源EMI的特点 (30)3．5．3 EMI测试技术 (30)3．5．4 抑制干扰的措施 (31)3．5．5 电磁干扰滤波器的构造原理 (33)3．5．6 电磁干扰滤波器的基本电路及典型应用 (33)3．5．7 EMI滤波器在开关电源中的应用 (34)第4章 PCB电磁兼容性设计 (36)4．1 概述 (36)4．2 PCB上元器件布局 (37)4．3 PCB布线 (38)4．4 PCB板的地线设计 (46)4．5 模拟数字混合线路板的设计 (48)4．6 PCB设计时的电路措施 (49)第5章单片开关电源印制线路板的设计 (51)5．1 概述 (51)5．2 Protel99简介 (52)5．3 印制线路板的设计 (52)5．3．1 设计印制线路板的条件 (52)5．3．2 设计印制板的步骤 (53)5．3．3 元件布局 (53)5．3．4 布线 (53)5．4 单片开关电源印制线路板的设计 (55)5．4．1 单片开关电源原理总图 (55)5．4．2 单片开关电源PCB设计图 (55)结束语 (56)参考文献 (57)致谢 (59)附录 (60)单片开关电源及PCB设计摘要：电力电子技术已发展成为一门完整的、自成体系的高科技技术，电力电子技术的发展带动了电源技术的发展，而电源技术的发展有效地促进了电源产业的发展。
电源技术主要是为信息产业服务的，信息技术的发展又对电源技术提出了更高的要求，从而促进了电源技术的发展，两者相辅相成才有了现今蓬勃发展的信息产业和电源产业。
从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持，而电源技术和产业对提高一个国家劳动生产率的水平，即提高一个国家单位能耗的产出水平，具有举足轻重的作用。
在这方面我国与世界先进国家的差距很大，作为一个电源工作者，不仅要设计出国际或国先进的电源，还要考虑到电源的适应性以及电源的成本。
只有具有先进性能的电源，加上合理的制作成本，才能使我国的电源产业赶超发达国家。
这里着重介绍了基于TOP252Y的单片开关电源，通过运用先进的电力电子技术等技术，实现了将普通市电转化为稳定地电压电流输出。
首先介绍开关电源的含义，开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体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构成。
随着各种各样电器的出现以及升级，它们都需要一个稳定的电源，本文系统介绍了一种较为实惠又很先进的稳压稳流输出单片开关电源。
关键词：单片开关电源; 反激式；脉宽调制。
The design of Single-chip Switching Power Supplyand it’s PCBAbstract：Electric and electronic technology has already developed into anintact high science, the development of electric and electronic technology hasdriven the development of the technology of the power supply, and the development of power technology has promoted the development of industry ofthe power supply effectively. The technology of the power mainly serves information industry, the development of the information technology has putforward higher request to the power supply, thus promoted the development of technology of the power supply, and it just had the vigorous information industry and power industry now. Can't do without the participation and supportof the technology of the power from daily life to most advanced science, andthe power technology and the power industry have very important function inraising the level of a country's labor productivity, namely improve an outputlevel of national unit's energy consumption. In this respect, our country and developed country have very great disparity. As a power worker, not only designthe international or domestic advanced power supply, but also consider the adaptability and cost of the power supply. Only the advanced and low-pricedpower supply could make the power industry of our country catch up with the developed country. Here, I will introduce the Single-Chip Switching PowerSupply which based on the TOP252Y, by using the technology, such as advancedelectric and electronic technology, it turns the ordinary electricity into thesteadily voltage and current output. At first, I will introduce the meaningof the Switch Mode Power Supply, the Switch Mode Power Supply is a Power supply which utilizing modern electric and electronic technology, controlling the time rate of the ON /OFF of the switch transistor, and keeping the voltage output steadily, the switch power is generally made up with PWM IC and MOSFET [20]. With the appearance and upgrading of various electric apparatuses, all of them need one steady power supply, this text systematically introduces a kind of more advanced and very more low-priced single slice of Switch Mode Power Supply which has steadily voltage and current output.Key words: single-chip switching power supply; flyback; PWM.第1章绪论1.1 概述电源历来是各种电子设备中不可缺少的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。
开关电源（Switching Power Supply）自问世以来，就以其稳定、高效、节能等优良性能而成为稳压电源的主要产品。
而高度集成化的单片开关电源，更是因其高性价比、简单的外围电路、小体积与重量和无工频变压器隔离方式等优势而成为稳压电源中的佼佼者，是设计开发各种高效率中、小功率开关电源的优势器件。
随着生产、生活中自动化程度的不断提高，开关电源也朝着智能化方向发展，由微控制器控制的开关电源将单片开关电源与单片机控制相结合，更加体现了开关电源的可靠性和灵活性。
在21世纪，随着各种不同的单片开关电源芯片及其电路拓扑的应用和推广，单片开关电源越来越体现出巨大的实用价值和美好前景。