DC-DC高效电源 论文
双向DC-DC变换电源论文
双向DC-DC变换电源研究苏州大学应用技术学院电子信息科学与技术（学号1216405027）沈晖目录前言 (4)第1章理论分析及总体方案 (5)第1.1节总体框架 (5)第1.2节方案比较 (6)第1.3节整体方案综述 (9)第2章系统硬件电路设计 (10)第2.1节双向DC-DC变换电源电路设计 (10)第2.2节 Boost升压电路设计 (12)第2.3节同步整流Buck电路设计 (13)第2.4节电流检测电路设计 (14)第3章系统软件设计 (16)第3.1节 DAC程序设计 (16)第3.2节电流检测程序设计 (17)第3.3节显示程序设计 (18)第4章系统测试与分析 (21)第4.1节系统测试 (21)第4.2节系统调试总结 (22)总结与展望 (23)参考文献 (24)致谢 (25)附录 (26)附录1 双向DC-DC变换电源系统程序清单 (26)附录2 双向DC-DC变换电源系统电路图 (29)附录3 双向DC-DC电源变换系统实物图 (30)摘要研究并设计了一款双向DC-DC变换电源，主要针对DC-DC变换电源效率以及对电源的智能控制问题，通过Buck拓扑结构为降压模块对锂电池放电，Boost拓扑结构为升压模块对锂电池充电，两种模块组建成系统核心。
控制模块是通过MOS管进行电路切换以及通过STM32单片机的DAC产生模拟量控制输出电流组成。
系统的电流输出范围为0.6A 到2.4A，输出电压的范围在3.3~7.5V内变换。
系统通过调节反馈的基准电压对电压进行升降可控，并且通过按键电路能够对输出电流步进可调，可调值在50mA左右,通过这两种方式从而实现DC-DC电源可调功能。
同时系统使用OLED实时显示单片机的反馈电压与输出电流。
系统可以在MOS管控制端输入高电平时，升压压电路在给锂电池充电的同时，还能直接通过降压压电路进行降压。
通过系统最终结果可以给便携式电子设备进行充电。
关键词：DC-DC变换电源；STM32F103RCT6；Buck/Boost拓补结构；OLEDAbstractStudy and design of a bi-directional DC-DC power conversion, mainly for DC-DC power conversion efficiency and the intelligent power control problems, the buck module lithium battery is discharged by Buck topology, Boost topology Boost module lithium battery charging, both modules to form a core of the system. The control module is switched by MOS tube circuitry and analog control output current composition produced by STM32 microcontroller DAC. Current output range of the system is 0.6A to 2.4A, the output voltage conversion range within 3.3 ~ 7.5V. System by adjusting the voltage feedback reference voltage is raised and lowered controllable and capable of stepping on the output current is adjustable through the key circuit, the adjustable value of about 50mA, by these two methods in order to achieve DC-DC power adjustable features. At the same time the system uses OLED display real-time microcontroller feedback voltage and output current. The system can control the tube end when MOS input high, the boost pressure circuit to the rechargeable lithium battery, while also directly through the step-down voltage step-down circuit. To the portable electronic device can be charged by the final result of the system.Keywords: DC-DC power conversion; STM32F103RCT6; Buck / Boost topology structure; OLED前言21世纪的如今，电子科技在迅速的发展，同时也带动了整个电子行业的发展。
毕业论文(DC-DC变换器)汇编
绪论一.开关电源概述开关电源（Switch Mode Paver Supply,即SMPS）被誉为高效节能型电源，它代表着稳压电源的主流产品。
半个世纪以来，开关电源大致经历了四个阶段。
早期的开关电源全部有分立元件构成，不仅开关频率低，效率高，而且电路复杂，不宜调试。
在20世纪70年代研制出的脉宽调制器集成电路，仅对开关电源中的控制电路实现了集成化；80年代问世的单片开关稳压器，从本质上讲仍DC/DC电源变换器。
随着各种类型单片开关电源集成电路的问世，AC/DC电源变换器的集成化才变为现实。
稳压电源是各种电子的动力源，被人称为电路的心脏，所有用电设备，包括电子仪器仪表，家用电器。
等对供电电压都有一定的要求。
至于精密的电子仪器，对供电电压的要求更为严格。
所谓的DC——DC直流稳压是指电压或电流的变化小到可允许的程度，并不是绝对的不变。
目前，随着单片开关电源集成电源的应用，开关电源正朝着短、小、轻、薄的方向发展。
单片开关电源自20世纪90年代中期问世以来便显示出来强大的生命力，它作为一项颇具发展和影响力的新产品，引起了国内外电源界的普遍重视。
尤其是最近两年来，国外一些著名的芯片厂家又竞相推出了一大批单片开关电源集成电路，更为新型开关电源的推广及奠定了良好的基础。
单片开关电源具有集成度高、高性价化、最简外围电路，最佳性能等指标，现已成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及电源模块的优选集成电路。
二. 开关电源的技术追求1.小型化、薄型化、轻量化、高频化——开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小储能元件的体积。
在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感和变压器的尺寸，而且还能抑制干扰，改善系统的动态性能。
因此高频化是开关电源的主要发展方向。
2.高可能性——开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。
从寿命角度出发，电解电容、光电偶合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。
基于UC3843的高效DC-DC升压电路设计
基于UC3843的高效DC-DC升压电路的设计***摘要：这是基于UC3843芯片的DC-DC转换器。
系统实质是一个振荡电路，在输入电压为8-13V的情况下，将输入电压通过整流滤波电路，将输出电压与基准电压的比较信号，输入UC3843芯片进行处理，控制NMOS的开断，从而实现直流升压并保证输出电压的稳定，经过稳压后，该电源可输出16V和19V两档的电压，经过实际测试，符合可编程序控制器专用电源的标准。
这种转换电能的方式，不仅应用在电源电路，广泛应用于现代电子产品。
开关电源从小、薄、轻的角度，优越于传统电源，特别是在如液晶显示器的背光电路、日光灯的驱动电路等。
0 引言现代电子器件课程设计题目是要我们做一个DC-DC升压电路，其实也就是做一个稳压电源，综合我国的现状来看，有比较古老的线性电源和相对来说比较新颖的开关电源。
其中开关电源具有工频变压器所不具备的优点，新型、高效、节能的开关电源代表着稳压电源的发展方向，因为开关电源内部工作于高频率状态，本身的功耗很低，电源效率就可做得较高，一般均可做到80%，甚至接近90%。
这样高的效率不是普通工频变压器稳压电源所能比拟的。
开关电源常用的单端或双端输出脉宽调制（PWM），省去了笨重的工频变压器，可制成几瓦至几千瓦的电源。
用于脉宽调制的集成电路很多，我们选择的是UC3843这个芯片。
1 系统原理框图设计根据课程设计的要求，系统输入采用8V-13V直流供电，输出为16V，19V两档可调设计。
电压输入系统后，经过滤波和升压模块达到要求的电压，再经过滤波和调挡模块输出要求的电压。
其原理框图如图1所示。
图1 系统原理框图2UC3843介绍2.1 UC3843的主要特性图2 UC3842-UC3845的外形图。
UC3843是近年来问世的新型脉宽调制集成电路，它具有功能全，工作频率高，引脚少外围元件简单等特点，它的电压调整率可达0.01%V，非常接近线性稳压电源的调整率。
高功率密度小功率dc-dc模块电源的研究 信息科学与工程学院毕业设计 毕业设计论文
CENTRAL SOUTH UNIVERSITY本科生毕业论文(设计)题目高功率密度小功率DC-DC模块电源的研究学生姓名指导教师学院信息科学与工程学院专业班级完成时间2012年5月本科生院制目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1开关电源的发展趋势 (1)1.2功率密度 (2)1.3模块电源的关键技术 (3)1.3.1开关电源高频化 (3)1.3.2软开关技术与同步整流技术 (3)1.4本课题研究的目的和内容 (6)1.4.1本课题研究的主要目的 (6)1.4.2本课题研究的主要内容 (6)1.5本文结构 (7)第二章小功率模块电源主电路基本拓扑 (8)2.1小功率模块电源基本拓扑的分析 (8)2.1.1 降压型变换器 (8)2.1.2 反激式变换器 (8)2.1.3 正激式变换器 (9)2.2主电路选择 (9)2.3本章小结 (11)第三章Buck型变换器的设计 (12)3.1 Buck型变换器主电路设计 (12)3.1.1输出电感的设计 (13)3.1.2输出电容的设计 (14)3.2反馈回路的设计 (14)3.2.1 3型误差放大器的原理 (14)3.2.2应用PSIM的SmartCtrl组件设计3型误差放大器 (16)3.2.3 Buck型变换器的闭环仿真 (19)3.3本章小结 (21)第四章软开关电路的分析、设计与仿真 (22)4.1组合吸收电路 (23)4.1.1 RCD与L的组合吸收电路的原理分析 (23)4.1.2 仿真设计与结果分析 (23)4.2 Buck型ZVS-PWM电路 (25)4.2.1 Buck型ZVS-PWM电路的原理分析 (25)4.2.2 仿真电路的设计 (27)4.2.3 仿真结果与分析 (29)4.3应用同步整流技术的Buck型ZVS-PWM电路 (32)4.4本章小结 (34)第五章总结与展望 (36)5.1主要完成的工作 (36)5.2研究中的不足 (36)结束语 (39)参考文献 (40)摘要近年来开关电源产业发展迅速，开关电源技术在消费电子类电源、通讯领域电源和工业领域电源中得到了广泛的应用，人们对电源高频化、小型化、轻量化、模块化等需求也随之提高，大力推动了开关电源技术的迅速发展。
高效率DCDC变换器的研究
1、转换效率：尽可能减少功率损失，提高能量传输效率。
2、可靠性：选用成熟的、经过实际验证的电路结构，以保证系统的稳定性。 3、功率密度：在满足效率与可靠性的前提下，尽可能提高功率密度，以满足 光伏发电系统的实际需求。
系统设计
系统设计
高升压比DCDC变换器的硬件设计主要包括功率开关管、电感、电容等元器件 的选取。其中，功率开关管的选取最为关键，需要其额定电压、额定电流、开关 频率等参数。电感与电容的选取则需其电气性能、耐压等级以及温度特性等。
引言
关键词：DCDC升压变换器、输入电压、输出电压、功率、电路拓扑。
DCDC升压变换器概述
DCDC升压变换器概述
DCDC升压变换器是一种将直流输入电压转换为较高输出电压的电路，其核心 部件包括开关管、储能元件和调节器。通过控制开关管的通断时间，DCDC升压变 换器可以实现输入电压和输出电压之间的转换。在电子设备领域中，DCDC升压变 换器可用于多种应用场景，如分布式电源系统、电池供电设备、功率因数校正等。
DCDC升压变换器设计建议与经验
2、精确的磁性元件设计：磁性元件是DCDC升压变换器的关键元件之一，需要 进行精确设计。合理选择磁性材料的磁特性、准确计算磁性元件的几何尺寸以及 优化磁性元件的散热设计等，都能提高变换器的性能。
DCDC升压变换器设计建议与经验
3、开关管的选择与优化：开关管是DCDC升压变换器中的关键开关器件，需要 根据应用场景选择合适的开关管类型和参数。例如，在需要高频率工作的场景下， 可以选择MOSFET作为开关管；在需要低功耗的情况下，可以选择肖特基二极管作 为开关管。
技术原理
DCDC变换器是一种可将直流输入电压转换为直流输出电压的电路模块，其升 压比指的是输出电压与输入电压的比值。高升压比DCDC变换器通过采用先进的拓 扑结构和控制策略，可实现高效率、高可靠性及高功率密度的输出。
大功率双向DC_DC变换器的研究
DC
DC
输入
输出
AC
图 1-1 四种电力变换器的示意图
AC
其中，AC/DC 电压转换电路被称为整流电源，DC/DC 电压变换电路又称为直流 斩波器。因此，直流开关电源的输入分交流和直流两种。在交流电作为输入时，交流 电需经整流滤波环节变成直流后经过二次变换转换为所需直流电压。在直流电作为输 入时，直接经过直流斩波电路即可转换为所需直流电压。因此，DC/DC 变换器是一种 采用开关方式控制的直流稳压电源，是开关电源的核心部分[3]。 开关电源技术在 20 世纪 80 年代引入我国， 如今已广泛应用于通信、 工业、 军事、 航空航天、家电等领域，人们对它的研究、开发技术水平也越来越高。开关电源技术
华中科技大学 硕士学位论文 大功率双向DC/DC变换器的研究 姓名：高金萍 申请学位级别：硕士 专业：电机与电器 指导教师：黄声华 20090531
摘
Байду номын сангаас
要
双向DC/DC开关变换器是根据需求调节能量双向传输的直流到直流的变换器。 它 在直流不间断电源系统，航空航天电源系统，电动汽车以及太阳能电池变换器等场合 都有相当广泛的应用。本文对一种基于移向控制技术的新型带隔离变压器拓扑结构的 DC/DC变换器进行了较为深入的研究，并设计了样机，同时对另一种非隔离型大功率 双向DC/DC变换器拓扑结构进行了一定深度的理论分析和研究。 隔离型双向DC/DC变换器是输入端采用超级电容(UC)的三相桥式双向DC/DC变 换器，具有隔离、高功率密度、高效、大电压变比的特点。这种变换器主电路采用移 相双半桥结构，主电路无需增加额外元件，就可以实现零电压开通的软开关技术，减 小了开关管的损耗，还可以使大大提高开关频率，减小开关器件的电流应力，减小了 电路中电磁装置的体积，提高了系统的功率密度和效率；在控制上，采用PWM调制 和移相控制相结合的控制方法，控制方法灵活，电压变换范围大，配合三相变压器传 递能量，效率高，输出效果好。电路的原边的三相耦合电感，可以减小电流纹波，三 相耦合减小磁芯数量，降低磁芯损耗。此电路能自动跟随负载变化，是一种非常适合 大功率应用场合的DC/DC变换器，可以广泛应用于大、中功率应用场合，在分布式发 电以及燃料电池供电的电动汽车的场合更是有很大的应用潜力和发展前途。 另外，本文还对非隔离型双向DC/DC变换器进行探讨和理路分析。主要从多相升 降压（Buck-Boost）变换器入手，并将分析结果与隔离型双向DC/DC 进行了较为详尽 的对比，综合比较了大功率双向DC/DC变换器隔离型拓扑与非隔离型拓扑的优缺点， 以适应与不同的工作范围。
dcdc开关电源的研究与设计毕业设计论文[管理资料]
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降压型DC/DC开关电源的研究与设计摘要：随着开关电源技术的迅速发展，DC/DC开关电源已在通信、计算机以及消费类电子产品等领域得到了广泛应用。
近年来，电池供电便携式设备的需求越来越大，对DC/DC开关电源的需求也日益增大，同时对其性能要求也是越来越高。
本文设计了一款降压型DC/DC开关电源电路。
首先详细的分析和阐述了降压型转换器的电路拓扑和工作原理，根据系统性能设计了电路的整体框图。
然后对电路的各个模块进行了分析和设计，包括输入电路，降压电路和显示电路。
通过Protues和SwitcherPro仿真工具对整体电路都进行了仿真验证，结果表明该电路工作稳定，各项指标都达到了设计要求。
具有7V-40V电源电压输入范围，输出电压在1V-20V之间连续可调，转换效率达到85％以上。
该电路可满足小封装要求，可应用在单片机以及USB电源等便携式电子产品中。
关键词：开关电源；降压型；DC/DC转换Buck type DC/DC switch power supply research and designAbstract：With the rapid development of the switching power supply technology, the DC/DC switching power has already obtained the widespread application in domains such as communication, computer, and consumptive electronics. In recent years, the demand for portable equipment with battery power supply is growing increasingly, so does the DC/DC switching power, thus, its performance is required to become better and better.A buck DC/DC switching power circuit was presented in this paper. First, a buck converter topology and its principle were analyse in details, and the overall circuitry frame was introduced. Then each module of the circuitry was analyzed and designed, including the input circuitry, the voltage down circuitry, and the display circuitry.By means of simulation tools,. Protues and SwitcherPro, the whole circuitry was simulated and verified. The results show that this circuitry worked stably and every design index met the design requirements. The conversion efficiency reached to 85% with the input voltage range from 7V to 40V and the output votage range from 1V to 20V. This circuitry met the requirementof small package, and could be applied to portable electronic products, such as MCU and USB power supply.Key words：Switching Power Supply ； Buck ； DC/DC switch目录1 开关电源现状及前景 (1)国内外开关电源的发展状况 (1)国内开关电源的发展状况 (1)开关电源发展前景 (2)本论文主要工作目的 (3)2 开关电源基础理论 (5)稳压电源简介 (5)隔离型开关电源简介 (6)非隔离型开关电源理论基础 (7)开关电源的基本构成 (9)开关电源的基本工作原理 (10)开关电源的优缺点 (12)开关电源的电路拓扑结构 (12)Buck变换器 (13)Boost变换器 (16)Buck-Boost变换器 (17)Cuk变换器 (17)3 DC/DC降压型开关电源设计 (20)DC/DC降压电路的设计 (21)交流电压转换电路 (22)整流电路 (23)滤波电路 (23)AD转换电路 (24)数字显示 (27)4电源电路仿真 (29)电源电路输出电压波形仿真 (29)电源转换效率仿真与稳定性仿真 (31)[参考文献] (33)致谢 (36)1 开关电源现状及前景国内外开关电源的发展状况电源管理芯片市场的品牌构成仍是国外厂商处于领先地位，市场排名前十的企业无一例外全部为外资企业，其中美国厂商优势明显。
论文：高效DC-DC升压电路设计.
毕业设计(论文)任务书摘要随着开关稳压电源市场的迅猛发展，以及开关电源在计算机、通信、仪器仪表等方面的广泛应用,与之相适应，对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。
开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、体积大的线性电源。
同时随着电子系统的渐趋小型化，供电系统渐渐由分散的DC-DC电源模块所代替。
本文设计了一种高效DC-DC升压电源模块，能够满足供电系统对供电电源高效率、小体积、非线性失真度低、输出电压和电流稳定等的需求。
设计系统由主电路、驱动电路、采样电路、供电电路组成。
采用STM32F103为主控芯片，以BOOST斩波电路为主电路，用芯片IR2104输出两路PWM驱动MOS管，采用同步整流技术取代原来的二极管，从而达到更高效率。
采样电路由电阻分压，经过电压跟随器将分压值送入单片机。
电流采样电路由INA282采康铜丝电压，根据电压电阻之比计算电流。
供电模块由两片TPS5430芯片及其外围电路构成，产生15V与5V的稳定供电电压。
通过理论分析研究以及实验调试结果，本文设计的系统可以满足高效DC-DC升压电路的各项性能指标要求。
关键词：开关稳压电源，BOOST斩波电路，高效率，STM32F103ABSTRACTWith the rapid development of switching power supply market, as well as the wide application of switching power supply in the computer, communication, instrumentation, and in conformity with which put forward higher requirements for efficiency, volume, weight and reliability of power supply. Switching power supply with its high efficiency, small size, light weight and other advantages in many areas gradually replaced the linear power supply,for its low efficiency and large volume. At the same time, along with the electronic system is miniaturization, power supply system by DC-DC power module dispersed gradually replaced.In this dissertation describes the design of a high efficiency DC-DC boost power supply module, which can satisfy the power supply system for supply power efficiency, small volume, low nonlinear distortion, the output voltage and current stability requirements. The design of the system consists of the main circuit, drive circuit, sampling circuit, power supply circuit. Using STM32F103 as the main control chip, with boost chopper circuit of main circuit, with the chip IR2104 output two PWM drive the MOS, to replace the original diode using synchronous rectification technology, so as to achieve higher efficiency. The sampling circuit comprises a resistor divider, through a voltage follower will pressure value into the one chip computer. The current sampling circuit composed of INA282 mining constantan wire voltage according to the voltage, resistance ratio calculation of current. The power supply module is composed of two pieces of TPS5430 chip and its peripheral circuit, stable power supply voltage 15V and 5V.Through theoretical analysis and experimental results, this system can meet the requirements of various performance indicators for efficient DC-DC boost circuit.KEY WORDS: switching power supply, BOOST chopper circuit, high efficiency, STM32F103目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1开关电源的定义与分类 (1)1.2开关电源的基本工作原理与应用 (1)1.2.1 开关电源的基本工作原理 (1)1.2.2 开关电源的应用 (3)1.3 开关稳压电源发展趋势及优点 (5)1.4 研究意义内容及技术要求 (6)1.5 本章小结 (7)第2章DC-DC升压拓扑选择及原理分析 (8)2.1 升压斩波电路的基本原理 (8)2.2带隔离的直流—直流变流电路 (9)2.3 同步整流技术 (10)2.4 本章小结 (11)第3章硬件电路设计及分析计算 (12)3.1 高效DC-DC升压电路主回路分析 (12)3.2 MOS管驱动电路 (14)3.3电压电流采样电路 (14)3.4过压过流报警电路 (15)3.5 供电模块设计 (15)3.6 设计电路saber仿真图形 (16)3.7 开关电源PCB排版要点及本设计PCB布局 (17)3.7.1 电容并联高频特性 (17)3.7.2 电感特性 (18)3.7.3 焊盘和旁路电容的放置 (19)3.7.4 功率器件组成的电流回路设计 (19)3.8 本章小结 (21)第4章软件设计以及调试记录 (22)4.1 程序流程简介 (22)4.2程序具体清单 (23)4.3实验验证与测试结果 (23)4.3.1 输出电压测试结果 (23)4.2.2电压调整率测试结果 (23)4.2.3负载调整率测试结果 (23)4.2.4 噪声及纹波测试 (24)4.2.5 效率测试 (24)4.4 本章小结 (24)第5章总结与展望 (25)5.1 毕业设计总结 (25)5.2 未来展望 (25)致谢............................................................................................ 错误!未定义书签。
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高效率DC-DC电源青岛理工大学一组王志强吴兆锋刘少朋摘要此系统为了实现高效率DC-DC电源，稳定输出电压和输出电流，选择STM32F103单片机作为核心芯片，同时采用TPS5430和AP1609开关电源转换芯片以及LM1117芯片作为辅助电源控制系统，以IRF540N作为开关管，以IR2101驱动芯片实现开关管的驱动。
实现了按键设定、液晶显示等功能。
设计了Sepic拓扑下的DC-DC模块，实现了9V供电转换为5V的电压变换功能，同时输出电压纹波小于2%，输出电压为5V时电源效率高于85%，输出电压为2V时电源效率高于75%。
当输入电流恒定时，当输入电压从6V到12V变化时，保持输入电流恒定在1A；调整时间不超过1s。
此系统具有调整速度快，精度高，功耗低，负载调整率低，效率高等优点。
关键词：STM32 直流-直流变换电源 IRF540N Sepi c斩波电路AbstractThis system aim at achieving the high efficiency DC-DC power, stabilizing the output voltage and the output current, choosing the STM32 chip as the core chip, meanwhile, using the TPS5430 switching power conversion chip and the LM1117 chip as the auxiliary power supply control system, and the switch channel choose the IRE540N chip, the drive chip IR2101 is used as the switch driver. It achieved the button setting and LCD and other functions. We designed a Sepic topology DC-DC module, realized a 9V power supply converting to 5V output voltage transformation function, and the output voltage ripple is less than 2%, when the output voltage is 5V, the power efficiency is more than 85%, when the output voltage is 2V, the power efficiency is more than 75%. When the input current is constant, as the input voltage change from 6V to 12V, maintaining a constant input current at 1A, besides, the adjusting time is less than 1s. The system has fast adjusting-speed, high precision, low power consumption, low load regulation and high efficiency and etc. advantages.Keywords: STM32 DC-DC power supply IRF540N Sepic chopper目录摘要 (1)一、设计要求 (4)二、系统方案设计与论证 (4)2.1 系统总体方案设计 (4)2.2 主控芯片选择 (5)2.3 拓扑结构设计 (5)2.4 提高效率设计 (7)三、理论分析与计算 (7)3.1 DC-DC变换器稳压方法 (7)3.1.1 电感参数的计算 (8)3.1.2 纹波的滤除 (8)3.2 电流电压检测 (8)3.3 稳流方法 (8)3.4 保护方法 (8)四、电路与程序设计 (8)4.1 电路图 (8)4.1.1 系统总体设计原理图及PCB图 (8)4.1.2 辅助电源供电系统及驱动电路图 (9)4.2 主电路器件设计 (9)4.2.1 变换器模块 (9)4.2.2 二极管的选用 (9)4.3 控制电路设计 (9)4.3.1 采样电路 (9)4.3.2 控制回路采样信号的处理 (9)4.3.3 场效应管驱动器件的使用 (9)4.4 程序设计 (9)附：部分源程序的设计 (10)五、仿真与实验结果 (10)5.1 仿真 (10)5.2 部分测试数据 (10)5.3 结果分析 (11)5.3.1 基本内容完成情况 (11)5.3.2 发挥部分完成情况 (11)六、心得体会 (12)七、参考文献 (12)附录附件一电路原理图及PCB图 (13)附件二仿真原理图及波形 (14)附件三部分源程序 (15)附件四仿真原理图及波形 (18)附件五测试数据分析图线 (19)一、设计要求1.1 设计任务设计并制作一个6－12V直流电压输入的高效率DC-DC电源。
1.2设计内容1.2.1基本要求9V输入时，设计电路，使得在2欧姆负载上，（1）DC-DC开关电源输出电压5V；（2）在输出电压为5V时，输出电压纹波小于2％；并尽可能减小输出电压纹波；（3）在输出电压为5V时，DC-DC电源效率应大于85%；（4）加入单片机控制，通过按键改变输出电压，以0.5V为步进，从5V输出到2V输出循环可调；（5）在输出电压为2V时，效率大于75％；1.2.2发挥部分自选负载电阻大小，可通过长按按键，在输出电压恒定模式(LED灭)和输入电流恒定模式（LED亮）间切换，由LED显示当前状态。
（1）在输入电流恒定模式下，当输入电压从6V到12V变化时，保持输入电流恒定在1A；调整时间不超过1s，越短越好；（2）在输入电流恒定模式下，短按按键，设定输入电流的大小在200mA和1A间切换；以200mA为步进；（3）切换到输出电压恒定模式，更换负载电阻为500欧，调节输出电压为5V，尽可能提高电源的效率；（4）减少器件使用的数量，降低成本；二、方案与论证2.1 系统总体方案设计图一系统总框图通过按键控制输出电压，对Sepic电路的输入电流进行采样，将采样得出的值通过A/D送入STM32F103单片机，STM32F103单片机通过PID运算输出PWM，实现对开关管的导通与截止，从而控制主电路的电流值，达到所要求的电流比例，并且通过12864液晶显示。
2.2主控芯片选择选择一：MSC-51为8位单片机，价格低，技术成熟，但I/O口少，RAM、ROM容量小，需外接A/D，运算速度低，功耗高。
选择二：采用STM32F103单片机，内部有非常丰富的资源，工作主频高，运算速度快，本身带有AD转换电路，程序易编写和调试，RAM、ROM空间大，指令周期短，具有强大的PWM输出功能，低电压供电，超低损耗，可以实现更高性价比的要求。
综上所述：选用选择二即STM32F103单片机作为主控芯片。
2.3拓扑结构设计题目要求为6－12V直流电压输入，输出电压为5V的开关电源，故采用降压电路。
设计一：选用Buck电路。
如下图，当T导通时，电源E向负载供电，负载电压为E，当T关断时，负载电压近似为0，当电路工作达到稳定时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，故能达到题目要求进行降压操作，但稳定电流操作对电流进行采样时会出现电流断续的情况，不利于电流采样。
图a Buck电路设计二：选用Cuk电路[1]。
IGBT处于通态时，VLE−−1回路和VCLR−−−2回路形成通路流过电流。
当IGBT处于断态时，VDCLE−−−1回路和VDLR−−2回路形成通路。
电路也具有升降压的功能，而且其输入电源电流和输出负载电流都是连续的，没有阶跃变化，有利于对输入、输出进行滤波。
但是，Cuk斩波电路输出电压与输入电压方向相反，若在电路中添加反相器，会使电路变得繁琐，功耗变大。
图b Cuk电路设计三：选用Buck-boost变换器[1,4]。
该电路的基本工作原理是:当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L供电使其储存能量。
同时电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。
此后，使V关断，电感L中储存的能量向负载释放。
可见，负载极性与电源极性相反。
同样存在极性相反的问题，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响。
图c Buck—boost电路设计四：选用Sepic斩波电路[1,4]。
Sepic电路的基本工作原理为：当处于通态时，电源向电感一供电，电容一释放能量向电感二充电，当开关管断开时，电源、电感一同时向负载供电，电容一储存电能，电感二也向负载提供能量。
Sepic斩波电路既能升压又能进行降压操作，在此系统中我们使用的是其降压功能。
Sepic电路具有输出连续电流特点，方便进行电流采样，同时，负载电流是脉冲波形，有利于输入滤波。
图d Sepic电路综上所述，选用设计四作为主电路的拓扑结构。
有利于达到稳定输入电流的效果。
2.4提高效率设计开关管，电感电容的选择很重要。
开关管要注意导通压降、开关速率、额定电流。
电感要注意在设定频率下工作是否会饱和。
电容要注意耐压。
各器件的额定电流值尽量大于导通电流的两倍以上。
主通路线路尽量粗，减少导通电阻。
设计一：此电路中选用耦合电感来代替Sepic电路中的两个单个电感，是因为耦合电感具有更少的组件数目、更佳的集成度以及相对于使用两个单个电感来说有更低的电感要求。
另外，耦合电感可受益于漏电感，可降低AC电流的损耗。
设计二：采用开关管代替经典Sepic电路中的二极管。
由于电路导通时二极管相当于一个等效电阻，会消耗一定的能量，不利于提高效率。
而开关管导通时相当于完全导通，没有压降，可降低损耗，利于提高效率。
综上所述，选用设计一和设计二结合作为提高效率设计。
三．理论分析与计算3.1 DC-DC变换器稳压方法此系统主电路采用Sepic斩波电路，如上图二所示。
在此图中，开关导通时，电源与电容C5向电感供电，电感储存能量；开关管截止时，电源、电感同时向负载供电，也向电容C5充电。
在主电路中选用耦合电感是为了减小输入电流的纹波，有利于稳定输入电流，同时能减少材料的使用，降低成本。
3.1.1 电感参数的计算[1,4]电感的选择是在综合考虑电感的品质因数、电路的工作频率、是否饱和、最大纹波电流、输出电流连续且电路输出电流为2.5A等因素后，在Sepic电路中选用额定为2.5A的400μH的耦合电感。