基于1138的电感电容

基于数字化控制的小型高效小功率开关电源一、立论依据………………………………………………………………………………31、研究意义……………………………………………………………………..32、国内外开关电源现状及趋势………………………………………………...32.1、非隔离DC/DC技术迅速发展……………………………………..32.2、初级PWM控制IC不断优化……………………………………..42.3、同步整流技术实现高效节能………………………………………52.4、开关电源吹响数字化号角…………………………………………63、嵌入式微控制器现状及趋势………………………………………………..6二、研究方案……………………………………………………………………………….91、研究目标、研究内容………………………………………………………...92、基于数字控制技术开关电源的方案及可行性分析………………………...92.1、基于单片机的开关电源……………………………………………92.2、基于数字信号处理控制的开关电源………………………………102.3、基于嵌入式微控制器的开关电源…………………………………103、课题难点和拟解决的关键问题……………………………………………..11三、时间安排………………………………………………………………………………12四、参考文献……………………………………………………………………………....131.2电阻、电容、电感测试仪的发展历史及研究现状当今电子测试领域，电阻，电容和电感的测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广泛。电阻、电容和电感测试发展已经很久，方法众多，常用测量方法如下。电阻测量依据产生恒流源的方法分为电位降法、比例运算器法和积分运算器法。比例运算器法测量误差稍大，积分运算器法适用于高电阻的测量。传统的测量电容方法有谐振法和电桥法两种。前者电路简单，速度快，但精度低；后者测量精度高，但速度慢。随着数字化测量技术的发展，在测量速度和精度上有很大的改善，电容的数字化测量常采用恒流法和比较法。电感测量可依据交流电桥法，这种测量方法虽然能较准确的测量电感但交流电桥的平衡过程复杂，而且通过测量Q值确定电感的方法误差较大，所以电感的数字化测量常采用时间常数法和同步分离法。在我国1997年05月21日中国航空工业总公司研究出一种电阻、电容、电感在线测量方法及装置等电位隔离方法，用于对在线的电阻、电容、电感元件实行等电位隔离，其特征在于，(1)将一个运算放大器的输出端与其反相输入端直接连接，形成一个电压跟随器；(2)将基准精密电阻(R)的一端与被隔离的在线元件(Z↓[x])的一端通过导线连接，基准精密电阻(R)的另一端与信号源(V↓[i])或者地连接，被隔离的在线元件(Z↓[x])的另一端通过导线与地或者信号源(V↓[i])连接，基准精密电阻(R)与被隔离的在线元件(Z↓[x])连接的一端同时与运算放大器的同相输入端连接；(3)通过导线将运算放大器的输出端与线路板上所有的隔离点(C)连接，隔离点(C)的确定方法是：在线路板上凡是与被隔离的在线元件(Z↓[x])靠近信号源(V↓[i])的一端(A)相连的电阻、电容、电感元件的另一端均为隔离端(C)。中国本土测量仪器设备发展的主要瓶颈。尽管本土测试测量产业得到了快速发展，但客观地说中国开发测试测量仪器还普遍比较落后。每当提起中国测试仪器落后的原因，就会有许多不同的说法，诸如精度不高，外观不好，可靠性差等。实际上，这些都还是表面现象，真正影响中国测量仪器发展的瓶颈为：1.测试在整个产品流程中的地位偏低。由于人们的传统观念的影响，在产品的制造流程中，研发始终处于核心位置，而测试则处于从属和辅助位置。关于这一点，在几乎所有的研究机构部门配置上即可窥其一斑。这种错误观念上的原因，造成整个社会对测试的重视度不够，从而造成测试仪器方面人才的严重匮乏，造成相关的基础科学研究比较薄弱，这是中国测量仪器发展的一个主要瓶颈。实际上，即便是研发队伍本身，对测试的重视度以及对仪器本身的研究也明显不够。2.面向应用和现代市场营销模式还没有真正建立起来。本土仪器设备厂商只是重研发，重视生产，重视狭义的市场，还没有建立起一套完整的现代营销体系和面向应用的研发模式。传统的营销模式在计划经济年代里发挥过很大作用，但无法满足目前整体解方案流行年代的需求。所以，为了快速缩小与国外先进公司之间的差距，国内仪器研发企业应加速实现从面向仿制的研发向面向应用的研发的过渡。特别是随着国内应用需求的快速增长，为这一过渡提供了根本动力，应该利用这些动力，跟踪应用技术的快速发展。3.缺乏标准件的材料配套体系。由于历史的原因，中国仪器配套行业的企业多为良莠不齐的小型企业，标准化的研究也没有跟上需求的快速发展，从而导致仪器的材料配套行业的技术水平较低。虽然目前已有较大的改观，但距离整个产业的要求还有一定距离。所以，还应把标准化和模块化的研究放到重要的位置。还有，在技术水平没有达到的条件下，一味地追求精度或追求高指标，而没有处理好与稳定性之间的关系。上述这些都是制约本土仪器发展的因素。近年来我国测量仪器的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，状况有了很大改观。测试仪器行业目前已经越过低谷阶段，重新回到了快速发展的轨道，尤其最近几年，中国本土仪器取得了长足的进步，特别是通用电子测量设备研发方面，与国外先进产品的差距正在快速缩小，对国外电子仪器巨头的垄断造成了一定的冲击。随着模块化和虚拟技术的发展，为中国的测试测量仪器行业带来了新的契机，加上各级政府日益重视，以及中国自主应用标准研究的快速进展，都在为该产业提供前所未有的动力和机遇。从中国电子信息产业统计年鉴中可以看出，中国的测试测量仪器每年都以超过30%以上的速度在快速增长。在此快速增长的过程中，无疑催生出了许多测试行业新创企业，也催生出了一批批可靠性和稳定性较高的产品。1.1电阻、电容、电感电阻在物理学中，用电阻（Resistance）来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种性质。电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。电阻器简称电阻（Resistor，通常用“R”表示）是所有电子电路中使用最多的元件。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。电容电容（或称电容量）是表征电容器容纳电荷本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。电子制作中需要用到各种各样的电容器，它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似，通常简称其为电容，用字母C表示。顾名思义，电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多，但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔开，就构成了电容器。两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容。电感电感（inductance）是电子电路或装置的属性之一，指的是：当电流改变时，因电磁感应而产生抵抗电流改变的电动势（EMF，electromotiveforce）。电路中的任何电流，会产生磁场，磁场的磁通量又作用于电路上。依据楞次定律，此磁通会借由感应出的电压（反电动势）而倾向于抵抗电流的改变。磁通改变量对电流改变量的比值称为自感，自感通常也就直接称作是这个电路的电感。电感的作用是阻碍电流的变化，但是这种作用与电阻阻碍电流流通作用是有区别的。电阻阻碍电流流通作用是以消耗电能为其标志，而电感阻碍电流的变化则纯粹是不让电流变化，当电流增加时电感阻碍电流的增加，当电流减小时电感阻碍电流的减小。电感阻碍电流变化过程并不消耗电能，阻碍电流增加时它将电的能量以磁场的形式暂时储存起来，等到电流减小时它也将磁场的能量释放出来，以结果来说，就是阻碍电流的变化。1.2测量方法1.2.1伏安法伏安法，即电压表-电流表法，是根据欧姆定律来测量集中元件参数的。该方法使用方便，但测量精确度较差，仅适用于低频测量，比较适合直流电阻的测量。图6.4(a)、图6.4(b)分别为电流表外接、内接的伏安法测量集中参数元件原理图。在忽略电压表、电流表内阻影响的情况下，根据欧姆定律有：Z=U/I当测量直流电阻时，电源为直流电源，则R=Z=U/I当测量电容或电感时，角频率为ω的交流电压作为电源，由电容、电感等效电路的分析可知，二者都可以等效为电阻与电抗的串联，即阻抗的模值Z为XXRZIU22在忽略损耗电阻影响的情况下，存在关系：CX1CIULUIC上述分析中，均忽略了电压表、电流表内阻的影响，实际测量的准确度较低。当被测元件阻抗远大于或者可以与电压表输入阻抗相比拟时，比较适合采用电流表内接的方法；反之，比较适合采用电流表外接的方法。由式（6-1）可知，如果测量时保持两个参数不变，而只改变一个参数，就可以用一个测量仪表进行测量。例如，测量电容时，保持频率和电压不变，则流过电容器的电流I与电容C之间存在单值对应的关系，电流表即可以刻度成电容的单位，该仪表称为法拉计。伏安法可以测量1Ω到数百兆欧范围内的电阻以及1pF到数百微法的电容。阻抗的数字化测量阻抗的测量包括电感、电容、电阻等元器件的测量。阻抗的数字化测量是利用正弦信号图6.4伏安法测量原理图A电源Z(a)V(b)A电源ZV在被测阻抗两端产生交流电压，然后对电压实部和虚部进行分离，最后利用电压的数字化测量来实现阻抗的测量。1.电感元件的测量图6.5为电感-电压（L-V）变换器原理图。图中左半部分为阻抗-电压变换部分；同步检波器实现实部、虚部分离；峰值检波器完成交-直流电压变换，并提供基准电压。U1、U2、Ur都要送到电压表双积分式A/D变换器。经过分析得到：x1r1RRUU（6-2）x1r2LRUU（6-3）分析式（6-2）、（6-3）可见，因为Ur、R1均为常数，只要利用双积分式数字表测出U1、U2来，即可算出Rx、Lx及Qx的大小2.电容元件的测量图6.6为电容-电压变换器的阻抗—交流变换部分，其他部分与电感—电压变换器的结构相似。利用上述方法，可得：rX11URRUU2=－R1UrωCx由此可见，也可以利用数字多用表来实现Cx、Rx及Dx的测量。3.LCR参数测试仪图6.7为LCR参数测试仪原理图ur－∞++运放同步检波器ur峰值检波器R1RxLxUoU1U2Ur图6.5电感—电压变换器同步检波器jurUrcosωt图6.6电容-电压变换器－∞++AurR1RxCxUo6.3电桥法测量集中参数元件电桥法又称为指零法，是利用零指示器作为电桥平衡指示器，根据电桥平衡时，各桥臂之间的关系来确定被测量。该方法的工作频率较宽，测量精度较高，可达10-4，比较适合低频阻抗元件的测量。该方法构成的测量仪器称为平衡电桥或电电桥分为直流电桥和交流电桥两大类，前者用于测量直流电组，后者用于测量电容、电感等参数，在此主要讨论交流电桥。6.3.1交流电桥1.工作原理图6.8为交流电桥原理图，主要由桥体、电源G及平衡指示器P等组成。桥体由Z1、Z2、Z3、Zx四个桥臂组成，桥臂由电阻和电抗元件组成。电源为纯正弦交流电源。当IP=0时，电桥处于平衡状态，电桥平衡条件如下：φx+φ2=φ1+φ3(6-5)由此可见，要使交流电桥完全平衡，必须同时满足式（6-4）和式（6-5），即振幅平衡条件和相位平衡条件。所以当相邻两桥臂为纯电阻时，另外两个桥臂应呈现同性电抗；当某一对角桥臂为纯电阻时，另外一对角桥臂应呈现异性电抗；当两个桥臂由纯电阻构成时，呈现电抗特性的桥臂必须由标准可调电阻和电抗件构成，该电抗件一般选用标准可调电容。于是，当Z1、Z2为纯电阻R1、R2时，满足关系：（6-6）－∞++运放f正弦交流+－+－Rs图6.7LCR参数测试仪原理图iUYZ或oU图6.8交流电桥