【正文】 和電器設(shè)備領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源。散熱器的體積也隨之減小，可直接對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調(diào)整。所謂線性穩(wěn)壓電源，就是其調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)。而電源有如人體的心臟，是所有電設(shè)備的動(dòng)力，因此電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)具有決定性的意義，其質(zhì)量的好壞直接影響著電子設(shè)備的可靠性，而且電子設(shè)備的故障60%來(lái)自電源。 Converter efficiency 70%.Keywords: Stepup DC/DC converter。在系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)中，有三個(gè)部分組成，主要涉及到Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路、脈寬調(diào)制控制驅(qū)動(dòng)電路、反饋閉環(huán)電路。 承諾人（簽名）： 年 月 日杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要DC/DC變換器是將一種直流電壓變換為另一種所需的直流電壓(固定或可調(diào))。這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、辦公自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)儀器儀表、軍事、航天等領(lǐng)域，涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)中，變換器還需要符合上述領(lǐng)域的安全標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試完整機(jī)之后，本系統(tǒng)基本能夠達(dá)到預(yù)期的要求：；；70%。 current control。因此，電源越來(lái)越受到人們的重視，人們對(duì)電源的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源雖然具有穩(wěn)定性能好，輸出紋波電壓小，使用可靠的優(yōu)點(diǎn)，但其通常需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器，并且功耗較大，電源率較低?？傮w來(lái)說(shuō)，它具有體積小、重量輕（體積和重量只有線性電源的30%）、效率高（線性電源只有40%），自身抗干擾性強(qiáng)、輸出電壓范圍寬、模塊化等優(yōu)點(diǎn)，又提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高。由于其高效節(jié)能可帶來(lái)巨大效益，從而得到迅速推廣。開關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，本身消耗的能量很低，電源效率可達(dá)80%90%，特別是目前便攜式設(shè)備市場(chǎng)需求巨大，DCDC開關(guān)電源的需求也越來(lái)越大，性能要求也越來(lái)越高，而DCDC開關(guān)電源的設(shè)計(jì)也更具挑戰(zhàn)性。 （2）Boost電路――升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大于輸入電壓UI，極性相同。從另一方面來(lái)說(shuō)，DCDC開關(guān)電源的技術(shù)追求也日趨高漲和發(fā)展趨勢(shì)亦漸廣泛，而且派生出發(fā)很多特殊的應(yīng)用領(lǐng)域研制和開發(fā)的難度變得更大了，這就更有很多的研究?jī)r(jià)值和技術(shù)發(fā)展的空間了。（2）晶體管穩(wěn)壓電源時(shí)期（1960 年代—1970 年代中期）。隨著壓控功率器件的出現(xiàn)，促進(jìn)了電源技術(shù)的極大發(fā)展，它可使兆瓦級(jí)的逆變電源設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，可取代需要強(qiáng)迫換流的晶閘管，目前仍在使用。國(guó)內(nèi)開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展基本上起源于20世紀(jì)70年代末和80年代初。目前，(每立方英寸120W)。如果從一個(gè)開尖電源的輸入和輸出端口觀察，可以發(fā)現(xiàn)輸入的要求變得更嚴(yán)了，不符合IEC100032標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品將陸續(xù)被淘汰。由于開關(guān)電源功耗小、效率高、體積小、重量輕、穩(wěn)壓范圍寬、濾波效率高、不需要大容量濾波電容等優(yōu)點(diǎn)，而線性電源效率低，并且電壓轉(zhuǎn)換形式單一（只有降壓）等缺點(diǎn)。（2）高效率和高可靠性。對(duì)于小型便攜式電子設(shè)備，則主要是單片集成開關(guān)電源的形式，采用新型的控制方式和電路結(jié)構(gòu)來(lái)減小器件體積、減小待機(jī)功能，提供低輸出電壓、高輸出電流以適應(yīng)微處理器和便攜式電子設(shè)備等產(chǎn)品電源系統(tǒng)的供電要求。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器、開關(guān)管及高頻變壓器等決定電源的壽命。但諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)也有其難點(diǎn)，如很難準(zhǔn)確控制開關(guān)頻率、諧振時(shí)增大了器件負(fù)荷、場(chǎng)效應(yīng)管的寄生電容易引起短路損耗、元件熱應(yīng)力轉(zhuǎn)向開關(guān)管等問題難以解決。2. 對(duì)兩種控制方式（電流型和電壓型）進(jìn)行了比較分析。本論文的結(jié)構(gòu)安排依據(jù)工作進(jìn)度，主要是做了以下安排：第一章為總體緒論；先說(shuō)明了本次論文的計(jì)設(shè)目的及意義，而后介紹了開關(guān)電源的發(fā)展及發(fā)展趨勢(shì)，最后對(duì)本文總體構(gòu)造進(jìn)行了說(shuō)明。第五章詳細(xì)描述了系統(tǒng)的制作與調(diào)試，誤差分析以及系統(tǒng)的性能測(cè)試。圖21所示的就是最基本的DC/DC開關(guān)電源系統(tǒng)。3）根據(jù)要求對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和元器件的選型，并且掌握每個(gè)元器件所起的作用，特別是電感磁性元件、UC3842所組成的脈寬控制電路。6）系統(tǒng)的功能性測(cè)試及其電路的優(yōu)化，其主要有DC/DC的轉(zhuǎn)換效率、輸出電流等電源主要參數(shù)。傳統(tǒng)的穩(wěn)壓壓電源，就是其調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整電源雖然具有穩(wěn)定性能好，輸出紋波電壓小，使用可靠的優(yōu)點(diǎn)，但其通常需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器，并且功耗大，電源效率較低?？傮w來(lái)說(shuō)，它具有體積小、重量輕（體積和重量只有線性電源的30%）、效率高（線性電源只有40%），自身抗干擾性強(qiáng)、輸出電壓范圍寬、模塊化等優(yōu)點(diǎn)，又提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高。較高的系統(tǒng)效率不僅可以延長(zhǎng)電池使用周期,也可以進(jìn)一步減小設(shè)備體積。所以在設(shè)計(jì)中合理選擇電源電壓、減小電源內(nèi)阻、正確選擇DC/DC電源轉(zhuǎn)換器的工作點(diǎn)可以有效地改善DC/DC電源的系統(tǒng)效率。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖31所示。DC/DC 拓?fù)涞姆N類繁多，對(duì)于大多數(shù)電源產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，挑選合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)。PWM技術(shù)在較寬的負(fù)載范圍內(nèi)都具有較高效率，此外因?yàn)轭l率恒定噪聲頻譜相對(duì)窄，利用簡(jiǎn)單的低通濾波技術(shù)便可得低紋波輸出電壓。圖33為電壓控制電路圖：電源輸出電壓與參考電壓經(jīng)誤差放大器比較放大后，又經(jīng)PWM比較器比較，由鎖存器輸出占空比隨誤差電壓信號(hào)變化的一系列脈沖，再驅(qū)動(dòng)控制用的開關(guān)晶體管，使輸出電壓穩(wěn)定。開關(guān)電源的電流均流經(jīng)電感，將使濾波電容上的電壓信號(hào)對(duì)電流信號(hào)產(chǎn)生90度延遲。根據(jù)UC3842的功能特點(diǎn)，結(jié)合Boost電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，完全可設(shè)計(jì)成電流控制型的升壓DCDC電路。圖35 UC3842控制芯片及周圍電路 系統(tǒng)性能指標(biāo)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，首先要完成的就是實(shí)現(xiàn)直流輸入電壓在15V20V范圍內(nèi)能夠輸出直流電壓在3236V之間可調(diào)。 Boost主拓?fù)潆娐吩O(shè)計(jì)本系統(tǒng)利用最為簡(jiǎn)單可靠的Boost斬波結(jié)構(gòu)，開關(guān)的開通和關(guān)斷受外部PWM信號(hào)控制，電感L將交替地存儲(chǔ)和釋放能量，而電容C可將輸出電壓保持平穩(wěn)，通過改變PWM控制信號(hào)的占空比可以相應(yīng)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的變化。開關(guān)管S漏極電壓波形 Ton Toff △ILon開關(guān)管S電流波形 ILp 電感L電流波形 IL(ave) △IL △ILoff整流二極管D電流波形 Id(ave)輸出電容C2電流波形 Ic2(ave) △Ic2 圖41時(shí)，開關(guān)管S為導(dǎo)通狀態(tài)，二極管D處于截止?fàn)顟B(tài)，流經(jīng)電感L和開關(guān)管的電流逐漸增大，電感L兩端的電壓為，考慮到開關(guān)管S漏極對(duì)公共端的導(dǎo)通壓降，即為。 （2） 式中：為整流二極管正向壓降。UC3842價(jià)格低廉，廣泛應(yīng)用于電子信息設(shè)備的電源電路設(shè)計(jì)中。本系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)具體電路如圖35所示。其他的保護(hù)特性包括輸入和參考欠壓鎖定，各有滯后、逐周電路限制、可編程輸出靜區(qū)時(shí)間和單個(gè)脈沖測(cè)量鎖存。其中內(nèi)部誤差放大器與電流檢測(cè)比較器的輸入設(shè)計(jì)將直接影響系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，因此在設(shè)計(jì)好之后調(diào)試過程中也要非常注意。5 系統(tǒng)的制作與調(diào)試 系統(tǒng)電路的布局和布線[12]當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)好系統(tǒng)的電路原理后，接下來(lái)的工作就是要進(jìn)行排版布線。在布版時(shí)，一定要先確定各個(gè)元器件的型號(hào)及封裝，然后畫原理圖時(shí)，盡量能找到同型號(hào)器件，不一樣時(shí)標(biāo)記一下。在其中選擇打印效果最好的制作線路板。預(yù)處理覆銅板。一般來(lái)說(shuō)經(jīng)過23次轉(zhuǎn)印，電路板就能很牢固的轉(zhuǎn)印在覆銅板上。線路板鉆孔。水干后，用松香水涂在有線路的一面，為加快松香凝固，我們用熱風(fēng)機(jī)加熱線路板，只需23分鐘松香就能凝固。在元器件焊接之前應(yīng)該先在電路銅線上上一層松香，防止銅暴露在空氣中被氧化，以便于焊接；在焊接過程中焊錫量要用得當(dāng)，過多造成不必要的浪費(fèi)，過少有可能造成虛焊；元器件焊完后，可以給發(fā)熱量大的元器件裝上散熱片，這樣可以延長(zhǎng)元器件的壽命，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。如圖52 Boost主電路所示。通過測(cè)試比較這里選用IRF540作為系統(tǒng)中的MOS管，其能夠承受的最大電壓為100V，最大電流為23A，導(dǎo)通電阻僅為77mΩ。由此可見，MOS管的開關(guān)損耗對(duì)系統(tǒng)效率的影響較大。電路工作時(shí)重要的是避免電感飽和、溫升過高。一般來(lái)說(shuō)，高效率的變換器無(wú)法承受低成本的鐵粉芯線圈損耗，這迫使我們不得不去使用更貴的鐵酸鹽或鉬材料芯體。實(shí)際測(cè)得的L電感量如下圖53所示。輸出電容C2的選定取決于對(duì)輸出紋波電壓的要求，紋波電壓與電容的等效串聯(lián)電阻ESR有關(guān)，電容器的容許紋波電流要大于電路中的紋波電流。開關(guān)管以UC3842設(shè)定的頻率周期開閉，使電感儲(chǔ)存能量并釋放能量。其上感應(yīng)出的峰值電流形成逐個(gè)脈沖限流電路，當(dāng)腳3達(dá)到1V時(shí)就會(huì)出現(xiàn)限流現(xiàn)象，所以整個(gè)電路中的電感磁性元件和功率開關(guān)管不必設(shè)計(jì)較大的余量，就能保證穩(wěn)壓電路工作穩(wěn)定，又能降低成本。（2）斜坡補(bǔ)償在實(shí)用電路中，增加斜坡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，一般有二種方法，一是從斜坡端腳4接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、至誤差放大器反相輸入端腳2，使誤差放大器輸出為斜坡狀，再與上感應(yīng)的電壓比較。加入濾波電路后端的波形已無(wú)明顯電流尖峰脈沖，如圖54所示。（2）電壓表和電流表的精度以及示波器的測(cè)量環(huán)境也會(huì)對(duì)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生較大影響。經(jīng)測(cè)試后。有了穩(wěn)定的輸出電壓，接下來(lái)