基于AVR单片机数字开关电源最小系统的研究

论文摘要

随着电力电子技术的快速发展,开关电源得到了广泛的应用,日新月异的高科技产品对开关电源提出了更高的要求。现有的电源广泛采用TL494、UC3875等专用电源芯片来驱动开关管,这些特定的电源芯片本身不可编程,可控性差,难以扩展,不易升级和维修,具有模拟电路难以克服的由温漂和老化所引起的误差,无法保证系统始终具有高精度和可靠性。但是数字控制完全可以解决这些问题并且还可以实现复杂的控制策略。采用数字控制具有更高的稳定性、可靠性和灵活性,并易于实现电源的智能化,同时也可以缩短新产品的开发周期。近年来随着数字控制方法、数字控制电路结构的发展以及市场需求的驱动,数字控制电源在电源领域里的优势将会越来越明显。在此基础上,本文利用仿真软件平台,对数字开关进研究。论文首先介绍了数字控制的特点、优势和目前的市场现状,指出了控制在应用中面临的挑战,对电源的数字控制技术进行了深入研究,包括数字控制器的设计方法、控制策略、控制算法等现存于数字控制系统中的一些主要问题。其次,通过对系统性能指标的分析,设计出系统方案,接着对主电路进行分析,设计出主电路的硬件参数,并利用仿真软件对主电路进行仿真,以验证设计目的。然后,采用模拟化方法设计数字控制器并利用仿真软件进行分析。数字PID算法在开关电源的数字控制中发挥重要的作用,但是PID参数的整定是个难题,整定方法一般有扩充临界比例度法、扩充响应曲线法、PID归一参数整定法,这些方法设计的PID参数都是通过经验获得的,精确度不高。因此,在本文中PID参数的整定是利用时域和频域指标相结合的方法,这种方法简捷、快速,而且设计的参数准确度高。最后,对系统硬件的设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 数字开关电源的现状
• §1-2 数字开关电源的概述
• 1-2-1 数字开关电源的优势
• 1-2-2 数字开关电源的特点
• 1-2-3 数字开关电源的工作原理
• §1-3 数字开关电源存在的问题
• §1-4 课题研究的背景及目的
• §1-5 论文的主要研究内容
• 第二章 开关电源主电路的设计
• §2-1 主电路的分析
• 2-1-1 Buck 电路的原理
• 2-1-2 整流电路
• §2-2 主电路的设计及仿真
• 2-2-1 主电路的设计
• 2-2-2 主电路的仿真
• §2-3 本章小结
• 第三章 数字开关电源控制方法的研究
• §3-1 数字控制器的设计方法
• 3-1-1 离散化设计方法
• 3-1-2 模拟化设计方法
• §3-2 数字控制策略
• §3-3 数字控制算法
• 3-3-1 数字PID 控制算法
• 3-3-2 自适应控制
• 3-3-3 模糊控制
• 3-3-4 无差拍控制
• 3-3-5 控制算法的选择
• §3-4 PID 参数的整定方法
• §3-5 本章小结
• 第四章 Buck 电路的建模及控制器的设计
• §4-1 Buck 电路的建模
• 4-1-1 非理想Buck 变换器的状态空间平均法建模
• 4-1-2 非理想Buck 电路的交流小信号模型
• §4-2 数字控制器的设计
• 4-2-1 DC-DC 变换器控制环设计
• 4-2-2 数字电流控制器和电压控制器
• §4-3 本章小结
• 第五章 系统硬件的设计
• §5-1 Atmega128 的介绍
• §5-2 控制电路的设计
• 5-2-1 Atmega128 外围电路的设计
• 5-2-2 采样电路
• 5-2-3 驱动电路
• 5-2-4 控制电路
• §5-3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢