直流开关稳压电源的设计【字数：8970】
摘 要随着电子技术的迅速发展，人们对于稳压电源的要求更加多样化。从未来的设计方向上看，稳压电源从安全性不足的串联晶体管调整稳压电源，往高效率、低功耗、小尺寸、轻量级的开关型稳压电源的方向上迅速发展。本文设计了一种直流开关稳压电源，电路主要采用脉冲宽度调制型（PWM）即在开关工作频率恒定的条件下控制导通脉冲的宽度和调整开关晶体管的工作状态，改变调整管截止和导通时间的比率来改变输出电压的大小。当调整管导通时，流过的电流较大，饱和压降小；当调整管截止时，调整管有较高的电压，流过的电流为零。因此调整管工作在开关状态下的功耗非常小。在电源的设计中增加保护电路可以提高系统的可靠性。
目 录
第一章 直流开关稳压电源 1
1.1直流开关稳压电源的设计背景 1
1.2直流开关稳压电源电路 1
1.2.1直流开关稳压电源的组成 1
1.2.2直流开关稳压电源的特点 2
1.2.3直流开关稳压电源的分类 2
1.3直流开关稳压电源的发展 3
第二章 整体设计方案 4
2.1直流开关稳压电源的技术指标 4
2.2控制系统的设计方案 4
2.3系统的总体框图 4
2.4总体系统的设计方案 5
第三章 硬件设计 6
3.1主电路的设计 6
3.2控制电路的分析 6
3.3晶振电路 7
3.4复位电路 7
3.5PWM控制电路 8
3.6按键电路的设计 9
3.7显示电路的设计 9
3.8数模转换电路 10
3.9保护电路的设计 10
3.10元器件清单 11
第四章 软件设计 13
4.1程序流程图 13
4.2程序的编写 13
第五章 系统仿真 18
5.1系统仿真图 18
5.2制作PCB板 20
5.3电路的焊接 21
5.4电路的测试 22
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
/> 附录一：原理图 27
附录二：PCB板制作图 28
第一章 直流开关稳压电源
1.1直流开关稳压电源的设计背景
1995年，美国科学家罗那利用磁芯的饱和研究出了自激振荡的晶体管直流变换器。从那时起，已经使用这一技术研究开发了各种形式的DC变换器[10]。因此，它取代了寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转式机械换流设备。由于晶体管DC变换器中的功率晶体管工作在开关状态的，因此由此制成的稳压电源的输出有极性可变、效率高、体积小、重量轻等特点。因为这些特点，所以他被广泛地应用于航天航空及军事电子等重要行业。由于以前十分落后的微电子设备及技术，不能生产出具有耐压高，开关速度快和高功率的晶体管。因此，在此期间只能使用低压输入和低速直流转换器。
由于微电子技术的讯速发展，高反压晶体管的出现，直流变换器可以直接由220V的交流电压经过整流桥整流、经过电容滤波后输入，可以直接使用。大大地扩大了电源的应用范围。且大大的减小了开关稳压电源的体积。因此，将有一种具有高效率，小尺寸，低功耗和重量轻的DC开关电源[5]。
由于高频技术的提升，使得人们制造出许多高频的元件。使得开关稳压电源的发展迅速，因此开关稳压电源成为各种电源中的佼佼者。
1.2直流开关稳压电源电路
1.2.1直流开关稳压电源的组成
在市交流电压经过整流电路和滤波电路后，它变为具有一定脉动成份的直流电压。将其转换为以方波形式输出的电压，然后对该电压经过整流桥和大电容滤波后，输出直流电压。
它主要由采样电路、比较电路、振荡器、脉冲宽度调制器和参考电压组成[7]。该部分电路是集成的，并已经被制成集成电路，试用于各种开关电源的。为了达到稳定输出电压的目的，主要用于调节开关元件的开关时间比来控制输出。直流开关稳压电源的结构图，如图11所示。
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图11 直流开关稳压电源的结构图
1.2.2直流开关稳压电源的特点
直流开关稳压电源输出类型是单路直流电源。开关型稳压电源它具有高精度，高效率，低重量，且节能环保等特点。它具有过压、过温、过载、短路限流等多种保护[12]功能，可以有效保护好与之相连的产品和电源本身。稳压、稳流可以自动转换，也就可以做稳压电源使用，也可以作为稳流电源使用。设计紧凑，易于操作。过压保护、短路保护、温度保护线路设计合理。使用MOS线性调整的模式，可以提高效率，也能够节能环保。所以此款电源在未来是很有前景的。
开关电源的可靠性更好。与其他电源相比，开关电源的用的时间是最长的。从寿命的角度来看，电源的寿命决定了电解电容和光耦合器等元件的寿命。因此，从设计的角度来看，可以尽可能减少的器件的使用，并且可以提高电源的集成度，从而可以解决电路复杂和可靠性差的问题。同时增加了保护和其他功能，简化了电路，提高了工作效率。
噪声大是开关电源的缺点。追求高频的同时，噪音也会增加。原则上使用部分谐振电路可以增加频率并降低噪声。因此，必须减小噪声对开关电源的影响。
电子系统具有越来越广泛的应用领域，电子设备也变得多样化，大大的扩展了电子设备的市场[3]。电子设备的使用也越来越的小型化和具有成本效益，并且稳压电源的开发也变得更轻、更薄、更小、高效。
1.2.3直流开关稳压电源的分类
直流稳压电源可分为化学电源，线性稳定电源和开关型稳定电源。开关式电源和线性电源之间的区别在于开关型直流稳压电源主要具有单端反激型。它的变压器不是工作在五十赫兹,而是在频率特别高的状态下运行。MOS管是工作在开关状态的。
开关电源的优点是体积小，质量轻，有较好的稳定性；缺点是与线性电源相比纹波较大，抗干扰能力差。AC/DC电源是主电源，它取自电网电压，经过整流滤波后得到一个高压的直流电源，供给DC/DC变换器再供给输出端，使得输出一个或几个稳定的直流电压，以便用于不同的场合。DC/DC电源在通信系统中是辅助电源，他的产生主要是一次电源或直流电池组提供，再经过DC/DC变换以后，它输出一个或多个直流电压。
1.3直流开关稳压电源的发展
在二十世纪八十年代，人类开始使用计算机，电源也开始进入了一个新世界，因此最先使用开关电源的是计算机，相继也就带动了各个领域。在二十世纪90年代，开关电源已经被广泛的运用于工业、农业等各个程领域，它带动了开关电源的迅速发展。
目 录
第一章 直流开关稳压电源 1
1.1直流开关稳压电源的设计背景 1
1.2直流开关稳压电源电路 1
1.2.1直流开关稳压电源的组成 1
1.2.2直流开关稳压电源的特点 2
1.2.3直流开关稳压电源的分类 2
1.3直流开关稳压电源的发展 3
第二章 整体设计方案 4
2.1直流开关稳压电源的技术指标 4
2.2控制系统的设计方案 4
2.3系统的总体框图 4
2.4总体系统的设计方案 5
第三章 硬件设计 6
3.1主电路的设计 6
3.2控制电路的分析 6
3.3晶振电路 7
3.4复位电路 7
3.5PWM控制电路 8
3.6按键电路的设计 9
3.7显示电路的设计 9
3.8数模转换电路 10
3.9保护电路的设计 10
3.10元器件清单 11
第四章 软件设计 13
4.1程序流程图 13
4.2程序的编写 13
第五章 系统仿真 18
5.1系统仿真图 18
5.2制作PCB板 20
5.3电路的焊接 21
5.4电路的测试 22
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
/> 附录一：原理图 27
附录二：PCB板制作图 28
第一章 直流开关稳压电源
1.1直流开关稳压电源的设计背景
1995年，美国科学家罗那利用磁芯的饱和研究出了自激振荡的晶体管直流变换器。从那时起，已经使用这一技术研究开发了各种形式的DC变换器[10]。因此，它取代了寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转式机械换流设备。由于晶体管DC变换器中的功率晶体管工作在开关状态的，因此由此制成的稳压电源的输出有极性可变、效率高、体积小、重量轻等特点。因为这些特点，所以他被广泛地应用于航天航空及军事电子等重要行业。由于以前十分落后的微电子设备及技术，不能生产出具有耐压高，开关速度快和高功率的晶体管。因此，在此期间只能使用低压输入和低速直流转换器。
由于微电子技术的讯速发展，高反压晶体管的出现，直流变换器可以直接由220V的交流电压经过整流桥整流、经过电容滤波后输入，可以直接使用。大大地扩大了电源的应用范围。且大大的减小了开关稳压电源的体积。因此，将有一种具有高效率，小尺寸，低功耗和重量轻的DC开关电源[5]。
由于高频技术的提升，使得人们制造出许多高频的元件。使得开关稳压电源的发展迅速，因此开关稳压电源成为各种电源中的佼佼者。
1.2直流开关稳压电源电路
1.2.1直流开关稳压电源的组成
在市交流电压经过整流电路和滤波电路后，它变为具有一定脉动成份的直流电压。将其转换为以方波形式输出的电压，然后对该电压经过整流桥和大电容滤波后，输出直流电压。
它主要由采样电路、比较电路、振荡器、脉冲宽度调制器和参考电压组成[7]。该部分电路是集成的，并已经被制成集成电路，试用于各种开关电源的。为了达到稳定输出电压的目的，主要用于调节开关元件的开关时间比来控制输出。直流开关稳压电源的结构图，如图11所示。
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图11 直流开关稳压电源的结构图
1.2.2直流开关稳压电源的特点
直流开关稳压电源输出类型是单路直流电源。开关型稳压电源它具有高精度，高效率，低重量，且节能环保等特点。它具有过压、过温、过载、短路限流等多种保护[12]功能，可以有效保护好与之相连的产品和电源本身。稳压、稳流可以自动转换，也就可以做稳压电源使用，也可以作为稳流电源使用。设计紧凑，易于操作。过压保护、短路保护、温度保护线路设计合理。使用MOS线性调整的模式，可以提高效率，也能够节能环保。所以此款电源在未来是很有前景的。
开关电源的可靠性更好。与其他电源相比，开关电源的用的时间是最长的。从寿命的角度来看，电源的寿命决定了电解电容和光耦合器等元件的寿命。因此，从设计的角度来看，可以尽可能减少的器件的使用，并且可以提高电源的集成度，从而可以解决电路复杂和可靠性差的问题。同时增加了保护和其他功能，简化了电路，提高了工作效率。
噪声大是开关电源的缺点。追求高频的同时，噪音也会增加。原则上使用部分谐振电路可以增加频率并降低噪声。因此，必须减小噪声对开关电源的影响。
电子系统具有越来越广泛的应用领域，电子设备也变得多样化，大大的扩展了电子设备的市场[3]。电子设备的使用也越来越的小型化和具有成本效益，并且稳压电源的开发也变得更轻、更薄、更小、高效。
1.2.3直流开关稳压电源的分类
直流稳压电源可分为化学电源，线性稳定电源和开关型稳定电源。开关式电源和线性电源之间的区别在于开关型直流稳压电源主要具有单端反激型。它的变压器不是工作在五十赫兹,而是在频率特别高的状态下运行。MOS管是工作在开关状态的。
开关电源的优点是体积小，质量轻，有较好的稳定性；缺点是与线性电源相比纹波较大，抗干扰能力差。AC/DC电源是主电源，它取自电网电压，经过整流滤波后得到一个高压的直流电源，供给DC/DC变换器再供给输出端，使得输出一个或几个稳定的直流电压，以便用于不同的场合。DC/DC电源在通信系统中是辅助电源，他的产生主要是一次电源或直流电池组提供，再经过DC/DC变换以后，它输出一个或多个直流电压。
1.3直流开关稳压电源的发展
在二十世纪八十年代，人类开始使用计算机，电源也开始进入了一个新世界，因此最先使用开关电源的是计算机，相继也就带动了各个领域。在二十世纪90年代，开关电源已经被广泛的运用于工业、农业等各个程领域，它带动了开关电源的迅速发展。
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