基于-单片机的开关电源设计.doc

摘 要本设计由STC89S52单片机系统，PWM脉宽调制信号控制芯片TL494，开关电源Buck串联降压电路, A/D模块, D/A模块, 键盘输入和LCD显示输出模块，制作了一个输出电压为5V-15V可调 DC/DC模块构成的供电系统电源模块由TL494控制Buck电流构成，通过电压反应控制将输出电压稳压到所需要的电压STC89C52单片机控制器采样输出电压，通过给电源模块一个调节信号，改变各电源模块的部输出电压，从而实现输出稳定可调的电压关键词：STC89C52单片机; TL494; PWM脉宽调制信号; Buck电路AbstractThe design microcontroller systembySTC89S52, PWMpulse widthmodulationsignalcontrolchipTL494switching power supplyBuckseriesbuckcircuitmodulesofthe A / D, D / A module, keyboardinputand LCDdisplaystheoutputmodulesto produceanoutputvoltage of5V-15V adjustablepower supply systemoftheDC / DCmodule. Thepower moduleiscontrolledby the TL494Buckcurrentisconstitutedbythevoltage feedback controlof the output voltageregulatorto the desiredvoltage. STC89C52microcontrollercontrollerthesamplingoutput voltagebya regulating signaltothepower supply module, theinternaloutputvoltageoftochangeeachpowermodule, in order to achievestable outputadjustablevoltage.Keywords：STC89C52CM;TL494;PWM Any diversion;Buck circuit / 目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1引言11.2 开关电源简介1第二章 开关电源DC/DC电路设计思路22.1 开关电源的工作原理22.2 开关电源的常见拓扑构造简介32.3 开关电源DC/DC拓扑设计思路42.3.1 DC/DC根本拓扑设计方案42.4 DC/DC电路实现52.4.1 DC/DC回路参数设计72.5 系统供电模块设计82.5.1 整流滤波电路设计82.5.2 工作辅助电源参数设计9第三章 控制系统的设计思路103.2 单片机模块的设计113.2.1 STC89C52性能简介113.2.2 最小系统设计113.3 A/D模块设计123.3.1芯片介绍123.3.2 TLC549工作时序133.3.3 A/D电路设计143.4 D/A模块设计153.4.1 D/A芯片功能介绍153.4.2 D/A芯片I2C总线数据通信根本协议153.5 接口电路的设计173.5.1显示接口电路设计173.5.2 显示接口电路设计17第四章 程序设计194.1 主程序流程图的设计194.2 键盘扫描程序设计204.3 A/D程序设计214.4 D/A程序设计22第五章 系统仿真235.1 仿真仪器235.2 仿真方法235.3仿真结果与分析23参考文献24附录一：系统整体原理图25附录二：程序代码26结论与展望...........................................................................致 35第一章 绪 论1.1引言随着电子技术的开展，数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能、价格、开展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精细度和稳定度最为关心。

性能好的电子设备，首先离不开稳定的电源，电源稳定度越高，设备和外围条件越优越，那么设备的寿命更长基于此，人们对高精度、高稳定性的开关电源的需求越来越迫切 众所周知，许多科学实验都离不开电源，并且在这些实验经常会对通电时间、电压上下、电流大小以及动态指标有着特殊的要求，然而目前实验所用的直流电源大多输出精度和稳定性不高；在测量上，传统的电源一般采用指针式或数码管显示电压或电流，搭配电位器来调整所要的电压及电流输出值使用上假设压要调整准确的电或者电流输出，须搭配准确的显示仪表测量，又因电位器的阻值特性非线性，在调整时，需要花费一定的时间，况且还要留神漂移，使用起来非常不方便因此，开关电源不仅具备良好的输出质量而且还具有多功能以及一定的智能化，以准确的微机控制取代准确度小的人为操作，在实验开场之前就对一些参数进展预设，这将会给各个领域中的实验研究带来不同程度的便捷与高效 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开展目前，在小功率开关电源的设计中，普遍采用专用集成芯片控制脉宽调制技术使用专用PWM控制芯片具有电路简单、安装与调试简便、性能优良、价格低廉等优点1.2 开关电源简介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PWM (Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制IC和MOSFET构成开关电源和线性电源相比，两者的本钱都随着输出功率的增加而增长，但两者增长速率各异线性电源本钱在某输出功率点上，反而高于开关电源，这点称为本钱反转点随着电力电子技术的开展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这本钱反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的开展空间第二章 开关电源DC/DC电路设计思路2.1 开关电源的工作原理Ui是开关电源的工作电压，即：直流输入电压；K是控制开关，R是负载当控制开关K接通的时候，开关电源就向负载R输出一个脉冲宽度为Ton，幅度为Ui的脉冲电压U当控制开关K关断的时候，又相当于开关电源向负载R输出一个脉冲宽度为Toff，幅度为0的脉冲电压。

这样，控制开关K不停地“接通〞和“关断〞，在负载两端就可以得到一个脉冲调制的输出电压: UUi*Ton/D，其中D=Ton/T，所以可以推导出：UUi*D 如图2.1.1 开关电源工作原理图图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进展电压冲击，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进展能量存储，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的局部电流转化成电荷进展存储， 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2.2 开关电源的常见拓扑构造简介DC-DC变换有隔离和非隔离两种输入输出隔离的方式虽然平安，但是由于隔离变压器的漏磁和损耗等会造成效率的降低，而此题没有要求输入输出隔离，具体有以下几种：拓扑一：降压斩波电路(Buck Chopper)开关管T1受占空比为D的PWM波的控制，交替导通或截止，再经L和C滤波器在负载R上得到稳定直流输出电压U该电路属于降压型电路，能够到达题目要求的5-15V的输出电压如图2.2.1所示图2.2.1降压斩波电路拓扑二：升压斩波电路( Boost Chopper)并联开关电路原理与串联开关电路类似，但此电路为升压型电路，开关导通时电感储能，截止时电感能量输出只要电感绕制合理，不能到达题目要求的5-15V，且输出电压U，呈现连续平滑的特性如图2.2.2所示图2.2.2升降压电路拓扑三：升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)实际卜此电路是在串联开关电路后接入一个并联开关电路。

用电感的储能特性来实现升降压，电路控制复杂如图2.2.3所示图2.2.3 升降压电路2.3 开关电源DC/DC拓扑设计思路2.3.1 DC/DC根本拓扑设计方案本系统采用数字信号转模拟信号并同输出采样的反应信号做加法运算后输入到PWM控制芯片的比拟端，然后由芯片自身根据反应量来自动调节PWM信号的占空比从而到达所需的稳定电压值的目的本系统主要由辅助工作电源、电源模块、单片机控制器等几局部组成，硬件系统框图如图2.3.1所示，其中，输出微机可调电源模块拓扑构造为Buck电路输入滤波DC/DC变换输出滤波电阻控制IC控制脉冲电压反应二极管微机调节信号给定电压采样24V+-图2.3.1硬件系统框图2.4 DC/DC电路实现本设计采用以TL494芯片为核心的PWM控制器TL494是一种性能优良的脉宽阔制控制电路，可作为推挽式、全桥式半桥式开关电源控制器，工作额定频率为lOkHz--300kHz，输出电压可达40V其旗一个线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过一个外部电阻和一个电容进展调节工作温度围：TL494为-40℃-85℃1、2脚和1 5、16脚分别为两个电压比拟器输入端，由于本次设计的电源只对一路电压输出，所以只需要一绸比拟器，所以把15、16脚分别接V，。

地进展屏蔽；然后1脚接反应FB，2脚接标准电压Vrct，通过比拟1、2脚的电位，来控制占空比在本控制器中只剧到了TL494的误差放大器I，战将误著放大器的IN〔16脚〕接地、IN〔15脚〕接高电平为保护TL494的输出三极管，经R26和R25分压，在4脚加接近0.3V的间歇期调整电压R13、C14和C6组成了闭环校正网络，然后通过分析得出该电源的T作频率为30kHz，又因为5、6脚为振荡器的RT. CT输入端，决定工作频率如图2.3.1 TL494部。