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日期:2021-02-22 14:10:25 浏览量: 134

用于机电毕业论文的可编程直流稳定电源的设计与实现摘要在各种电子实验中,电源是最基本的需求。设计高精度的可调输出电源不仅可以满足不同电子实验的要求,还可以满足在同一实验中使用不同电压值进行测试的要求。本文设计了一种高精度可编程电源。电源的功能通过硬件和软件实现。硬件包括支持单片机操作的变压器,整流器电路,滤波器电路,电压调节器电路,反馈电路,保护电路,程序控制电路,显示电路以及复位和时钟电路。 220V的电源电压通过变压器流入系统,经过整流和滤波后变为近似的直流电压,然后在稳压部分稳定后获得稳定的DC输出。稳压部分采用达林顿管作为调节管,运算放大器作为反馈采样后的放大电路,放大电路用于提高调节管的灵敏度和电压稳定性。在软件方面,使用单片机语言编程来控制程序控制部分,即:单片机,D / A和A / D部分。该部分的作用是控制稳压电路部分的输出和参考电压的调节,同时实现高精度的输出,并控制数字管显示输出电压。整个电路的设计是在综合考虑每个模块现有电路的基础上,选择最佳电路来达到设计目标。关键字:直流稳压电源;整改过滤程序控制; D / A; A / D目录第1章简介1 1. 1主题背景1 1. 1. 1电源技术研究的主要成果1 1. 1. 2电源技术的发展趋势2 1. 1. 3电源技术问题2 1. 2本文的结构和主要内容3第2章稳压电源的总体设计4 2. 1低功率整流电路4 2. 1. 1单相半波整流电路4 2. 1. 2单向全波整流电路5 2. 1. 3桥式整流电路6 2. 2滤波电路7 2. 2. 1电容器滤波电路8 2. 2. 2电感滤波器10 2. 3稳压电路11 2. 3. 1稳压电路的指标12 2. 3. 2稳压管基本应用电路13 2. 3. 3系列反馈晶体管稳压器电路15 2. 4本章摘要20第3章硬件部分外围电路设计21 3. 1程序控制部分简介21 3. 1. 1 8051单片机简介21 1. 2] 1. 2 D / A和A / D芯片介绍23 3. 1. 3单片机29的外围电路介绍3. 2数字管显示电路31 3. 3按钮电路32 3. 4保护电路33 3. 4. 1受稳压器保护33 3. 4. 2由二极管组成的过流保护电路34 3. 5本章摘要34第4章系统软件设计35 4. 1概述35 4. 2系统核心命令系统简介35 4. 3软件系统流程简介35 4. 4本章摘要39第5章实验步骤和设计缺陷40 5. 1概述40 5. 2实验方法40 5. 3设计的缺点41 5. 4本章摘要41结论42参考文献43附录145附录246附录347致谢48第1章简介1. 1主题背景DC / DC转换。

常规的稳压电源是串联调节的线性稳压电源YABO88 ,通常由50Hz的工频变压器,整流器,滤波器和串联调节的线性稳压器组成。调节元件在线性放大区域中起作用,并且电流是连续的。调节管消耗大量功率,并且需要更大的散热器。因此,这种电源体积大且效率低,通常只有35%〜60%。同时,承受过载的能力较差,但具有出色的纹波和动态响应特性。开关电源是一种使用现代电力电子技术通过控制开关晶体管的开/关时间比来保持稳定输出电压的电源。开关电源是电源技术的核心,主要分为两类:AC / DC和DC / DC。开关电源去除了笨重的电源变压器,并用数十kHz,数百kHz甚至几MHz的高频变压器代替了它。由于调节管在开关状态下工作,因此功率损耗小且效率高。目前,开关电源技术正朝着轻巧,小巧,薄薄,低噪声,高可靠性和抗干扰的方向发展。新设备和新拓扑理论的出现使开关电源变得越来越可靠,成熟,经济和适用。 1. 1. 1电源技术研究的主要成果经过20多年的不断发展,开关电源技术取得了重大的进步和突破。新功率器件的发展促进了开关电源的高频化。功率MOSFET和IGBT可使中小型开关电源的工作频率达到400KHZ(AC / DC)或1MHZ(DC / DC);软开关技术是高频开关电源再次​​实现电源是可能的。它不仅可以减小电源的体积和重量,而且可以提高电源的效率。国产6KHZ通信开关电源采用软开关技术,效率可达到93%;控制技术的发展和专用控制芯片的生产乐鱼官网 ,不仅大大简化了电源电路,而且大大提高了开关电源的动态性能和可靠性。有源功率因数校正技术(APFC)的发展提高了AC / DC开关电源的功率因数,这不仅是电网的管理谐波污染提高了开关电源的整体效果。

在开关电源的所有应用领域中,通信电源是增长最快的部分。新磁性材料和新变压器的开发,新电容器和EMI滤波器技术的发展以及专用集成控制芯片的成功开发使开关电源得以小型化并提高了EMC性能。微处理器监控技术的应用提高了电源的可靠性,也适应了市场对其智能的要求[1] 1. 1. 2电源技术的发展趋势新型半导体器件的发展使得开关电源供应技术进步的领导者。当前,正在研究高性能碳化硅半导体器件。一旦成功开发,它们对电源技术的影响将是革命性的。此外,诸如平面变压器,压电变压器和新型电容器之类的组件的开发也将在电源技术的发展中发挥重要作用。集成化是电源技术的重要发展方向。通过控制电路的集成,驱动电路的集成和保护电路的集成99体育 ,最终实现了整机的集成生产。集成和模块化减少了外部布线和焊接,提高了设备​​可靠性,减小了电源尺寸,并减轻了重量。高频开关电源的发展趋势是朝着高频,模块化,数字和绿色方向发展。开关电源技术由于应用需求而继续发展万人牛牛 ,新技术的出现将更新许多应用产品并开拓更多更新的应用领域。高频,模块化,数字和绿色开关电源的实现将标志着这些技术的成熟,并实现高效率和高质量电力的结合。

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近年来,随着通信产业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源仅国内市场需求就超过20亿元,吸引了众多的科学与国内外技术人员进行开发研究。 。开关电源替代线性电源和相控电源是一个普遍的趋势。因此,对动力输出系统也有数十亿产值需求的国内市场正在开始并且将很快发展。还有许多以开关电源技术为核心的特殊电源和工业电源正在等待人们的发展[5] 1. 1. 3电源技术中的问题随着半导体技术和微电子技术的飞速发展,集成高速,强大的大规模集成电路的不断出现,导致电子设备的体积不断缩小,重量不断减小。因此,从事这一领域的研究和生产的人们仍然觉得开关电源中的开关变压器并不是很理想。他们正在努力开发效率更高,尺寸更小,重量更轻的开关变压器,或者通过其他方式替代开关变压器,以便满足电子仪器和设备的小型化需求。开发开关电源的科学技术人员目前正在克服一个困难。开关电源的效率与开关管的转换速度成正比,并且开关变压器可用于开关电源中,以从一组输入中获得具有不同极性和大小的多组输出。为了进一步提高开关电源的效率,需要增加电源的工作频率。但是,当频率增加时,对整个电路中的组件有新的要求。

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例如,高频电容器,开关管,开关变压器,储能电感器等都会出现新问题。进一步研究和开发适用于高频操作的相关电路组件是从事开关稳定电源开发的科学技术人员要解决的第二个问题。 ??在线性状态下工作的线性稳压电源具有稳压和滤波的双重功能,因此串联稳压电源不会产生开关干扰,纹波电压输出小。但是,开关稳压电源中的开关管在开关状态下工作,其交流电压和电流将通过电路中的组件产生强烈的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰将污染主电网,并影响附近电子仪器和设备的正常运行。随着开关稳压电源电路的不断改进和干扰抑制措施的发展,在一定程度上克服了开关稳压电源的这一缺点,其程度不妨碍一般电子仪器和家用电器的正常运行。 。但是在某些精密电子仪器中,由于开关电源的这一缺点,无法使用它。因此,克服开关稳压电源的这一缺点并进一步扩大其使用范围是从事开关稳压电源开发的科学技术人员必须解决的第三个问题1. 2。本文本文共分五章,第一章为导论。第二章介绍了核心硬件部分:整流器,滤波器和稳压器。第3章介绍了外围硬件电路:程序控制的显示按钮部分。第4章介绍了支持系统工作的软件部分。第5章介绍了实验方法和设计中的缺点。第2章在电子电路中,通常需要稳定电压的直流电源。

低功率稳定电源的组成如图2-1所示,它由四个部分组成:变压器,整流器,滤波器和稳定电路。图2-1直流稳定电源的组成框图电源变压器将交流电网220V的电压更改为所需的电压值,然后通过整流电路将其更改为脉动的直流电压。由于此脉动直流电压也包含较大的纹波,因此必须通过滤波电路将其滤除以获得平滑的支路电压。但是,该电压也会随着电网电压的波动(通常存在正负10%的波动),负载和温度的变化而变化。因此,在整流和滤波电路之后,还需要稳压器电路。稳压电路的功能是在电网电压波动,负载和温度变化时保持输出直流电压的稳定性。当负载需要高功率和高效率时,经常使用开关稳压电源[6]。 2. 1低功率整流电路2. 1. 1单相半波整流电路单相半波整流电路是最简单的整流电路。图2-2是单相半波阻性负载的整流电路。图2-2在单相半波整流器电路中,T是一个变压器,其功能是将市电220V的交流电压转换为所需的直流电压。 VD是一个整流二极管,其功能是将交流电的方向改变为一个单相的脉动直流电。现在介绍电路的基本原理。交流电源为正半个周期时,即为正负极时。通过施加正向电压来使二极管VD导通,并且通过二极管VD将V2添加到负载电阻RL,并且负载电压V0 = V2是正弦半波电压。

当交流电元件在半个周期内为负时亚博电子竞技 ,即上下时为正。向二极管VD施加了反向电压,因此VD不导通。如果忽略二极管VD的反向泄漏电流,则没有电流流入负载电阻RL,并且负载电压为零。可以看出,由于二极管的单向传导作用,只有一个方向的电流流过负载电阻RL,所以负载电阻RL上的电压V0为单向脉动直流电压,其后的周期相同作为第一个周期。输出直流电压的平均值,即直流电压V0,可以通过下式(2- 1))求出。整流输出是脉动电压,其包含直流成分和交流成分。脉动系数通常是纹波,用系数来衡量,即纹波系数=输出电压的交流分量/输出电压的直流分量的有效值,对于直流电源,纹波越小越好为了获得平滑的直流电压,必须对其进行滤波对于几安培的各种单相整流器,在整流器电路的输出端通常并联一个具有一定电容的滤波电容器C,这是一个半波整流电路的优点是结构简单,元件少机电毕业论文:程控直流稳压电源设计与实现,但缺点是输出波形脉动且直流分量相对较低;变压器半周不导通,并且利用率低;变压器电流包含直流分量,并且容易饱和。因此,它只能用于低输出功率和低负载要求。 2. 1. 2单向全波整流电路单向全波整流电路如图2-3所示。变压器T的次级线圈具有中心抽头,即,获得具有相等幅度和相位差的电压V21和V21。 V22。

当未连接滤波电容器时,当变压器T的次级线圈的交流电压为[1)正和向下(2)为负)时机电毕业论文:程控直流稳压电源设计与实现,VD1以正电压接通,而VD2为因此,电流iD1通过VD1流经负载RL。另一半周期,即,向上(1)为负,向下(2)为正,VD2通过正向导通电压,VD1由反向电压闭合,然后电流iD2通过VD2流经负载RL,负载电流i0 = iD1 + iD2是一个周期中的单向脉动电流,负载电压是双半波,因此平均直流输出电压是单相半波整流电路的两倍,即V0 = 0. 9V2图2-3单相全波整流电路全波整流电路连接到滤波和充电过程与半波整流相同,但是因为V21和V22交替完全通过VD1和VD2给电容器C充电,因此输出电压的脉动小于半波整流。 2. 1. 3桥式整流电路桥式整流电路如图2-4所示。工作原理如下:在V2的正半周期中,VD1和VD4导通,VD2和VD3关断,RL上建立正负脉动电压。如果忽略了二极管的管压降和变压器的内阻,则V0 = V2。并且在V2的负周期中,二极管VD2和VD3导通,VD1和VD4关断,并且在负载RL上仍建立有正负脉动电压。如果忽略了二极管的管压降和变压器的内阻,则V0 = V2。可以看出,有一个电流在正负周期中流过负载电阻RL,并且流过负载电阻的电流方向相同,因此输出电压的DC分量增加,并且纹波分量减少。

桥式整流电路的电压可以估算如下。整流器元件仍然被认为是理想的。在纯电阻负载的情况下,电压的顺时针值为:(2- 2)负载直流电压的平均值为(2- 3))图2-4每个桥式整流电路二极管关闭时,反向电压是相同的,即V2的幅度。即:(3- 4)二极管电流的平均值是负载电流平均值的一半,最大值与综上所述,桥式整流电路的特点是:与半波整流电路相比,在V2和RL相同的条件下,输出直流电压加倍;电流纹波减小;对称电流流经变压器的正,负半周,被充分利用,没有单向磁化问题,因此应用范围更广,但需要4个整流二极管,电路复杂一些。上面简要介绍了几种整流电路,根据其优缺点的判断,因此在我的设计中,采用了桥式整流电路。一方面,它可以充分利用电能。另一方面,由于有现成的整流桥集成组件,因此设计也更加方便。 2. 2滤波电路的交流电源经过整流后,将电路变成脉动的直流电流,其中包含很大的交流分量,为了使设备能够使用纯直流电,必须滤除脉动电压中的交流分量与滤波电路。滤波器电路通常由电抗元件组成,例如在负载电阻的两端并联一个电容器C,或与负载串联一个电感器L,或由电容器和电感器组成的复合滤波器电路。 2. 2. 1电容器滤波器电路电容器滤波器是整流电路,在电路后面,请与负载并联使用多个电解电容器。例如,以桥式电路为例。整流滤波电路如图2-5所示:负载两端并联的电容器C充当滤波器。

分析了负载RL和空载RL两种情况下滤波器电路的工作原理。空载,即RL打开时,电路接通时电容器C上的初始电压设置为零。打开电源后,C通过整流管和变压器的次级进行充电。由于导电二极管的内阻和变压器的次级功率很小,因此充电时间常数非常小,充电电流也很大。只要合理选择元件参数,就不会发生晶体管过热或烧毁的现象。当V2达到其最大值时,Vc也基本上达到其最大值。此后,V2开始减小,并且由于V2的绝对值小于Vc,因此导通的二极管处于反向偏置截止状态。此后,输出电压保持在Vc不变。当V2的负半周期到达时,由于Vc不变,晶体管不再导通。图2-5电容器滤波电路当有负载RL时,将RL设置为固定值。当打开电源并在C上有一个近似峰值电压时,该电压波形如图所示。在t1和t4之间的间隔中,输入电压V2> Vc,VD1,VD2导通,电容器C被充电,并且Vc随着充电过程而上升。在t2之后,V2根据正弦定律减小。当Vc> V2时,整流器VD1,VD2处于反向偏置状态,停止导通;反之,则导通。充电后的电容器开始使负载电阻RL放电,即暂时替换电源以向负载供电。电容器C的放电电压呈指数下降。在时刻t3,V2上升到Vc;在t3之后,-V2> Vc,电容器从放电转换为充电,并且VD3和VD4导通以形成用于负载和电容器的电源路径。 t4之后-V2