基于单片机的降压型DC-DC变换实验系统设计解析

物电学院开关电源技术课程实践报告《降压型DC/DC开关电源的研究与设计》：鹏飞学号：131103034学院：物理与电气工程学院日期：2015年12月26日指导老师：许树玲降压型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。

关键词：开关电源；降压型；DC/DC转换1 开关电源现状及前景1.1 国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。

国外开发电源管理芯片的厂商很多，主要有NCP、IR、MAXIM、ST、TI、PI等，他们的产品都已经非常成熟能够提供高质量、全系列的电源管理芯片。

在非隔离的DC/DC转换技术中，TI公司的预检测栅驱动技术采用数字技术控制同步BUCK，转换效率高达97%，其中TPS40071等是其代表产品。

在电源数字化方面走在前面的公司有TI和Microchip，TI公司已经用TMS320C28F10制成了通讯用的48V输出大功率电源模块，其中PFM和PWM部分完全为数字式控制。

2 DC/DC降压型开关电源设计本电路主要包括变压器降压，桥式整流电路，滤波电路，降压电路，AD转换电路，和数字显示构成。

其中降压电路是一种高效的三增益开关电源DC/DC 降压变换器。

从1V起调的稳压电源，电路使用时，只须调节电源电压调节器（可调电阻），即可得到1V-20V之间所需的电压。

系统结构框图如图12所示图1 DC/DC降压型开关电源的结构框图本电源电路是实现把220V交流电源变换成1V-20V连续可调的稳压电源，它的工作原理是：经过降压、整流、滤波、稳压后输出直流电压，当对转换电容阵列进行不同设定时，通过改变分压比，可以得到一个1V-20V的连续可调直流电压。

基于UC3842的降压型DC-DC设计设计课题：基于UC3842的降压型DC-DC设计专业班级： B120409 学生姓名：*** *9指导教师： *设计时间： 2014年12月18日目录摘要： (3)关键词: (3)一、系统设计 (3)1.1 系统设计要求 (3)1.2系统设计框图 (3)二、硬件电路设计 (4)2.1 输入模块 (4)2.2 输出模块 (5)2.3 UC3842外围电路 (5)2.4反馈电路 (6)2.5开关管控制电路 (7)三、重要元件简介 (7)3.1 UC3842 (7)3.2 PC817 (9)3.3 TL431 (10)四、计算 (11)4.1 续流二极管的选择 (11)4.2 R6--R10 (11)五、原理图、电路板及PCB图 (12)5.1 原理图 (12)5.2 电路板 (12)5.3 PCB图 (13)六、测试结果及结果分析 (13)6.1测试结果 (13)6.2 测试结果分析 (14)七、结论与心得 (15)基于UC3842的降压型DC-DC设计摘要：为了研究基于UC3842的直流降压斩波电路，选择了以UC3842为脉宽控制核心的15V到8V的降压变换为实例，详细的说明UC3842的用法，外围电路设计，以及反激直流变换器的直接降压斩波工作原理。

该方案里的UC3842可以直接驱动开关管，向负载提供电能。

为了整体电路的稳定，又在输出端添加由TL431和PC817组成的反馈电路，对输出电压采样，把输出电压反馈给UC3842，通过内部比较器，自动的调节脉宽，调节输出电压，以达到稳定。

关键词:UC3842 反馈电路滤波一、系统设计1.1 系统设计要求表1 系统要求1.2系统设计框图本设计采用的是一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片UC3842。

该脉宽调制器能产生频率固定而脉冲宽度可以调节的驱动信号，控制大功率开关管的通断状态来调节输出电压的大小，达到稳压目的，锯齿波发生器提供恒定的时钟频率信号，利用误差放大器的电压测定比较器形成电压闭环，利用电流测定、电流测定比较器构成电流闭环，在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感电流的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节驱动信号的占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。

基于Buck-Booost电路的双向DC-DC变换电路目录1系统方案 (4)1.1 DC-DC双向变换器模块的论证与选择 (4)1.2 测控电路系统的论证与选择 (4)2 系统理论分析与计算 (4)2.1 双向Buck-BOOST主拓电路的分析 (4)2.2 电感电流连续工作原理和基本关系 (5)2.3 控制方法与参数计算 (6)3 电路与程序设计 (7)3.1 电路的设计 (7)3.1.1 系统总体框图 (7)3.1.2 给电池组充电Buck电路模块 (7)3.1.3 电池放电Boost升压模块 (8)3.1.4 测控模块电路原理图 (8)3.1.5 电源 (9)3.2 程序设计 (9)4 测试方案与测试结果 (15)4.1 测试方案 (15)4.2 测试条件与仪器 (15)4.3 测试结果及分析 (15)4.3.1 测试结果(数据) (15)4.3.2 测试分析与结论 (16)摘要双向DC/DC变换器（Bi-directional DC-DC Converter，BDC）是一种可在双象限运行的直流变换器，能够实现能量的双向传输。

随着开关电源技术的不断发展，双向DC/DC变换器已经大量应用到电动汽车、太阳能电池阵、不间断电源和分布式电站等领域，其作为DC/DC变换器的一种新的形式，势必会在开关电源领域上占据越来越重要的地位。

由于在需要使用双向DC/DC变换器的场合很大程度上减轻系统的体积重量及成本，所以具有重要研究价值。

既然题目要求是作用于可充电锂电池的双向的DC-DC变换器，肯定包括降压、升压、电压可调、恒流、等要求。

考虑到题目对效率的要求，我们选择降压Buck电路，升压Boost电路，并用反馈电路和运放电路来实现电压可调和恒流等要求，通过一系列的测试和实验几大量的计算，基本上能完成题目的大部分要求。

关键词：双向DC/DC变换器；双向Buck-Boost变换器；效率；恒流稳压1系统方案本系统主要由DC-DC双向变换器模块、测控电路模块及辅助电源模块构成，分别论证这几个模块的选择。

降压型dcdc转换器工作原理(一)降压型DC-DC转换器工作原理解析介绍降压型DC-DC转换器是一种重要的电源转换器，可将高电压转换为低电压。

它在电子设备中广泛应用，如手机、笔记本电脑等。

本文将从浅入深解释降压型DC-DC转换器的工作原理。

DC-DC转换器的基本概念1.什么是DC-DC转换器？–DC-DC转换器是一种用于将直流电压转换为不同电压级别的电路。

–这种转换器由开关元件、电感元件和滤波电容组成。

2.为什么需要DC-DC转换器？–电子设备的不同模块通常需要不同的电压供应，而电源只能提供固定的电压。

–DC-DC转换器可实现将电源提供的电压转换为各模块所需的电压。

降压型DC-DC转换器工作原理1.什么是降压型DC-DC转换器？–降压型DC-DC转换器是一种将高电压转换为低电压的转换器。

–它通过周期性开关与断开电源输入以控制输出电压。

2.降压型DC-DC转换器的工作原理–当开关元件断开时，电感元件会储存电能，电容元件则提供电流给负载。

–当开关元件闭合时，电感中存储的能量被释放，将电流传递给负载。

–通过调整开关的频率和占空比，可以控制输出电压的稳定性。

3.降压型DC-DC转换器的优点–高效性：降压型转换器能以高效率将电源提供的电能传递给负载，减少能量损失。

–稳定性：通过控制开关的频率和占空比，可以保持输出电压的稳定性。

–可调性：降压型转换器可通过调整控制参数，实现输出电压的调节。

总结降压型DC-DC转换器是将高电压转换为低电压的关键电源转换器。

它通过周期性地开关和断开电源输入，控制输出电压的稳定性。

降压型转换器具有高效性、稳定性和可调性的优点，在电子设备中发挥着重要作用。

•介绍–DC-DC转换器的基本概念•什么是DC-DC转换器？•为什么需要DC-DC转换器？–降压型DC-DC转换器工作原理•什么是降压型DC-DC转换器？•降压型DC-DC转换器的工作原理•降压型DC-DC转换器的优点•总结注意： - 请适度使用加粗、斜体等其他Markdown格式。

降压型（BUCK）DC-DC电路的设计与制作设计报告课题三：降压型（BUCK）DC-DC电路的设计与制作姓名：学号：得分：一、实验目的1). 学习和了解DC-DC变换电路的特点；2). 掌握降压型（BUCK）DC-DC电路的结构和工作原理；3). 熟悉强、弱电电路的隔离应用；4). 培养电子电路的设计能力和基本应用技能。

二、课题任务1）设计参数要求：=12V；① DC-DC主电路输入电压VI②输出电压: V=5V；O=1A；③输出电流：IO④输出电压纹波峰-峰值 V≤50mV，即纹波≤1%；pp=5W。

⑤额定输出功率PO2）PWM驱动信号：=20kHz；① PWM驱动信号频率fS② PWM驱动信号占空比可调；3）驱动电路：驱动电路应为单端输入、双端浮地输出。

5）撰写完整的实习报告。

三、实验原理BUCK电路就是降压电路，开关S闭合的时候，VD二极管承受负压关断，电感充电，电流正向流动，电流值呈现指数上升趋势。

开关S 断开的时候，VD 二极管起续流作用，电感开始放电，电流逐渐下降，通过负载和二极管回到电感另外一端，短暂供电。

这样电压就能降低。

实际使用的时候，S开关是通过MOSFE 或者IGBT实现的，输出电压等于输入电压乘以PWM波的占空比。

开关电源总的来分有隔离型和非隔离型电路。

所谓非隔离型电路是根据电路形式的不同，可以分为降压型buck电路、升压Boost型电路、升降压Buck-Boost 型电路、Cuk型丘克电路、Sepic型电路、Zeta型电路。

我们这里主要分析降压型DC-DC转换器的工作原理，Buck电路如图1所示。

图中功率MOSFET为开关调整元件，它的导通与关断由控制电路决定;L和C为滤波元件;开关截止时，二极管VD 可保持输出电流连续，所以通常称为续流二极管。

控制电路输出信号使开关管VT导通时，滤波电感L中的电流逐渐增加，因此贮能也逐渐增大，电容器C开始充电。

忽略MOSFET的导通压降，MOSFET源极电压应为Uin。

基于降压型PWM的DC-DC转换器的控制方案开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT 和MOSFET。

一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC 和MOSFET 构成。

开关电源电路主要由整流滤波电路、DC-DC 控制器(内含变压器)、开关占空比控制器以及取样比较电路等模块组成。

PWM 技术简介[1]脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

脉冲宽度调制(PWM)基于采样控制理论中的一个重要结论，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

在控制时对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率.PWM 运用于开关电源控制时首先保持主电路开关元件的恒定工作周期(T=ton+toff)，再由输出信号与基准信号的差值来控制闭环反馈，以调节导通时间ton，最终控制输出电压(或电流)的稳定。

PWM 的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。

让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。

噪声只有在强到足以将逻辑1 改变为逻辑0 或将逻辑0 改变为逻辑1 时，也才能对数字信号产生影。

DC/DC降压电路实验报告班级：09应用电子技术（5）班姓名：学号：0906020122指导老师：时间：20 年11月20日目录一、实验名称 (2)二、实验设计的目的和要求 (2)三、预习要求 (2)四、电路原理图 (3)五、电路工作原理 (3)六、PCB图 (4)七、实验结果 (5)八、实验中出现的问题以及解决方法 (6)九、实验心得 (6)十、参考文献 (6)十一、元件清单 (6)一、实验名称：DC/DC降压电路二、实验设计的目的和要求1）掌握简单开关电源工作原理；2）掌握脉宽调制PWM控制模式；3）掌握电子系统的一般设计方法；4）培养综合应用所学知识来指导实践的能力；5）掌握常用元器件的识别和测试，熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法进一步掌握制版、电路调试等技能。

三、预习要求3.1关于TL494器件的特点和一些参数图3-1 TL494管脚分配及内部结构图1)集成了全部的脉宽调制电路。

2)片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件有一个电阻和一个电容。

3)内置误差放大器。

4)内置5V参考基准电压源。

5)可调整死区时间。

6)内置功率晶体管可提供500mA的驱动电路7)推或拉两种输出方式。

3.2关于TL494原件各个管脚的功能1、2脚误差放大器的同相输入端和反相输入端3脚是相位校正和增益补偿端4脚位死区控制端5、6脚分别为外接震荡电阻和震荡电容7脚为接地端8、9脚和11、10脚分别为TL494内部两个末级输出三极管集电极和发射极12脚为电源端13脚为输出控制端14脚为5V基准电压输出端，最大输出电流为10mA15、16脚误差放大器的反相输入端和同相输入端四、电路原理图图4-1 DC/DC降压电路原理图五、电路工作原理TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可以通过外部的电阻R17和电C10进行调节，震荡频率计算公式为f=1/（C10*R17）;. 输出电容的脉冲其实是通过电容上的正极性锯齿波电压与另外2个控制信号进行比较来实现。

基于单片机控制的DC—DC变换电路作者：李继强等来源：《电子技术与软件工程》2015年第22期摘要针对2015年全国大学生电子设计竞赛A题，本设计采用LM2577和LM2596分别实现系统升压和降压，采用单片机产生的PWM信号来调节降压电路实现给电池组恒流充电时电流的控制。

为了使得输出稳定，对输出进行测量，通过软件调节算法得到PWM的占空比，输出给LM358比较器，形成闭环控制。

LM2577和LM2596芯片均有过流保护的功能。

【关键词】双向DC-DC变换 LM2577 LM2596 单片机控制1 系统方案设计1.1 方案设计本方案采用单片机为主设计测控电路。

通过对DC-DC直流转换器输出电流进行监测，通过键盘输入输出电流设定信号，通过单片机输出PWM信号与LM358比较器形成比较电压，电流反馈闭环电路，从而对LM2596芯片进行控制，控制buck电路的接通关断，以保证DC-DC的变换。

升压部分直接由LM2577电路控制稳压其结构图如图1所示。

1.2 控制系统设计采用LM2577和LM2596设计升压电路和降压电路。

buck电路配合测控电路使用效果好，成本也很低，电路图也容易焊接调试。

利用单片机构成测控电路，使得我们能够更加方便的使用键盘来控制转换器输出的电压电流，通过主电路的反馈端来检测电流并采样从而调整PWM 来达到控制输出和过流保护的功能。

单片机的测控电路更加简单，所使用的元器件更少，控制更加方便，所以采用该方案。

1.2.1 升压系统DC-DC电池组放电情况下，以boost升压电路为核心电路。

精髓在于作为开关的LM2577芯片。

该芯片工作时4、5引脚接通对L1电感充电，4、5引脚关闭电感L1缓慢为电容充电。

通过4、5引脚的开通和关断，使得输出端升压。

同时2引脚是输出反馈端，使得输出电压稳定不发生变化，即起到稳压作用。

1.2.2 降压系统DC-DC转换器为电池组充电情况下，是以buck降压电路为核心电路。

摘要本论文从DC-DC转换器的buck拓扑结构出发，分析了DC-DC转换器的基本工作原理。

根据便携式设备对体积、成本和功耗的严格要求，设计了芯片的系统结构，并且进行了电路设计、仿真和版图设计。

本课题的主要特点有：PWM调制方式使得电源芯片的噪声抑制和电磁兼容性能大大提高；电流模式保证了芯片拥有较好的负载、电源调整性能和较快的瞬态响应，整个电路变成了一阶系统，使得补偿网络易于实现，系统稳定性得以提高，减小了输出电压的波动；采用JAZZ的BCD05工艺大大降低了功率开关管的导通电阻，提高了系统的转换效率；较高的开关频率使外部电容、电感等常规大体积的元件可以选用小容量的表面贴装器件，极大的减小了电源系统的体积。

设计了一个内部电源调整模块，大大提高了输入电源的电压范围。

本文还在系统补偿网络的选取上采用了一种新颖的方法。

使用简单的计算公式得出补偿网络中元件的具体参数，以保证在不同的输出滤波电容和负载情况下，电源系统保持稳定。

本文对关键电路进行了Spectre模拟验证，根据工作模式选择合适的外部元件对系统进行模拟，并给出模拟结果和结果分析。

模拟结果证明该转换器满足了不同负载下高效率的设计要求。

在输入4.73V-15V，输出1.235V-13V的范围内，均可以达到2A的输出电流，并且保持系统稳定。

开关频率为400KHZ，最大占空比为90%以上。

在运用范围内的最高效率超过95%。

关键词：开关电源DC-DC转换器电流模式脉冲宽度调制降压型AbstractThis thesis discusses the fundamental of a buck DC-DC converter. According to the strict request for the bulk, cost and power, the architecture of the system is designed.The following is the main characteristics of the converter: PWM control mode improves the noise and EMI performance of power supply ic;Advanced Current Mode circuit are specially used to ensure better supply & load line regulation and better transient response,more easyer compensation net and better stability ,and less fluctuate of output voltage;using the BCD05 technology of JAZZ company make the resistance of switch MOSFET less than the traditional one,improves efficiency of the power supply;With high frequency of switch,SMT (Surface mounting technology) capacitor & inductor can be applied to minimize the bulk of the power supply system.This thesis has given a new method of selecting compensation network. Use simple formula for calculating compensation reached the network element specific parameters. To ensure that the different output filter capacitor and load cases, the power system remains stable.Simulate all critical functional blocks and give results with Spectre. Select different components, simulate the system and give the results about system characters. The result showed the efficiency at the variable loads. In the voltage range of input 4.75V-15V and output 1.235V-13V, the converter can be reached 2A of output current, and maintain system stability. Switching frequency is 400KHZ, maximum duty cycle is 90%.The maximum efficiency is over 95%.Keywords: switching supply DC-DC converter current-mode PWM control buck目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论1.1 DC-DC转换器的发展 (1)1.2 DC-DC转换器的设计要求 (3)1.3 研究生阶段所做工作 (5)1.4 课题特色与创新点 (5)1.5课题特点及结构安排 (6)2 开关电源基础2.1 降压型开关电源的基本原理 (8)2.2 DC-DC转换器的调制方式 (11)3 降压型PWM电流模式开关电源系统分析3.1 开环稳定性分析 (16)3.2电流环稳定性分析 (19)3.3buck结构的效率分析 (20)3.4大信号特性分析 (23)4 DC-DC转换器控制电路的设计4.1内部电源调整模块的设计 (28)4.2带隙基准电路的设计（包含热关断） (34)4.3误差放大器的设计 (37)4.4峰值电流检测与放大电路的设计 (40)4.5时钟与斜坡信号发生电路的设计 (44)4.6欠压保护电路的设计 (48)4.7锁定比较器的设计 (50)4.8功率管驱动电路的设计 (52)5 整体电路的设计与仿真5.1 外围元件的选取 (55)5.2 系统仿真波形 (58)6 芯片版图的设计6.1 版图设计方法和技术 (62)6.2 芯片版图结构 (64)7 结论 (66)致谢 (68)参考文献 (69)附录攻读硕士学位期间发表的论文目录 (73)1 绪论电源是电子设备的动力心脏[1]，其性能的优劣直接影响到整个系统的安全性和可靠性。

基于单片机控制的DC-DC变换器的设计目录第一章绪论 (1)1.1 系统背景 (1)1.1.1 绿色节能型开关电源 (1)1.1.2 智能化数字电源 (1)1.1.3 可编程开关电源 (2)1.2 电源技术的发展与方向 (2)1.2.1 线性电源和开关电源 (2)1.2.2 电源技术的发展方向 (3)1.2.3 开关电源的市场前景和研究现状 (4)第二章系统的总体设计 (5)2.1 方案论证 (5)2.1.1 DC-DC主回路拓扑结构 (5)2.1.2 控制方法及实现方案 (6)2.2 主体思路 (6)2.3 软件设计思路 (8)2.3.1软件系统的逻辑控制 (9)2.3.2软件系统的结构 (9)2.4软件设计部分概述 (9)2.4.1 程序设计方法 (10)第三章系统硬件设计 (11)3.1 隔离式高频开关电源 (11)3.2 输入电路设计 (12)3.2.1 电压整流技术 (12)3.2.2 输入滤波电容 (12)3.2.3 输入浪涌保护器件 (13)3.2.4 输入尖峰电压保护............................................ 14 I3.3 功率变换电路设计 (14)3.3.1 隔离全桥推挽变换电路 (14)3.3.2 推挽式变压器开关电源储能滤波电感参数的计算 (16)3.3.3磁芯的选择 (19)3.3.4计算脉冲信号的最大占空比Dmax (19)3.3.5计算一次绕组的电感量LI (20)3.3.6确定一次绕组的匝数N1 (20)3.3.7确定自馈绕组N2和二次绕组N3的匝数 (20)3.3.8计算空气隙? (21)3.3.9设计注意事项 (21)3.4 功率管MOSFET及其驱动 (21)3.4.1 功率管MOSFET (21)3.4.2 驱动电路 (23)3.4.3 死区时间的设计 (27)3.5.1 PWM滤波电路设计 (28)3.5.2 检测保护电路设计 (30)3.6 PWM控制电路 (31)3.6.1 TL494的结构和性能 (31)3.6.2 输出电压直接分压作为误差放大器的输入 (34)3.7 单片机控制模块 (35)3.7.1 C8051F350系列单片机特点 (35)3.7.3 STC12C5616AD特点 (37)3.7.4 STC12C5616AD应用 (37)3.7.6 可调式精密并联稳压器TL431 (39)3.7.7 单片机双机串行通信 (40)3.8 人机交换模块 (41)3.8.1编码电位器输入模块 (41)3.8.2 LED显示器的显示方式........................................ 42 II3.8.3 数码管显示电路原理 (42)3.8.3 74HC595芯片性能 (42)第五章系统调试 (43)4.1 系统调试 (43)4.1.1 系统调试的一般步骤 (44)第六章总结与建议 (46)结束语 (47)致谢 (49)附录1部分程序代码 (50)附录2硬件附图 (57)III第一章绪论1.1 系统背景开关电源已有几十年的发展历史。

创作编号：GB8878185555334563BT9125XW创作者：凤呜大王*基于Buck-Booost电路的双向DC-DC变换电路目录1系统方案 (4)1.1 DC-DC双向变换器模块的论证与选择 (4)1.2 测控电路系统的论证与选择 (4)2 系统理论分析与计算 (4)2.1 双向Buck-BOOST主拓电路的分析 (4)2.2 电感电流连续工作原理和基本关系 (5)2.3 控制方法与参数计算 (6)3 电路与程序设计 (7)3.1 电路的设计 (7)3.1.1 系统总体框图 (7)3.1.2 给电池组充电Buck电路模块 (7)3.1.3 电池放电Boost升压模块 (8)3.1.4 测控模块电路原理图 (8)3.1.5 电源 (9)3.2 程序设计 (9)4 测试方案与测试结果 (15)4.1 测试方案 (15)4.2 测试条件与仪器 (15)4.3 测试结果及分析 (15)4.3.1 测试结果(数据) (15)4.3.2 测试分析与结论 (16)创作编号：GB8878185555334563BT9125XW创作者：凤呜大王*摘要双向DC/DC变换器（Bi-directional DC-DC Converter，BDC）是一种可在双象限运行的直流变换器，能够实现能量的双向传输。

随着开关电源技术的不断发展，双向DC/DC变换器已经大量应用到电动汽车、太阳能电池阵、不间断电源和分布式电站等领域，其作为DC/DC变换器的一种新的形式，势必会在开关电源领域上占据越来越重要的地位。

由于在需要使用双向DC/DC变换器的场合很大程度上减轻系统的体积重量及成本，所以具有重要研究价值。

既然题目要求是作用于可充电锂电池的双向的DC-DC变换器，肯定包括降压、升压、电压可调、恒流、等要求。

考虑到题目对效率的要求，我们选择降压Buck电路，升压Boost电路，并用反馈电路和运放电路来实现电压可调和恒流等要求，通过一系列的测试和实验几大量的计算，基本上能完成题目的大部分要求。

目录第一章绪论 (1)1.1 系统背景 (1)1.1.1 绿色节能型开关电源 (1)1.1.2 智能化数字电源 (1)1.1.3 可编程开关电源 (2)1.2 电源技术的发展与方向 (2)1.2.1 线性电源和开关电源 (2)1.2.2 电源技术的发展方向 (3)1.2.3 开关电源的市场前景和研究现状 (4)第二章系统的总体设计 (5)2.1 方案论证 (5)2.1.1 DC-DC主回路拓扑结构 (5)2.1.2 控制方法及实现方案 (6)2.2 主体思路 (6)2.3 软件设计思路 (8)2.3.1软件系统的逻辑控制 (9)2.3.2软件系统的结构 (9)2.4软件设计部分概述 (9)2.4.1 程序设计方法 (10)2.4.2 软件设计步骤 (10)第三章系统硬件设计 (11)3.1 隔离式高频开关电源 (11)3.2 输入电路设计 (12)3.2.1 电压整流技术 (12)3.2.2 输入滤波电容 (12)3.2.3 输入浪涌保护器件 (13)3.2.4 输入尖峰电压保护 (14)3.3 功率变换电路设计 (14)3.3.1 隔离全桥推挽变换电路 (14)3.3.2 推挽式变压器开关电源储能滤波电感参数的计算 (16)3.3.3磁芯的选择 (19)3.3.4计算脉冲信号的最大占空比Dm ax (19)3.3.5计算一次绕组的电感量LI (20)3.3.6确定一次绕组的匝数N1 (20)3.3.7确定自馈绕组N2和二次绕组3N的匝数 (20)3.3.8计算空气隙 (21)3.3.9设计注意事项 (21)3.4 功率管MOSFET及其驱动 (21)3.4.1 功率管MOSFET (21)3.4.2 驱动电路 (23)3.4.3 死区时间的设计 (27)3.5 输出电路设计 (28)3.5.1 PWM滤波电路设计 (28)3.5.2 检测保护电路设计 (30)3.6 PWM控制电路 (31)3.6.1 TL494的结构和性能 (31)3.6.2 输出电压直接分压作为误差放大器的输入 (34)3.7 单片机控制模块 (35)3.7.1 C8051F350系列单片机特点 (35)3.7.3 STC12C5616AD特点 (37)3.7.4 STC12C5616AD应用 (37)3.7.6 可调式精密并联稳压器TL431 (39)3.7.7 单片机双机串行通信 (40)3.8 人机交换模块 (41)3.8.1编码电位器输入模块 (41)3.8.2 LED显示器的显示方式 (42)3.8.3 数码管显示电路原理 (42)3.8.3 74HC595芯片性能 (42)第五章系统调试 (43)4.1 系统调试 (43)4.1.1 系统调试的一般步骤 (44)第六章总结与建议 (46)结束语 (47)致谢 (49)附录1部分程序代码 (50)附录2硬件附图 (57)第一章绪论1.1 系统背景开关电源已有几十年的发展历史。

本科毕业论文设计题目：基于单片机控制的DC-DC变换器研究学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化指导教师：学院：电气工程学院基于单片机控制的DC-DC变换器设计专业：电气工程及其自动化姓名：指导老师：摘要本毕业设计通过网上和图书馆获取资料，在查询了DC-DC 变换器的特点和发展状况后，了解了它在实际生产应用方面的不足。

第一，能量传输由高频变压器来完成是DC-DC变换器会有的一些不足，开关电源一般工作在几百KHz以上，因此会产生电磁干扰，故可能会影响其自身或其它系统的正常工作；除此以外，开关电源也存在输出电压纹波较大的问题。

设计一种基于单片机控制的DC-DC变换器可以弥补它在应用方面的不足。

于系统的实现上，单片机因具有计算机的基本组成部分与功能，又具备体积小，电路精简、故障概率低、可靠性高及成本低等优点，因而被应用于DC-DC变换器PID控制系统的实现。

本系统通过输出PWM信号由单片机控制三极管的通断，达到控制电压的输出，模数转换器则转换输出信号并反馈给单片机分析和处理，使系统变为闭环。

本设计分模块详细地阐述了升降压型DC-DC开关电源以及其控制、反馈电路的设计，分为单片机控制输出电压、DC-DC变换、单片机闭环参和控制DC-DC的输出，三个阶段说明此变换器的实现原理。

本设计应用软硬件相结合组成的实际控制系统。

设计过程主要分成以下几个部分：算法确定，程序编写，结构模型建立，电路设计，总结。

关键词开关电源，单片机，PWM，闭环控制，ADCAbstractThe graduation project by querying the data, the development and application of DC-DC converter, know the lack of production applications. DC-DC converter has its own shortcomings, one of which is the application of high-frequency transformer for energy transmission device. Switching power supplies typically operate at more than a few hundred KHz, produce electromagnetic interference, it may affect their own or other system to work properly; addition, the switching power supply output voltage ripple larger issues. Designed for the deficiencies in the application of a new microcontroller-based control DC-DC converter. In the implementation of the system, the microcontroller basic components and functions of a computer, but also with small, streamlined circuit, low failure probability, high reliability and low cost, which is applied to the DC-DC converter PID control system is achieved. The system adopted by the microcontroller output PWM signal to control switching transistor off, thus achieving the purpose of controlling the output voltage, the ADC is to convert the output signal and the feedback to the microcontroller analysis and processing, to form a closed-loop system. The sub-module of the design detailed description of the design of the buck-boost DC-DC switching power supply and control, the feedback circuit, divided into single-chip control the output voltage, DC-DC conversion, single-chip closed-loop parameters and control the output of the DC-DC the stages of this converter realization of the principle.Design and Application of the actual control system consisting of a combination of hardware and software. The design process is divided into the following sections:algorithm to determine the procedures for the preparation, structure modeling, circuit design, summed up.Keywords:Switching Power Supply; Microcontroller; PWM; Closed-loop Control; ADC目录1.1 设计背景 (1)1.2 电源技术的发展与方向 (2)1.2.1 开关电源和线性电源 (2)1.2.2 电源技术的发展方向 (3)1.3 课题研究内容、目的及意义 (3)第2章系统的总体设计及算法确定 (4)2.1 DC-DC变换器基本介绍 (4)2.1.1 DC-DC变换器基本工作原理 (5)2.2 总体方案设计论证 (6)2.2.1 系统功能与组成简介 (7)2.2.2 主要方法和技术分析 (8)2.3 PID算法控制 (8)第3章系统硬件电路设计 (10)3.1 总体分析控制系统的硬件电路 (10)3.2 设计单片机最小系统 (11)3.2.1 A T89C51管脚功能及特点介绍 (11)3.2.2 设计最小的系统电路 (13)3.3 组成系统的硬件电路 (15)3.3.1 设计控制电路系统 (15)3.3.2 设计DC-DC变换电路 (16)3.3.3 设计数据采集电路 (16)3.3.4 设计人机界面电路的 (18)第4章设计系统软件部分 (19)4.1 设计系统软件部分 (19)4.1.1 软件系统的逻辑控制 (19)4.1.2 软件系统的结构 (19)4.2 系统主控程序设计 (20)4.3 设计各部分子程序 (20)4.3.2 数码显示子程序 (22)4.3.3 数据采集子程序 (22)4.3.4 定时中断处理子程序设计 (24)结论 (25)致谢 (26)参考文献 (26)第1章绪论1.1 设计背景电源是自人类使用电以来都不可或缺的科学技术。

摘要摘要在实际电路中Ｄｃ—ＤＣ开关变换器是一个强非线性离散性系统，因为开关器件在一个周期中即工作在饱和区又工作在截止区，系统在开关导通时间段和关断时间段都是线性的，即系统是按时间分段线性的和时变的，同时由于外部瞬态或持续扰动会引起变换器工作状态参数的线性变化，以及由于系统工作时导通比有上限和下限而使脉宽调制器具有饱和非线性。

而模糊控制用语言描述和规则的形式来直接表达操作人员，设计者和研究人员的直觉和经验，在不需要建模的情况下直接控制系统。

ＤＣ－ＤＣ开关变换器是一个强非线性离散性系统，其内在的强非线性特征引起了学者们的很大关注，在最近的１０年中，将模糊控制理论应用于ＤＣ—ＤＣ开关变换器中的研究广’泛的展开。

ｊ本文提出前馈模糊控制和闭环电压反馈控制的复合控制模型，通过单片机实现对前馈电压的模糊控制，辅助闭环电压反馈控制系统来实现对正激变换器的控制。

为了进一步改善系统的控制性能，对数字控制系统的主要补偿方法进行了全面的分析，最后选择用前馈控制来改善输出响应特性。

详细介绍了前馈模糊控制系统的设计，主要包括以单片机ＡＶＲ８５１５、Ａ／Ｄ转换器ＡＤ７８２４和Ｄ／Ａ转换器ＡＤ７５２８为主的硬件电路及软件设计。

并且，在文章的最后，对实验结果进行了详细的分析。

＼关键词：转换器；单脉机；模糊控制；前馈控制；复合控制＼华南理工大学工学硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＰｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉＣＳＣｏｎｖｅｒｔｅｒｓｏｆｔｅｎｃｏｎｓｉＳｔ１ｉｎｅａｒＣｉｒｃｕｉｔＳｔｈａｔａｒｅｓｗｉｔｃｈｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ．ＥｖｅｎｔｈｏｕｇｈｅａｃｈｏｆｔｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｗｈｉｃｈｓｕｃｈａｃｉｒｃｕｉｔｉＳｓｗｉｔｃｈｅｄｉＳ１ｉｎｅａｒ．ｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｅＣｉｒｃｕｉｔｉＳｎｏｎｌｊｎｅａｒ．ＴｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎｅｘａｍｐｌｅｏｆｓｕｃｈａｃｉｒｃｕｉｔｉＳａｄｃ—ｄｃｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．ＤＣ—ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｈａｖｅｂｅｅｎｓｕｃｃｅＳｓｆｕｌｌＹｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｆｏｒｍａｎｙｙｅａｒｓＵＳｉｎｇａｎａｌｏｇｉｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄ１ｉｎｅａｒｓｙｓｔｅｍｄｅＳｉｇｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉＳｔｉＣＳｏｆｄｃ—ｄｃｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｈａｖｅｄｒａｗｎｇｒｅａｔｅｒａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．Ｓｏｍｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｂｅｌｉｅｖｅｔｈａｔｄｅｒｉｖｉｎｇａｃｏｎｔｒｏｌａｃｔｉｏｎｆｒｏｍ１ｉｎｇｕｉＳｔｉＣｒｕｌｅｓｍｉｇｈｔｂｅａｇｅｎｅｒａｌｄｅｓｉｇｎａｐｐｒｏａｃｈｔｈａｔａｖｏｉｄｓｓｏｍｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｉｅｓａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｎｏｎｌｉｎｅａｒｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ．ＴｈｅｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎＡＴＭＥＬｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒＡＶＲ８５１５ｉＳｄｅｓｉｇｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｅｎｔｉｒｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．ＡｌＳＯｔｈｅＡ／ＤｃｏｎｖｅｒｔｅｒＡＤ７８２４ａｎｄＤ／ＡｃｏｎｖｅｒｔｅｒＡＤ７５２８ａｒｅｕｓｅｄｔｏｄｅａｌｗｉｔｈｔｈｅｄｉｇｉｔａｌａｎｄａｎａｌｏｇＳｉｇｎａｌ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｏｎｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｔｈｅｍａｉｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｎｄｔｈｅｉｒａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｄｅｖｅｌｏｐｓａｃｏｍｐｏｕｎｄｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｌｆｏｒａｄｃ—ｄｃｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．Ｔｈｅｃｏｍｐｏｕｎｄｃｏｎｔｒ０１ｍｏｄｅｌｃｏｎｓｉｓｔＳｏｆｆｕｚｚｙｆｏｒｗａｒｄｆｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌａｎｄＣｌｏｓｅｌｏｏｐＶ０１ｔａｇｅｂａｃｋｗａｒｄｆｅｅｄｃｏｎｔｒ０１．ＴｈｅｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｆｏｒｗａｒｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｉＳｍａｄｅａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｄｅｔａｉｌｅｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄ：ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ：ｆｏｒｗａｒｄｆｅｅｄ：ｃｏｍｐｏｕｎｄＣｏｎｔｒｏｌ第一争绪论第一章绪论１．１课题的研究背景与意义ＤＣ－ＤＣ开关变换器属于功率电子学（ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉＣＳ）的研究范畴，它涉及电子学、电力技术和控制理论等学科，从七十年代初发展至今，有关这类变换器的理论分析和应用研究得到极大的发展。

目录基于MC34063芯片的DC-DC(20/5)降压型变换电路 (2)1 引言 (3)2 设计要求及分析 (4)2.1、设计要求 (4)2.2、设计分析 (4)3 MC34063芯片介绍 (5)3.1、MC34063的引脚图及引脚介绍 (5)3.2、MC34063内部组成及示意图 (5)3.3、MC4063芯片特点 (6)4 系统整体方案的论证与选择 (6)4.1、外接开关管方案 (6)4.2、不外接开关管方案 (8)5 基于MC34063变换电路的工作原理 (9)5.1、DC-DC开关电源的电路组成及工作原理 (9)5.2、基于MC34063降压变换电路原理 (11)6 电路仿真 (20)6.1、proteus仿真软件介绍 (20)6.2、仿真电路及测试图 (20)7 实物测试及结论分析................................................................................. 错误！未定义书签。

7.1、实物及测试结果............................................................................ 错误！未定义书签。

7.2、结果分析........................................................................................ 错误！未定义书签。

参考文献.. (22)附录 .............................................................................................................. 错误！未定义书签。

致谢 ............................................................................................................ 错误！未定义书签。

单片机控制的DC-DC变换器设计单片机控制的DC-DC变换器设计摘要本设计通过查阅资料，了解DC-DC变换器的发展和应用现状，以及它在生产应用方面的不足.开关电源有其自身存在的缺点，第一个就是使用高频变压器作为传输能量的器件．开关电源通常工作在几百KHz以上，因而会产生电磁干扰，所以会影响自身或其它系统正常工作；此外，开关电源也存在着输出电压纹波较大的问题。

针对其在应用方面的不足设计出一款新型的基于单片机控制的DC-DC变换器。

在系统实现上，单片机由于具有电子计算机的基本组成部分和功能，同时又具备体积小，电路简单、故障率低、可靠性高和成本低廉等优点，而被应用于DC-DC开关变换器PID控制的系统实现。

该系统以单片机通过输出PWM信号控制开关三极管的通断，从而达到控制输出电压的目的，而ADC 则对输出信号进行转换并反馈给单片机分析处理，形成闭环系统。

本设计分模块详细阐述了降压型DC-DC开关电源及其控制、反馈电路的设计，并分为DC—DC变换、单片机控制输出电压、单片机闭环参与控制DC—DC的输出，三个阶段说明此变换器的实现原理。

可实现如同20~30V输入5~10V输出，开/闭环控制误差范围控制在很小以内。

本设计采用软硬件相结合组成实际控制系统。

设计过程主要分为以下几个部分：结构模型建立，算法确定，电路设计，程序编写，总结。

关键词单片机；开关电源；PWM；ADC；闭环控制The Design of DC-DC Converter Controlled BySingle-Chip MicrocomputerAbstractBy searching the information, I understood the development of DC-DC converters and application status, and the lack of application in the production of switching power supply. Theswitching power has its own shortage. The first is to use high-frequency transformer as the energy transmission device. Switching power usually supplies the mission of a few hundreds KHz or more, and they may be electromagnetic interference and will disrupt the work itself or other systems; In addition, the switching power supply output voltage ripple there are larger issues. For deficiencies in its application ,We have to design a new design of DC-DC converter controlled by single-chip microcomputer. In the system implementation, the microcontroller as a computer's basic components and functions, but also have small, simple circuit, low failure rate, high reliability and low cost advantages, which were used in DC-DC switching converter PID control system implementation. The system microcontroller PWM signal through the output transistor on-off control switch, so as to achieve the purpose of controlling the output voltage, while the ADC is to convert the output signal analysis and processing, and feedback to the microcontroller to form a closed loop system. The detailed design of the sub-module DC-DC step-down switching power supply and control, feedback circuit, and is divided into DC-DC conversion, the microcontroller controls the output voltage, single chip DC-DC closed-loop involved in controlling the output of the three stages the realization of that principle of this converter. It can achieve 20 ~ 30V Input 5 ~ 10V output, open / closed loop control error range was within little.This design uses a combination of hardware and software to complete the actualcontrol system. Design process is divided into the following sections: structure modeling, circuit design, programming, hardware and software debugging.Keywords Chip microcomputer;Switching Power Supply; PWM; ADC; Closed-loop control目录第1章绪论 (1)1.1 设计背景 (1)1.2 电源技术的发展与方向 (2)1.2.1 线性电源和开关电源 (2)1.2.2 电源技术的发展方向 (3)1.2.3 DC/DC变换器的应用范围及发展趋势 (4)1.3 课题研究内容、目的及意义 (5)第2章系统的总体设计及算法确定 (6)2.1 DC-DC变换器基本介绍 (6)2.1.1 DC-DC变换器基本工作原理 (6)2.1.2 降压斩波和升压斩波 (7)2.2 总体方案设计论证 (7)2.2.1 系统组成与功能简介 (8)2.2.2 当前主要方法和技术分析 (9)2.3 PID算法控制 (9)2.4 小结 (11)第3章系统硬件电路设计 (12)3.1 控制系统硬件电路总体分析 (12)3.2 单片机最小系统设计 (12)3.2.1 AT89C51特点及管脚功能介绍 (12)3.2.2 最小系统电路设计 (15)3.3 系统硬件电路组成 (16)3.3.1 控制电路系统设计 (16)3.3.2 DC-DC变换电路设计 (17)3.3.3 数据采集电路设计 (18)3.3.4 人机界面电路的设计 (20)3.4 小结 (21)第4章系统软件部分的设计 (22)4.1 系统软件部分的设计 (22)4.1.1 软件系统的逻辑控制 (22)4.1.2 软件系统的结构 (22)4.2 系统主控程序设计 (22)4.3 各部分子程序设计 (23)4.3.1 PWM信号的单片机控制子程序 (24)4.3.2 数码显示子程序 (24)4.3.3 数据采集子程序 (26)4.3.4 定时中断处理子程序设计 (26)4.4 小结 (27)结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录A 系统PCB 3D生成图和布线图 (31)附录B 系统程序 (32)附录C 译文 (39)可编程控制器介绍 (39)附录D 外文原文 (48)第1章绪论1.1 设计背景电源自从人类使用电以来都不可缺少的科技和产业。

基于单片机的DC-DC变换器设计尹庆庆;张祥庆;李文祁;郭吟浩;王珊【摘要】The design of this switching power supply adopts theSTC12C5A60S2 microcontroller to send out the PWM pulse signal of 47 kHz, which can get command of the MOS tubes through IR2104, thus controlling the whole BUCK (A step-down conversion) and BOOST(A boost conversion) circuit. The ADC with 10 internal that comes from the MCU can detect the real-time current feedback and the voltage values, and thereby adjusting the duty cycle of the output PWM to form a closed-loop current voltage controlling system. The button can set the output current from 1A to 2A increased by 0.05A,with the error within 0.02A. The real-time output voltage and current can be displayed by LCD. According to the test,the efficiency of synchronous BUCK was 96%while the synchronousBOOST'swas 95%, which proved its function of overvoltage protection in charging.%本开关电源设计采用STC12C5A60S2单片机发生43 kHz的PWM 脉冲信号，经过IR2104控制MOS管，从而控制整个BUCK（降压式变换）电路和BOOST（升压式变换）。