DC-DC开关电源模块及其控制系统(上海交通大学)
dcdc电源模块原理
dcdc电源模块原理
DC-DC电源模块是一种电子设备，用于将来自直流电源（如
电池或太阳能电池）的电压转换为不同电压级别的直流电源。
它通常由输入电路、控制电路和输出电路组成。
输入电路负责接收来自直流电源的电压，并进行滤波和稳压处理，以确保输入电压的稳定性和可靠性。
它通常包括输入电容和输入电压限制电路，用于防止输入电压超过模块的额定电压范围。
控制电路对输入电压进行监测和调节，以产生所需的输出电压。
它通常包括一个反馈回路，用于测量输出电压，并与设定值进行比较，从而控制输出电压的稳定性和精确性。
控制电路还可能包括一个PWM（脉冲宽度调制）调节器，用于调节开关器
件的导通时间，以实现输出电压的调节。
输出电路将控制电路产生的电压通过变压器和整流电路转换为所需的输出电压。
变压器用于将电压转换为所需的电平，而整流电路用于将交流转换为直流，并通过输出电容进行滤波，以消除输出电压的纹波和噪声。
DC-DC电源模块的工作原理是通过输入电路对输入电压进行
处理，控制电路对输出电压进行调节，以产生所需的稳定输出电压。
它具有高效率、可靠性高、输出电压稳定等优点，广泛应用于电子设备、通信设备、工业控制等领域。
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。
dcdc电源模块
dcdc电源模块什么是dcdc电源模块？DC-DC电源模块是一种电源转换模块，用于将直流电压转换为不同的直流电压。
DC-DC电源模块具有高效率、稳定性好、体积小等优点，被广泛应用于电子设备和通信领域。
dcdc电源模块的工作原理DC-DC电源模块通过脉宽调制（PWM）技术来实现电压的转换。
其基本工作原理是通过将输入直流电压经过一系列的电路元件和控制器进行调节和转换，从而得到所需的输出直流电压。
具体来说，DC-DC电源模块一般包括输入电源电压测量、滤波电路、脉宽调制电路、功率开关和输出滤波电路等组成部分。
首先，输入直流电压经过输入测量电路进行电压测量，并经过滤波电路进行滤波，以确保输入电压的稳定性。
然后，通过脉宽调制电路，输入电压经过转换和调节得到高频脉冲信号，控制功率开关的导通时间，从而实现输出电压的调节。
最后，经过输出滤波电路对输出电压进行平滑处理，使其变为稳定、纯净的直流电压，供给电子设备使用。
dcdc电源模块的应用领域DC-DC电源模块在电子设备和通信领域有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 电子设备•移动设备：如手机、平板电脑等移动终端设备，由于其功耗要求低电压高稳定性，DC-DC电源模块能够满足其电源需求。
•电脑硬件：如电源模块、显卡、主板等，DC-DC电源模块在这些设备中提供稳定的电源供给。
•消费电子：如音响、摄像机、游戏机等消费电子产品，DC-DC电源模块用于保证其正常工作和性能。
2. 通信设备•无线通信：如基站、无线路由器等，DC-DC电源模块为这些设备提供稳定的电源供给，保证通信的可靠性和稳定性。
•电信设备：如光纤传输设备、交换机等，DC-DC电源模块用于为这些设备提供稳定的电源。
3. 汽车电子•车载娱乐系统：包括音响、导航系统等，DC-DC电源模块在车载娱乐系统中提供电源支持。
•车载通信系统：如蓝牙、GPS等，DC-DC电源模块用于为车载通信设备提供稳定的电源。
dcdc电源模块的优势DC-DC电源模块相比传统的线性电源具有以下优势：1.高效率：DC-DC电源模块能够通过电压转换技术实现高效率的能量转换，减少能量的损耗和浪费。
降压PWMDC／DC开关稳压系统仿真分析
０ 引 言
随着 现代 微处 理器 和集 成 电路 芯 片速度 和 集成 度 的不断 提高 ， 低 电压 大 电流 的 电源 系统 的效 率 对 和稳 定 性 的 要 求 也 越 来 越 高 。对 于 线 性 稳 压 电路 （Ｄ 来说 ， Ｌ ｏ） 在输 入输 出 电压 差 较 大 的应 用 场 合 效 率 较低 ； 以采 用 功 率器 件 作 为开 关 的稳 压 和 电压 所 转换 功能 的开 关 电源 （ｉ ｓ 在 集 成 电路 中 的 应 用 ｓｐ）
Ｈ ｐ ｅ实现 仿真验 证 。 ｓｉ ｃ
关键词 ：Ｄ ／Ｃ降压型开关稳压系统仿真 ；电源管理 ；闭环传输 函数 ＣＤ
Ｍ ｏ ｅｉ ｇ ｖ ｌａ ｅ．ｏ ｔ ｏ ｌ ｄ ｂ ｋ ＰＷ Ｍ ｄ ｌ ｏ ｔ ｇ ． ｎ ｒ ｌ ｕｃ ｎ ｃ ｅ ＤＣ． ． ＤＣ ｏ ｖ ｒ ｅ ｓ ｃ ｎ ｅ ｔｒ ＬＵ Ｙ ａ・ ｎ ，Ｚ Ｕ Ｊ ｎｉｎ ＩＺ ａｇｑ ａ Ｉ ｕ ｎｆ ｇ ＨＯ ｉ ・ ，Ｌ ｈｎ ・ｕ ｎ ｅ ａ ｎ
（ｃｏｌ ｆ ｃｏｌｃ ｏｉ ， ｈ ｎ ｈｉ ｉ ｔｎ ｎｖｒｉ ， ａ ｇ ２０３ ， ｈ ａ Ｓｈ ｏ Ｍｉｒｅ ｔ ｎｃ Ｓ ａｇ ａ Ｊａ ｏｇＵ ｉ ｓｙ Ｓ ｎ ￣ ０４０ Ｃ ｉ ） ｏ ｅｒ ｓ ｏ ｅ ｔ ｈ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｔｇａｅ ＷＭ ｗ ｔｈ ｎ ｏ ｅ ｕ ｐ ｉｓ ｈ ｖ ｅ ｎ ｗ ｄ ｌ ｓ ｄ ｉ ｏ ｍｕ ｉ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ， ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｅ ｒ ｔｄ Ｐ ｓ ｉ ｉｇ ｐ ｗ ｒ ｓ ｐ ｌ ａ ｅ ｂ ｅ ｃ ｅ ｉ ｅｙ ｕ ｅ ｎ ｃ ｍ ｎ ｃ ｉ ｙ ｔｍｓ ａｏ
ｂ ｉ Ｗ ／ ｏ ｖ ｒｅ ｙ ｔ ｍ ｗ ｔ ｉｋ ｔ ｓ ｉｎ ｒ ｓ ｎ ｅｔ ｒｕ ｈ ａ ａｙ ｉ ｇｍａｎ ｔ ｎ ｒ ｕ ｃ ｉ ｓ ｕ ｌ ａ Ｐ Ｍ ＤＣ ＤＣ ｃ ｎ ｅ ｔｒｓ ｓ ｈ ｑ ｃ ａ ｉ ｏ ｅ ｐ ｓ ｏ ｇ ｎ ｌｚｎ ｉ ｒ ￣ｅ ｎ ｔ ｎ ｄ ｅ ｉ ｕ ｒ ｔ ｎ ｏ ｈ ａ ｆ ｏ ０ ｅ ｓ ｓ ｍ ．Ｗ ｉ ｅ ａ ａｙ ｉ ｏ ｉ ａ ｓ ｒ ｆ ｃｉ ｆｐ ｗ ｒ ｓａ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｔｓ ｔ ｕ ｏ ｌｔ ｆ ｙ ｔ ｈ ｔ ｅ ｈ ｈ ｎ ｔ ｔ ｌｓ ｆｍａｎ ｔ ｆ ｕ ｔ ｎ ｏ ｅ ｔｇ ； ｎ ｎ ｉ ｅ ｐ ａ ｃ ｍｐ ｅｅ ｓ ｒ ｎ ｅ ｎ ｏ ｓ ｏ ｈ ｓ
上海交大.工程实践与科技创新[3A]-第01组设计报告
![上海交大.工程实践与科技创新[3A]-第01组设计报告](https://img.taocdn.com/s3/m/408ea3fef8c75fbfc77db2a6.png)
KEYWORDS
DC-DC switching power supply, TL494, double power parallel system, NI myDAQ, Labview
上海交通大学 电子信息与电气工程学院 地 址：东川路 800 号 邮 编：200240
目
录
1. 概述......................................................................................................................................... 1 1.1 编写说明.........................................................................................................................1 1.2 名词定义.........................................................................................................................1 1.3 硬件开发环境.................................................................................................................1 1.4 软件开发环境.................................................................................................................2 1.5 缩略语.............................................................................................................................2 2. 系统总述................................................................................................................................. 3 2.1 系统组成.........................................................................................................................3 2.2 系统的主要功能.............................................................................................................3 2.2.1 DC-DC 开关稳压电源模块................................................................................... 3 2.2.2 DC-DC 开关稳流电源模块................................................................................... 3 2.2.3 程控精密均流调整模块........................................................................................ 4 3. DC-DC 开关稳压电源模块的设计....................................................................................... 5 3.1 主要功能和设计指标.....................................................................................................5 3.1.1 主要功能................................................................................................................ 5 3.1.2 设计指标................................................................................................................ 5 3.2 设计方案概述.................................................................................................................5 3.3 设计主要部分及参数说明.............................................................................................6 3.3.1 元件参数................................................................................................................ 6 3.3.2 设计主要部分分析................................................................................................ 8 3.4 专项讨论.......................................................................................................................11 3.4.1 电源变换效率与纹波的调节.............................................................................. 11 4. DC-DC 开关稳流电源模块的设计..................................................................................... 13 4.1 主要功能和设计指标...................................................................................................13 4.1.1 主要功能.............................................................................................................. 13 4.1.2 设计指标.............................................................................................................. 13 4.2 设计方案概述...............................................................................................................13 第 1页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院
基于TL494的DC-DC开关电源模块及其控制系统
ABSTRACT This file is the report of how to design an on-off power supply system.It introduces how to design a PWM DC-DC convertor particularly and the process of controlling the output voltage with Single Chip Micyoco (SCM). This file fit the people who have some knowledge of electron technique. Based on TL494, a DC-DC switching voltage regulator is designed. The device generates a DC power supply ranging from 5V to 10V in spite of the input voltage from 20V to 30V. Users can achieve the functions of output voltage stabilization, verification and correction of voltage deviation both manually and automatically through only four keys and digital displays. KEYWORDS DC-DC（Direct Current）；switching voltage regulator； Single Chip Micyoco (SCM)； low-pass filter with power supply；ADC（Analog Digit Converter）；TL494.
数字控制全桥型DC-DC模块电源的设计
数字控制全桥型DC-DC模块电源的设计数字控制全桥型DC-DC模块电源的设计摘要：DC-DC变换器是电子系统中常用的电源转换设备，其性能的稳定性和效率对系统的可靠性和节能性起着重要作用。
本文围绕数字控制全桥型DC-DC模块电源的设计展开了研究。
首先，对DC-DC变换器的结构和工作原理进行了简要介绍。
然后，详细描述了数字控制技术在全桥型DC-DC模块电源设计中的应用。
最后，通过实验验证了本设计方案的性能和有效性。
一、引言随着电子系统的高速发展，对于电源转换设备的性能和效率要求越来越高。
DC-DC变换器作为电源转换的重要组成部分，在电子系统中起到了关键的作用。
传统的模拟控制方式在一定程度上已经无法满足对DC-DC变换器精确控制的要求。
因此，数字控制技术在DC-DC变换器的设计中得到了广泛的应用。
二、数字控制技术数字控制技术是通过数字信号对电源进行控制和调节的一种技术。
它可以使用微处理器或者数字信号处理器来实现对电源的高精度控制。
数字控制技术具有精度高、稳定性好、可编程性强等优点，因此在DC-DC变换器的设计中被广泛采用。
三、全桥型DC-DC模块电源的设计全桥型DC-DC模块电源是一种高效率的DC-DC变换器拓扑结构，具有输出电压可调、输出电流大等优点。
数字控制技术可以精确控制全桥型DC-DC模块电源的输出电压和输出电流，提高了系统的稳定性和可靠性。
1. 电源参数设计在全桥型DC-DC模块电源的设计中，首先需要确定电源的输入电压和输出电压。
通过计算和分析得到合适的输入电压和输出电压，保证电源的工作正常和效率高。
2. 拓扑结构设计全桥型DC-DC模块电源的拓扑结构是由四个功率开关和四个二极管组成的。
使用数字控制技术可以对功率开关的开关时间进行精确调节，实现对电源输出电压的精确控制。
3. 控制策略设计在全桥型DC-DC模块电源的设计中，需要选择合适的控制策略。
传统的PID控制策略已经无法满足要求，因此可以利用数字控制技术设计更高级的控制策略，如模糊控制或者神经网络控制。
dcdc电源模块的实现原理
dcdc电源模块的实现原理DC-DC电源模块的实现原理什么是DC-DC电源模块？DC-DC电源模块是一种电源转换器，它将直流电源的电压从一个水平转换为另一个水平。
这种模块在电子系统中被广泛使用，它能够提供稳定的电压输出，以满足不同电路的需求。
DC-DC电源模块的工作原理1.输入电压稳定器–DC-DC电源模块的第一步是将输入电压稳定在一个可控的水平。
这可以通过电压稳定器来实现，它根据需要调整输入电压的大小。
–电压稳定器通常由三个主要部分组成：参考电压源、误差放大器和功率放大器。
参考电压源产生一个稳定的参考电压，误差放大器检测输入电压与参考电压的差异，并将该差异信号放大，而功率放大器控制输入电压的大小以使其稳定在预定范围内。
2.DC-AC转换–在输入电压稳定后，DC-DC电源模块需要将直流电源转换为交流电源。
这是为了便于使用磁性元件如变压器等来实现电压升降转换。
–电流经过一个开关管，它周期性地开关，但开关频率非常高。
这将产生一个包含许多频率成分的方波信号。
然后，该方波信号通过一个滤波器，高频成分会被滤除，只剩下一个接近正弦波的信号。
3.变换器–接下来是变换器的工作，它能够将交流电源的电压转换为所需输出电压。
变换器通常包括一个电感元件和一个电容元件，它们以特定的方式连接在一起。
–当开关管关闭时，电感元件存储能量，并将其传递给输出负载。
当开关管打开时，电容元件释放存储的能量，以保持输出电压的稳定。
4.控制电路–DC-DC电源模块的最后一步是控制电路。
控制电路负责监测和调整输出电压，以确保其稳定性和符合设定值。
–控制电路通常包括一个反馈回路，它通过将实际输出电压与设定值进行比较，并根据差异来调整开关管的开关频率或占空比，以稳定输出电压。
DC-DC电源模块通过输入电压稳定、DC-AC转换、变换器和控制电路等步骤，实现了将直流电源的电压转换为所需输出电压的功能。
这样的模块在电子系统中起着重要的作用，能够为各种电路提供稳定的电源。
高稳定性Buck型DC_DC变换器设计
2008年第12期中图分类号:TN702文献标识码:A文章编号:1009-2552(2008)12-0001-04高稳定性Buck型DC P DC变换器设计唐振,戎蒙恬,刘文江,刘涛(上海交通大学电子工程系,上海200240)摘要:提出了一种基于模拟反馈的高稳定性Buck型DC P DC变换器的结构,使得电路在输入电压和负载变化时,具有输出电压稳定,波动范围和纹波小的特点。
根据基于UMC0.18L m工艺下的模型参数,使用Hspice对整个变换器进行仿真,给出了仿真结果表明电路设计的正确性。
关键词:DC P DC变换器;模拟反馈;稳定性Design of high stable buck DC P DC converterTANG Zhen,Rong Meng-tian,LIU Wen-jiang,LIU Tao(Department of Electronic Eng ineering,Shanghai Jiaotong University,Shanghai200240,C hina) Abstract:A structure of buck DC P DC c onverter based on analog-feedback is proposed.The output voltage is stable and the ripple voltage is small as the input volta ge and the load change.The whole DC P DC converter is simulated by Hspice based on UMC0.18L m model para meter,and the simulation results are provided.Key w ords:DC P DC converter;analog-feedback;stability0引言各种电池供电的电子产品如照相机、摄像机、录像机、个人数字助理、手机、手提电脑都需要DC P DC 变换器等电源管理芯片[1]。
dc-dc开关电源原理
dc-dc开关电源原理DC-DC开关电源，简称DC-DC电源，是一种能够将直流电压转换成不同稳定直流电压的电源系统。
其原理基于开关管的开关动作，通过控制开关动作的频率和占空比，实现对输入电压的调节，从而输出所需的稳定直流电压。
一、DC-DC开关电源的基本原理1.1 输入电压和输出电压DC-DC开关电源的输入电压通常为直流电压，可以是电池、整流器输出的直流电压等。
而输出电压则可以是需要的稳定直流电压，例如5V、12V等。
1.2 电路拓扑结构DC-DC电源的拓扑结构包括多种形式，常见的有Buck、Boost、Buck-Boost 等。
每种拓扑结构都有其特定的输入输出特性，根据需求选择合适的拓扑结构。
1.3 PWM调制DC-DC开关电源的核心原理之一是PWM调制（Pulse Width Modulation），通过改变开关管通断的占空比，控制输出电压的大小和稳定性。
通常采用的调制方式有恒频PWM调制和恒频调制等。
1.4 控制电路DC-DC开关电源的控制电路主要用于控制开关管的开关动作，以实现对输出电压的调节。
控制电路通常由控制芯片、反馈电路和误差放大器等组成，通过对输入信号的处理，输出合适的控制信号。
二、DC-DC Buck（降压）电路原理2.1 Buck电路结构Buck电路是一种常用的DC-DC开关电源拓扑结构，其主要由输入电源、开关管、电感、二极管和负载组成。
其中，开关管和二极管通过交替导通和截止的方式，实现对输入电压的降压。
2.2 工作原理当开关管导通时，电感储存能量，负载电流通过电感和二极管流过。
当开关管截止时，电感释放储存的能量，通过二极管供应负载电流。
通过控制开关管的导通和截止时间，可以实现对输出电压的调节。
2.3 控制方式Buck电路的控制方式可以分为恒压控制和恒流控制两种。
恒压控制通过反馈电路和误差放大器实现，控制输出电压保持稳定。
恒流控制则是通过对负载电流的监测和调节，保持输出电流的稳定。
DC—DC开关电源模块并联供电技术方案
DC—DC开关电源模块并联供电技术方案作者：方倪陈强军李丹凤张越李雪枫胡安正来源：《科技创新与应用》2016年第30期摘要：随着科技快速发展，开关电源应用越来越广泛，目前采用单一集中式电源供电较多，多种输出参数难以满足要求。
文章提出了一种DC-DC开关电源模块并联供电系统技术方案。
两路DC-DC变化器采用BUCK结构，MOS管代替二极管续流，采样模块实时监测输出电压电流，PID算法、闭环控制实现均流，该方案具有体积小、供电效率高、抗干扰能力强等优点，可推广应用。
关键词：DC-DC；同步整流；BUCK结构；续流；均流技术1 系统方案整体结构该系统方案主要由两个BUCK变换器构成的DC-DC降压式电路、主控电路、采样电路、驱动电路以及PWM模块组成。
主控芯片通过采样得到的电压电流参数来控制输出PWM波的占空比，进而控制开关管的开关频率，闭环控制电流电压，使其稳定输出。
提高了供电的效率和稳定性。
系统方案框图如图1所示。
2 各模块的设计与实现2.1 DC-DC模块系统方案的DC-DC模块采用是两个相同的BUCK拓扑结构，并且使电感始终工作在电流连续状态，否则闭环稳压时易振荡。
另外，为了降低电路损耗，本系统方案选用导通电阻较低的开关管IRF3205（额定电流110A，耐压达55V，导通电阻小于8毫欧）。
对于BUCK电路滤波电感L1的计算如下：为使输出电流连续且稳定，本设计选择L1=800uh。
为了避免电感饱和，且更好地实现电感的储能功能，本设计选用外径为4.8cm的铁粉磁环绕制电感。
由于电流可高达2-3A，为了降低电感线圈的发热损耗，选用2股直径为0.64mm的漆包线绕制。
2.2 MOS管驱动电路设计如图3所示，MOS管驱动电路选用具有波形互补的可编程芯片IR2104，PWM波从2脚输入，HO和LO输出两路反相的PWM分别控制两个MOS管的开断。
D5和C1/C2为自举二极管和自举电容，两者串联起到电流配合的作用实现电压自举，抬高VS的电位，使输出的PWM更稳定，同时二极管起到防止电流倒灌的作用。
DCDC电源模块方案工作原理应用
DCDC电源模块方案工作原理应用DC-DC电源模块方案是一种用于将直流电源转换为不同电平输出的电路模块。
它通常由输入滤波、开关电源控制芯片、功率开关器件、输出滤波等部分组成。
下面将详细介绍DC-DC电源模块方案的工作原理和应用。
DC-DC电源模块的工作原理：DC-DC电源模块采用开关电源控制芯片来控制功率开关器件工作的频率和占空比，通过改变开关的输入状态来调整输出电压。
其工作原理主要有以下几个步骤：1.输入滤波：将输入电源进行滤波处理，去除输入电源中的噪声和纹波，并提供稳定的输入电压。
2.开关控制：控制芯片对功率开关器件进行开关控制，使其周期性地切换开关状态。
3.能量存储：当功率开关器件处于导通状态时，通过电感器件将电能存储到磁场中；当功率开关器件处于断开状态时，电感器件将存储的能量释放到输出电路。
4.输出调节：通过输出滤波器对存储的能量进行平滑，使输出电压足够稳定。
5.反馈控制：利用反馈电路对输出电压进行采样和调节，确保输出电压与设定电压维持在一定范围内。
DC-DC电源模块的应用：DC-DC电源模块具有高效率、宽输入输出电压范围、可靠稳定等特点，适用于多种领域的电子设备。
以下是DC-DC电源模块的一些主要应用：1.通信设备：用于提供稳定的供电电源，如无线电台、电信基站等。
2.工业自动化：用于工控系统、仪器仪表、电机控制等，为设备提供稳定的电源。
3.车载设备：用于汽车、飞机等交通工具上，为电子设备提供电源供应。
4.消费电子：如电视、音响、平板电脑、笔记本电脑等，为这些设备提供稳定的电源。
5.太阳能发电系统：用于将太阳能转换为直流电，然后再将其转换为特定的输出电压。
6.绿色能源应用：如风能发电、地热能发电等，为这些能源收集设备提供稳定的电源。
综上所述，DC-DC电源模块方案是一种将直流电源转换为不同电平输出的电路模块。
它的工作原理是通过开关电源控制芯片来控制功率开关器件的工作状态，从而实现电源的转换。
DC-DC开关电源及其控制系统9
摘要：本报告是上海交通大学2005级电子信息与工程学院科技创新实验五的理论研究和实验报告部分，就本次‘DC－DC开关电源系统’的理论基础，设计流程以及测试结果展开讨论和研究。
本报告包含了设计者在实验中的所学，所想，所得，供各位读者和同行参考，由于时间参促，报告中难免存在不足之处，望各位同行不吝指教。
关键词：DC－DC电源控制系统脉冲宽度调制有源低通滤波器单片机ABSTRACTThis report is one part of the course of Science Innovation which is arranged by the 2005 Grade, Electronic Engineering Dept, ShangHai Jiao Tong University, it discusses the principles, software&hardware design and the test result of the“DC—DC Switch Power & Control System”.This report includes what the designers have learned in the procedure of this course. We hope it can serve you as a useful reference. There must be some deficiencies in this report, and it is our great pleasure if you can point out for us. Thank you for reading.KEYWORDSDC—DC Switch Power & Control SystemPulse Width Modulation ControlOperational Amplifier Low-Pass FilterSingle Chip Machine目录1. 概述 (1)1.1编写说明 (1)1.2名词定义 (1)1.3缩略语 (1)2. 系统总述 (2)2.1系统组成 (2)2.2系统的主要功能 (4)3. DC-DC开关电源子系统的硬件设计 (5)4. 电压控制子系统的硬件设计 (15)5. 电压测量子系统的硬件设计 (22)6. 单片机子系统及软件设计 (29)6.1单片机软件系统功能的整体描述 (29)6.2软件结构概述 (30)7. 致谢 (34)8. 升压型系统简介 (35)9. 参考文献 (37)10. 附录A 开发环境 (38)10.1硬件开发 (38)10.2软件开发 (38)11. 附录B 软件程序清单 (39)12. 附录C 系统操作说明书 (58)13. 附录D 测试和分析 (59)13.1测试项目和方法 (59)13.2测试的资源 (60)13.3测试结果及分析 (60)14. 附录E 课程学习心得和意见建议 (62)第1页1.概述1.1编写说明此文档介绍了科技创新实验五中的单片机设定电压DC－DC电压转换器的设计原理，硬件结构，软件结构以及使用说明。
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技术文件完成时间：2008-12-10项目名称：D C-D C开关电源模块及其控制系统设计小组编号：23设计小组名单：高敬国(组长)、蒋飙上海交通大学电子信息与电气工程学院地址：东川路800号摘要：本文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，可实现20~30V输入5~10V输出，开/闭环控制误差范围均在±0.05V以内。
该系统以TL494为核心，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。
关键词：开关电源，单片机，闭环控制，自动拟合，低通滤波器，模数转换ABSTRACTThis Paper particularly presents the design of each module of voltage-decrease switch mode DC-DC convertor with its control and feedback circuits. It has an input voltage of 20~30V and an output of 5~10V, while the errors of the opened-loop and closed-loop control are both restricted within ±0.05V. This type of power supply uses TL494 as its core element. The MCS dominates the connection and disconnection of the switch audion through the output of PWM signal, in order to control the output voltage. Moreover, the ADC converts the output signal and feeds back to MCS, which can then analyse and deal with it.KEYWORDSSwitch Mode Power Supply, MCS, Closed-Loop Control, Automatic Fit, LPF, ADC上海交通大学电子信息与电气工程学院地址：东川路800号目录1. 概述 (1)1.1编写说明 (1)1.2名词定义 (1)1.3缩略语 (1)2. 系统总述 (2)2.1系统组成 (2)2.1.1 DC-DC开关电源子系统 (2)2.1.2电压控制子系统 (3)2.1.3电压检测子系统 (3)2.1.4单片机子系统 (3)2.2系统的主要功能 (4)3. DC-DC开关电源子系统的硬件设计 (5)3.1开关电源子系统的主要功能和设计指标 (5)3.2开关电源子系统的具体工作原理 (6)3.3开关电源子系统的参数说明 (8)3.4专项问题的探讨 (9)3.4.1纹波的抑制 (9)3.4.2效率的提高 (9)3.4.3电感的绕制 (9)4. 电压控制子系统的硬件设计 (10)4.1主要功能和设计指标 (10)4.2电压控制系统的一般原理和逻辑框图 (10)4.3电压控制子系统的具体工作原理 (10)5. 电压测量子系统的硬件设计 (17)5.1主要功能和设计指标 (17)5.2方案的一般原理和逻辑框图 (17)5.3设计设计方案中主要部分和参数的说明 (17)第1页6. 单片机子系统及软件设计 (21)6.1软件功能 (21)6.2软件总体框架 (21)6.3实验相关元件 (21)6.4程序设计 (23)6.4.1重要的全局变量 (23)6.4.2程序流程图 (24)6.4.3程序内各重要部分 (25)6.4.4程序内各重要部分方案 (26)7. 致谢 (27)8. 参考文献 (28)9. 附录A 开发环境 (29)9.1硬件开发 (29)9.2软件开发 (29)10. 附录B 软件程序清单 (30)11. 附录C 系统操作说明书 (38)12. 附录D 测试和分析 (40)12.1测试项目和方法 (40)12.1.1降压DC-DC开关电源子系统的测试 (40)12.1.2电压控制子系统（开环）的测试 (40)12.1.3电压测量子系统（闭环）的测试 (41)12.2测试的资源 (42)12.3测试结果及分析 (42)12.3.1降压型DC-DC电路模块 (42)12.3.2开环控制功能 (42)12.3.3闭环控制功能 (43)13. 附录E 课程学习心得和意见建议 (44)第2页1.概述1.1编写说明本篇报告为上海交通大学06级电子信息与电气工程学院电子系学生大三第一学期科技创新课程的设计报告，其中详细阐述了有关DC-DC开关电源的硬件与软件设计、开发环境、功能指标以及测试分析方法，旨在全面记录本实验小组的设计思路和操作过程，总结经验与心得体会，供指导老师在检查评分时参考，亦可作为与同学交流沟通的书面材料。
本文适合电子相关专业人士以及有一定理论基础的业余电子设计爱好者阅读。
1.2名词定义●开关式稳压电源：采用开关三极管控制的直流稳压电源，可通过调节占空比控制电压输出。
●单片机小系统：单片机即单片微型计算机，是把中央处理器、存储器、定时/计数器、输入输出适配器集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
与应用在个人电子计算机中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外置硬盘硬体）和节约成本。
它与其外围扩展电路的总和称为单片机小系统。
●开环控制：被控制量（输出量）对控制量（输入量）没有影响，即被控制量只能受控于控制量，而对控制量无反作用。
[1]●闭环控制：基于负反馈（输入量与反馈量相减）基础上的“检测误差，用以纠正误差”这一原理组成的系统，也称反馈控制。
[1]●标定占空比：自动拟合模式下，以电压为基准点，系统对应该电压值输出PWM波的占空比。
●电气隔离：两部分支路无电气上的直接联系，使相互间的干扰降到最小。
●模数转换：将模拟信号转化为数字信号。
●占空比：方波信号一个周期内高电平所占的比例。
●过流保护：设定系统电流上限，防止功耗过大，导致元件损坏。
●开关频率：开关电源中，开关管导通的频率。
●电压调整率：输入电压变化时，输出电压变化幅度与输入电压变化幅度的比值。
●纹波：叠加在直流信号上的幅度远远小于直流分量的交流信号。
1.3缩略语DC(direct current)：直流LPF(low pass filter) 低通滤波器PWM(Pulse-Width Modulation)：脉宽调制 ADC(analog digital)：模拟-数字转换LPF(low-pass filter)：低通滤波器第1页第2页2. 系统总述2.1 系统组成DC图2.1 系统组成示意图[4]如图2.1所示，本次实验设计的开关电源由4个部分组成，分别是实现DC-DC 开关电源部分、电压控制部分、电压检测部分和控制系统工作的单片机部分。
四部分之间的关系如图所示，单片机输出占空比可调的PWM 波来控制电压控制模块；电压控制模块对获得的PWM 波进行滤波和稳伏之后，通过光电耦合器件4n25来控制开关电源的输出电压；电压检测模块用AD 转换器采集开关电源模块的输出电压，转换成数字量的数据输出给单片机；单片机读取数模转换的数据，将其转换成采样电压，比较之后用调整PWM 波占空比的方式实现闭环控制。
2.1.1 DC-DC 开关电源子系统DC-DC 开关电源子系统的主要功能是将一输入不稳定的直流电压（20~30V ）变换为输出稳定的直流电压（5~10V ，可调）。
该DC-DC 开关电源子系统采用TL494作为核心元件，三极管Tip42作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出任一给定的稳幅电压。
如图2.2所示：图2.2 DC-DC 开关电源组成示意图[4]第3页2.1.2 电压控制子系统电压控制子系统主要实现的功能为将单片机输出的可调占空比PWM 波转化为提供给DC-DC 子系统的可变电压，从而实现电压的控制。
该模块通过对单片机输出的PWM 波进行整形、取直流分量得方式将占空比的变化转化为电压的变化；最后为了对控制系统和供电系统进行电器隔离，让系统的输出通过光耦芯片来完成和DC-DC 部分的连接。
电压控制子系统由4个主要的模块构成，分别是波形整形电路、低通滤波器、信号隔离变换和TL431稳压电路（其中TL431电路主要是给4011芯片提供稳定的4V 电压）。
如图2.3所示：图2.3 电压控制子系统示意图[4]2.1.3 电压检测子系统电压测量子系统分成三个模块，分别是稳压电路、信号隔离和变化模块、A/D 转换模块。
这三个电路分别以光电耦合器4N25芯片，A/D 转换芯片ADC0804以及TL431芯片为核心辅以一定的外围电路构成。
其中TL431稳压电路的主要作用是为光电耦合器4N25芯片和A/D 转换芯片ADC0804提供4V 基准电压。
如图2.4所示：图2.4 电压测量子系统示意图[4]2.1.4 单片机子系统本次用于DC-DC 开关电源的控制用单片机实现的功能主要是3个方面，分别是用户操作界面、开环电压控制、闭环采样及电压调整控制。
用户界面功能主要是提供人机交互的控制功能，数码管显示系统的工作状态，按键控制电源的工作状态、设置电压。
开环电压控制中单片机的主要任务是计算设置电压对应的占空比，输出相应占空比的PWM波。
闭环采样及电压调整控制中单片机完成了两个任务，即控制AD0809采样并转换成相应的采样电压和根据采样电压调整占空比实现闭环控制。
如图2.5所示：图2.5 单片机子系统示意图[4]2.2系统的主要功能本次实验的系统实现了降压型可控开关式DC-DC稳压电源，系统由分成开环控制的基本功能和闭环控制的拓展功能两部分，其主要功能和参数简述如下：（1）开关式DC-DC稳压电源：实现直流-直流变换的稳压电源，在输入电压的范围为20V~30V的范围内，输出5V~10V的稳定直流电压，输出电压分辨率为0.1V，误差小于等于0.05V，电压调整率小于0.1%。
（2）键盘与显示：通过单片机小系统上的按键来控制系统的输出电压和工作方式（开环/闭环）；通过单片机小系统上的数码管来显示输出电压和工作方式的信息。
（3）开环控制：通过单片机输出的占空比可调的PWM波来控制输出电压，利用拟合的到的数据计算输出电压相应的占空比，通过电压控制部分调整波形，输出到光电耦合来实现开环控制。
开环控制的精度为电压输出误差小于0.05V。