孙运晓开题报告要点.docx

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孙运晓开题报告要点

本科生毕业设计开题报告

题目：

基于UC3844与STC89C52的双核150W反激式开关电源设计

学　号：

126711210

姓名：

孙运晓

专业名称：

测控技术与仪器

班级：

测控技术与仪器一班

指导教师：

燕芳老师

前言2

第一章文献综述3

1.1现在市场需求3

1.2国内的研究现状4

1.3国外的研究现状4

第二章目的及意义5

2.1目的及意义5

2.2开关电源的技术发展趋势5

第三章课题内容及实施方案6

3.1UC3844开关电源电路原理分析  6

3.2反激式开关电源介绍  7

3.3输出显示部分8

3.4Cvi简介9

3.5输出反激式整流滤波电路    11

3.7实施方案11

3.8总结11

第四章课题进度安排12

参考文献13

前言

20世纪70年代以来，具有效率高、功率密度高、电压调整率高、体积小、重量轻等诸多优势的高频开关电源取代传统的线性稳压电源，广泛应用于计算机、邮电通信、焊接、冶炼、电解、电镀和热处理等设备中。

当前，世界上开关电源产业迅速向我国转移，使得我国成为世界上最大的开关电源生产基地，国内从事开关电源产品研究和开发的企业迅速发展，迫切需要大量的研究开关电源的人才。

然而，由于开关电源产品的品种规格非常多，并具有一定的针对性，即使是国际著名的电源制造商，其市场占有率也不高，这为国内不同层次的中小电源制造企业提供了生存和发展空间。

因此，大力推广和普及开关电源实用技术，以提高国内电源产品设计水平，具有重要意义。

第一章文献综述

1.1现在市场需求

开关电源是利用现代电力电子技术，采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率（占空比），调整输出电压，维持输出稳定的一种电源。

早在20世纪80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机电源换代，进入90年代开关电源已广泛应用在各种电子、电器设备，程控交换机、通讯、电力检测设备电源和控制设备电源之中。

开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。

开关电源和线性电源相比，两者的成本都随着输出功率的增加而增长，但两者增长速率各异。

线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。

随着电力电子技术的发展和创新，使的开关电源技术也不断的创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，从而为开关电源提供了广阔的发展空间。

　　开关电源高频化使其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源更进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高技术产品的小型化、轻便化。

另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

模块化是开关电源发展的总体趋势，可以用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N+1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。

针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化，其噪声也必将随着增大，而用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，使得多项技术得以实用化。

　　电力电子技术的不断创新，开关电源产业有着广阔的发展前景。

要加快我国开关电源产业的发展速度就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。

1.2国内的研究现状

目前国内市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫；采用MOSFET的开关电源转换频率可达几百千赫。

为提高开关频率，必须采用高速开关器件。

对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。

它可以极大地提高开关速度，理论上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种方式。

采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化。

1.3国外的研究现状

 美国近20年来，集成开关电源沿两个方向发展。

第一个方向是对开关电源的控制电路实现集成化。

1977年国外首先研制成脉宽调制（PWM）控制器集成电路，美国Motorola公司、Silicon General公司、Unitrode公司等相继推出一系列PWM芯片。

近些年来，国外研制出开关频率达1MHz的高速PWM、PFM芯片。

第二个方向是实现中、小功率开关电源单片集成化。

1994年，美国电源集成公司（Power Integrations）在世界上率先研制成功三端隔离式PWM型单片开关电源，其属于AC/DC电源变换器。

之后相继推出TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、peakSwitch、LinkSwitch等系列产品。

意-法半导体公司最近也开发出VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小功率单片电源系列产品，并得到广泛应用。

以上国内外的研究经验以及市场需求为本课题研究提供了宝贵的经验。

所以我决定做基于UC3844与STC89c52双核150W反激式开关电源的设计。

在以往的基础上进行一些改良。

使其更实用，更符合市场以及以后的发展。

第二章目的及意义

2.1目的及意义

电源电压的变换，要有一种基础的技术，使得变换简单，成本低，体积重量小，容易控制输出的电压，变换方式等。

由此，产生一种电源变换技术。

叫做开关电源技术。

这种技术的核心就是先将电压能量同意变成直流。

然后切成隔离脉冲，通过脉冲的占空比实现控制量的输出多少。

来调节输出电压的目的。

通过对本设计——基于UC3844与STC89c52双核150W反激式开关电源的研究， 实现四路直流输出，分别是24V.-15V.15V.5V,实现在数码管显示输出以及上位机显示波形。

2.2开关电源的技术发展趋势

一、小型化、薄型化、轻量化、高频化

开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可、能减小其中储能元件的体积；在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。

因此，高频化是开关电源的主要发展方向。

二、高可靠性

开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。

从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。

所以，要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度。

这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。

三、低噪声

开关电源的缺点之一是噪声大。

单纯地追求高频化，噪声也会随之增大。

采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。

所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。

四、采用计算机辅助设计和控制

采用CAA和CDD技术设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。

在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实时检测、记录并自动报警等。

第三章课题内容及实施方案

3.1UC3844开关电源电路原理分析  

UC3844是美国Unitrode公司（已被TI公司收购）生产的高性能电流型脉宽调制器（PWM）控制器。

早期的PWM控制器是电压控制型的,常用的电压型PWM控制器有TL494、TL495、SG3524、SG3525等。

电压型PWM是指控制器按反馈电压来调节输出脉宽,电流型PWM是指控制器按反馈电流来调节输出脉宽。

电流型PWM是在脉宽比较器的输入端,直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较,从而调节占空比,使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。

由于结构上有电压环、电流环双环系统,因此,无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高,是目前比较理想的新型PWM控制器。

如下3.12图示UC3844的内部框图

图3.1电压型pwm控制系统

3.2反激式开关电源介绍  

开关电源的基本组成如图3.21所示，其中，DC/DC变换器用以进行功率变换，它是开关电源的核心部分；驱动器是开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号进行放大和整形，以适应开关管的驱动要求；信号源产生控制信号，该信号有它激或自激电路产生（本次课程设计要求它激）。

比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值，、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，以达到稳定输出电压值的目的。

除此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等电路。

下图开关电源的基本组成 ，开关电源典型结构有串联开关电源结构、并联开关电源结构、正激开关电源结构、反激开关电源结构、半桥开关电源结构、全桥开关电源结构等。

这里重点介绍一下反激开关电源结构。

反激开关电源如图3.22所示，当功率开关管VT导通时，输入端的电能以磁能的形式储存在变压器的初级线圈N1中，由于同名端关系，次级侧二极管V1不导通，负载没有电流通过。

当功率开关晶体管VT断开时，变压器次级绕组以输出电压U0为负载供电，并对变压器进行消磁。

3.21开关电源的基本组成

3.22反激式开关电源

3.3输出显示部分

PWM波是利用单片机定时中断去确定脉冲波的周期，并且通过两个按键自增和自减某个变量送至中断中，通过此变量去分配高低电平各自占用的时间，形成不同的占空比，即假设一个周期满额比例值为10，则高电平保持时间的比例为该变量值，那么低电平保持时间的比例就是10减去该变量值。

 如图3.31所示为单片机的外部接线图，其中省略了单片机最小系统，此图即可利用89SC52单片机设计出满足周期为10ms、初始占空比为50%、占空比调节范围为0～100%的PWM脉冲发生器。

占空比调节范围是指高电平保持时间为0～10ms，那么低电平保持时间就是10ms～0。

P0.7脚为PWM波输出口，作为PWM脉冲信号发生器可连接其它电路，连接数码管或上位机去观察波形的占空比变化情况，P2.0脚为自增按钮控制端，每按一次高电平保持时间增加1ms，P2.1脚为自减按钮控制端，每按一次高电平保持时间减少1ms。

图2所示为初始50%占空比的波形图以及20%、40%、60%和80%占空比的波形图，以此看出PWM的变化。

图3.31单片机外部接线图

图3.32五种不同占空比的波形图

3.4Cvi简介

随着电子技术、计算机技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器领域的应用，新的测试理论、测试方法、测试领域以及仪器结构不断出现，电子测量仪器的功能和作用也发生了质的变化，仪器与计算机技术的深层次结合产生了全新的仪器结构概念——虚拟仪器。

它的出现使测试仪器与计算机之间的界限消失，从此开始了测量仪器的新时代。

虚拟仪器强调软件的作用，提出了“软件就是仪器”的概念。

随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展，仪器技术领域发生了巨大的变化，美国国家仪器公司（National Instruments,简称NI）于20世纪80年代中期首先提出基于计算机技术的虚拟仪器的概念，把虚拟测试技术带入新的发展时期，随后研制和推出了基于多种总线系统的虚拟仪器。

经过十几年的发展，虚拟仪器技术将高速发展的计算机技术、电子技术、通信技术和测试技术结合起来，开创了个人计算机仪器时代，是测量仪器工业发展的一个里程碑

 由软件编程来实现的虚拟仪器测量功能 。

在以PC为核心的硬件平台支持下，虚拟仪器不仅可以通过软件编程设计来实现仪器的测试功能，而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能。

因此在硬件平台确定后就有了“软件就是仪器”的说法，这也体现了测试技术与计算机计算的深层次结合。

本设计基于CVI编程与PC机联系现实输出的直流电波形。

如下图

图3.41pc机显示

3.5输出反激式整流滤波电路    

 3.51反激式整流电路

如上图中的T1为开关变压器，其初极和次极的相位相反。

D1为整流二极管，R1、C1为削尖峰电路。

L1为续流电感，R2为假负载，C4、L2、C5组成π型滤波器

3.7实施方案

选择硬件方面：

采用单片机STC89C52和CU3844做主控芯片。

显示方案1、输出四路稳定直流电经A/D装换然后在单片机在数码管显示屏上显示输出波形，用一个按键控制四路输出波形的切换。

方案二用上位机在电脑上实现四路输出波形的显示。

在显示方案中，两者均选取，

电源方案、以UC3844为核心控件，输入220V交流电，经整流、虑波转变为交流后，由开关管变压器处理输出四路不同的直流电压。

此方案较为实用，所以，在电源方面采用此方案。

3.8总结

通过为期三周在XX文库、中华知网、超新星阅读器等文献检索与查阅网站对我所选作题目“基于UC3844与STC89c52双核150W反激式开关电源的设计”相关资料的查阅，我最终选定设计基于UC3844与STC89c52双核150W反激式开关电源的设计综合以上文献，现确定我选做题目的设计方案和成果期望为：

基于UC3844与STC89c52双核150W反激式开关电源的设计为整流模块、滤波模块、主控电路模块、反馈模块、电压与频率测量显示模块、脉宽调制电路几部分。

第四章课题进度安排

三月底完成总体方案

四月初到四月中旬完成主电路及控制电路设计

四月底完成实物并进行调试

五月风完成论文

参考文献

[1]张占松，蔡宣三《开关电源的原理与设计》，电子工业出版社，2002

[2]杨旭,裴云庆，王兆安《开关电源技术》，机械工业出版社，2004

[3]3eithBillings《开关电源手册》（第2版），人民邮电出版社,2006

[4]王英剑，常敏慧，何希才《新型开关电源实用技术》，电子工业出版社

[5]何立民,张俊谟.单片机中级教程：

第2版[M].北京：

北京航空航天大学出版社,2002.

[6]吴金戌,沈庆阳,郭庭吉.8051单片机实践与应用[M].北京：

人民邮电出版社,2003.

[7]贺小光,蓝讽,陈敬艳.PWM可调直流稳压控制电源电路的设计研究[J].东北师大学报

[8]胡君臣，用UC3842芯片设计开关电源仪表技术。

2015.3、79-80

[9]文露,谢运祥.  开关电源多路输出技术控制方法综述[J]. 电源技术应用. 2009（06）

[10]付英明.  多路输出器[J]. 工业仪表与自动化装置. 1986（05）

[11]李帜.  多路输出光控器[J]. 电气时代. 1989（02）

[12]晏勇.  基于先进技术多路输出电源研究与设计[J]. 自动化技术与应用. 2014（02）

[13]杨刚,杜建华,彭政,张之梁.  星载多路输出正激变换器的新型优化方法[J]. 电力电子技术. 2014（10）

[14]金杰,于志辉,李可佳.  新型多路输出数字调压电路的设计[J]. 电路与系统学报. 2012（02）

[15]陈世杰,顾亦磊,吕征宇.  一种多路输出军用车载电源的设计[J]. 电源技术应用. 2003（11）

[16]孙活,吴琼.  多路输出直流稳压源的工作原理及设计研究[J]. 硅谷. 2014（11）

[17]吴冬梅,蔡丽娟.  开关电源的多路输出技术发展综述[J]. 电源世界. 2006（11）

[18]周琛.  一种多路输出开关电源控制器[J]. 电源技术应用. 2005（12）