工程实践与科技创新 3A - 图文(6)

图17 CD4011B 管脚和内部结构图[6]

4.2.3.2.3 电路设计

因为将与非门的输入端短接就变成了非门，所以将未整形的5V 信号同时输入1、2 脚，14 脚VDD接TL431 的稳压4V 电源，7 脚接地，整形过的信号由3 脚输出，得到一个高电平不变的PWM信号。

图18 整型模块结构框图[3]

4.2.3.3 有源低通滤波模块 4.2.3.3.1 主要功能

将一定占空比的PWM 波转化为直流信号，使直流信号的幅度与占空比成正比，以便于后级的耦合。实际上就是数字信号向模拟信号的转换。

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4.2.3.3.2 LM741简介

图19 LM741电路模型[6]

LM741 的等效电路图如图19 所示，就是一个运算放大器。使用时4 端接+5V，7 端接-5V。 4.2.3.3.3 电路设计

图20低通滤波器[5]

采用有源LPF 电路，如图20所示，对低频信号，C1， C2，C3 相当于断路，此时，电路是电压跟随器，Vin=Vout。当加入高频信号时（信号频率远大于滤波器截止率），C1，C2 可以看作短路，高频信号直接从C2 流入接地线，而不在输出端出现，Vout=0。精确计算表明：Vout=ηVin，其中η为单片机输出占空比。对于频率接近截止频率的输入信号，由C1 引入的正反馈可以决定对信号的增益。之所以用有源滤波，因为有源滤波器相对于RC 无源滤波有如下优势：（1） 输出阻抗小，相对低，后级负载视作高阻。（2）可以对输入信号进行放大。[3] 4.2.3.4 光电耦合模块 4.2.3.4.1 主要功能

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将有源LPF 的输出信号耦合入DC-DC 模块，实现电气隔离。 4.2.3.4.2 4n25 简介

图21 4n25 内部结构图[6]

4N25 内部结构图如图21 所示。实际上是一个用光电耦合的三极管，用电流来控制电流。 4.2.3.4.3 外围电路设计

图22 4N25 外围电路图[3]

电路如图22 所示，用Ictl控制IC，实现耦合作用，达到控制Vout 的功能。

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4.2.4 元件参数列表

表5 开环控制系统元件参数

元件 R1 R2 R3 R4 4.2.5 温飘问题讨论

在开环的制作过程中，我们发现当单片机输出相同占空比的pwm波，并且在整个电路毫无改动的情况下，水泥电阻两端的电压会随着时间的推移而改变，从而导致无法准确地定标。在后期地制作过程中，我们发现导致温飘的原因是因为当水泥电阻通电之后，其温度会随着时间的推移迅速上升，由于元件4N25与水泥电阻距离很近，且4N25是一种对环境温度相当敏感的器件，所以导致4N25的分流效果发生很大的变化，最终导致水泥电阻两端的输出电压发生较大的变化。

参数 10KΩ 30 KΩ 100 Ω 18 KΩ 元件 R5 R6 R7 R8 参数 30 KΩ 20 KΩ 20 KΩ 100 KΩ 元件 R9 R10 C1 C2 C3 参数 100 KΩ 3.9 KΩ 1μF 1μF 30pF 4.3 开环控制系统的软件控制

4.3.1 功能描述

开环控制模块主要功能，输入一定的电压值，通过程序预设的占空比进行电压的固定控制。但在实际中，往往由于环境、人为等因素，要维持某一个电压水平需要的PWM 波占空比会稍有偏差。因此，开环控制很难做到十分精确地实现电压控制。 4.3.2 开环控制模式的实现方法和设计思路

用户通过按键1切换开环、闭环模式，按键2实现电压增加1V，按键3和4实现电压增加或减小0.1V。通过人工定标，将对应的值（该值除以1024即为对应的占空比值）写入数组中，在执行开环操作时将当前电压对应的定标值写入timer1的OCR1A寄存器即可。

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4.4 闭环控制系统的硬件电路

4.4.1 主要功能与设计指标 4.4.1.1 主要功能

该系统通过对DC-DC开关电源子系统的输出电压进行采样，并转化为数字信号，与既定值比较，自动调节控制信号，使系统输出用户通过按键所指定的5~10V电压，实现系统的闭环控制。与开环控制相比，闭环控制可适应DC-DC开关电源子系统工作状态在一定程度内的变化，如可调电阻阻值变化，工作温度变化等。 4.4.1.2 设计指标

输出电压误差绝对值≤0.05V 4.4.2 设计原理

本系统信号变换仍然用的是ATMega16单片机芯片中的ADC功能。DC-DC开关电源子系统的输出电压经过信号变换输入到单片机中，对于输入信号进行量化、编码，单片机根据程序中已有的输出电压对应到 VA的编码值，对于输出占空比进行微调，实现对于电压的更精确的控制。

图23电压测量子系统设计图[3]

4.4.3 主要电路和参数设计 4.4.3.1 设计思路

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