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51c嵌入式~电路~合集25

article 2025/2/4 14:54:56

我自己的原文哦~   https://blog.51cto.com/whaosoft/13241709

一、“开关电源”和“普通电源”的区别

什么叫开关电源

    随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

    开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。

    开关电源是相对线性电源说的，其输入端直接将交流电整流变成直流电，再在高频震荡电路的作用下，用开关管控制电流的通断，形成高频脉冲电流。在电感(高频变压器)的帮助下，输出稳定的低压直流电。

    由于变压器的磁芯大小与开关电源工作频率的平方成反比，频率越高铁心越小。这样就可以大大减小变压器，使电源减轻重量和体积。而且由于它直接控制直流，使这种电源的效率比线性电源高很多。这样就节省了能源，因此它受到人们的青睐。但它也有缺点，就是电路复杂、维修困难、对电路的污染严重；电源噪声大，不适合用于某些低噪声电路。

开关电源的特点

    开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着随着电力电子技术的发展和创新，目前开关电源主要以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用到几乎所有的电子设备，其重要性可见一斑。

开关电源的分类

    根据开关器件在电路中连接的方式，开关电源总的来说可分为串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。

    其中，变压器式开关电源还可以进一步分成：推挽式、半桥式、全桥式等多种。根据变压器的激励和输出电压的相位，又可以分成：正激式、反激式、单激式和双激式等多种。

开关电源和普通电源的区别

    普通的电源一般是线性电源，线性电源，是指调整管工作在线性状态下的电源。而在开关电源中则不一样，开关管(在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管)是工作在开、关两种状态下的：开 —— 电阻很小，关 —— 电阻很大。

    开关电源是一种比较新型的电源。它具有效率高，重量轻，可升、降压、输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态，所以噪声比较大。

■ 举例说明：降压型开关电源

    我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理：电路由开关（实际电路中为三极管或者场效应管），续流二极管、储能电感、滤波电容等构成。

    当开关闭合时，电源通过开关、电感给负载供电，并将部分电能储存在电感以及电容中。由于电感的自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。

    一定时间后，开关断开，由于电感的自感作用（可以比较形象地认为电感中的电流有惯性作用），将保持电路中的电流不变，即从左往右继续流。这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管的正极，经过二极管，返回电感的左端，从而形成了一个回路。

    通过控制开关闭合跟断开的时间（即PWM——脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。

    普通电源和开关电源相同的是都有电压调整管，利用反馈原理来进行稳压的，不同的是开关电源利用开关管进行调整，普通电源一般利用三极管的线性放大区进行调整。比较而言，开关电源的能耗低，对交流电压适用范围要宽，输出直流的波纹系数要好，缺点是开关脉冲干扰。

    普通半桥开关电源的主要工作原理就是上桥和下桥的开关管(频率高时开关管为VMOS)轮流导通，首先电流通过上桥开关管流入，利用电感线圈的存储功能，将电能集聚在线圈中，最后关闭上桥开关管，打开下桥的开关管，电感线圈和电容持续给外部供电。然后又关闭下桥开关管，再打开上桥让电流进入，就这样重复进行，因为要轮流开关两开关管，所以称为开关电源。

    而线性电源就不一样了，由于没有开关介入，使得上水管一直在放水，如果有多的，就会漏出来，这就是我们经常看到的某些线性电源的调整管发热量很大，用不完的电能，全部转换成了热能。从这个角度来看，线性电源的转换效率就非常低了，而且热量高的时候，元件的寿命势必要下降，影响最终的使用效果。

■ 主要区别：工作方式

    线性电源的功率调整管总是工作在放大区，流过的电流是连续的。由于调整管上损耗较大的功率，所以需要较大功率调整管并装有体积很大的散热器，发热严重，效率很低，一般在40%~60%（还得说是很好的线性电源）。

    线性电源的工作方式，使从高压变低压必须有降压装置，一般的都是变压器，也有别的像KX电源，再经过整流输出直流电压。这样一来体积也就很大，比较笨重，效率低、发热量也大；但也有优点：纹波小、调整率好、对外干扰小、适合用于模拟电路/各类放大器等。

    开关电源它的功率器件工作在开关状态，在电压调整时能量是通过电感线圈来临时贮存，这样他的损耗就小，效率也就高，对散热的要求低，但它对变压器和贮能电感也有了更高的要求，要用低损耗高磁导率的材料来做。它的变压器就是一个字小。总效率在80%～98%，开关电源的效率高但体积小，但是和线性电源比它的纹波，电压电流调整率就有一定的折扣了。

二、获取STM32代码运行时间

测试代码的运行时间的两种方法：

  • 使用单片机内部定时器，在待测程序段的开始启动定时器，在待测程序段的结尾关闭定时器。为了测量的准确性，要进行多次测量，并进行平均取值。
  • 借助示波器的方法是：在待测程序段的开始阶段使单片机的一个GPIO输出高电平，在待测程序段的结尾阶段再令这个GPIO输出低电平。用示波器通过检查高电平的时间长度，就知道了这段代码的运行时间。显然，借助于示波器的方法更为简便。

借助示波器方法的实例

    Delay_us函数使用STM32系统滴答定时器实现：

#include "systick.h"


/* SystemFrequency / 1000    1ms中断一次
 * SystemFrequency / 100000     10us中断一次
 * SystemFrequency / 1000000 1us中断一次
 */


#define SYSTICKPERIOD                    0.000001
#define SYSTICKFREQUENCY            (1/SYSTICKPERIOD)


/**
  * @brief  读取SysTick的状态位COUNTFLAG
  * @param  无
  * @retval The new state of USART_FLAG (SET or RESET).
  */
static FlagStatus SysTick_GetFlagStatus(void) 
{
if(SysTick->CTRL&SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk) 
    {
return SET;
    }
else
    {
return RESET;
    }
}


/**
  * @brief  配置系统滴答定时器 SysTick
  * @param  无
  * @retval 1 = failed, 0 = successful
  */
uint32_t SysTick_Init(void)
{
/* 设置定时周期为1us  */
if (SysTick_Config(SystemCoreClock / SYSTICKFREQUENCY)) 
    { 
/* Capture error */
return (1);
    }


/* 关闭滴答定时器且禁止中断  */
    SysTick->CTRL &= ~ (SysTick_CTRL_ENABLE_Msk | SysTick_CTRL_TICKINT_Msk);                                                  
return (0);
}


/**
  * @brief   us延时程序,10us为一个单位
  * @param
  *        @arg nTime: Delay_us( 10 ) 则实现的延时为 10 * 1us = 10us
  * @retval  无
  */
void Delay_us(__IO uint32_t nTime)
{     
/* 清零计数器并使能滴答定时器 */
    SysTick->VAL   = 0;  
    SysTick->CTRL |=  SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;     


for( ; nTime > 0 ; nTime--)
    {
/* 等待一个延时单位的结束 */
while(SysTick_GetFlagStatus() != SET);
    }


/* 关闭滴答定时器 */
    SysTick->CTRL &= ~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}

    检验Delay_us执行时间中用到的GPIO(gpio.h、gpio.c)的配置：

#ifndef __GPIO_H
#define    __GPIO_H


#include "stm32f10x.h"


#define     LOW          0
#define     HIGH         1


/* 带参宏，可以像内联函数一样使用 */
#define TX(a)                if (a)    \
                                            GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);\
else        \
                                            GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0)
void GPIO_Config(void);


#endif


#include "gpio.h"


/**
  * @brief  初始化GPIO
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void GPIO_Config(void)
{        
/*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;


/*开启LED的外设时钟*/
        RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); 


        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;    
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 
        GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);    
}

    在main函数中检验Delay_us的执行时间：

    示波器的观察结果：

    可见Delay_us(100)，执行了大概102us，而Delay_us(1)执行了2.2us。

    更改一下main函数的延时参数：

    示波器的观察结果：

    可见Delay_us(100)，执行了大概101us，而Delay_us(10)执行了11.4us。

    结论：此延时函数基本上还是可靠的。​

使用定时器方法的实例

    Delay_us函数使用STM32定时器2实现：

#include "timer.h"


/* SystemFrequency / 1000            1ms中断一次
 * SystemFrequency / 100000     10us中断一次
 * SystemFrequency / 1000000         1us中断一次
 */


#define SYSTICKPERIOD                    0.000001
#define SYSTICKFREQUENCY            (1/SYSTICKPERIOD)


/**
  * @brief  定时器2的初始化,，定时周期1uS
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void TIM2_Init(void)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;


/*AHB = 72MHz,RCC_CFGR的PPRE1 = 2，所以APB1 = 36MHz,TIM2CLK = APB1*2 = 72MHz */
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);


/* Time base configuration */
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = SystemCoreClock/SYSTICKFREQUENCY -1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);


    TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);


/* 设置更新请求源只在计数器上溢或下溢时产生中断 */
    TIM_UpdateRequestConfig(TIM2,TIM_UpdateSource_Global); 
    TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
}


/**
  * @brief   us延时程序,10us为一个单位
  * @param  
  *        @arg nTime: Delay_us( 10 ) 则实现的延时为 10 * 1us = 10us
  * @retval  无
  */
void Delay_us(__IO uint32_t nTime)
{     
/* 清零计数器并使能滴答定时器 */
    TIM2->CNT   = 0;  
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);     


for( ; nTime > 0 ; nTime--)
    {
/* 等待一个延时单位的结束 */
while(TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_FLAG_Update) != SET);
     TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
    }


    TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
}

    在main函数中检验Delay_us的执行时间：

#include "stm32f10x.h"
#include "Timer_Drive.h"
#include "gpio.h"
#include "systick.h"


TimingVarTypeDef Time;


int main(void)
{    
    TIM2_Init();    
    SysTick_Init();
    SysTick_Time_Init(&Time);


for(;;)
    {
        SysTick_Time_Start(); 
        Delay_us(1000);
        SysTick_Time_Stop();
    }     
}

    怎么去看检测结果呢？用调试的办法，打开调试界面后，将Time变量添加到Watch一栏中。然后全速运行程序，既可以看到Time中保存变量的变化情况，其中TimeWidthAvrage就是最终的结果。

    可以看到TimeWidthAvrage的值等于0x119B8,十进制数对应72120，滴答定时器的一个滴答为1/72M（s），所以Delay_us(1000)的执行时间就是72120*1/72M (s) = 0.001001s，也就是1ms。验证成功。

    备注：定时器方法输出检测结果有待改善，你可以把得到的TimeWidthAvrage转换成时间（以us、ms、s）为单位，然后通过串口打印出来，不过这部分工作对于经常使用调试的人员来说也可有可无。相关推荐:学习STM32单片机，绕不开的串口。​

两种方法对比

软件测试方法

    操作起来复杂，由于在原代码基础上增加了测试代码，可能会影响到原代码的工作，测试可靠性相对较低。由于使用32位的变量保存systick的计数次数，计时的最大长度可以达到2^32/72M = 59.65 s。

示波器方法

    操作简单，在原代码基础上几乎没有增加代码，测试可靠性很高。由于示波器的显示能力有限，超过1s以上的程序段，计时效果不是很理想。但是，通常的单片机程序实时性要求很高，一般不会出现程序段时间超过秒级的情况。

三、xxx

http://www.kler.cn/a/531210.html

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