基于51单片机,开关稳压电源设计

电源模块的集成电路。
1.2.2
国内是从1977年才开始进入电源的初期发展，起步的比较晚、技术也相对比较落后。现在国内的DC/DC模块开关电源市场主要是被国外的品牌所占据，它们覆盖了我国大功率模块电源中的大部分市场和中、小功率模块电源中的一半市场。但是，随着国内技术的不断进步和生产规模的迅速扩大，国外的中小型功率模块电源正在快速的被国产的DC/DC产品所代替。
1.2
1.2.
从20世纪50年代开始，美国宇航局就以小型化重量轻作为发展的目标，为乘载火箭开发第一个开关电源，通过半个多世纪的发展，开关电源逐渐替代了传统技术制做的相控稳压电源，并且广泛的应用在电子的整机设备里。随着集成电路的进展，开关电源就逐渐向集成化方向发展，趋向于小型化与模块化。近20多年来，集成开关电源一直沿着两个方向发展 。第一是向实现集成化开关电源的控制电路方向发展。国外在1977年首先研制成功了脉宽调制控制器的集成电路，美国的Motorola公司、Silicon General公司以及Unitrode公司等先后出现了一系列PWM芯片。随后，国外又相继研制出开关频率达到1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二是向中、小功率的开关电源单片集成化进军。1994年，美国电源集成公司在全世界领先研制成功了三端隔离式PWM型的单片开关电源，它叫做AC/DC电源变换器。之后又先后推出TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列的产品。意-法半导体公司随后也开发出了VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小型功率单片电源系列的产品，并且得到了广泛的应用。直到现在，单片开关电源已经形成了几十个系列、达到了数百种产品。自从单片开关电源开发以来，便显示出了强大的生命力，作为一项具有很大的发展前景、颇具影响力的新产品，开关电源在世界上引起了电源界人士的普遍关注。单片开关电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点，现在己经成为开发中小型功率开关电源、精密开关电源及开关
升压斩波电路目前一般应用于直流电动机传动；用作单相功率因数校正电路；用于其他交直流电源中等等。在如今这个电子科技不断发展的时代，升压斩波电路也一定会不断发展，有更广泛的发展空间。
本文设计了一个基于51单片机的开关稳压电源。以我国市电电压作为输入，经过变压、整流和滤波得到一个直流15V电压，然后以Boost斩波电路为核心，利用51单片机输出PWM，通过按键调节PWM占空比的大小，使得输出直流电压为30V～36V可调，输出最大电流可以达到2A，电压调整率和负载调整率较低，输出噪声纹波电压峰-峰值较小，DC-DC变换器的效率能够达到80%以上。整个电路采用多种保护功能来实现系统的可靠性，而且具有输出电压、电流的显示功能。
方案一：采用变压器升压的隔离型PWM直流－交流-直流变换器电路，这种方法制作的电路效率比较低,开关辐射/纹波比较大，电路也比较复杂。如图2-1。
图2-1间接直流变流电路
方案二：采用以BOOST为核心的升压电路，如图2-2，利用单片机输出PWM驱动MOS管，控制开关管的通断，这种电路输出电压范围宽，而且也相对稳定，单片机低功耗、成本低、抗干扰性强的特点，更好地提高了系统的效率。
人们现在使用的开关电源为我们国家节省了许多的铜材、钢材和广阔的占地面积。随着时代的进步，由于开关电源的变换效率有所提高，能耗也就有所减少，进而降低了电源周围环境的温度，改善了广大工作人员的工作环境。在我国，邮电通信部门大部分采用开关电源，而且还推动了它在其它领域的广泛应用。值得指出的是，电力系统直流操作电源的应用，国家投资4000亿元用于城市网、农村网的供电工程的改变、提高输配电供电质量，它已经开始用开关电源来取代传统的相控电源。我国许多通信公司已相继推出此系列产品，如中兴通讯等。我国目前开关电源自主研发及其生产厂家已达300多家，形成规模的就有十多家。国产开关电源已经占据了相当一部分市场，其中一些大公司自主研发的电源一系列产品已经获得广大群众的认同。因此，在电源市场竞争中具有相当大的优势，并有少量的产品已经开始出口。
关键词：Boost电路；51单片机；PWM；DC-DC变换器
A swiching power supply based on 51 singlechipSCM
ABSTRACT
Power electronic devices such as televisions, computers and mobile communication terminal occupies an important position, it is the basis of all the circuit works correctly. Switching power supplies due to its small size, light weight, high efficiency, wide range of output voltage and other advantages, are applied in various areas of electronic and electrical equipment.
本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。
论文作者签名:
年月日
摘
电源在电视、计算机和移动通信终端等电子设备中占有重要位置，它是一切电路能否正常工作的基础。开关稳压电源由于具有体积小、重量轻、效率高、输出稳压范围宽等优势，被应用于各种电子、电器设备领域。
近年来，随着便携式电子产品的迅速增长，与其配套的电源也具有越来越广泛的市场。由于人们对电子产品的功能及性能的要求不断提高以及对节能环保的重视，高效率及高精度已经成为设计中至关重要的因素，这也是本次设计的主要目的。
Design based on 51 single chip switching power supply. To China mains voltage as entered, after transformer, and rectifier and filtering get a DC 15V voltage, then to Boost chopped wave circuit for core, using 51 single tablets machine output PWM, through press regulation PWM accounted for empty than of size, makes output DC voltage for 30V~36V can adjustable, output maximum current reached 2 a,, voltage adjustment rate and load adjustment rate as low, output noise lines wave voltage peak-peak as small, DC-DC transform device of efficiency can reached 80% above. And using a variety of protective functions to achieve the reliability of the system and the display capabilities of the output voltage and current.
目前我国市场上的开关电源中，功率管基本都采用双极型的晶体管，其开关频率可达到几十千赫；如果是MOSFET管的开关电源，转换频率可达到几百千赫。为了有更高的开关频率，就得采用高速的开关器件 。谐振电路具有兆赫以上开关频率，它可以迅速地提高开关的速度，理论上开关损耗应该为零，噪声也非常小，这是提高开关电源频率的一种方式。
因此，方案二更容易实现题目的要求，选择方案二作为设计的主电路。
图2-2 BOOST斩波电路拓扑结
升压斩波电路的基本原理：分析Boost电路时，首先要假设电感和电容都足够大。当开关处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定不变，同时电容C向负载R供电，因C值很大，基本保持负载电压不变，此阶段L积蓄了一定的能量。当开关处于断态时，E和L共同向C充电，同时向R提供能量。开关的开通和关断受外部PWM信号控制，L将交替的存储和释放能量，L储能后使电压泵升，C将输出电压保持恒定。输出电压与输入电压的关系为U0=(T/toff)*E，可以通过调节占空比来改变输出电压 。
1.
本章主要介绍了研究开关稳压电源的意义、国内外发展状况及本次设计的主要内容。加深了对开关稳压电源的应用、发展方向及发展前景的了解，明确了本设计的重点以及难点，为设计的研究做好准备，对设计有更深的理解，为完成本设计打下坚实的基础。
2
2.
设计开关稳压电源，首先要确定主电路方案，主电路是整个电路设计的核心，选择一个合适的主电路是设计成功的关键。本设计通过间接直流变流和Boost斩波电路两个方案进行选择。
分类号TP303单位代码11395
密级学号1105230236
学生毕业设计（论文）
题目
基于51单片机的开关稳压电源设计
作者
杨晓燕
院(系)
能源工程学院
专业
电气工程及其自动化
指导教师
杨宏斌
答辩日期
2015年5月23日
榆林学院
毕业设计（论文）诚信责任书
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Especially in recent years, with the rapid growth of portable, and its supporting power also have an increasingly wide range of markets. Because of the functional and performance requirements for electronic products continue to improve, as well as on the importance of energy conservation and environmental protection, high efficiency, and high-precision has become essential aspects of design, which is the main purpose of thi、整流和滤波得到一个稳定15V直流电压，然后以Boost斩波电路为核心，采用51单片机输出PWM控制开关管的通断，实现了DC—DC变换。得出适合于设计要求的主电路的结构，并在此基础上设计出具体的驱动电路、控制电路、保护电路。通过按键调节占空比的大小，输出可调电压30V～36V，最大输出电流可以达到2A，电压调整率和负载调整率尽可能低，DC-DC变换器的效率达到80%以上。采用过流保护、滤波保护等多种保护功能，保证了系统的可靠性。根据设计要求以及主电路的结构，对电路中各参数进行计算。最后对电路进行仿真测试，并根据不足进行改进。