DC-DC转换器中的电流检测电路设计方案
DC-DC输出可调开关电源设计说明书
DC-DC输出可调开关电源摘要本系统为DC-DC升降压变换器，由CPU最小系统模块、供电模块、升压模块、降压模块、液晶显示模块和辅助电路六部分组成。
选用SMT32F103作为主控制器，采用降压芯片LM2596-ADJ作为实现降压，将AD采集的输出电压和电流与预设值比较，然后通过DA调节输出电压电流，对于降压模式的下恒流或恒压工作状态也可通过按键进行切换，同时调节按键可实现输出电压或电流大小的变换；升压模块采用了LM2577-ADJ，手动滑动变阻器的阻值可调节输出电压；加入液晶显示系统工作模式和输出电压、电流；对于升降压的切换也可通过按键切换；供电电源提供了3.3V和12V，分别为CPU、液晶和运放偏置供电；辅助电路方便开发者的调试。
最终系统能够在手动切换工作模式的情况下输出预设的电压和电流，并显示出来。
关键词：DC-DC 升降压可调abstractThe system for the DC-DC buck converter, the minimum system CPU module, power supply module, boost module, step-down module, LCD display module and the auxiliary circuit six parts. SMT32F103 chosen as the main controller, buck chip LM2596-ADJ as enabling buck, the AD acquisition of output voltage and current compared with the preset value, then adjust the output voltage and current through the DA, the constant current mode buck or constant work status can also be switched through the button while adjusting key enables the size of the output voltage or current transformation; step-up module uses the LM2577-ADJ, manual sliding rheostat resistance adjustable output voltage; added liquid crystal display system working mode and the output voltage and current; the buck switch can also be switched by key; providing a 3.3V power supply and 12V, respectively, CPU, LCD bias supply and the op amp; facilitate the development of the secondary circuit debugging. Final system can output a preset voltage and current in the case of manual operating mode switch, and displayed.Key words：DC-DC Boosted、Reduce voltage Adjustable目录第一章绪论 (1)1.1 开关电源概述 (1)1.2 开关电源与线性电源比较 (1)1.3 开关电源发展趋势与应用 (1)第二章系统功能介绍 (2)第三章系统方案选取与框图 (3)3.1 系统整体框图 (3)3.2 系统方案选取 (3)第四章硬件电路设计 (6)4.1 主控制器 (6)4.2 供电模块 (7)4.3 降压模块电路设计 (8)4.4 升压模块电路设计 (10)4.5 液晶显示电路 (13)五硬件开发环境 (14)5.1 Altium Designer 09 (14)5.2 电源设计软件SwitchPro (14)5.3 电路板雕刻机LPKF ProtoMat E33 (15)675.4 电镀机LPKF MiniLPS (17)5.5 SMD精密无铅回焊炉ZB-2518H (17)第六章软件设计框图 (20)第七章系统调试 (21)参考文献 (22)总结致谢 (23)附录 (24)第一章绪论1.1 开关电源概述我们身边使用的任何一款电子设备都离不开它可靠的电源，计算机电源全面实现开关电源化于80年代，并率先完成计算机的电源更新换代，进入90年代，开关电源开始进入各种电子、电气设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已大面积使用了开关电源，更加促进了开关电源技术的迅猛发展。
基于峰值电流控制的BuckBoost型LED驱动器设计
ＰＷＭ电路进行了反馈控制．仿真结果表明。该型ＬＥＤ驱动器有较好的稳定性，对负载扰动和输入电压扰动的
抑制能力较强．
关键词：Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ；峰值电流；驱动器：ＬＥＤ
中图分类号：ＴＭ ９２３
文献标志码：Ａ
ＬＥＤ是一种节能、环保、小尺寸、快速、多色 彩、长寿命的新型光源．理论上，ＬＥＤ的使用寿命 在１０万小时以上，但是在实际应用过程中，因为 ＬＥＤ正向伏安特性非常陡（正向动态电阻非常 小），所以要给ＬＥＤ供电就比较困难，不能像普通 白炽灯一样，直接用电压源供电，否则电压波动稍 增，电流就会增大到将ＬＥＤ烧毁的程度…．为了 稳住ＬＥＤ的工作电流，保证ＬＥＤ能正常可靠地工 作，各种各样的ＬＥＤ驱动电路就应运而生了．
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图６ ＬＥＤ电流波形
Ｆｉｇ．６ Ｔｈｅ ｗａｖｅｆｏｌｌｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ＬＥＤ
当微分环节为零时，由于在一个开关周期内， 当系统处于稳态时，检测电阻的电流的稳态误差 为零．可得
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２００９（１４）：２９—３２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
收稿日期：２０１０—０４—１０；修回日期：２０１０—０５—２１ 作者简介：邓文婷（１９８３一），女，助理实验师，工学硕士．Ｅ—ｍａｉｌ：ｄｗｔ４２５０＠ｇ．ｈａ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
广州大学学报（自然科学版）
第９卷
图２ Ｂｏｏｓｔ变换器
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ Ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｙｏｒ
（３）Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ——升降压电路．它的输出平 均电ｖｏ＝Ｄｖ／（１一Ｄ）压大于或小于输入电压仫， 极性相反，电感传输．图３中通过控制开关管｜ｓ的 ＰＷＭ信号中的占空比，便可达到升降压的目的， 输出电压Ｖｏ＝ＤＶｓ／（１一Ｄ）．Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ电路可实 现很宽的升／降压比例，适合输入电压波动范围大 的场合．
buck型dc-dc变换器中保护电路的设计
buck型dc-dc变换器中保护电路的设计buck型DC-DC变换器广泛用于电源供电系统、电动汽车和太阳能电池等应用中。
在使用过程中，由于输入电压的变化、电流过载、短路等因素可能导致变换器的故障或损坏。
为了保护变换器及其连接的电路，设计有效的保护电路是至关重要的。
首先要保护的是输入端的电路，常见的保护电路包括过压保护和过流保护。
过压保护主要是通过输入电压检测电路来监测输入电压，一旦输入电压超过设定值，保护电路将切断输入电源，以防止变压器和其他电路被损坏。
过流保护则采用电流检测电路来监测输入电流，一旦输入电流超过设定值，保护电路将切断输入电源，防止变压器和电源电路受到额定电流以外的过大电流的损坏。
在输出端，常见的保护电路包括过压保护、过流保护和短路保护。
过压保护通常使用电压检测电路来监测输出电压，一旦输出电压超过设定值，保护电路将切断输出电源，以防止负载和其他电路被损坏。
过流保护同样采用电流检测电路来监测输出电流，一旦输出电流超过设定值，保护电路将切断输出电源，防止负载和电源电路受到过大的电流的损坏。
短路保护是最常见的保护电路，它主要通过短路检测电路来检测输出端是否出现短路。
一旦短路发生，保护电路将切断输出电源，以防止损坏变压器和其他电路。
此外，为了保护变压器的绝缘性能，在变压器的输入和输出端都需要设计绝缘保护电路，通常是使用绝缘变压器或光耦合器来实现。
为了确保电路的稳定工作和提高变换器的效率，还可以设计过温保护电路。
过温保护电路可以通过温度传感器实时监测变换器内部的温度，一旦温度达到设定值，保护电路将切断输入电源，以防止温度过高引起的故障或损坏。
另外，还可以考虑设计过载保护电路和反馈保护电路。
过载保护电路可以检测输出电流是否过大，一旦超过设定值，保护电路将采取控制措施，减小输出电流以避免过载。
反馈保护电路可以通过比较输出电压与参考电压的差异来检测电路的故障，一旦差异超过设定值，保护电路将切断输入电源。
buck型dc-dc变换器中保护电路的设计
buck型dc-dc变换器中保护电路的设计Buck型DC-DC变换器是一种常见的降压型电源转换器，广泛应用于各种电子设备中。
在进行Buck型DC-DC变换器的设计过程中，保护电路的设计非常重要，可以保护变换器及其他电路不受损坏，保证电源系统的正常运行。
保护电路主要包括输入端和输出端的保护。
在输入端，保护电路的设计主要是为了防止输入电压过高或过低、瞬时过流和输入短路等情况对变换器产生不利影响。
一般情况下，设计输入端的保护电路主要包括过压保护、欠压保护和输入限流等功能。
首先，过压保护是为了防止输入电压超过变换器的额定输入电压范围，对于Buck 型DC-DC变换器来说，一般输入电压范围是相对稳定的，因此可以通过过压保护电路检测输入电压，并在超过设定阈值时触发保护措施，例如通过断开输入电源或者切断输入端的电流流通路径等方式。
其次，欠压保护是为了防止输入电压过低而影响Buck型DC-DC变换器的正常工作。
一般来说，欠压保护可以通过监测输入电压并在低于设定阈值时触发保护措施，如停止输出电流或关闭整个变换器等方式。
最后，输入限流是为了防止输入电流瞬时过高而损坏Buck型DC-DC变换器。
输入限流电路主要通过设置合适的电流检测电阻和比较器等元件来实现，当输入电流超过预设阈值时，可以通过控制开关管或采取其他措施限制输入电流值。
在输出端，保护电路的设计主要是为了防止输出端负载短路、过载和过压等情况对Buck型DC-DC变换器产生不利影响，同时保护被供电电路不受损坏。
首先，负载短路保护是为了防止输出端负载短路时产生大电流对Buck型DC-DC 变换器和被供电电路造成损坏。
负载短路保护电路主要包括电流检测电阻、比较器和限流电路等元件，当输出电流超过设定阈值时，保护电路会采取相应的控制措施，如限制电流或断开输出电源等。
其次，过载保护是为了防止输出端负载电流过大而超过Buck型DC-DC变换器的额定输出能力，导致器件及电路故障。
ncp1246工作原理
ncp1246工作原理NCP1246 的工作原理NCP1246 是一种高效率固定频率电流模式降压型 DC-DC 转换器。
它采用高集成度设计，内部集成了所有必需的组件，包括功率MOSFET、振荡器、错误放大器和电流感测电路。
这种紧凑的设计使其非常适合空间受限的应用。
启动和初始化当为 NCP1246 供电时，它会经历一个启动过程。
在此过程中，它会对内部电路进行初始化并进行软启动，以防止系统中的浪涌电流。
1. 上电复位：当为 IC 供电时，内部上电复位电路会将所有寄存器复位为默认值。
2. 软启动：上电后，NCP1246 会逐渐增加其输出电压，以防止系统中的浪涌电流。
这通过一个内部软启动电容来实现，该电容限制了错误放大器的输出电流。
3. 环路补偿：NCP1246 集成了一个内部环路补偿网络，以确保输出电压稳定。
该网络有助于补偿电源电路的极点和零点，从而改善瞬态响应和稳定性。
电流模式控制NCP1246 使用电流模式控制来调节其输出电压。
这种控制方式基于测量流过电感的电流。
1. 电流感测：NCP1246 通过一个检测电阻感测流过电感的电流。
该电流与输出电压的误差信号一起反馈到错误放大器。
2. 错误放大器：NCP1246 的错误放大器比较内部参考电压和输出电压的误差信号。
该误差由外部电压分压器设置。
3. PWM 比较器：错误放大器的输出与一个锯齿波比较器进行比较，该比较器生成一个脉宽调制 (PWM) 信号。
当错误信号大于锯齿波时，功率 MOSFET 导通；当错误信号小于锯齿波时，功率 MOSFET 关断。
输出电压调节NCP1246 通过调节 PWM 信号的占空比来调节其输出电压。
当输出电压下降时，错误放大器中的误差信号增加，导致 PWM 信号的占空比增加。
这会增加流过电感的电流，从而提高输出电压。
相反，当输出电压升高时，误差信号减小，PWM 信号的占空比减小，从而降低输出电压。
保护功能NCP1246 具有多种保护功能，以确保其安全可靠地运行：1. 过流保护：当流过功率 MOSFET 的电流超过预设阈值时，NCP1246 会进入过流保护模式。
降压式DC-DC转换器中的恒定导通时间谷值电流模式控制
降压式DC-DC转换器中的恒定导通时间谷值电流模式控制newmaker恒频峰值电流控制方案使用两个环路从高输入电压产生低输出电压，分别是电压外环和电流内环。
在控制信号和输出信号之间存在最小相移，由此可以实现简单的补偿。
测量流过NMOS主开关的电感电流的典型方法是，当NMOS主开关导通时检测NMOS主开关上的压降，或者检测输入端和主开关的漏极之间的串联电阻上的压降。
在这两个检测方案中，电感电流检测过程中出现在开关节点上的寄生效应均能引发激振现象，因此在测量电感电流之前必须等待一段时间，即消隐时间。
在低占空比操作过程中，这使得主开关建立并保持导通的时间变少。
图A示出了主开关上的电感电流和电流感测信号，其由消隐时间和导通时间构成图A. 消隐时间指使用固定频率的峰值电流模式控制方案的降压降转换器中的主开关所能实现的最小导通时间在低占空比操作过程中，即在输出电压比输入电压小很多时，主开关的导通总是由内部时钟控制的，而且与反馈回路无关，因此存在最小导通时间，其将电路操作限制在较高的开关频率。
而且，由于建立时间的限制，在脉冲不够宽时不能感测电流。
消隐时间决定了主开关的导通时间，仅有很少的时间可用于电流感测。
在诸如手机和媒体播放器的便携式应用中，DSP内核需要0.9 V的输出电压。
为了减小电感的尺寸以及解决方案的整体尺寸，应使用较高的开关频率。
但是如果使用该控制方案，则在使用较高的开关频率时，很难由较高的输入电压生成低占空比的电压。
后沿调制控制方案的第二个缺点是其较差的瞬态响应。
图B示出了针对负载电流的正向变化和负向变化的瞬态响应的典型波形。
便携式应用中，在降低输出电容器的尺寸和成本的同时必须能够实现很快的瞬态响应。
在输出端出现负载电流的正向阶跃增加时，输出响应可能延迟一个时钟周期。
在负载电流的负向阶跃减小的情况中，转换器强行给出最小宽度高边导通时间，其由电流控制环的速度确定。
因此在负向负载瞬态变化的过程中，不可能实现最小延迟响应，而且还将发生严重的过冲和下冲瞬态现象。
XL1507 150KHz 40V 3A开关电流降压型DC-DC转换器说明书
150KHz 40V 3A开关电流降压型DC-DC转换器XL1507特点⏹ 4.5V到40V宽输入电压范围⏹输出版本固定5V和ADJ可调⏹输出电压1.23V到37V可调⏹最大占空比100%⏹最小压差1.5V⏹固定150KHz开关频率⏹最大3A开关电流⏹内置功率三极管⏹高效率⏹出色的线性与负载调整率⏹EN脚TTL关机功能⏹EN脚迟滞功能⏹内置热关断功能⏹内置限流功能⏹内置二次限流功能⏹TO252-5L封装应用⏹LCD电视与显示屏⏹数码相框⏹机顶盒⏹路由器⏹通讯设备供电描述XL1507是一款高效降压型DC-DC转换器，固定150KHz开关频率，可以提供最高3A输出电流能力，具有低纹波，出色的线性调整率与负载调整率特点。
XL1507内置固定频率振荡器与频率补偿电路，简化了电路设计。
PWM控制环路可以调节占空比从0~100%之间线性变化。
内置使能功能、输出过电流保护功能。
当二次限流功能启用时，开关频率从150KHz降至50KHz。
内部补偿模块可以减少外围元器件数量。
图1.XL1507封装150KHz 40V 3A 开关电流降压型DC-DC 转换器 XL1507引脚配置EN GND SW VINFB 12345TO252-5LMetal Tab GND图2. XL1507引脚配置表1.引脚说明引脚号 引脚名称 描述1 VIN 电源输入引脚，支持DC4.5V~40V 宽范围电压操作，需要在VIN 与GND 之间并联电解电容以消除噪声。
2 SW 功率开关输出引脚，SW 是输出功率的开关节点。
3 GND 接地引脚。
4 FB 反馈引脚，通过外部电阻分压网络，检测输出电压进行调整，参考电压为1.23V 。
5 EN使能引脚，低电平工作，高电平关机，悬空时为低电平。
150KHz 40V 3A 开关电流降压型DC-DC 转换器 XL1507方框图EA1.23V ReferenceGNDFB3.3V 1.23VEA COMPOscillator 150KHz3.3V Regulator Start UpLatchCOMP2COMP1DriverThermal ShutdowninENSW220mV 200mV44m ΩCurrent LimitR2R1=2.5K5V R2=7.6KADJ R2=0 R1=OPENSwitch图3. XL1507方框图典型应用XL1507-5.0CIN 470uf 35VC1 105330uf 35VD1 L1 33uh/3A+12VLOAD13524GNDVINFBSWEN ON OFF 5V/3ACOUT 1N5820图4. XL1507系统参数测量电路（12V-5V/3A ）150KHz 40V 3A 开关电流降压型DC-DC 转换器 XL1507订购信息产品型号 打印名称封装方式包装类型 XL1507-ADJE1 XL1507-ADJE1 TO252-5L 2500只每卷 XL1507-5.0E1 XL1507-5.0E1TO252-5L2500只每卷XLSEMI 无铅产品，产品型号带有“E1”后缀的符合RoHS 标准。
同步整流降压型DC_DC过零检测电路的设计
1. 3 CCM 和 DCM 状态下的电感电流 在 Buck 型 DCDC 转换器中 , 由于其负载电流
1 电流倒灌的形成
1. 1 过零检测电路设计的必要性 在 BU CK 型 DC-DC 转换器中, 有异步和同步两 种。 对于异步 Buck 型 DC-DC 转换器 , 由于采用二极 管整流 , 因此当其工作在DCM 模式下不会出现电感 电流倒灌的现象 ; 但在低电压大电流输出的情况 下 , 整流二极管的导通压降较高 , 输出整流管的损耗 尤为突出 , 即使采用低压降的肖特基二极管也会产 生 0. 6 V 的压降, 导致整流损耗增大, 电源转换效率 降低。 采用同步整流技术可以改善这一问题 , 但当同 步整流 Buck 型 DCDC 工作在 DCM 模式下[ 2] , 会出 现电感电流的倒灌 , 同样会降低电源转换效率, 而且 当其处于超过放状态下 , 还会使整个系统在很大程 度上受损。 这使得过零检测电路 的设计尤为重要。 针对这一问题 , 设计一款电路性能优良, 而且结构简 单、 功耗低、 占用芯片面积小的电感电流过零检测电 路是非常必要的。 1. 2 同步 BUCK 型 DC-DC 的工作原理 图 1 是同步整流 Buck 型 DC -DC 转换器的拓扑 结构, 其中 M 1 为主开关管 , M 2 为同步开关管, L 为 换能电感, C 0 为输出电容, R 0 为负载电阻[ 4] 。 主开关 管 M 1 在每个周期开始时接通 , 电感电流通过 M 1 而 上升, 输入端 V I N的电能转换为磁能储存在电感磁场 中 , 到达一定占空比时 M 1 关断 , 电感电流通过同步 管 M 2 进行续流而逐渐下降 , 磁能转换为电能释放 到输出端V
[ 7]
图 2 CCM 与 DCM 的电感电流波 形 : ( a) CCM 电流波 形 ; ( b ) DCM 电流波形 Fig . 2 Induct or cur rent wav efor m fo r CCM a nd DCM : ( a ) Cur r ent w avefo rm o f CCM ; ( b ) Curr ent w avefo r m of DCM
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