【正文】 94放出大量熱量。(2) 增大開(kāi)關(guān)頻率。 專項(xiàng)討論 紋波的抑制[4]抑制紋波可采取一下幾種措施：(1) 增大儲(chǔ)能電感值。(5) 電流采樣電阻網(wǎng)絡(luò)的選?。? 限流保護(hù)電路原理圖，若誤差放大器的反相輸入端電壓值大于或等于正相輸入端電壓值，系統(tǒng)將進(jìn)行輸出過(guò)流保護(hù)。(4) 誤差放大器反饋網(wǎng)絡(luò)的原理誤差放大器反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)中，R4決定誤差放大器的增益倍數(shù)，從而對(duì)電壓調(diào)整率造成影響，而C2和R3組成的串聯(lián)支路可抑制高頻增益，防止誤差放大器產(chǎn)生自激振蕩。(3) 輸出電壓采樣網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 誤差放大器1外圍電路分析[3]、R1R13以及R14組成的串聯(lián)分壓網(wǎng)絡(luò)分壓后，從誤差放大器1同相輸入端輸入，并與Vref經(jīng)RR8的分壓進(jìn)行比較，由于放大器兩輸入端電勢(shì)差約等于0，所以得到如下等式：。因此應(yīng)該綜合考慮毛刺以及效率兩方面因素來(lái)確定RR2的取值。R5C1C3C2C5C4R1R2R3R4R6R7R8R9R10R11R12R14R13L 外圍電路設(shè)計(jì)圖[3] 元件參數(shù)列表 降壓型開(kāi)關(guān)子系統(tǒng)元件參數(shù)表元件元件參數(shù)元件元件參數(shù)元件元件參數(shù)C1100μFR347kΩR10C2R41MΩR11C31000pFR5R120~22kΩC4470μFR6R13C5100μFR7R140~1kΩR1390ΩR8RL10ΩR251ΩR9120ΩL1mH 元件參數(shù)設(shè)計(jì)[3](1) 工作頻率的確定（CR7）開(kāi)關(guān)電源的工作頻率（PWM波的頻率，即三極管開(kāi)、關(guān)的頻率）是由TL494芯片5號(hào)管腳上的電容C3和6號(hào)管腳上的電阻R7決定的，他們的關(guān)系為：增大工作頻率可減小紋波幅度，但同時(shí)也會(huì)降低效率。一是DTC端口連接的DeadTime Control Comparator，可防止開(kāi)關(guān)管常開(kāi)，保證在1個(gè)開(kāi)關(guān)周期里至少有DeadTime時(shí)間是關(guān)斷的。而VA的變化會(huì)引起PWM比較器（PWM Comparator）判決門限的改變，使得PWM比較器輸出占空比動(dòng)態(tài)改變的PWM波。Vref經(jīng)分壓后從1IN端輸入誤差放大器1（Error Amplifier 1），輸出電壓的采樣值從1IN+端輸入。當(dāng)三極管的導(dǎo)通頻率足夠高時(shí)，就能夠使負(fù)載電阻RL兩端輸出電壓的紋波幅度滿足設(shè)計(jì)要求，從而保持輸出電壓的穩(wěn)定。當(dāng)PWM信號(hào)為低電平時(shí)，三極管斷開(kāi)，此時(shí)二極管兩端變?yōu)檎螂妷?，處于?dǎo)通狀態(tài)，從而電感通過(guò)二極管放電。系統(tǒng)通過(guò)PWM波控制三極管的通斷，使電路處于導(dǎo)通和斷路兩種工作狀態(tài)。100mVpp效率179。5V~179。單獨(dú)工作時(shí)，用戶可以通過(guò)調(diào)節(jié)電壓采樣支路上滑動(dòng)變阻器的阻值來(lái)調(diào)節(jié)輸出的電壓。3. DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 降壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng) 主要功能與設(shè)計(jì)指標(biāo) 主要功能降壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)的主要功能為將輸入的不穩(wěn)定20~30V直流電壓變換為5~10V穩(wěn)定可調(diào)的直流電壓輸出。l 自動(dòng)擬合：開(kāi)環(huán)控制條件下，當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)與預(yù)設(shè)值發(fā)生少量偏移（例如可調(diào)電阻阻值改變等）時(shí)，單片機(jī)可利用用戶輸入的三個(gè)標(biāo)定占空比，自動(dòng)重新擬合VP曲線，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。l 手動(dòng)調(diào)節(jié)電壓輸出：降壓型（升壓型）開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)在單獨(dú)工作的方式下，可通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻阻值，實(shí)現(xiàn)在輸入電壓20~30V（9~14V）范圍內(nèi)，輸出5~10V(15~20V)穩(wěn)定的直流電壓。用戶界面包括數(shù)碼管顯示與按鍵控制；開(kāi)環(huán)控制中單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)算所需電壓對(duì)應(yīng)的占空比，輸出相應(yīng)的PWM波，并可對(duì)應(yīng)輸入的電壓數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行重新計(jì)算擬合，以適應(yīng)電路變化；閉環(huán)控制中單片機(jī)控制AD0809進(jìn)行采樣，并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)值比較，然后根據(jù)差值對(duì)輸出占空比進(jìn)行調(diào)整。 電壓測(cè)量子系統(tǒng)：電壓測(cè)量子系統(tǒng)分為基準(zhǔn)電源、信號(hào)隔離變換、A/D轉(zhuǎn)換三個(gè)模塊，分別以TL434N25和ADC0804為核心，將采到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為8位數(shù)字信號(hào)反饋給單片機(jī)處理。 電壓控制子系統(tǒng)：電壓控制子系統(tǒng)通過(guò)對(duì)單片機(jī)輸出的PWM波進(jìn)行整形濾波，將占空比的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，并通過(guò)電氣隔離元件與開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)將單片機(jī)輸出的PWM波轉(zhuǎn)化為可變電壓，從而對(duì)輸出電壓進(jìn)行控制。 升壓型開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)升壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將不穩(wěn)定9~14V直流電壓轉(zhuǎn)換為15~20V的穩(wěn)定可調(diào)直流電壓。 開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng) 降壓型開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)降壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)的主要功能為將輸入的不穩(wěn)定20~30V直流電壓轉(zhuǎn)換為5~10V穩(wěn)定可調(diào)的直流電壓輸出。 縮略語(yǔ)DC(direct current)：直流PWM(PulseWidth Modulation)：脈寬調(diào)制ADC(analog digital)：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換LPF(lowpass filter)：低通濾波器2. 系統(tǒng)總述 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)組成示意圖本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括降壓型與升壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源兩部分，他們分別由開(kāi)關(guān)電源、電壓控制、電壓測(cè)量與單片機(jī)四個(gè)子系統(tǒng)組成，其中電壓控制、電壓測(cè)量與單片機(jī)子系統(tǒng)根據(jù)相同的原理構(gòu)成（本次實(shí)驗(yàn)由于時(shí)間限制，我們只完成了升壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)）。l 電壓調(diào)整率：輸入電壓變化時(shí)，輸出電壓變化幅度與輸入電壓變化幅度的比值。l 過(guò)流保護(hù)：設(shè)定系統(tǒng)電流上限，防止功耗過(guò)大，導(dǎo)致元件損壞。l 模數(shù)轉(zhuǎn)換：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。[1]l 標(biāo)定占空比：自動(dòng)擬合模式下，以電壓為基準(zhǔn)點(diǎn)，系統(tǒng)對(duì)應(yīng)該電壓值輸出PWM波的占空比。l 開(kāi)環(huán)控制：被控制量（輸出量）對(duì)控制量（輸入量）沒(méi)有影響，即被控制量只能受控于控制量，而對(duì)控制量無(wú)反作用。與應(yīng)用在個(gè)人電子計(jì)算機(jī)中的通用型微處理器相比，它更強(qiáng)調(diào)自供應(yīng)（不用外置硬盤(pán)硬體）和節(jié)約成本。 名詞定義l 開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源：采用開(kāi)關(guān)三極管控制的直流穩(wěn)壓電源，可通過(guò)調(diào)節(jié)占空比控制電壓輸出。DCDC開(kāi)關(guān)電源及其控制系統(tǒng)畢業(yè)論文 目 錄1. 概述 1 編寫(xiě)說(shuō)明 1 名詞定義 1 縮略語(yǔ) 12. 系統(tǒng)總述 2 系統(tǒng)組成 2 開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng) 2 電壓控制子系統(tǒng)： 2 電壓測(cè)量子系統(tǒng)： 3 單片機(jī)子系統(tǒng)： 3 系統(tǒng)的主要功能 33. DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 4 降壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng) 4 主要功能與設(shè)計(jì)指標(biāo) 4 基本設(shè)計(jì)原理 4 主要電路和參數(shù)設(shè)計(jì) 5 專項(xiàng)討論 8 實(shí)物圖 9 升壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng) 10 主要功能與設(shè)計(jì)指標(biāo) 10 基本設(shè)計(jì)原理[5] 10 主要電路和參數(shù)設(shè)計(jì) 11 實(shí)物圖 124. 電壓控制子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 13 主要功能與設(shè)計(jì)指標(biāo) 13 主要功能 13 設(shè)計(jì)指標(biāo) 13 基本設(shè)計(jì)原理 13 主要電路和參數(shù)設(shè)計(jì) 14 元件參數(shù)列表 14 基準(zhǔn)電源模塊 14 整型模塊 15 有源低通濾波模塊 15 信號(hào)隔離變換模塊 16 實(shí)物圖 165. 電壓測(cè)量子系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 17 主要功能與設(shè)計(jì)指標(biāo) 17 主要功能 17 設(shè)計(jì)指標(biāo) 17 基本設(shè)計(jì)原理 17 主要電路和參數(shù)設(shè)計(jì) 17 元件參數(shù)列表 17 核心芯片ADC0804介紹 18 元件參數(shù)設(shè)計(jì) 19 實(shí)物圖 197. 致謝 338. 參考文獻(xiàn) 349. 附錄A 開(kāi)發(fā)環(huán)境 35 硬件開(kāi)發(fā) 35 軟件開(kāi)發(fā) 3510. 附錄B 軟件程序清單 3611. 附錄C 系統(tǒng)操作說(shuō)明書(shū) 48 電源連接 48 降壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源及其控制系統(tǒng) 48 升壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng) 48 顯示說(shuō)明 49 按鍵操作 5012. 附錄D 測(cè)試和分析 51 測(cè)試項(xiàng)目和方法 51 降壓型DCDC電路模塊 51 開(kāi)環(huán)控制功能 51 閉環(huán)控制功能 52 降壓型DCDC電路模塊 52 測(cè)試的資源 52 測(cè)試結(jié)果及分析 53 降壓型DCDC電路模塊 53 開(kāi)環(huán)控制功能 53 閉環(huán)控制功能 54 降壓型DCDC電路模塊 5413. 附錄E 課程學(xué)習(xí)心得和意見(jiàn)建議 55第54頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院1. 概述 編寫(xiě)說(shuō)明本篇報(bào)告為上海交通大學(xué)04級(jí)電子信息與電氣工程學(xué)院電子系學(xué)生大三第一學(xué)期科技創(chuàng)新課程的設(shè)計(jì)報(bào)告，其中詳細(xì)闡述了有關(guān)DCDC開(kāi)關(guān)電源的硬件與軟件設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)環(huán)境、功能指標(biāo)以及測(cè)試分析方法，旨在全面記錄本實(shí)驗(yàn)小組的設(shè)計(jì)思路和操作過(guò)程，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與心得體會(huì)，供指導(dǎo)老師在檢查評(píng)分時(shí)參考，亦可作為與同學(xué)交流溝通的書(shū)面材料。本文適合電子相關(guān)專業(yè)人士以及有一定理論基礎(chǔ)的業(yè)余電子設(shè)計(jì)愛(ài)好者閱讀。l 單片機(jī)小系統(tǒng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)即單片微型計(jì)算機(jī)，是把中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、輸入輸出適配器集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。它與其外圍擴(kuò)展電路的總和稱為單片機(jī)小系統(tǒng)。 [1]l 閉環(huán)控制： 基于負(fù)反饋（輸入量與反饋量相減）基礎(chǔ)上的“檢測(cè)誤差，用以糾正誤差”這一原理組成的系統(tǒng)，也稱反饋控制。l 電氣隔離： 兩部分支路無(wú)電氣上的直接聯(lián)系，使相互間的干擾降到最小。l 占空比：方波信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)高電平所占的比例。l 開(kāi)關(guān)頻率：開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的頻率。l 紋波：疊加在直流信號(hào)上的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直流分量的交流信號(hào)。單片機(jī)通過(guò)扁平電纜輸出PWM波，經(jīng)電壓控制子系統(tǒng)處理，通過(guò)光電耦合器件4n25控制開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓；電壓測(cè)量子系統(tǒng)同樣通過(guò)4n25與開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)連接，它對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣并處理后經(jīng)扁平電纜反饋給單片機(jī)。該子系統(tǒng)以TL494為核心元件，三極管Tip42為開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)的通斷產(chǎn)生帶有可控紋波的穩(wěn)定電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻即可得到5~10V的輸出。基本元件、原理與降壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)相同。該子系統(tǒng)由整形、有源低通濾波、信號(hào)隔離變換與基準(zhǔn)電源4個(gè)電路模塊組成。 單片機(jī)子系統(tǒng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)子系統(tǒng)配合以上三個(gè)子系統(tǒng)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)用戶操作界面、開(kāi)環(huán)控制，開(kāi)環(huán)自動(dòng)擬合以及閉環(huán)控制四項(xiàng)功能。 系統(tǒng)的主要功能本次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了降壓型與升壓型兩種DCDC開(kāi)關(guān)電源，其主要功能如下：l 鍵盤(pán)與顯示：通過(guò)單片機(jī)小系統(tǒng)的四個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，數(shù)碼管可顯示電壓、占空比、系統(tǒng)當(dāng)前工作方式等。l 開(kāi)環(huán)控制電壓輸出：在系統(tǒng)工作狀態(tài)一定的條件下，在輸入電壓20~30V范圍內(nèi)，輸出用戶通過(guò)按鍵指定的5~10V電壓。l 閉環(huán)控制電壓輸出：在輸入電壓20~30V范圍內(nèi)，系統(tǒng)根據(jù)反饋電壓值，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制信號(hào)，輸出用戶通過(guò)按鍵指定的5~10V電壓。此模塊既可單獨(dú)工作，也可與電壓控制子系統(tǒng)、電壓測(cè)量子系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)、閉環(huán)功能。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo) 降壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)[2]項(xiàng)目指標(biāo)輸入直流電壓20V~30V輸出直流電壓163。10V額定輸出電流1A限流值電壓調(diào)整率 %電流調(diào)整率1%輸出電壓紋波163。65%截止電流值 基本設(shè)計(jì)原理 降壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源原理圖。TL494產(chǎn)生的PWM，： TL494輸出的PWM波形當(dāng)PWM信號(hào)為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，電源電壓Vin對(duì)儲(chǔ)能電感L充電，此時(shí)由于二極管兩端為反向電壓，因此處于截止?fàn)顟B(tài)，從而導(dǎo)致負(fù)載電阻RL兩端電壓上升。使得電感中的電能不斷減小，RL兩端電壓逐漸下降。 主要電路和參數(shù)設(shè)計(jì) 核心芯片TL494。誤差放大器1將兩者進(jìn)行比較，當(dāng)采樣電壓大于基準(zhǔn)電壓時(shí)，其輸出端對(duì)VA進(jìn)行充電，使VA的電壓不斷升高；當(dāng)采樣電壓小于基準(zhǔn)電壓時(shí)，VA通過(guò)恒流源放電，從而VA的電壓不斷下降。 TL494的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖[3]TL494還另外引入了兩個(gè)關(guān)斷條件。另一個(gè)是誤差放大器2，它能起到輸出過(guò)流保護(hù)的作用，輸出電流采樣值從2IN+端輸入，原理與誤差放大器1類似。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終確定工作頻率為(2) 三極管基極電阻RR2的選取適當(dāng)增加與三極管基極相連的電阻RR2的阻值，可降低開(kāi)關(guān)管飽和導(dǎo)通深度，降低開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換速率，可減小在開(kāi)關(guān)瞬間電感漏感產(chǎn)生的渦流引起的開(kāi)關(guān)瞬間噪聲，即減小紋波的毛刺，但是矛盾的是RR2的增大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)效率的下降。試驗(yàn)中，只能通過(guò)多次嘗試決定。最初我們選擇R5=R8=，但輸出電壓無(wú)法達(dá)到10V， kΩ。關(guān)于參數(shù)的計(jì)算并沒(méi)有較好的方法，只能在實(shí)驗(yàn)中不斷嘗試。設(shè)限流值為I，則電阻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿足：其中I=， R10=，計(jì)算可得R6，R9的電阻值。該方法效果不明顯，因?yàn)殡姼械娜≈捣秶^小，且增大電感值易產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象。此方法在一定程度上可以使三極管開(kāi)關(guān)切換更加頻繁，從而顯著降低紋波峰峰值。(3) 減小開(kāi)關(guān)管飽和導(dǎo)通深度。(4) 增大濾波電容。 效率的提高由上述分析可知，效率與頻率是一對(duì)相互制約的矛盾量，因此抑制紋波的元件參數(shù)在對(duì)效率的調(diào)節(jié)也起著至關(guān)重要的作用。 電感的繞制實(shí)驗(yàn)初期，本組共繞制了三個(gè)電感，、但不是出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，就是紋波峰峰值過(guò)大。焊入電路后，通過(guò)調(diào)整小磁棒與鐵芯的接觸面積來(lái)改變電感值，同時(shí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)紋波波形，直至紋波峰峰值達(dá)到要求。 實(shí)物圖 降壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)實(shí)物圖 升壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng) 主要功能與設(shè)計(jì)指標(biāo) 主要功能升壓型DCDC開(kāi)關(guān)電源子系統(tǒng)的主要功能為將輸入的不穩(wěn)定9V~14V直流電壓變換為15V~20V穩(wěn)定可調(diào)的直流電壓輸出。本次實(shí)驗(yàn)中，我們只實(shí)現(xiàn)了他的單獨(dú)工作，用戶可以通過(guò)調(diào)節(jié)電壓采樣支路上滑動(dòng)變阻器的阻值來(lái)調(diào)節(jié)輸出的電壓。300mVpp效率179。同時(shí)，需要注意的是，當(dāng)T1處于導(dǎo)通期間，負(fù)載RL上的電流必須依靠電容CC5來(lái)供給。所以，T1的開(kāi)關(guān)頻率不能過(guò)低，即占空比不能太大。(2) 工作頻率的確定（CR7）工作頻率直接影響紋波峰峰值和效率，相比降壓型D