数控直流开关电源的设计

数控直流开关电源的设计I数控直流开关电源的设计摘要本设计是根据单片机控制系统应用于开关稳压电源的方法和原理，将单片机数字控制技术，有机地融入直流稳压电源的设计中，设计出一款可调稳压输出的直流开关电源。开关电源采用DC—DC全桥式电路，控制电路采用STC12C5A60S2的单片机，由模拟控制芯片KA7500B产生PWM信号经驱动电路实现对DC—DC开关管的控制，实现电压的稳定输出，通过键盘来设置电源的输出电压，并能够通过液晶直观地显示出电压。该设计分析了各个模块电路和整机的工作原理，给出了整机工作的硬件实现和主要的软件流程设计。具有电压输出范围宽、电流过流设定保护、短路自动恢复、连续可变的电压功能，电压输出调节范围为24.0~40.0V，电流输出最大为2.0A,步进电压0.1V。关键词：直流稳压电源;单片机;PWMIIThedesignofnumericalcontroldcregulatedpowersupplyABSTRACTThisdesignisbasedonsingle-chipmicrocomputercontrolsystemisappliedtothemethodandprincipleofaswitchingpowersupply,digitalcontroltechnology,willbeorganicallyintegratedintothedesignofdcregulatedpowersupply,designedaadjustableoutputvoltagedcswitchingpowersupply.SwitchingpowersupplywithDC-DCfullbridgecircuit,controlcircuitadoptsSTC12C5A60S2MCU,PWMsignalgeneratedbythesimulationcontrolchipKA7500BbydrivingcircuitcontrolsystemfortheDC-DCswitchtube,realizethestableoutputvoltage,throughthekeyboardtosettheoutputvoltageofpowersupply,andcanshowvisuallythroughtheLCDvoltage.Thedesignandanalysistheeachmodulecircuitandworkingprincipleofthemachine,themachineworkonhardwareimplementationisgivenandthemainsoftwareprocessdesign.HasAwiderangeofoutputvoltageandovercurrentprotection,shortcircuitcurrentautomaticrecovery,continuousvariablevoltagefunction,theoutputvoltagerangeof24.0~40.0V,2.0Amaximumoutputcurrent,thestepvoltageof0.1V.Keywords:DCregulatedpowersupply;Singlechipmicrocomputer;PWMI目录错误!未指定书签。1.1研究背景及意义.........................................................错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。3.3单片机的设计..........................................................................................10错误!未指定书签。3.3.2晶振电路...........................................................错误!未指定书签。错误!未指定书签。0错误!未指定书签。1错误!未指定书签。1错误!未指定书签。1错误!未指定书签。2错误!未指定书签。2II错误!未指定书签。3错误!未指定书签。3错误!未指定书签。4错误!未指定书签。5错误!未指定书签。5错误!未指定书签。5错误!未指定书签。6错误!未指定书签。8错误!未指定书签。9错误!未指定书签。0错误!未指定书签。21一、绪论1.1研究背景与意义随着科学的高速发展，电子产品与我们的生活息息相关。任何跟电子有关的，都会需要电源的支撑，随着信息化的普及，在90年代，所谓的开关电源逐渐进入我们的视线，比方各类各样的电子设施。对于开关电源我的理解是一个便于携带并且体积小的一个电源。开关电源的出现给线性电源带来了巨大的冲击，没办法，毕竟时代在进步，我们的科技水平也在进步，所以更加先进、更加可靠、更有效率的开关电源慢慢的出现在世人的眼中。也是逐渐取代线性电源的一个产品，可以说在未来的任何行业中都会有开关电源的影子，它现在已经占据了很大的一部分市场并且这些市场也都在广泛的使用开关电源。尤其表现在电子信息产业，毕竟这个行业需要这样的电源，他们制作的东西越来越便于携带、效率越来越高。所以线性电源也随之被取代。当然在今天还是有一部分的电子产品中的电源依旧没有被取代，但是在不久的将来，我相信开关电源将会在整个市场出现。以及信息类、电子产品的各种电源等都已经开始普遍地应用开关电源，这越发的使开关电源这方面得到了很好的发展。该电源采用的是由单片机开控制电源内部的开关管的导通以及断开的时间，从而保证可以输出一个不变的电压，它是由PWM和金氧半场效晶体管组成。开关电源越来越普及，也越来越精简，功能也越来越全面，所以他很快便普及了各个行业。交换式电源比普通线性电源的体积小，更轻便化，并且便于携带。开关电源是应用于各行各业独特的一个电子设备。它的优势是变换的效率很高、易携带、精准、快速等，很多领域都代替了线性电源。并快速向大功率开发并推进，在此基础上代替了晶闸管相控整流电源[1]。所以说该电源当前以中、小电子装置的普遍技术。在今后的发展过程中，该电源在环境已经能源问题上的运用都有特别的贡献。此应用中的电力电子器件主要都有二极管、金氧半场效晶体管以及绝缘栅双极型晶体管。SCR在开关电源输入整流电路和软启动电路中都有少量的应用，由于GTR驱动困难，开关频率低，所以逐渐被IGBT和MOSFET取代。如今的社会发展以及科技的发展都是进步之快，电源产业也需要像开关电源这样的2可靠性好的电源来支撑，所以该电源的问世也是向世界宣称，世界正在走向一个智能化的时代，以前笨重切效率不高的产品将要淘汰。替代他们的将是不断创新，不断完善的科技新产品，正所谓适者生存，这个道理同样在电子产品中适用。所以电源的不断创新，也正因为它的特点，也是在当今的电子产品行业得到很大的立足。单单从分类来说开关电源都已经领先线性电源很多了，毕竟种类繁多，然而线性电源呢，单一并不可靠。种类繁多进而能够促使这个发展的更快，也正因为这个运用的广泛所以才会出现多种的开关电源。所以在我们今后的发展道路上，应该多去研究下这方面。毕竟开关电源是现在世界的主流1.2国内外发展现状1.2.1国内现状我国的开关电源研制工作最初在60年代初期，中期则开始运用，70年代的时候得到了进一步的发展。74年的时候成功的研制出开关净化稳压电源。国内的的电源产业是60年代中期逐步开始，到90年代，随着电子设备的逐步完善，从而也对系统效率的要求也很高，所以开关电源的发展方向也逐步开始智能化。我国的科技水平虽然在世界方面处于领先的一个地位，但是与一些发达的国家相比的话，那我们的水平还是有很大的不足，但是我们也在不断的进步，并且是以一个飞速发展来形容都不为过，毕竟没有那个国家能在这么短的时间发展的这么迅速，从一个半殖民地的国家，到现在成为一个发展中的国家。目前世界上中国是唯一的一个特例。所以在任何的领域我们都是以一个高速发展的角色进入，当然我坚信在开关电源这方面我们一定能够成为领先的一块。因为我们国家不缺人才，并且我们国家的人员很多，在电子产品的消耗中我们比任何国家都多的多，所以我们需要不断的创新，不断的去制造更加适合人们使用的开关电源。只有这样我们的生活才能更好，我们的电子产品也能得到很好的推广。开关电源也算是一个带动一个行业发展的产品，无论从经济还是从学术的方面来说，我们都需要在开关电源方面等到一个更大的突破。电源产业进入快速发展期。一方面，电源产业规模在扩大；另一方面，我国的在这方面的也开始有了重点的研发。重点为一下部分，一方面是从吸收消化上，另一方面是从跟踪发展到前沿跟踪上，3还有一方面是在基础创新上，我国在该产业方面也研究出一批带有国际性的成果及其先进的产品。我国开展了许多的课题，也在技术方面跟国际接轨，并且很有创新。我国与其他国家相比较，在该产业中，还是有很大的缺陷以及达不到人家那边的标准：比如在产品的性能、制造等明显有十五年的不足，尤其在某方面尤为突出，例如：直流恒流的网络化等明显做的工作还是不够。到现在我国在这上面表现最多学校是华工大以及成都科大，该两所大学主要进行CED的使用以及学习等方面，从而达到数控。国内需要更多的大学去对这方面进行研究，毕竟是一个智能化的时代。1.2.2国外发展状况55年罗那研究出了晶体管直流变换器。当时那个时代是一个再这方面是迅速发展的美国科学家时期，也是晶体管出现的年月，它的诞生使得直流能整流、滤波后输入，不用再重复的进行工频这一步骤，也使得它的领域越来越大，并在此程度上大大的提高了降压变压器开关电源的研究以及产生。这样的一个变压器你们会选择使用么，答案显而易见，所以以往的工频变压器都不用了，然后我们得到了方便、快捷以及又使用的电源。我国在该产业方面的能力还是很欠缺的，尤其像美国这样的国家，我们是无法比拟的，该产品中，我们所生产的产品无法与那些国家相比，他们可以使那些功能很完善，而我们并不能做到这一点，我们需要进一步的去研究，去创新，从而减少这种差距。所有的产品都在走向一个智能化的方向发展，包括电源。开关电源的问世就是这个意思，来告诉大家，在当今这个社会，任何国家都在进步，尤其在制造业，该产业的智能化我们还是有明显的不足，在这个快速发展的世界，我们面临很多竞争跟问题，我们需要客服这些困难，去挑战自己，才能有所进步有所创新。随着国外各项技术的发展，在70年代以后，与这种技术相关的各种高科技电子电气产品不断地研制和生产出来，其中具有代表性元件，使该电源取得了快速的进步。而且在人们的生活中被普遍的应用，在很多领域都有该产品的运用。尤其表现在电子信息产业的发展，在该产品中使用的有太多太多了。所以该领域的研究及其发展还是有很大的空间。不得不说国外在任何行业都是有很大领先，他们在对开关电源不断的研究改进中。使得人们能够用到更准确、更有效率的开关电源。所以开关电源在各个行业的地位显而易见，国外的开关电源毕竟发展的时间比国内要早，虽说科学的4领域是无国界的，但是我们都希望自己本国的科学家能够研制出最新型的开关电源，使其在行业中得到更多的认可。所以开关电源必将取代古老的线性电源，无论是国内还是国外。这将是必然的事情。1.3设计的主要任务及要求在本设计中我们采用单片机控制直流开关电源并非芯片控制，从而能够更加简单的达到一些功能，然而现在更多采用的都是单片机的控制，比如：实现电压的输出范围宽、短路自动回复等。输出电压可调范围：24~40V；最大输出电流：2A；输出噪声纹声电压峰-峰值小于等于1V；DC-DC变换器的效率大于70%；步进值为0.1V；具有过流保护的功能，动作电流IO（th）=2.5±0.2