降压斩波电路设计.doc
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重庆交通大学电力电子技术课程设计——直流降压斩波电路学生姓名：周瑶小组成员：周瑶、姜飞、王圆月专业班级：电气工程与自动化2012级1班学学号号：631224060133指导老师：余腾伟老师设计时间：2015至2016学年第一学期目录一、 摘要…………………………………………...…….……………2二、 设计要求与方案……………………………...………….………22.1设计要求…………………………………………………………….………..22.2 方案确定…………………………………………………...……..………….3三、 主电路设计………………………………………...…………….33.1 主电路方案……………………………………………………...…………...33.2 工作原理…………………………………………………………...…….…..33.3 参数分析……………………………………………………………..….…..4四、 电路方案设计……………………………………..……….…….5五、 驱动电路设计……………………………………..………….….6六、 采样模块设计…………………………………….………..…….6七、 显示电路设计……………………………………….……..…….7八、 单片机程序………………………………………….…………...8九、 课程设计总结…………………………………………………..10十、 参考文献………………………………………….………….....10十一、 附图……………………………………...………………….11一、摘要 摘要论文设计基于52单片机的直流降压斩波电路，分析buck电路降压原理，利用STC89C52单片机实现从9V到5V降压电源的设计，利用采样芯片对输出电压采样，用四段八位数码管进行显示，已达到课程设计的要求。
关键字：52单片机、buck电路、采样、显示Abstract This thesis is a design of DC Buck chopper circuit based on 52 SCM.With analysis of the principle of buck circuit,this design use STC89C52 MCU to realize the reduce of the power supply from 9V to 5V. The sampling chip take sample of the output voltage and the four section eight bit digital tube display it.Finally ,this circuit has reached the requirements of curriculum design.Keywords: Buck circuit , 52 SCM , sampling , display二、 设计要求与方案 2.1 设计要求 2.1.1 课程设计目的1、培养文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。
2、培养综合分析问题、发现问题和解决问题的能力3、培养运用知识的能力和工程设计的能力4、提高课程设计报告撰写水平2.1.2 课程设计要求（1） 设计制作一个直流斩波电路，实现9V电压输入到5V电压输出，并显示电压值通过降压斩波电路将高电压转变为稳定的低电压； （2）合理选择IGBT以及各元器件的参数；（3） 驱动电路的设计以及通过单片机控制驱动电路发出控制信号作用于IGBT门极实现降压斩波电路功能 2.2 方案确定电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路，驱动电路，保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能，当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动电路控制电路是用来产生降压斩波电路的控制信号，控制电路产生的控制信号传到驱动电路驱动电路把控制信号转换为加在开关控制端，可以使其开通或关断的信号通过控制开关的开通和关断来控制降压斩波电路的主电路工作三、 主电路设计3.1 主电路方案根据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路，可运用电力电子开关来控制电路的通断即改变占空比，从而获得我们所想要的电压。
这就可以根据所学的buck降压电路作为主电路，这个方案是较为简单的方案，直接进行直直变换简化了电路结构而另一种方案是先把直流变交流降压，再把交流变直流，这种方案把本该简单的电路复杂化，不可取至于开关的选择，选用比较熟悉的全控型的IGBT管，而不选半控型的晶闸管，因为IGBT控制较为简单，且它既具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单等特点，又用通态压降小、耐压高、电流大等优点3.2 工作原理 根据所学的知识，直流降压斩波主电路如下图所示： 直流降压斩波主电路使用一个全控器件IGBT控制导通用控制电路和驱动电路来控制IGBT的通断，当t=0时，驱动IGBT导通，电源E向负载供电，负载电压=E，负载电流按指数曲线上升电路工作时波形图如下图所示：降压电路波形图 当时刻，控制IGBT关断，负载电流经二极管续流，负载电压近似为零，负载电流指数曲线下降为了使负载电流连续且脉动小，故串联L值较大的电感至一个周期T结束，再驱动IGBT导通，重复上一周期的过程当电力工作于稳态时负载电流在一个周期的初值和终值相等，负载电压的平均值为 为IGBT处于通态的时间；为处于断态的时间；T为开关周期；α为导通占空比。
通过调节占空比α使输出到负载的电压平均值最大为E，若减小占空比α，则随之减小由此可知，输出到负载的电压平均值Uo 最大为U i，若减小占空比α，则Uo 随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路3.3参数分析主电路中需要确定参数的元器件有IGBT、二极管、直流电源、电感、电阻值的确定，其参数确定如下：实验材料为L=1mH，R=30计算电感断续与连续时的临界频率零状态响应：当时，之后为零输入：当时间，选用占空比为50%时，周期T=，则临界频率选取作为开关管的频率四、 电路设计方案控制芯片为STC89C52此控制芯片没有内置AD采样电路，所以需要自己添加采样电路，我们选取ADC0809作为采样芯片，考虑需要显示3位数字，四位八段共阴极数码管足够满足要求驱动芯片选取IR2103半桥功放，因为驱动芯片的地与主电路的地需要隔开，所以加一个光耦进行隔离如下图：五、 驱动电路设计IR2103是半桥驱动器，也可以用两个组成H桥驱动HIN输入高电平HO就输出高电平，但这个电平是相对Vs而言的；LIN输入低电平LO就输出低电平，但这个电平是相对COM而言的自举电容的作用是提供高端驱动的电源VB，高端驱动输出TC是高频振荡的，当上管导通时是高压端电压，当下管导通时是低电平，当TC为低电平时，由Vcc经二极管给自举电容充电之接近Vcc电压，Vcc同时给VB供电，当TC为高电平时，二极管截至，自举电容放电给VB供电。
自举电容只有在高频振荡时才能起作用因为我们只需要驱动一个MOS管，所以我们简化电路采用低边输出，将二极管和电容去掉，HIN接地光耦选取4N25，因为单片机的驱动能力有限，光电二极管采用上拉电阻与单片机接口连接如下图：六、 采样模块设计ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换分辨率为8位，具有转换起停控制端，转换时间为100μs(时钟为640KHz时)，130μs（时钟为500KHz时），单个+5V电源供电模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准工作温度范围为-40～+85摄氏度，低功耗约15mW原理图与引脚图如下所示：各引脚功能：IN0～IN7：8路模拟量输入端2-1～2-8：8位数字量输出端ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入端，产生一个正脉冲以锁存地址START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
EOC： A/D转换结束信号，输出端，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平OE：数据输出允许信号，输入端，高电平有效当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量CLK：时钟脉冲输入端要求时钟频率不高于640KHzREF（+）、REF（-）：基准电压Vcc：电源，单一+5VGND：地我们选取IN0作为输入，则ADDA、ADDB、ADDC三个引脚都接地，为了节约单片机内部资源采用定时等待方式进行采样七、 显示电路设计STC89C52单片机可以直接驱动八段数码管，因为是共阴极数码管，则高电平点亮段选低电平选中位选如下图：八、 单片机程序/* 名称：ADC0809 数模转换与显示说明：ADC0809 采样通道 0 输入的模拟量，转换后的结果显示在数码管上/#include
