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降压型开关源

摘要

本设计根据要求设计一个降压型开关源系统。此系统是把输入的直流信号转变成方波，再把这个方波经低通滤波器平滑，又得到直流信号的电路。之所以通过这么复杂的过程来降低电压是为了减少电压变换时的损失。本系统采用单片机系统与硬件电路相结合的方式来到达降压型开关源的实现。单片机系统以C8051F020为核心，电压可预置，步进电压为0.1V，输出电压3V—12V可调，输出电流为0-2A。可显示预置电压，实测电压，实测电流，实测效率。该系统主要由最小单片机系统、主网络、PWM控制器、电压电流差动放大器、电压电流误差比拟器、A/D以及D/A组成。系统通过键盘预置电压值送给MUR1620形成闭环反应回路，采样康铜丝上的电压间接推算出电流并显示。本系统具有调整速度快，精度高，电压调整率低，负载调整率低，效率高，无需另加辅助电源板，输出纹波小等优点。

关键词：降压方波预置电压文波小

目录

一．方案论证与比拟………………3

1.1DC-DC主回路拓扑的方案选择………………3

1.2控制方法的方案选择…………3

1.3电流工作模式的方案选择……4

1.4系统总体框图………………4

1.5软件框图………5

二．理论分析和计算……………5

2.1原理分析……………………5

2.2参数设计……………………6

电路图及有关设计文件…………………6

3.1主网络框图……………………6

3.2硬件电路总图………………6

测试方法与仪器……………7

4.1测试使用的仪器设备…………7

4.2测试方法………7

测试数据及测试结果分析………………8

5.1测试数据…………………8

5.2测试结果分析……………8

六．附录…………9

方案论证与比拟

1.1DC-DC主回路拓扑的方案选择

DC-DC变换有隔离和非隔离两种。输入输出隔离的方式虽然平安，但是由于隔离变压器的漏磁和损耗等会造成效率的降低，而此题没有要求输入输出隔离，所以选择非隔离方式，具体有以下几种方案：

方案一：串联开关电路形式。开关管V1受占空比为D的PWM波的控制，交替导通或截止，再经L和C滤波器在负载R上得到稳定直流输出电压Uo。该电路属于降压型电路，能到达题目要求的3V-12V的输出电压。〔见图1〕

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?图1

方案二：并联开关电路形式。并联开关电路原理与串联开关电路类似，但此电路为升压型电路，开关导通时电感储能，截止时电感能量输出。输出电压达不到题目要求的3V-12V。〔见图2〕

?图2

方案三：串并联开关电路形式。实际上此电路是在串联开关电路后接入一个并联开关电路。用电感的储能特性来实现升降压，电路控制复杂。〔见图3〕

?图3

由于此题只需降压，应选择方案一。

1.2控制方法的方案选择

方案一：采用单片机产生PWM波,控制开关的导通与截止。根据A/D后的反应电压程控改变占空比，使输出电压稳定在设定值。负载电流在康铜丝上的取样经A/D后输入单片机，当该电压到达一定值时关闭开关管，形成过流保护。该方案主要由软件实现，控制算法比拟复杂，速度慢，输出电压稳定性不好，假设想实现自动恢复，实现起来比拟复杂。

方案二：通过自行设计的硬件电路实现。由PWM控制器、电压电流差动放大器、电压电流误差比拟器组成。PWM控制开关的导通与截止，电流比拟器可用于过流保护，电压比拟器可设置为闭环控制，调整速度快。

鉴于上面分析，选用方案二。

1.3电流工作模式的方案选择

方案一：电流连续模式。

电流连续工作状态，在下一周期到来时，电感中的电流还未减小到零，电容的电流能够得倒及时的补充，输出电流的峰值较小，输出纹波电压小。

方案二：电流断续模式。

断续模式下，电感能量释放完时，下一周期尚未到来，电容能量得不到及时补充，二极管的峰值电流非常大，对开关管和二极管的要求就非常高，二极管的损耗非常大，而且由于电流是断续的，输出电流交流成分比拟大，会增加输出电容上的损耗。由于对于相同功率的输