10.基于单片机控制的程控开关电源研究

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基于单片机控制的开关电源设计

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论文(经典)

基于单片机控制的开关电源论文(经典)

基于单片机控制的开关电源论文(经典)目录引言 (3)1 概述................................................ 错误!未定义书签。

1.1 课题来源及意义...................................... 错误!未定义书签。

1.2 课题基本要求........................................ 错误!未定义书签。

1.3 课题相关背景 (1)2 开关电源方案设计 (1)2.1 开关电源工作原理 (1)2.2 开关电源与线性电源的比较 (2)2.3 方案论证 (3)2.3.1方案1 (3)2.3.2方案2 (3)2.3.3方案3 (3)2.3.4方案分析 (3)2.3.5总体结构设计 (3)2.4 难点分析 (5)2.4.1如何提高电源工作频率 (5)2.4.2储能电感的绕制 (5)2.4.3标度转换技术 (6)2.5 控制技术选择 (6)2.6 开关变换器结构分析与选择 (8)2.7 开关电路器件参数选择 (10)2.7.1功率开关管的选择 (10)2.7.2 滤波电容的选择 (11)2.7.3储能电感的选择 (12)2.7.4续流二极管的选择 (12)3 硬件电路设计 (12)3.1 电源电路设计 (12)3.1.1整流滤波电路 (12)3.1.2开关变换电路 (13)3.1.3分压电阻的计算 (13)3.1.4保护电路 (14)3.2 控制电路设计 (15)3.2.1反馈电路设计 (16)3.2.2四位数码显示电路设计 (17)3.2.3单片机与键盘接口电路设计 (18)4 软件设计 (18)4.1 总体编程思想 (18)4.1.1键盘防抖动子程序 (19)4.1.2数码显示子程序 (20)4.1.3采样子程序 (21)4.1.4中断处理程序设计 (22)4.1.5PID控制算法 (23)4.1.6数字滤波 (23)5 系统调试 (24)5.1 硬件模块调试 (24)5.1.1整流滤波电路的调试 (24)5.1.2AD转换的调试 (24)5.1.3脉冲输出电路的调试 (24)5.1.4功率开关管的调试 (25)5.2 电源性能指标的测试 (25)5.2.1开关电源的技术指标 (25)5.2.2输出电压的测试 (26)5.2.3最大输出电流的测试 (27)5.2.4过流保护的测试 (27)5.2.5电压调整率的测试 (27)5.2.6纹波电压的测试 (28)6 结论 (28)谢辞 (29)参考文献 (30)附录 (32)1.3 课题相关背景我国的三极管直流变换器及开关电源的研制工作开始于60年代初期,到了60年代中期进入了实用阶段,紧跟着70年代初开始研制无工频变压器开关电源。

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

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。

探究基于单片机控制的程控开关电源

探究基于单片机控制的程控开关电源

探究基于单片机控制的程控开关电源本文重点对单片机开关电源的设计和控制进行了分析,希望能够给读者提供一些参考。

标签:单片机;开关电源;设计;控制一、前言开关电源具有体积小、重量轻、效率高等特点,在各领域广泛应用。

特别是当前新电子元件的应用,开关电源技术更是向着可靠性和智能化的方向发展。

二、开关电源模拟控制的种类与特点开关电源的模拟控制方法已经使用了数十年,也形成了一系列的控制方式,大致有3种:脉冲宽度调制方式PWM、脉冲频率调制方式PFM和混合调制方式。

以脉宽调制式(PWM)开关为例,电源AC220V,输入电压经过整流滤波后变成直流电压U,再由功率开关管斩波、高频变压器降压,得到高频矩形波电压,最后通过输出整流滤波器,获得所需要的直流输出电压Uo。

利用误差放大器和PWM比较器构成闭环调节系统。

这种模拟控制电路因为使用元器件多而需要很大空间,这些元器件本身的值还会随着使用时间、温度和其他环境条件的变化而变动,并对系统稳定性和响应能力造成负面影响,不利于模拟系统的测试和维修。

另外,模拟控制的控制响应特性是由分立元器件的值决定的,因此无法为所有电源值或负载点提供最优化的控制响应。

三、开关电源数字控制的特点与应用所谓电源的数字控制,也称为“回路内部的处理器”,是指控制器能在数字域执行所有系统控制算法。

它必须对两个数字串进行比较以产生脉冲宽度来驱动电源开关,而不是使用传统模拟PWM比较器。

它会将所有模拟系统参数转换成数字信号,并在数字域利用这些数据计算控制响应,然后将新产生的控制信息加传至系统。

数字控制电源系统有以下特点:1、以数字信号处理器DSP或单片机为核心,将数字电源驱动器及PWM控制器作为控制对象而构成的智能化开关电源系统。

2、采用“整合数字电源”技术,实现了开关电源中模拟组件与数字组件的优化组合。

3、高集成度,实现了电源系统单片集成化,将大量的分立元器件整合到一个芯片或一组芯片中。

4、能充分发挥数字信号处理器及微控制器的优势,使所设计的数字电源达到高技术指标。

基于单片机控制的开关电源设计

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

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。

程控开关电源基于单片机控制的分析

程控开关电源基于单片机控制的分析

程控开关电源基于单片机控制的分析摘要:利用单片机控制开关电源是一种很好的控制方式,人们一直以来都在追求一种更为合理的解决方案。

传统的用单片机调整输出电压的方式一般是引用PWM和PFM两种波形控制技术来进行软件编程,在具体实现的过程中很复杂。

在本文中,提出了一种新的利用单片机对直流开关稳压电源进行控制的方式,相较于传统的解决方案,该方案更加的简单,可靠性更高。

关键词:单片机;程控开关电源;控制常见的利用单片机控制开关电源的解决方案主要是:一,模数混合,智能控制和智能检测的任务由单片机来承担,用一般的开关电源控制模式来控制电源。

电源的基准电压可以由单片机的一个输出电压来承担,PWM产生的电路还需要具备功率开关。

采用这种方式只是单纯的将原来的基准电压用单片机来替代,输出电压通过用按键输入电源电压值来改变,这样在电源的反馈环中并没有加入单片机。

二,AD用单片机进行扩展,电源的输出电流和电压要进行不断的检测,逆变器通过设定值和电源输出电压的差来进行控制,功率场效应管的关断时间和导通可以通过功率场的改变来稳定输出电压。

输出电压的调整可以通过单片机技术来实现,但是在实施方案的过程中,需要使用PWM和PFM两种波形控制技术来进行软件编程,技术相对很复杂。

在本文中提出的用单片机对直流开关稳压电源进行控制的方式,是PWM波的产生通过单片机来完成,电源输出电压通过AD转换芯片来进行不断的循环检测,然后比较设定值与电源输出电压的差,对单片机输出PWM波所占空比进行直接的控制调解,这样才能使得电源输出电压的稳压得以实现。

[1]通过对PWM脉冲宽度的改变来实现对输出电压的调整。

相较于常用的两种解决方案,该种方法更加简单,同时可靠性也更高。

1设计电源系统1.1设计电源硬件结构程控开关电源基于单片机控制系统如下图1所示,对于该系统来说,它主要包括两部分:一是,控制电路,二是,主电路。

1.2设计单片机系统电路电源设计的核心是设计单片机系统电路,同时需要考虑到控制能力和运算能力及设计成本等,在本文中选用的是STC89C52单片机,它的性价比较高,将其作为核心控制器的系统电路如下图2所示。

基于51单片机控制的开关电源设计

基于51单片机控制的开关电源设计

基于51单片机控制的开关电源设计一、引言开关电源是一种将交流电转换为直流电的电子设备,广泛应用于各个领域。

本文将以基于51单片机控制的开关电源设计为题,介绍设计的原理和实现过程。

二、设计原理开关电源的设计主要包括输入电路、滤波电路、变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路以及控制电路。

其中,控制电路起到控制和调节输出电压的作用。

在本设计中,我们采用了51单片机作为控制电路的核心,通过编程控制电路的开关状态,实现对输出电压的精准调节。

三、设计过程1. 输入电路的设计:输入电路主要用于将交流电转换为直流电,并对电压进行稳压处理。

我们选择了整流桥和滤波电容作为输入电路的核心元件,通过整流和滤波,将交流电转换为平稳的直流电。

2. 变压器的设计:变压器是开关电源的重要组成部分,用于提高或降低输入电压的大小。

我们根据实际需求选择合适的变压器,使得输出电压与输入电压之间满足所需的关系。

3. 整流电路的设计:整流电路用于将输入电压转换为脉冲电压,我们选择了二极管桥整流电路,通过将输入电压进行整流,得到脉冲电压。

4. 控制电路的设计:控制电路是整个开关电源设计中最关键的部分,我们选择了51单片机作为控制电路的核心。

通过编程,我们可以控制开关管的开关状态,从而实现对输出电压的调节和稳定。

5. 输出电路的设计:输出电路主要用于输出稳定的直流电压。

我们选择了稳压电路和滤波电容作为输出电路的核心元件,通过稳压和滤波,得到稳定的输出电压。

四、实现效果通过以上的设计过程,我们成功实现了基于51单片机控制的开关电源。

通过编程控制,我们可以实现对输出电压的精确调节和稳定控制。

该开关电源具有输出电压稳定、效率高、响应速度快等特点,适用于各种电子设备的供电需求。

五、总结本文以基于51单片机控制的开关电源设计为题,介绍了设计的原理和实现过程。

通过该设计,我们可以实现对输出电压的精确调节和稳定控制,满足各种电子设备的供电需求。

希望本文能为读者提供有关开关电源设计的参考和借鉴,同时也希望读者能够通过自己的努力和创新,设计出更加高效和稳定的开关电源。

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AD转换芯片,不断循环检测电源输出电压,根据电源输 出电压与设定值相比较的差,直接控制调解单片机输出 PWM波占空比,从而控制电源功率开关的导通关断时 间,最终实现电源输出电压的稳压。输出电压的调节则 采用通过改变PWM脉冲宽度的方式实现。在这种工作 方式基础上设计的开关电源与上述的两种解决方案相 比,具有方法简单、使用器件少及可靠性高等特点。 1电源系统设计 1.1电源硬件结构设计 基于单片机控制的程控开关电源硬件系统如图1 所示。该系统由两大部分组成:(1)控制电路由单片机软 件编程产生PWM信号控制功率开关管导通和关断,同 时单片机对AD采集的输出反馈电压、电流信号进行运 算结果处理并根据程序设置改变PWM信号输出状态, 达到稳定输出电源电压的目的。(2)主电路由典型单端 反激电路高频变压器、功率MOS开关组成,完成DC— DC变换【4l。单片机对AD采集的信号进行运算,分别用
基于单片机控制的程控开关电源研究
芦守平,姜瀚文,徐千 (哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150001)
摘要:提出了基于单片机控制的程控开关电源解决方案,给出的主电路采用典型单端反激电路 模式,控制电路采用5l单片机为核心芯片,结合AD采样解决了控制功率开关管导通与关断信号 PWM的控制问题。实现了开关电源输出电压为0.1 V/级的程控调节,其调节范围最大可达额定输出的 76%。这种工作方式的建立使开关电源在设计上具有使用器件少、实现方法简单和可靠性高等优点。 关键词:开关电源;单片机;程控
与通过它的电流成正比。’rLC2453的第二通道ANl对
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大于2.4A时,单片机会迅速地关断PWM驱动信号,使 电源输出关断,保护外围电路。 2电源软件程序设计 2.1软件系统设计 基于单片机控制的程控开关电源软件主程序流程 框图【5_61如图4所示。程序开始执行时,先对液晶、键盘 等外部接口进行初始化,再对单片机定时器进行初始 化,使单片机的一个I,O口输出频率为30 kHz的PWM 信号,驱动MOS开关管,使电源输出直流电压。此时程 序进入AD采样循环,当输出电压或电流大于保护值 时,单片机会关断PWM信号的输出。程序对AD采集反 馈电压的数值与键盘设定的数值实时进行比较,如果大 于设定的电压值,则减小PwM脉宽,减小刻度为PWM 最小分辨率;如果输出电压小于设定的电压,值则增大 PwM脉宽,增大刻度为PWM最小分辨率。通过AD对 输出电压的实时采集和PWM信号的实时脉宽调整,使 开关电源输出稳定的直流电压。
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电压、电流两部分检测任务。 (1)输出电压检测 单片机控制ⅡJc2453转换芯片不断地检测电源输 出电压,根据采集到的电压值调整PWM占空比,形成电
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bit微处理器,片内含有8
KB
Flash程序存储器和512
B的RAM,最高时钟频率为40MHz,机器周期可设置为 6个。AD转换芯片采用的是TLC2543,它是一款12
bit
AD转换器,转换时间为lO恤s,具有11路模拟输入通
道,最大误差为±1塔B。
竺兰皇竺卜-型
AD采样
P13 P36
报警信号
蜂鸣器
中图分类号:TM92
文献标识码:B
文章编号:0258—7998(2011)05—0078—04
Pro铲amme switch
power supply based
on
single—chip microcomputer control
Lu Shouping,JiaIlg Hanwen,Xu Qian (Couege of Ir血瑚ation aIld Comunication Engineering,Harbin En百neering Univers畸,Harbin 150001,China) Abst忸ct:Presented in tllis p印er
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近年来,人们不断地应用单片机在开关电源控制方 面寻求一种设计较为合理的解决方案。较为常见的解决 方案有两种。(1)模数混合基本形式。①单片机只是承担 智能检测与智能控制任务,电源的控制仍是一般开关电 源的控制模式【11;②由单片机输出一个电压(经DA芯片 或PWM方式)用作电源的基准电压,同时还必须有功率 开关的驱动电路芯片(PWM产生电路)。这种方式仅仅 是用单片机代替了原来的基准电压,用按键输入电源的 电压值来改变输出电压,单片机并没有加入电源的反馈 环【2】。(2)利用单片机扩展AD,不断检测电源的输出电压 和电流,根据电源输出电压与设定值之差控制逆变器, 改变功率场效应管的导通与关断时间,达到输出电压稳 定的目的。采用单片机技术进行输出电压调整,在方案 过程中,实现使用了PFM方向PWM两种波形控制技术 的软件编程方法㈣,使得实现技术过于复杂。 为此,本文提出一种新的单片机控制直流开关稳压 电源工作方式,利用单片机完成PWM波的产生,使用
欢迎网上投稿www.chinaaet.com
《电子技术应用》2011年第37卷第5期
万方数据
电网220

H整流滤波H高频变压器H整流滤波
直流输出电压

小功率变压器
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V电压 鱼 片 AD采样
V眦 EOC CLK
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整流、稳压、滤波
液晶显示及报警装置

键盘
图l程控开关电源硬件系统方框图

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图3
AD采样电路
源反馈回路,使输出电压稳定在5V。当输出电压大于 5.5V时,单片机及时地做出判断,关断PWM驱动信号, 从而关断电源输出。TLC2543的第一通道AN0对Sample— V点进行采样得巩。玑值可根据下面公式计算: 以=巩×(Rl+R2),尺2
电阻。
(1)
式中,巩为电源输出AD采样点电压,R。、Rz为采样分压 (2)输出电流的检测 单片机控制TLC2453转换芯片不断地检测电源负 载电流,根据采集到的电流值与设定值进行比较,单片 机可及时做出判断。当负载电流大于2.4 A时,单片机 会迅速关断PWM驱动信号,使电源输出关断,保护外围 电路。图3中CS010GT是霍尔效应开环电流传感器,其 原边额定输入电流‰=10A,其输出电压在一定范围内
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