单片机控制的数字开关电源开题报告-(2)

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）开题报告题目：单片机控制数字开关电源的设计系（部）机电工程系专业机械制造及其自动化学生学号班号指导教师开题报告日期2011年10月12日哈工大华德学院说明一、开题报告应包括下列主要内容：1．通过学生对文献论述和方案论证，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容和要求。2．进度计划是否切实可行。3．是否具备毕业设计所要求的基础条件。4．预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施。5．主要参考文献。二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。三、开题报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在系（部）保存，以备检查。指导教师评语：1.指导教师签字：检查日期：2.一、课题研究现状,选题的目的和意义随着社会经济的不断发展，人们生活水平的不断提高。任何电器和电气设备要正常工作都离不开电源供电，由于开关电源具有体积小、功率密度大和工作效率高的一系列优点，开关电源在人们的工作和生活中得到了广泛的应用。据了解，目前工作效率、待机损耗和功率因数是在开关电源的设计、生产和使用过程中需要引起重视的重要问题。另一方面开关电源产品的使用方便性、构建和调整灵活性、维护方便性等性能也受到人们越来越广泛的关注，而要满足以上有关技术要求，离不开单片机的控制。二、国内外在该方向的研究现状及分析目前，开关电源已经进入一个全新的发展时期。各种新技术不断涌现，新工艺被普遍采用，新产品层出不穷。可以从以下几个方面来了解开关电源的现状和发展趋势：（1）新型功率半导体器件及磁性材料的发展。经过20多年的不断发展，新型功率半导体器件的研发为开关电源的高频化奠定了基础。现在处于探索阶段的高性能碳化硅半导体器件在高温、高频、大功率、高电压、光电子及抗辐射等方面具有巨大的应用潜力，一旦研制成功，将会对开关电源产生革命性的影响。此外，平面变压器、压电变压器以及新型电容器等元器件的发展，也将对开关电源的小型、薄型及轻量化起到重要作用。（2）软开关技术真正实现了开关电源的高频化，它不仅减少了开关电源的体积和重量，而且提高了开关电源的效率。采用软开关技术，在理想的情况下，可以使开关损耗降为零，提高了效率，同时也使电磁干扰大大减小，因而也有助于进一步提高开关频率，使得开关电源进一步向体积小、重量轻、效率高、功率密度大的方向发展。（3）功率因数校正(PFC)技术可以降低开关电源对电网的谐波污染，提高AC/DC开关电源的功率因数。它在整流电路和滤波电容之间加入了PFC电路，使得输入电流能够跟踪输入电压，保持了输入电流的正弦波不发生畸变，从而将开关电源的功率因数提升到接近于1。这样一来，既治理了电网的谐波污染，又提高了开关电源的整体效率。（4）同步整流技术已经成为提高开关电源效率的重要途径。下一代微处理器的发展趋势要求具有更低输出电压(≤1V)的开关电源。为了提高微处理器的工作频率，加快其处理数据的速度和能力，并且要求有足够的能量以保证微处理器的正常工作，这就要求开关电源在输出足够低的电压的同时输出相当大的电流。同步整流技术的核心是用MOSFET代替肖特基二极管用于开关电源输出端的整流。目前，同步整流技术在低电压、大电流的开关电源中应用最为广泛。（5）集成化、模块化是开关电源的一个发展方向。集成化是指采用多层厚膜衬底技术将元件、驱动逻辑及相关的保护电路集成到一块芯片上，使之实现预期的功能。近20多年来，集成开关电源沿着两个方向不断发展：一是对开关电源的控制电路实现集成化；另一类是对中、小功率开关电源实现的单片集成化。模块化是指功率器件以及单元电路的模块化。模块化不仅使得用户使用方便灵活，更主要的是取消了传统的连线，把寄生参数降到最小。集成化和模块化不仅减少了开关电源的连线和焊接，提高了可靠性，还缩小了体积、减轻了重量。（6）饱和电感的开发和应用。饱和电感是带铁芯（无空隙）的线圈，其特点是铁芯的饱和程度和电感量随着通过的电流大小而变化。在开关电源中，应用饱和电感可以吸收浪涌、抑制尖峰、消除寄生振荡，并使与之串联的快恢复二极管损耗减小。随着对开关电源技术研究的不断深化，不但开关电源的性能将获得进一步的提高，而且将在电源领域内大放异彩。三、设计（论文）的基本内容设计内容：（1）总体方案的确定（2）电源主电路的设计（3）主控制方案的设计（4）单片机软件的设计（5）输入与显示及保护电路的设计技术要求（1）输入电压：220V，50HZ（2）输出电压：0－30V；（3）输出电流：1－1A；（4）具有输出电压和输出电流的显示功能，显示位数3位四、研究方案及预期达到的目标设计一个具有输出电压0－30V可调，最大输出电流1A，输出电压与电流数字显示，具有输出过载及短路保护功能的数字开关稳压电源,开关电源就是通过电路控制开关管进行高速的导通与截止，将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压。五、为完成课题已具备和所需的条件采用C8051F350单片机和STC12C5616AD单片机实现对基于控制PWM的不对称半桥式功率变换器的数字控制，实现直流输出电压的设定和步进的连续调整，最大输出电流为1A。同时实现了对输出电压和输出电流的显示等功能。系统主要包括控制开关电源模拟电路部分和单片机组成的数控部分。六、预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施由于单片机的性能不是很稳定所以设计的电源抗干扰能力要强。单片机通过外接A/D转换芯片进行采样，采样后对得到的数据进行运算和调节，再把结果通过D/A转换芯片转换后传到PWM（脉冲宽度调制(PWM)，是英文“PulseWidthModulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。）芯片中，实现单片机对开关电源的间接控制。这种方法的技术已经比较成熟，设计方法容易掌握，而且对单片机的要求不高，成本比较低。但是，由于控制电路要用多个芯片，电路比较复杂。单片机经过A/D和D/A转换，有比较大的延时，势必会影响开关电源的动态性能和稳压精度。虽然某些单片机产品集成了PWM输出，但是开关电源往高频化方向发展，一般单片机的时钟频率有限，产生的PWM输出频率和精度成反比，无法提供足够频率和精度的PWM输出信号。七、进度安排1．9月26日—10月12日课题调研与撰写毕业设计课题开题报告2.10月13日开题答辩3．10月14日—11月10日（1）总体方案设计与结构布局（2）产品结构设计计算（3）产品总装设计4.11月11日（1）中期检查（2）部件装配图及零件图设计5.11月12日—12月10日完成全部设计任务6.12月11日—12月20日改进结构设计，完善结构，编写设计说明书；7.12月21日上交论文，及毕业设计材料。8.12月22日—12月24日导师交叉批阅论文9.12月25日—12月28日为毕业设计答辩。八、参考文献[1]张占松，蔡宣三。开关电源的原理与设计（修订版）北京:电子工业出版社,2004[2]刘胜利，现代高频开关电源实用技术。北京:电子工业出版社,2001[3]胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社，1996[4]张友德，赵志英，涂时亮.单片微型机原理、应用与实验.复旦大学出版社，2002[5]谢筑森.单片机开发与典型应用设计.中国科学技术大学出版社,1997[6]高洪志.MCS51单片机原理及应用技术教程.人民邮电出版社,2009[7]张景田.画法几何及机械制图.哈尔滨工业大学出版社,2005[8]王连明.机械设计课程设计.哈尔滨工业大学出版社,2008[9]刘显忠.电工技术基础.人民邮电出版社,2009[10]高洪志.微型计算机原理及应用.人民邮电出版社,2009九、备注