Введение 4
1 Анализ задания на бакалаврскую работу 5
1.1 Цель и задачи бакалаврской работы 5
1.2 Анализ предметной области 6
1.2.1 Импульсный стабилизатор напряжения 6
1.2.2 Типы схем силовой части 7
1.2.3 Типы регулирования 9
1.2.4 ПИД-регулятор 10
2 Этап проектирования 12
2.1 Функциональная схема 12
2.2 Элементная база 13
2.2.1 Обратная связь 13
2.2.2 Силовой ключ 14
2.2.3 Силовая часть 16
2.2.4 Выбор микроконтроллера 20
2.3 Моделирование системы 21
2.3.1 Выбор среды моделирования 21
2.3.1.1 LTspice 22
2.3.1.2 Micro-Cap 23
2.3.1.3 Proteus 24
2.3.2 Смоделированная система 25
3 Разработка программного обеспечения 26
3.1 Разработка алгоритма ПИД-регулятора 26
3.2 Описание разработанной программы 27
3.3 Симуляция схемы и программы 29
4 Макетный вариант устройства 31
4.1 Реализация макетного варианта устройства 31
4.2 Анализ макетного устройства 34
4.2.1 Влияние разрядности АЦП на выходное напряжение 35
4.2.2 Влияние составляющих ПИД-регулятора 38
4.3.3 Подключение изменяющейся нагрузки 43
Заключение 45
Список источников 46
Приложение А 48
Приложение Б 50
Приложение В 54
Импульсные стабилизаторы напряжения (ИСН) широко используются в энергопребразующей аппаратуре (ЭПА) систем электропитания (СЭП) автономных объектов (метеорологические комплексы, спутники связи, системы мониторинга окружающей среды), в которых выполняют функции по стабилизации напряжения на выходных шинах при передачи энергии от источника к потребителю, и по повышению энергетической эффективности источников энергии за счёт обеспечения их работы в режиме генерации максимальной мощности.
В последние десятилетия требования к качеству выходного напряжения СЭП в динамических и статических режимах постоянно возрастают. Удовлетворения данных требований осуществляются путём применения более совершенных законов управления ИСН, для разработки которых используются различные подходы.
При постоянном усовершенствовании этих законов управления, использование дискретных элементов и микросхем малой степени интеграции для схемотехнической реализации ИСН приводит к увеличению массы и габаритов устройства управления (УУ), повышению энергопотребления, снижению надежности работы, что в целом снижает характеристики ЭПА. В следствии этого актуальна работа, направленная на реализацию ИСН с применением в УУ микросхем высокой степени интеграции, например, микроконтроллеров.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы было разработано микроконтроллерное устройство управления силовым ключом импульсного стабилизатора напряжения. В соответствии с разработанной структурной схемой импульсного стабилизатора спроектирована модель устройства в среде Proteus.
Для данного устройства было написано программное обеспечение, так, в ходе выполнения работы был разобран процесс широтно-импульсной модуляции и написан алгоритм ПИД-регулятора для управления напряжением. После выбора элементной базы был реализован макет устройства.
Был произведёт анализ собранного устройства, проверена частота генерации ШИМ-сигнала, исследовано влияние на выходной сигнал использования АЦП разной разрядности и изменения значений составляющих ПИД-регулятора. Проведён тест устройства с использованием изменяющейся нагрузки.
