10.基于单片机控制的程控开关电源研究

摘要:开关电源是当代电子科技技术的产物，用于达到输出电压的稳定，开关电源主要是通过改变脉宽调制（PWM）进行输出电压的改变。

它是一种电力电子装置，广泛应用于各种电子设备、工业、通信、航天航空以及军事等领域。

具有输出电压稳定、噪音小、小型化和轻型化等特点。

为了设计并实现一个单片机控制的开关电源，可以通过软件编程让单片机输出一个PWM 波形给双运算放大电路，双运算放大电路对PWM波形进行变换调压，反馈到DC-DC降压电路进行降压和稳压后输出所需要的电压。

输出电压可以通过按键调节，调节范围在0至25V，电压调节幅度为0.5V，由液晶显示屏实时显示。

单片机控制开关电源，实现电源的智能化，具有输出电压范围大、电压可调和输出电压实时显等优点。

关键字：开关电源,单片机,PWM波形,调节，智能化第一章概述开关电源是改变开关管的通断的时间比较来控制输出电压的大小的电力电子器件。

随着世界科技的快速发展，开关电源成为了人们生命中不可缺少的必需品，其应用于工业、农业、通信、航空和计算机等领域，具有高效率转换、重量小、小体积和高精度等特点。

传统的开关电源系统存在调整之繁琐，电路很繁琐，可靠性低等问题，本文通过对单片机进行编程实现开关电源的有效输出，具体是将常用电源220V交流电通入变压器转换成24V的交流电，经过整流电路得到直流信号，通过电容滤波得到相对干净的直流电分别接入两个LM2596S-ADJ芯片，一个是构成DC-DC降压型电路，一个是构成5V稳压电路，前者是控制输出电压的，后者是给单片机和液晶显示屏供电的。

输出电压的大小由PWM控制，将PWM 波形送到PWM调压电路，进行稳压和调压，并反馈到DC-DC降压电路后输出。

按键能控制输出电压的大小，输出电压能在0-25V范围里可连续调节，步加步减在0.5V，复位按键可以是输出电压恢复到5V，并由液晶显示屏显示。

单片机控制开关电源，具有灵活性好的优势，可根据设计人员的想法进行设计。

基于单片机控制的开关电源论文(经典)目录引言 (3)1 概述................................................ 错误!未定义书签。

1.1 课题来源及意义...................................... 错误!未定义书签。

1.2 课题基本要求........................................ 错误!未定义书签。

1.3 课题相关背景 (1)2 开关电源方案设计 (1)2.1 开关电源工作原理 (1)2.2 开关电源与线性电源的比较 (2)2.3 方案论证 (3)2.3.1方案1 (3)2.3.2方案2 (3)2.3.3方案3 (3)2.3.4方案分析 (3)2.3.5总体结构设计 (3)2.4 难点分析 (5)2.4.1如何提高电源工作频率 (5)2.4.2储能电感的绕制 (5)2.4.3标度转换技术 (6)2.5 控制技术选择 (6)2.6 开关变换器结构分析与选择 (8)2.7 开关电路器件参数选择 (10)2.7.1功率开关管的选择 (10)2.7.2 滤波电容的选择 (11)2.7.3储能电感的选择 (12)2.7.4续流二极管的选择 (12)3 硬件电路设计 (12)3.1 电源电路设计 (12)3.1.1整流滤波电路 (12)3.1.2开关变换电路 (13)3.1.3分压电阻的计算 (13)3.1.4保护电路 (14)3.2 控制电路设计 (15)3.2.1反馈电路设计 (16)3.2.2四位数码显示电路设计 (17)3.2.3单片机与键盘接口电路设计 (18)4 软件设计 (18)4.1 总体编程思想 (18)4.1.1键盘防抖动子程序 (19)4.1.2数码显示子程序 (20)4.1.3采样子程序 (21)4.1.4中断处理程序设计 (22)4.1.5PID控制算法 (23)4.1.6数字滤波 (23)5 系统调试 (24)5.1 硬件模块调试 (24)5.1.1整流滤波电路的调试 (24)5.1.2AD转换的调试 (24)5.1.3脉冲输出电路的调试 (24)5.1.4功率开关管的调试 (25)5.2 电源性能指标的测试 (25)5.2.1开关电源的技术指标 (25)5.2.2输出电压的测试 (26)5.2.3最大输出电流的测试 (27)5.2.4过流保护的测试 (27)5.2.5电压调整率的测试 (27)5.2.6纹波电压的测试 (28)6 结论 (28)谢辞 (29)参考文献 (30)附录 (32)1.3 课题相关背景我国的三极管直流变换器及开关电源的研制工作开始于60年代初期，到了60年代中期进入了实用阶段，紧跟着70年代初开始研制无工频变压器开关电源。

基于单片机控制的开关电源及其设计单片机控制的开关电源是一种高效率、高稳定性的电源系统，常用于电子设备中。

本文将介绍基于单片机控制的开关电源的原理、设计步骤以及相关注意事项。

一、原理1.1开关电源的工作原理开关电源的核心部分是一个开关管，它通过不断开闭来调整输出电压和电流。

当开关管关断时，电源输入端的电压会通过变压器产生瞬态电流，这个电流被蓄能电容器存储在电容中。

当开关管打开时，储存在电容中的能量被释放，通过滤波电感得到稳定的电压输出。

1.2单片机控制开关电源的工作原理在单片机控制的开关电源中，单片机通过控制开关管的开闭状态来调整输出电压和电流。

单片机能够实时监测电源的输入和输出情况，并根据设定的参数进行调整。

同时，单片机还可以实现一些保护功能，如过压、过流、过温等保护。

二、设计步骤2.1确定需求首先要确定开关电源的功率需求、输入电压范围和输出电压范围。

根据需求选择合适的开关管和变压器等元器件。

2.2定义控制策略根据开关电源的工作原理以及需求，确定单片机的控制策略。

可以采用PWM（脉宽调制）控制方法来控制开关管的开闭时间，以实现对输出电压的调节。

2.3确定单片机和外围电路选择合适的单片机控制器，并设计相应的外围电路，包括ADC（模拟数字转换）模块、PWM输出模块、电流传感器等。

2.4编写软件程序根据控制策略，编写单片机的控制程序，并完成软件的调试和优化。

2.5PCB设计与制造根据电路原理图设计PCB布局，并制造相关的电路板。

2.6装配与测试完成PCB板的焊接与装配，进行电源的测试和调试。

三、注意事项3.1安全性开关电源具有高电压、高电流的特点，因此在设计和使用过程中要注意安全性。

应采用合适的绝缘措施，保证电源与其他电路之间的隔离。

3.2效率和稳定性开关电源的效率和稳定性是设计过程中需要考虑的重要因素。

应合理选择元器件，控制开关管的导通和关断时间，以提高电源的效率和稳定性。

3.3EMC（电磁兼容）设计开关电源由于工作频率较高，容易产生电磁干扰。

探究基于单片机控制的程控开关电源本文重点对单片机开关电源的设计和控制进行了分析，希望能够给读者提供一些参考。

标签：单片机;开关电源;设计;控制一、前言开关电源具有体积小、重量轻、效率高等特点，在各领域广泛应用。

特别是当前新电子元件的应用，开关电源技术更是向着可靠性和智能化的方向发展。

二、开关电源模拟控制的种类与特点开关电源的模拟控制方法已经使用了数十年，也形成了一系列的控制方式，大致有3种：脉冲宽度调制方式PWM、脉冲频率调制方式PFM和混合调制方式。

以脉宽调制式（PWM）开关为例，电源AC220V，输入电压经过整流滤波后变成直流电压U，再由功率开关管斩波、高频变压器降压，得到高频矩形波电压，最后通过输出整流滤波器，获得所需要的直流输出电压Uo。

利用误差放大器和PWM比较器构成闭环调节系统。

这种模拟控制电路因为使用元器件多而需要很大空间，这些元器件本身的值还会随着使用时间、温度和其他环境条件的变化而变动，并对系统稳定性和响应能力造成负面影响，不利于模拟系统的测试和维修。

另外，模拟控制的控制响应特性是由分立元器件的值决定的，因此无法为所有电源值或负载点提供最优化的控制响应。

三、开关电源数字控制的特点与应用所谓电源的数字控制，也称为“回路内部的处理器”，是指控制器能在数字域执行所有系统控制算法。

它必须对两个数字串进行比较以产生脉冲宽度来驱动电源开关，而不是使用传统模拟PWM比较器。

它会将所有模拟系统参数转换成数字信号，并在数字域利用这些数据计算控制响应，然后将新产生的控制信息加传至系统。

数字控制电源系统有以下特点：1、以数字信号处理器DSP或单片机为核心，将数字电源驱动器及PWM控制器作为控制对象而构成的智能化开关电源系统。

2、采用“整合数字电源”技术，实现了开关电源中模拟组件与数字组件的优化组合。

3、高集成度，实现了电源系统单片集成化，将大量的分立元器件整合到一个芯片或一组芯片中。

4、能充分发挥数字信号处理器及微控制器的优势，使所设计的数字电源达到高技术指标。

摘要:开关电源是当代电子科技技术的产物，用于达到输出电压的稳定，开关电源主要是通过改变脉宽调制（PWM）进行输出电压的改变。

它是一种电力电子装置，广泛应用于各种电子设备、工业、通信、航天航空以及军事等领域。

具有输出电压稳定、噪音小、小型化和轻型化等特点。

为了设计并实现一个单片机控制的开关电源，可以通过软件编程让单片机输出一个PWM 波形给双运算放大电路，双运算放大电路对PWM波形进行变换调压，反馈到DC-DC降压电路进行降压和稳压后输出所需要的电压。

输出电压可以通过按键调节，调节范围在0至25V，电压调节幅度为0.5V，由液晶显示屏实时显示。

单片机控制开关电源，实现电源的智能化，具有输出电压范围大、电压可调和输出电压实时显等优点。

关键字：开关电源,单片机,PWM波形,调节，智能化第一章概述开关电源是改变开关管的通断的时间比较来控制输出电压的大小的电力电子器件。

随着世界科技的快速发展，开关电源成为了人们生命中不可缺少的必需品，其应用于工业、农业、通信、航空和计算机等领域，具有高效率转换、重量小、小体积和高精度等特点。

传统的开关电源系统存在调整之繁琐，电路很繁琐，可靠性低等问题，本文通过对单片机进行编程实现开关电源的有效输出，具体是将常用电源220V交流电通入变压器转换成24V的交流电，经过整流电路得到直流信号，通过电容滤波得到相对干净的直流电分别接入两个LM2596S-ADJ芯片，一个是构成DC-DC降压型电路，一个是构成5V稳压电路，前者是控制输出电压的，后者是给单片机和液晶显示屏供电的。

输出电压的大小由PWM控制，将PWM 波形送到PWM调压电路，进行稳压和调压，并反馈到DC-DC降压电路后输出。

按键能控制输出电压的大小，输出电压能在0-25V范围里可连续调节，步加步减在0.5V，复位按键可以是输出电压恢复到5V，并由液晶显示屏显示。

单片机控制开关电源，具有灵活性好的优势，可根据设计人员的想法进行设计。

基于单片机控制的开关电源及其设计
开关电源是一种广泛应用于电子设备中的电源，它具有高效率、稳定
性好、体积小等优点。

基于单片机控制的开关电源则是在传统开关电源的
基础上结合了单片机的控制功能，可以实现更精确、智能的控制。

首先，输入滤波模块用于滤除输入电源中的高频噪声，以保证后续电
路正常工作。

整流滤波模块则将输入电源的交流信号经过整流后变为直流
信号，并进行滤波以减小波动。

接下来，开关变换模块是整个开关电源的关键。

该模块中包含了主要
的开关电源拓扑结构，如Buck、Boost、Buck-Boost等。

通过开关元件的
开关动作，实现电源输入电压到输出电压的变换。

在设计中，需要考虑开
关频率、开关管的选择以及辅助器件的设计。

输出滤波和稳压控制模块用于进一步滤除开关变换模块输出电压中的
高频噪声，并稳定输出电压。

可以使用电容、电感等元件来实现滤波功能，并通过反馈控制实现稳压功能。

最后，单片机控制模块通过采集输入电压、输出电压等信号，实时监
控电源的工作状态，并根据需要进行调节。

比如，可以通过PWM信号控制
开关元件的开关频率，从而实现输出电压的调节。

同时，单片机还可以实
现过压、过流、过温等保护功能，提高开关电源的安全性和可靠性。

总结起来，基于单片机控制的开关电源通过单片机的控制功能，实现
了对开关电源的精确控制。

在设计中需要注重滤波和稳压控制模块的性能
选择和设计，同时合理选择开关变换模块的拓扑结构和开关元件，以确保
开关电源的效率和稳定性。

程控开关电源基于单片机控制的分析摘要：利用单片机控制开关电源是一种很好的控制方式，人们一直以来都在追求一种更为合理的解决方案。

传统的用单片机调整输出电压的方式一般是引用PWM和PFM两种波形控制技术来进行软件编程，在具体实现的过程中很复杂。

在本文中，提出了一种新的利用单片机对直流开关稳压电源进行控制的方式，相较于传统的解决方案，该方案更加的简单，可靠性更高。

关键词：单片机；程控开关电源；控制常见的利用单片机控制开关电源的解决方案主要是：一，模数混合，智能控制和智能检测的任务由单片机来承担，用一般的开关电源控制模式来控制电源。

电源的基准电压可以由单片机的一个输出电压来承担，PWM产生的电路还需要具备功率开关。

采用这种方式只是单纯的将原来的基准电压用单片机来替代，输出电压通过用按键输入电源电压值来改变，这样在电源的反馈环中并没有加入单片机。

二，AD用单片机进行扩展，电源的输出电流和电压要进行不断的检测，逆变器通过设定值和电源输出电压的差来进行控制，功率场效应管的关断时间和导通可以通过功率场的改变来稳定输出电压。

输出电压的调整可以通过单片机技术来实现，但是在实施方案的过程中，需要使用PWM和PFM两种波形控制技术来进行软件编程，技术相对很复杂。

在本文中提出的用单片机对直流开关稳压电源进行控制的方式，是PWM波的产生通过单片机来完成，电源输出电压通过AD转换芯片来进行不断的循环检测，然后比较设定值与电源输出电压的差，对单片机输出PWM波所占空比进行直接的控制调解，这样才能使得电源输出电压的稳压得以实现。

[1]通过对PWM脉冲宽度的改变来实现对输出电压的调整。

相较于常用的两种解决方案，该种方法更加简单，同时可靠性也更高。

1设计电源系统1.1设计电源硬件结构程控开关电源基于单片机控制系统如下图1所示，对于该系统来说，它主要包括两部分：一是，控制电路，二是，主电路。

1.2设计单片机系统电路电源设计的核心是设计单片机系统电路，同时需要考虑到控制能力和运算能力及设计成本等，在本文中选用的是STC89C52单片机，它的性价比较高，将其作为核心控制器的系统电路如下图2所示。

基于51单片机控制的开关电源设计一、引言开关电源是一种将交流电转换为直流电的电子设备，广泛应用于各个领域。

本文将以基于51单片机控制的开关电源设计为题，介绍设计的原理和实现过程。

二、设计原理开关电源的设计主要包括输入电路、滤波电路、变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路以及控制电路。

其中，控制电路起到控制和调节输出电压的作用。

在本设计中，我们采用了51单片机作为控制电路的核心，通过编程控制电路的开关状态，实现对输出电压的精准调节。

三、设计过程1. 输入电路的设计：输入电路主要用于将交流电转换为直流电，并对电压进行稳压处理。

我们选择了整流桥和滤波电容作为输入电路的核心元件，通过整流和滤波，将交流电转换为平稳的直流电。

2. 变压器的设计：变压器是开关电源的重要组成部分，用于提高或降低输入电压的大小。

我们根据实际需求选择合适的变压器，使得输出电压与输入电压之间满足所需的关系。

3. 整流电路的设计：整流电路用于将输入电压转换为脉冲电压，我们选择了二极管桥整流电路，通过将输入电压进行整流，得到脉冲电压。

4. 控制电路的设计：控制电路是整个开关电源设计中最关键的部分，我们选择了51单片机作为控制电路的核心。

通过编程，我们可以控制开关管的开关状态，从而实现对输出电压的调节和稳定。

5. 输出电路的设计：输出电路主要用于输出稳定的直流电压。

我们选择了稳压电路和滤波电容作为输出电路的核心元件，通过稳压和滤波，得到稳定的输出电压。

四、实现效果通过以上的设计过程，我们成功实现了基于51单片机控制的开关电源。

通过编程控制，我们可以实现对输出电压的精确调节和稳定控制。

该开关电源具有输出电压稳定、效率高、响应速度快等特点，适用于各种电子设备的供电需求。

五、总结本文以基于51单片机控制的开关电源设计为题，介绍了设计的原理和实现过程。

通过该设计，我们可以实现对输出电压的精确调节和稳定控制，满足各种电子设备的供电需求。

希望本文能为读者提供有关开关电源设计的参考和借鉴，同时也希望读者能够通过自己的努力和创新，设计出更加高效和稳定的开关电源。

基于单片机控制的开关电源的设计开关电源是一种将输入的电能转化为所需输出电能的电源，它具有效率高、体积小、重量轻、可靠性高等特点，被广泛应用于各种电子设备中。

本文将介绍一种基于单片机控制的开关电源的设计。

一、设计原理开关电源的核心是DC-DC变换器，其输入端接受交流电源，通过整流滤波电路将交流电源转化为直流电源，并经过DC-DC变换器将直流电源转化为所需输出电压。

此外，为了实现对输出电压的控制和保护功能，需要使用单片机进行控制和监测。

1.输入电路输入电路由输入滤波电路和整流电路组成。

输入滤波电路主要是为了去除交流电源中的高频干扰，通常采用电容和电感组成的滤波网络。

整流电路将交流电源转换为直流电源，常见的整流电路有整流桥和二极管整流电路。

2.DC-DC变换器DC-DC变换器是开关电源的核心部分，它将输入的直流电源转变为所需的输出电压。

常见的DC-DC变换器有：（1）Buck变换器：输出电压小于输入电压；（2）Boost变换器：输出电压大于输入电压；（3）Buck-Boost变换器：输出电压可大于也可小于输入电压。

3.控制电路为了实现对输出电压的控制和监测，需要使用单片机进行控制。

单片机可以通过PWM技术控制开关管的导通和断开，从而控制开关电源输出电压的大小。

同时，单片机还可以监测输出电压的大小，并进行保护控制，如过压保护、欠压保护、过流保护等。

二、设计步骤以下是基于单片机控制的开关电源的设计步骤：1.确定输入电压范围和输出电压要求，并选择合适的DC-DC变换器电路。

2.根据输入电压和输出电压要求，计算所需的滤波电容和电感值，并选择合适的元器件。

3.根据DC-DC变换器电路的控制方式，设计开关管的驱动电路。

常见的驱动方式有：反馈控制、定时控制、电流控制等。

4. 选择合适的单片机，并进行引脚分配。

常见的单片机有：ATmega8、STM32等。

5.编写单片机程序，实现对输出电压的控制和监测。

程序中需要包含PWM控制部分、过压保护部分、欠压保护部分、过流保护部分等。

基于单片机控制的开关电源的设计开关电源是一种电力转换装置，其工作原理是将输入的电能转换为高频交流电能，经过变压、整流、滤波等处理，输出稳定的直流电压给负载。

它具有体积小、效率高、输出稳定等优点，在各种电子设备中广泛应用。

本文的设计目标是基于单片机控制的开关电源，通过软件程序实现开关电源的控制和保护功能。

下面将从硬件设计和软件设计两方面介绍基于单片机控制的开关电源的设计过程。

硬件设计：1.选择单片机：根据需要选择适合的单片机，常用的有8051系列、AVR系列、PIC系列等。

选择时要考虑单片机的性能、IO口数量、工作电压等参数。

2.电源输入：选择合适的变压器和整流滤波电路，将输入交流电转换为直流电，供给开关电源的PWM控制电路和负载。

3.开关电源的PWM控制电路：使用单片机的PWM输出控制开关电源的工作周期和占空比，从而控制输出电压的大小。

可以使用单片机的IO口连接到MOSFET等开关元件，通过调节IO口的电平和频率来控制开关电源的输出电压。

4.电路保护：为了保护开关电源和负载不受损坏，需要添加过压保护、过流保护、过温保护等电路。

可以使用电压比较器、电流检测芯片等进行监测和保护。

软件设计：1.初始化：在程序运行开始时，对单片机的IO口、定时器等进行初始化设置。

2.输入检测：通过外部引脚读取输入电压和电流的大小，判断是否超出范围。

如果超出范围，则进行相应的保护措施，如关闭开关电源输出。

3.控制算法：根据输入电压和目标输出电压，通过控制占空比调整输出电压的大小。

可以使用PID控制算法等来实现精确控制。

4.输出控制：使用单片机的PWM输出控制开关电源的开关状态和工作周期。

根据控制算法计算的合适占空比，将其作为PWM的占空比输出。

同时，通过监测输出电压和电流的大小，进行闭环控制，使输出电压保持稳定。

5.保护机制：实现过压保护、过流保护、过温保护等功能。

当检测到异常情况时，及时关闭开关电源输出，避免负载和开关电源的损坏。