DC-DC变换(开关电源)
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。
开关电源DCDC变换纹波噪声产生的原因以及解决方案
而噪声通常指开关动作引起的EMI(电磁辐射/干扰)，可采用有扩频等降噪技术的片子；应用上可将芯片远离敏感电路，甚至加屏蔽装置。
开关电源DC/DC变换纹波噪声产生的原因以及解决方案
原因很多最主要的是斩波频率造成的，所以在选择DC-DC 芯片的时候要尽可能选择频率较高的，它的好处有：
1，频率高，其纹波的频率也就高，这样的纹波也就更容易滤除。
2，频率高，就可以选低感值的电感，这样就有更强的 负载能力。
第二，当前的开关频率都已经达到MHz级别，使得纹波主要由输出滤波电容的ESR(等效串联电阻)决定，因为电容在充电和放电的时候输出电压上会有一个与Iout×ESR相关的跳变，当负载电流越大时此值越大，即纹波越大。
解决办法，如果不是设计芯片，只是应用，选择ESR小的电容可以减小纹波，参考芯片的DATASHEET，若允许可采用非电解电容，其ESR较小。
3，频率高，在负载不是很大的情况下，可以实现用小的电容实现理想的滤波效果。
缺点是自声，
纹波，主要由两部分组成：一个是跟开关频率有关的电容电压的变化率，电感电流的充放电时间长，则电容电压变化大，若开关频率高，则充放电时间短，电容电压变化小，即纹波小；
开关电源原理设计及实例变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构课堂课件
对电源进行充电；另一方面，流过反馈线圈 N3 绕组中的电流产生的磁场可以使
变压器的铁心退磁，使变压器铁心中医的学磁知识场！强度恢复到初始状态。
17
4.3 单端反激式结构
4.3.1 简介
所谓单端反激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正好被直 流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压 器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关 电源称为反激式开关电源。单端反激变换器是在反极性(Buck--Boost)变 换器基础上演变而来的，因此具有反极性变换器的特性。
医学知识！
4
4.1 概述
直流
逆变 电路
交流
变压器
交流
整流 电路
脉动
直流
直流
滤波器
图 4-1 隔离DC-DC变换器功能示意图
医学知识！
5
4.1 概述
升压和降压等变换器可以完成直流电压的变换。但实际上存在着转换功能上的局
限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路 输出等。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件—变压隔离器来克服。下 面列出采用变压器隔离结构的原因： 输出端与输入端之间需要隔离； 变压器可以同时输出多组不同数值的电压，改变输出电压和输出电流很容易，只需 改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可；
4.2.3 电路关键节点波形
医学知识！
11
4.2 单端正激式结构
变压器的磁心复位：开关 S 导通后，变压器的励磁电流由零开始，随着时
间的增加而线性的增长，直到 S 关断。为防止变压器的励磁电感饱和，必须设
法使励磁电流在 S 关断后到下一次再开通的一段时间内降回零，这一过程称为
11条学会DC-DC电源变换
常用的隔离DC/DC转换主要分为三大类：1.反激式变换。2.正激式变换。3.桥式变换
常用的单端反激式DC/DC变换电路，这类隔离的控制芯片型号也不少。控制芯片典型代表是常用的UC3842系列。这种是高性能固定频率电流的控制器，主要用于隔离AC/DC、DC/DC转换电路。其主要应用原理是：电路由主电路、控制电路、启动电路和反馈电路4 部分组成。主电路采用单端反激式 拓扑，它是升降压斩波电路演变后加隔离变压器构成的，该电路具有结构简单， 效率高， 输入电压范围宽等优点。 控制电路是整个开关电源的核心，控制的好坏直接决定了电源整体性能。这个电路采用峰值电流型双环控制，即在电压闭环控制系统中加入峰值电流反馈控制。 这类方案选择合适的变压器及MOS管可以把功率做的很大，与前面几种设计方案相比电路结构复杂，元器件参数确定比较困难，开发成本较高，因此需要此方案时可以优先选择市面上比较廉价的DC/DC隔离模块。
选择稳压管时一般可按下述式子估算： （1） Uz=Vout; （2）Izmax=（1.5-3）ILmax （3）Vin=（2-3）Vout 这种电路结构简单，可以抑制输入电压的扰动，但由于受到稳压管最大工作电流限制，同时输出电压又不能任意调节，因此该电路适应于输出电压不需调节，负载电流小，要求不高的场合，该电路常用作对供电电压要求不高的芯片供电。
第四条、基准电压源芯片稳压电路
稳压电路的另一种形式，有些芯片对供电电压要求比较高，例如AD DA芯片的基准电压等，这时常用的一些电压基准芯片如TL431、 MC1403 ，REF02等。TL431是最常用基准源芯片，有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。最常用的电路应用如下图示，此时Vo=（1+R1/R2）Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，Vo=5V。
一文读懂开关电源(DC-DC)的原理介绍
一文读懂开关电源（DC/DC）的原理介绍DC/DC电源指的是直流转直流的电路，有升压降压两种电路，按理来说，LDO也是DCDC电源，但行业内只认为以开关形式实现的电源为DC/DC电源。
一、DC/DC基本拓扑一个功率变换器，当输入、负载和控制均为固定值时的工作状态，在开关电源中，被称为稳态。
稳态下，功率变换器中的电感满足电感电压伏秒平衡定律：对于已工作在稳态的DC/DC功率变换器，有源开关导通时加在功率电感上的正向伏秒一定等于有源开关截至时加在该电感上的反向伏秒。
1、BUCK降压型当PWM驱动高电平使得NMOS管S1导通，忽略MOS管的导通压降，电感电流呈线性上升，此时电感正向伏秒为：VxTon=（Vin-V o）xTon当PWM驱动低电平使得NMOS管S1截至时，电感电流不能突变，经过续流二极管形成回路（忽略二极管压降），给输出负载供电，此时电感电流下降，此时电感反向伏秒为：VxToff=V ox（Ts-Ton）根据电感电压伏秒平衡定律可得：（Vin-V o）xTon=V ox（Ts-Ton）即V o=DxVin （D为占空比）2、BOOST升压型和BUCK电路类似的分析方法，当MOS管导通时，电感的正向伏秒为：VinxTon；当MOS管截至时，电感的反向伏秒为：（V o- Vin）x（Ts-Ton）根据电感电压伏秒平衡定律可得：VinxTon=（V o- Vin）x（Ts-Ton）即V o=Vin/（1-D）3、同步整流技术由于二极管导通时至少存在0.3V的压降，因此续流二极管D 所消耗的功率将会称为DC/DC电源主要功耗，从而严重限制了效率的提高。
为解决该问题，以导通电阻极小的MOS管取代续流二极管。
然后通过控制器同时控制开关管和同步整流管，要保证两个MOS管不能同时导通，负责将会发生短路。
二、DC/DC电源调制方式DC/DC电源属于斩波类型，即按照一定的调制方式，不断地导通和关断高速开关，通过控制开关通断的占空比，可以实现直流电源电平的转换。
dcdc电容计算
dcdc电容计算DC-DC变换器是电子设备中常用的一种开关电源，用于将一个直流电压转换为另一个直流电压。
在设计DC-DC变换器的过程中，电容的选取是非常关键的一步。
本文将介绍如何计算DC-DC变换器中所需的电容值。
首先，我们需要确定DC-DC变换器的输入电压、输出电压和负载电流。
这些参数决定了电容的选择范围。
其次，我们需要确定所需的纹波电流和纹波电压。
纹波电流是指在负载中通过电容时产生的电流脉动，而纹波电压是指在负载中通过电容时产生的电压脉动。
这两个参数也是电容选择的关键考虑因素。
计算电容的方法可以采用以下步骤：1. 计算纹波电流：纹波电流可以通过以下公式进行计算：ΔI = (V_out × I_load) / (2 × f × ΔV)其中，ΔI是纹波电流，V_out是输出电压，I_load是负载电流，f是开关频率，ΔV是输出电压的允许纹波。
2. 计算纹波电压：纹波电压可以通过以下公式进行计算：ΔV = (V_out × (1 - D)) / (2 × f × C)其中，ΔV是纹波电压，V_out是输出电压，D是占空比，f是开关频率，C是电容。
3. 计算所需的电容值：选择合适的电容值需要考虑电容的额定电压和ESR（等效串联电阻）。
电容的额定电压应大于输入电压和输出电压的最大值。
ESR的选择要保证能够满足纹波电流的要求。
以上就是计算DC-DC变换器所需电容值的步骤。
需要注意的是，计算结果只是初步估计，实际选择电容时还需要考虑实际工作环境和可靠性要求。
在实际应用中，还可以通过仿真软件进行更精确的电容值计算。
这些软件能够模拟DC-DC变换器的工作过程，并提供详细的参数分析结果。
总结起来，计算DC-DC变换器电容值的关键步骤包括确定输入电压、输出电压和负载电流，计算纹波电流和纹波电压，选择合适的电容额定电压和ESR。
在这个过程中，需要充分考虑电容的性能要求，以确保DC-DC变换器的稳定工作。
dc-dc变换原理
dc-dc变换原理
DC-DC变换器是一种电子设备，用于将直流（DC）电压转换为另一种直流电压。
这种转换器在许多电子设备中都有广泛的应用，例如在电源适配器、电动汽车、太阳能系统和通信设备中都可以看到它们的身影。
DC-DC变换器的工作原理基于电感和电容的原理，通过精确控制开关管的导通和截止来实现输入电压到输出电压的变换。
DC-DC变换器的基本工作原理是利用电感和电容储存和释放能量，从而实现电压的升降。
当输入电压施加到变换器上时，开关管周期性地开关，这导致电感和电容中的能量储存和释放。
通过调整开关管的占空比和频率，可以实现对输出电压的精确控制。
在一个典型的升压型DC-DC变换器中，当开关管导通时，电流会通过电感和负载，从而储存能量。
当开关管截止时，电感中的储能会释放，从而提供给负载。
通过控制开关管的导通和截止时间，可以实现输出电压的精确控制。
相比于线性稳压器，DC-DC变换器具有更高的效率和更小的体积。
这使得它们在需要高效能转换和对电源体积要求严格的场合中
得到广泛应用。
总之，DC-DC变换器是一种非常重要的电子设备，它通过精确控制电感和电容的能量储存和释放，实现了输入电压到输出电压的精确变换。
在现代电子设备中，它们的应用已经变得非常普遍，为我们的生活带来了诸多便利。
DC—DC升压开关变换器设计
DC—DC升压开关变换器设计本设计设计了相应的硬件电路，研制了一款小功率开关电源。
整个系统包括主电路、控制电路、驱动电路、保护电路和反馈电路几部分内容。
系统主电路由Boost升压斩波电路和相应的滤波保护电路组成。
控制电路包括主电路开关管控制脉冲的产生和保护电路。
论文具体地介绍了主电路、控制电路、驱动电路等各部分的设计过程，包括元器件的选取以及参数计算。
本设计中采用的芯片主要是PWM控制芯片SG3525、光电耦合芯片PC817和半桥驱动芯片IR2110。
设计过程中充分利用了SG3525的控制性能，具有较宽的可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流。
标签：SG3525，开关稳压电源，PWM，升压斩波1绪论近年来，随着电力电子学的高速发展，电力供给系统也得到了很大的发展。
同时，人们对电源的要求也越来越高。
在高效率、大容量、小体积之后，对电源系统的输入功率因数和软开关技术也提出了更高的要求。
电源是给电子设备提供所需要的能量的设备，这就决定了电源在电子设备中的重要性。
电子设备要获得好的工作可靠性必须有高质量的电源，所以电子设备对电源的要求日趋增高。
相对于线性稳压电源来说，开关稳压电源的优点更能满足现代电子设备的要求。
但是，由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率，近年来国内外的专家学者提出了众多的电路拓扑，使得软开关技术成为电力电子技术研究的热点。
因此对于现代的开关电源功率交换技术的发展趋势，可以概括为：高频化、高效率、无污染和模块化。
2开关电源概况2.1开关电源基本拓扑结构开关变换器是电能变换的核心装置。
按转换电能的种类，可把变换器分为四类：①直流变换器（DC-DC），将一种直流电能转换为另一种或多种直流电能的变换器，是直流开关电源的主要部件；②逆变器（DC-AC），将直流电能变为交流电能的电能变换器，是交流开关电源和不间断电源UPS的主要部件；③整流器（AC-DC），将交流电转为直流电的电能变换器；④交交变频器（AC-AC），将一种频率的交流电转换成另一种频率可变的交流电，或者将一种频率可变的交流电转变为恒定频率的交流电的电能变换器。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
io
R uo
US
D
C
iL
io
R
US
C
uo
电感电压uL= 0， 电容向负载供电 电容储能向负载转移
T断开等效电路（iL=0) T一周期中导通时间愈长，向电感转移的能量愈 多，向负载转移的能量也愈多，即输出电压愈高 控制开关管导通占空比可控制输出电压
1.2.1 降压变换电路
US
iS
T L
iL
io
R uo
（1）T导通情形
iS
T
L
iS
T L D
iL
io
R uo
US
C
iL
io
R uo
US
D
C
T导通等效电路
电感电压uL=US– uo， 在该电压的作用下， 电感电流iL线性增长 ， 电感储能增加
电源能量向电感、负载传递
1.2.1 降压变换电路 1 降压变换电路工作原理
（2）T 断开情形-电流连续
iS
T L
iS
T L D
iL
io
R uo
US
C
iL
io
US
D
C
R
uo
电感电压uL= – uo， 在该电压的作用下， 电感电流iL线性下降 ， 电感储能减少
T断开等效电路（iL>0)
电感储能向电容、负载转移
1.2.1 降压变换电路 1 降压变换电路工作原理
（2）T 断开情形-电流断续
iS
T L D
iS
T L
iL
1、器件是理想的（不考虑开关时间、导通压降等） 2、输出滤波电容较大，输出电压基本平直
2 主要波形—电感电流连续情形
uG>0 T导通等效电路
降压电路
uG=0
电感电流连续情形： iL>0
T断开等效电路
2 主要波形—电感电流连续情形 + uL u
+ uo T导通等效电路
G
T导通波形
t
uL
Us uC
ton ton D1 D2 Ts1 Ts 2
u
TS1
ton
t
u ton
t
TS2
1.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念 改变占空比D有三种基本方法： ②脉冲宽度调制(PWM)
维持TS不变，改变ton
u
TS
ton1 t
在这种方式中，输出 u 电压波形的周期不变， 仅改变脉冲宽度。 有利于滤波器的设计
2．直流PWM波形的生成方法 调制法生成PWM波形典型框图：
u*R: 调制信号
uC: 载波信号
载波信号频率远大 于调制信号频率
返回
1.2
基本的直流变换电路
1.2.1 降压斩波电路
1.2.2 升压斩波电路
1.2.3 升降压斩波电路
返回
1.2
基本的直流变换电路
基本的直流变换电路：降压斩波电路、升压 斩波电路、升降压斩波电路、库克变换电路 介绍内容： 1、电路结构 2、工作原理 3、主要波形
1.1
直流PWM控制技术基础
1.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念 直流变换问题的提出 直流供电电压一定，而负载需要不同电压
直流调速：需要可变的直流电压
直流升压：太阳能电池输出电压较低，需要 变换到较高电压再变换为直流
1.1
iS US
T
直流PWM控制技术基础
io
uo
1.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念
duC uC UO iC C iL iL dt R R
im iC
IO
iM t t
1 DuC U CM U Cm C 1 1 Ts DI L DuC * * * C 2 2 2
ton toff / 2
ton / 2
uC ( i I ) dt L O
UO
DuC
数学模型:
t
uC
diL iL uL L uC dt duC uC 初值条件? im iC C iL dt R iC
iM t t
假设uC= Uo =常数iL线性减少
3 主要数量关系—电感电流连续情形 表现系统主要性能指标的量： (1) 平均输出电压Uo
(2) 平均输出电流Io
5 主要数量关系—电感电流断续情形 （1）平均输出电压Uo
uG
ton toff
稳态情况下，电感上一 周期中的平均电压为零。
(US uC ) * ton (uC ) * tcon 0 (US Uo ) * ton (Uo ) * tcon 0 或：
ton Uo US ton tcon
DI L iM
U S UO ton L
1 D DI L U S ton L
注意：
TS ton toff ton DTS
结论： 1：增加LC, 电压纹波减少 2：开关频率高，电压纹波小 3：D=0.5，电压纹波达到峰值
3 主要数量关系—电感电流连续情形 5、电容电压纹波DuC
(1 D ) D 2 DuC U S TS 8LC
im
iC
或：(US Uo ) * ton (Uo ) * toff 0
t U o on U S DUS TS
iM t t
3 主要数量关系—电感电流连续情形
uG
ton toff
t
uL
(2) 输出平均电流Io
Io UO U D S R R
US uC uC
t
(3) 电感电流纹波DIL
fC (1 D ) D DuC US 2 f
2
2
1 f TS
fC
记：
电路T开关频率
1 2 LC
滤波电路 截止频率
纹波系数：
DuC DuC (1 D ) 2 UC UO
2
fC f
2
fC f 时, 电压纹波系数很小
R
开关管仅两种工作状态： 导通与断开
（1）开关管T导通时， R两端电压 uo=US 开关管IGBT导通条件： UG>0
基本的直流变换电路
iS US
T R uo
io
开关管T导通等效电路
1.1
iS US
T
直流PWM控制技术基础
io
uo
1.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念
R
开关管仅两种工作状态： 接通与断开
DC/DC变换电路
1.1 直流PWM控制技术基础
1.2 基本的直流斩波电路 1.3 开关式稳压电源工作原理电路 1.4 常用开关式集成稳压器及应用
返回
直流变换—将直流电能(DC)转换成另一固 定电压或电压可调的直流电能。
基本的直流变换电路：降压斩波电路、升压 斩波电路、升降压斩波电路、库克变换电路 重点：电路结构、工作原理及主要数量关系
iL
iM t
iC
假设uC= Uo =常数iL线性减少
t
4 主要波形—电感电流断续情形
+ uo uG
ton toff
t
uL
US uC uC
T断开、D断开等效电路
tcon t
数学模型:
diL uL L 0 dt duC uC iC C dt R
iL
初值条件
iC
iM t t
uC= Uo =常数iC维持不变
t
3 主要数量关系—电感电流连续情形
（5）电容电压纹波DuC
1 1 Ts DI L DuC * * * C 2 2 2 1 1 Ts (1 D ) * * * U S ton C 2 2 2L (1 D ) U S TS ton 8LC (1 D ) D 2 U S TS 8 LC
数学模型:
t
diL iL uL L U S uC dt duC uC 初值条件? im iC C iL dt R iC
iM
t
假设uC=Uo =常数iL线性增加
t
2主要波形—电感电流连续情形 + uL uG
+ uo uL
US uC
ton
主要波形 toff t
T断开等效电路
（2）开关管T断开时， R两端电压 uo=0
基本的直流变换电路
iS US
T R uo
io
开关管T断开等效电路
开关管IGBT断开控制： UG=0
1.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念
iS US
T R uo
io
基本的直流变换电路
开关管IGBT控制电压
R两端平均电压：
ton Uo U S Ts
控制一周期中导通时间比 例可控制输出平均电压
电感平均电流 =负载平均电流
uL
US uC
t
uC
?
L DI L iM I O 2 i m DI L im I O 2 i
i
IO
iM t t
C
电流连续时:
i i i IO M m M 2 2
3 主要数量关系—电感电流连续情形
uG iL ton toff
t
(5) 电容电压纹波DuC
1 降压变换电路工作原理 特殊情形：T常断开 特殊情形：T常导通
D
C
稳态：电感电压uL= 0 负载电压u0=0 稳态：电感电压uL= 0 负载电压u0=US
输出电压在0~电源电压之间可调—降压变换电路
1.2.1 降压变换电路 2 主要波形分析 理论基础——电路理论 基本方法——分段线性分析 （重点是根据开关情况确定等效电路） 假设条件：