DC-DC电源设计

1、摘 要开关稳压电源具有外围电路简单、电源效率高等优点,在各种电子产品中得到了广泛的应用，而DC-DC变换器则是开关稳压电源的重要分支。本系统是DC-DC升压式可调的开关稳压电源，它由时基电路NE555构成一个低频振荡器，输出周期性脉冲控制开关元件的通断，并以此控制电感上磁能和电能的互相转换，在电感两端产生一自感应电压，此自感电压与电源电压串联起来一起向负载提供电流，此电路输出的电压大于电源电压，为一升压式开关电源。通过调节可调电阻 ，可以改变NE555的振荡周期，同时也改变了输出波形的占空比，从而改变电感的储能大小，最终改变了输出电压值 。在主电路后面为了方便直观的看出电路的输出结果，因此另外

2、设计了由数模转换ADC0804控制的单片机显示电路。关键词：DC-DC变换器，NE555，数模转换ADC0804Abstractswitch-regulated power supply,which has many advantages such as simplicity of its peripheral circuit and high efficiency of its power supply,has been widely applied in all kinds of electronic products,and Dc-Dc changer/converter is its

3、main branch .This system is a Dc-Dc booster-adjustable switch-regulated power supply,in which the time-base circuit NE555 composes the low-prequencyoscillator and output period ic impulse to control the cut-in and cut-off of the switching elements,and by this control the exchanging between magnetic

4、and eletrical energy on the indultion .on the ends of induction comes into being self-induction voltage ,which is concatenated with supply voltage ,and they together provide the load with electricity .The voltage output through the circuit is bigger than the supply voltage .Its a booster switch powe

5、r supply .By adjusting , it is posssible to adjust the resistance andchange the oscillating period of NE555 acessible at the same time ,change the duty ratio of the output wave from .As a result, change the stored energy of induction and to make it convient and intuitionistic to read the output resu

6、lt of the circui,t .Inaddition MCU controlled by a digital-analog conversion ADCO804 is designed behind the main circuit to show the circuit . Keywords:DC-DC converter,NE555, digital-analog conversion ADC0804目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc200471775 第1章引言 PAGEREF _Toc200471775 h 1 HYPERLINK l _T

7、oc200471776 第2章 升压变换器工作原理 PAGEREF _Toc200471776 h 3 HYPERLINK l _Toc200471777 2.1 概述 PAGEREF _Toc200471777 h 3 HYPERLINK l _Toc200471778 升压变换器的工作原理 PAGEREF _Toc200471778 h 3 HYPERLINK l _Toc200471779 第3章 升压变换器电路设计 PAGEREF _Toc200471779 h 6 HYPERLINK l _Toc200471780 主电路设计换器 PAGEREF _Toc200471780 h 6

8、HYPERLINK l _Toc200471781 3.1.1 Boost变的能量传输分析 PAGEREF _Toc200471781 h 6 HYPERLINK l _Toc200471782 3.1.2 主电路参数设计 PAGEREF _Toc200471782 h 15 HYPERLINK l _Toc200471783 3.2 控制电路 PAGEREF _Toc200471783 h 16 HYPERLINK l _Toc200471784 3.2.1 555震荡电路 PAGEREF _Toc200471784 h 16 HYPERLINK l _Toc200471785 3.2.2

9、本系统的控制电路 PAGEREF _Toc200471785 h 17 HYPERLINK l _Toc200471786 第4章 显示电路设计 PAGEREF _Toc200471786 h 18 HYPERLINK l _Toc200471787 单片机电路 PAGEREF _Toc200471787 h 18 HYPERLINK l _Toc200471788 4.1.1 AT89S52简介 PAGEREF _Toc200471788 h 18 HYPERLINK l _Toc200471789 4.1.2 震荡电路 PAGEREF _Toc200471789 h 20 HYPERLIN

10、K l _Toc200471790 4.1.3 四位八段共阳数码管 PAGEREF _Toc200471790 h 21 HYPERLINK l _Toc200471791 4.2 模数转换ADC0804的应用 PAGEREF _Toc200471791 h 22 HYPERLINK l _Toc200471792 4.3 分压电路 PAGEREF _Toc200471792 h 22 HYPERLINK l _Toc200471793 单片机驱动程序 PAGEREF _Toc200471793 h 23 HYPERLINK l _Toc200471794 第5章 总结 PAGEREF _To

11、c200471794 h 25 HYPERLINK l _Toc200471795 参考文献 PAGEREF _Toc200471795 h 26 HYPERLINK l _Toc200471796 致 谢 PAGEREF _Toc200471796 h 27 HYPERLINK l _Toc200471797 文英文资料原文 PAGEREF _Toc200471797 h 28 HYPERLINK l _Toc200471798 中文译文 PAGEREF _Toc200471798 h 36第章引言随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种类也越来越多,电子设备与人们

12、的工作、生活的关系日益密切。而电源是电子设备的动力心脏,任何电子设备都离不开可靠的电源,它们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、小和高效率为发展的新方向。DC/DC变换器的技术追求和发展趋势可以概括为以下方面:(1)高频化、小型化、薄型化、轻量化为提高开关频率,必须采用高速开关器件,这是缩小电源体积、减轻重量、提高功率密度、改善动态响应的重要技术途径。高频化还可以使开关电源的动态品质得到改善。开关电源的体积、重量主要是由储能元件(磁性元件和电容)决定的,因此,小型化实质上就是尽可能减小其其中储能元件的体积。(2)高效率作为电源,效率是重要的关键指标之一。高频化的结果,

13、使开关损耗以及无源元件的损耗增加,所以上世纪80年代以来,软开关变换技术始终是电源技术研究的热门课题。它理论上可使开关损耗降为零,达到高效率的功率变换。(3)低噪声开关电源的缺点之一是噪声大.单纯地追求高频化,噪声也会随之增大,采用部分谐振转换回路技术,在原理上既可以提高频率有可以降低噪声,尽可能地降低噪声影响是开关电源的另一发展方向。(4)大电流传输DC/DC变换器在系统中实现的是能量转换功能,是将电池输入能量以不同的电平转换到不同的部分。现代高速系统在瞬时需要传输很大的能量,所以DC/DC芯片需要提高高达1A级的电流。特别是开关管,需要能够快速响应,在短时间内,从关断条件下转变为传输大电流

14、,或在大电流条件下迅速关断。(5)高可靠性开关电源使用的元件比连续工作电源少了数十倍,因此提高了可靠性。从寿命角度出发,电解电容、光耦合器等器件的寿命决定这电源的寿用较少的器件,提高集成度,提高平均无故障时间。 目前电子系统电压的转换大多依靠DC-DC变换器,尤其是升压变换器,它能在电池供电不足时将低电压转换成高电压,维持设备正常工作。本文的任务就是理解并设计一个升压变换器，并使达到以下指标：额定输入：5V输出范围：11V/输出纹波电压：80mv本文工作：先理解DC-DC开关电源的工作原理，然后构建整机原理框图,之后再设计各个电路单元，通过研究各电路的技术和算法得出电路中使用的元器件的参数，并

15、通过仿真软件（Protus）仿真来验证算法的正确性，最后用Protel 99se画出原理图和PCB版图，开板做出实物。第2章 升压变换器工作原理2.1 概述在使用电池供电的便携设备中，都是通过直流升压电路获得电路中所需要的高电压，这些设备包括： 、传呼机等无线通讯设备、照相机中的闪光灯、便携式视频显示装置、电蚊拍等电击设备等等,本课题设计的升压变换器就应用于这些领域。虽然DC-DC变换器种类繁多，但他们的工作原理基本一致，即都是利用控制电路产生受误差信号调制的开关信号去控制功率开关管的导通与截止，再利用电感、电容及二极管的储能和释能作用实现稳压。当输入电压发生变化时，能及时的将变化反馈到控制电

16、路，使得开关管的导通占空比得到调整，从而使输出电压保持稳定。 升压变换器的工作原理升压变换器的主电路，如图21所示：图2-1 升压变换器电路主要元件包括：输入电电源Vin,电感L,开关管Q,二极管D,电容C,负载R ，开关脉冲信号,具体工作过程如下：理想的开关管Q2是没有电压降的，但实际上，开关通常利用半导体器件，如BJT、MOSFET、功率晶体管来实现，它是有压降的，导通时的二极管也存在压降。将开关脉冲源加到开关管上,当脉冲为高电平时,开关Q2开始饱和导通（ton时间内），V1通过L、Q2形成回路，电感中的电流iL即为回路电流。由于电感电流不能突变，其两端会产生极性为左正右负的自感电势，存储

17、能量，二极管D截止，iL开始从最小值线性增加，经过ton时间，Q2从饱和导通转入截止时刻，电感电流达到最大值，增量为： (2-1)当Q2截止时，iL同样不能突变，电感的反冲现象使得电感两端电压非常大，D导通，存储在L中的能量通过D、C、RL回路释放，回路电流iL从最大值开始线性减小，再经过toff时间，Q2从截止重新变为饱和导通， iL减少至最小值，减少量为： (2-2)如图2-2所示，开关上的脉冲源信号周期性的变高和变低,在其为高电平时，功率开关管导通，电感电流线性上升；当其为低电平时，功率开关管关断，二极管导通，电感电流线性下降，并周期性的重复，如图2-3所示：图2-2 功率开关管栅极上的

18、脉冲信号示意图图2-3 电感电流的周期性变化示意图稳态时，iL在ton内的正增量与在toff内的负增量数值相等， 即 = 得：其中 为开关管Q上的脉冲周期。在理想情况下，故 (2-3)其中，D为开关管导通占空比.式(1-3)表明，升压型DC-DC变换器的输出电压与开关脉冲占空比成正比关系，而且总是高于输入电压。当输入电压增加时，控制电路调整开关占空比，使D减小；当输入电压减小时，控制电路调整占空比使，使D增加。这样，就能保持输出电压稳定不变。利用式(1-3)计算图2-1的输出电压:,波形如图2-4所示，刚开始时输出电压慢慢上升,过渡区之后渐渐稳定，输出电压逐渐上升，如图24:图2-4 开关电源

19、的输出电压示意图Vo上的波动电压如图2-5所示，这是由电容的充放电作用造成的.图2-5 输出电压上的纹波电压示意图第3章 升压变换器电路设计本电源电路由主电路和控制电路共同组成,主电路功能是完成能量的储存和传递,控制电路的作用是:当主电路电网输入发生改变或受到噪声干扰后,输出电压会发生变化,这时控制电路能够迅速调整这种变化,使主电路返回正常工作状态,并使输出电压稳定到原来的值。图3-1 升压变换器电路图3.1主电路设计换器3.1.1 Boost变的能量传输分析通过上面的分析，我们已经对boost变换器的工作过程有所了解，为了计算出电路元件的参数，要从能量的角度详细分析。图32 DC变换器的组成

20、原理在图3-2中,当boost变换器的开关S处于导通状态时，电源给电感充电，电感储存能量；二极管截止，电容放电向负载提供能量。此时能量的传输较为简单；当boost 变换器开关关断后能量的传输过程要复杂的多，电感、电容及负载三者之间的能量传输于电感的大小密切相关，存在一个临界电感值Lc，当LLc时，变换器工作于连续模式.3.1.1.1 Boost变换器的两种工作模式连续模式(CCM)：如图3-2是升压电路的基本结构,若二极管D的电流在开关管S关断时间结束时还未下降到零，则由于电感电流不能突变，开关下次导通时电流上升会有一个阶梯，这样，电感电流将呈典型的阶梯斜坡形状，此时称电路工作于连续模式，前面

21、分析的电路就工作于连续模式。断续模式(DCM)：若二极管D的电流在Q下次导通前已经下降到零，则称电路工作于断续模式.两种工作模式下的电感电流波形如图3-3所示：图3-3 CCM和DCM模式电感电流CCM和DCM模式输入与输出电压的关系:如图3-3所示, 当电源处在稳态工作时,假设输出滤波电感电流连续存在,我们根据电感电流在开关一周期内升高和降低的数值相等(即变化总量为零),很容易得出输入输出电压的关系式: (3-1)从上面的式子我们可以看得出：在连续工作模式下，电源的输出电压仅是输入电压及脉冲占空比的函数。也就是说,在一定的条件下, 电源的输出与滤波元件的参数及负载情况无关。下面, 我们推导电

22、感电流不连续时输出电压的公式:当电感较小，负载较大,或T较大时，升压变换器的电感电流波形如图3-3,称为电感电流不连续工作模式。首先，我们假设Boost电路中各元件均为理想元件，即晶体管导通压降为零，截止漏电流为零，没有开关延时，电感没有串联电阻及分布电容，续流二极管正向压降为零， 反向漏电流及恢复时间为零， 电路稳态电容容量为无穷大。如图3-4所示，我们令输入电压为Vin,输出电压为Uo，开关脉冲占空比为D，周期为T。由电感的动态参量公式 及稳态开关一周期内负载耗能等于输入能量入手推得下述公式:升压型开关电源电感电流不连续的条件是: (3-2)令每周期内开关管截止后电感电流经t 时间降为零,

23、 则: (3-3)根据能量守恒:即：解之, 取正根得:= (3-4) 图3-4 断续模式下的电感电流很明显，由上式可知Vo为R 的增函数且没有上限。所以升压型开关电源在轻载、电感电流发生间断时，输出会依R 开方数量级攀升。因此对没有闭环反馈的升压型开关电源，负载很轻或开断是比较危险的，它可能造成晶体管T或滤波电容C的过压击穿。另外,在电感电流断续模式下，Vo是电感的减函数，当L增加时，输出会减小。3.1.1.2 DCM模式下能量的传输过程当变换器工作于DCM时，电感电流波形如图3-5所示: 图3-5 DCM模式电感电流和电容电压波形据此可将变换器开关在t1时刻关断后的能量传输过程分成3个阶段：

24、第1 阶段（t1t2）：本阶段为电感供能阶段，其等效电路如图3-6(a)所示。此时，电感电流iL输出电流IO，电感不仅向负载供能，同时还给电容充电，电容电压上升。这一阶段一直持续到t2时刻电感电流线性下降到iLIO，此过程经历的时间为t2-t1。图3-6(a)开关关断后电感功能阶段等效电路(iLIo)第2 阶段（t2t2a）：当电感电流iLIO后进入此阶段，电感和电容同时向负载供能，其等效电路如图3-6(b)所示。电容上的电压也开始下降，这一阶段一直持续到电感电流下降到零，经历的时间为t2at2。图3-6(b)开关关断后电感和电容同时供能的等效电路(iLLC (3-12)因此工作于CCM 的B

25、oost 变换器既有可能工作于CISM 又有可能工作于IISM；而工作于DCM的Boost变换器只有可能工作于IISM。.5 Boost变换器的输出纹波电压 （）CCM 模式滤波电压的计算(a) CCM-CISM时的输出纹波电压当Boost变换器工作在CCM-CISM模式时，其电感电流和输出电压（电容电压）波形如图3-7(a)所示。由电荷守恒可知，此时的输出纹波电压 Vc1 仅由开关导通期间（t0t1段）电容电压的下降幅度确定，而与电感无关，即有 （3-13）其中，T 为开关周期，f是开关频率，C 为输出电容。可见，电容越大、频率越高，输出电压纹波就越小。 (b) CCM-IISM 时的输出纹

26、波电压当Boost变换器工作在CCM-IISM模式时，其电感电流和输出电压（电容电压）波形如3-7(b)所示。同样由电荷守恒可知，此时的输出纹波电压VC2由开关关断期间（t1t2段），电容电压的上升幅度确定。开关关断后，电容的充电电流i C (t)为 （3-14）令,即并注意到t1=0，则可得出给电容充电的时间t 为 （3-15）则输出电压（电容上的电压）纹波为 （3-16）将式（3-14）、（3-15）代入（3-16），并考虑到式（3-6）及式（3-8）可得 （3-17a） （3-17b）由式（3-17a）可见，此时的输出纹波电压不仅与电容有关，而且还与电感有关。将（3-17a）对L求导可得

27、: （3-18）令上式等于零可得 （3-19）将式(3-18)对L 再求导，并注意到对于Boost 变换器有VOVi ，因此可以得出 （3-20）并且由式（3-10）和（3-18）可知，当电感L LK时，因此,纹波电压VC在LCLLK区间随着电感的增加而单调减小，并在L=LK 时达到极小值，因此CISM和IISM的临界电感LK就是确保变换器输出纹波电压最低的最小电感。将式（3-19）代入式（3-17a）可以得出VC2的最小值VC2,min 为 （3-21）将式（3-5）代入式（3-17a）可得VC2 的最大值VC2,max为 （3-22）（）DCM 模式的输出纹波电压当变换器工作在DCM模式时

28、必然处于IISM，其电感电流和输出电压（电容电压）波形如图3-7所示。同样由电荷守恒可知，此时的输出纹波电压仅由开关关断期间（t1t2 段），电容电压的上升幅度确定。DCM模式时，电感上的最大电流为 （3-23）将式（3-14）、（3-15）代入式（3-16），并考虑到式（3-23），可得输出电压（电容电压）纹波为 （3-24）对于Boost变换器，输入电压Vi 、负载电流IO和占空比d 的关系为 （3-25）将式（3-25）代入式（3-24），可以得出 （3-26a）由式（3-25）可得 （3-26b）将上式代入式（3-24）得 （3-27）式中.可见，此时的输出纹波电压也是电容和电感的函数

29、，且纹波电压随电感的增加而减小。由于在DCM模式时LLC，所以当增加到LLC时，达到最小值，将式(3-5)、(3-8)代入式(3-26)可以得出VC3 的最小值为 （3-28）综上所述，Boost变换器的输出纹波电压与变换器工作模式有关，而变换器的工作模式主要由电感决定。可见，对于给定负载、电容和开关频率的Boost DC-DC 变换器，CCM-CISM 模式的输出纹波电压最小且与电感无关；CCM-IISM模式的输出纹波电压较大且与电感有关；DCM 模式的输出纹波电压最大且与电感有关。3.1.2 主电路参数设计上面详细分析了能量传输过程，下面以此为据计算主电路的参数：课题指标是：输入电压：5V

30、输出电压：11V输出电流：A输出纹波电压：80mv电感和电容的计算：取开关频率为f=10khz, 由式（3-5）即：,算得：由式（3-10）算得：DCM模式下令得电容：CCM-CISM模式下令=80mv得电容：为满足纹波电压80mv,取电容C=220uf , L=500uH所以 时 DCM模式 时 CCM-IISM模式时 CCM-CISM模式 控制电路.1 555震荡电路为了使使振荡电路和输出电路分开，可以使负载能力加大，频率更稳定，这里控制电路采用目前最为流行的555震荡电路，此电路为间接反馈型无稳型，如图38所示：图38 555震荡电路这个电路在刚通电时，V0=1，DIS端开路，C的充电路

31、径是：电源 RADISRBC，当 C 上电压上升到 2 /3 V DD 时，V0=1，DIS端接地，C放电，C放电的路径是：CRBDIS地。t1=0.693（RARB）Ct2B C 脉冲频率（RA2RB）C。由此可以看到充电和放电时间常数不等，输出不是方波。.2 本系统的控制电路图39 控制电路 在图3-9中，RW2和R7共同构成反馈电阻，通过调节RW2的大小来控制改变NE555的振荡周期，同时也改变了输出波形的占空比，从而改变L1的储能大小，最终改变了输出电压值。C3和R9共同构成加速电路。第4章 显示电路设计图4-1 单片机电路此单元电路由AT89S52、震荡电路、8段共阳数码管和驱动电路

32、组成，为了简化电路没有设计单片机电源，而是直接外接5V电压给单片机供电。4.1.1 AT89S52简介AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2

33、个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止图42 AT89S52引脚VCC : 电源 GND: 地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0具有内部上拉电阻。在flash

34、编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，和分别作定时器/计数器2的外部计数输入（）和时器/计数器2的触发输入（），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑

35、电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部

36、上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引

37、脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”， ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次

38、，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。 震荡电路采用12MHz晶振，如图43所示：图43振荡电路MCS-51单片机在通常应用情况下，使用震荡频率为6MHZ的石英晶体，而12MHZ频率的警惕主要是在高速串行通信情况下才使用，在这里作者选用12MHZ石英晶体。对电容无严格要求，但它在取直对震荡频率输出的稳定性、大小及震荡电路起震荡速度有一点影响。C1和C2可在20-100PF之间取直，一般情况取30PF。外部时钟方式是把外部震荡信号源直接接入XTAL1或XTAL2。由于的XTAL2逻辑电平不是T

39、TL的，所以还要接一个上拉电阻。4.1.3 四位八段共阳数码管共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，如图4-4，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。图44 4位八段共阳数码管. 数码管的驱动电路图45 驱动电路由于单片机输出口的灌入电流有限（约20mA），LED数码管点亮时耗电较大，造成亮度较暗，故采用4个PNP型晶体管Q3Q6进行放大，如图45所示。4.2 模数转换ADC0804的应用ADC0804是8位全MOS 中速A/D转换器、它是逐次逼近式A

40、/D转换器，片内有三态数据输出锁存器，可以和单片机直接接口。单通道输入，转换时间大约为100us。ADC0804转换时序是：当CS0许可进行A/D转换。WR由低到高时，A/D开始转换，一次转换一共需要6673个时钟周期。CS与WR同时有效时启动A/D转换，转换结束产生INTR信号（低电平有效），可供查询或者中断信号。在CS和RD的控制下可以读取数据结果。图46 ADCO804引脚图4.3 分压电路 在本电路中，由于采用的是ADC0804作为模数转换模块，ADC0804的输入通道IN+只能接受05V的电压，而设计的升压变换器输出的电压Vout在15V-18V之间，因此就必须采用一个分压电路把电压

41、Vout降下来，分压的比例为14，计算方法：R17(R16+R17)14 图47 分压电路4.4单片机驱动程序#include code unsigned char seg7code10=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f; /显示段码sbit int1=P33; /定义管脚功能sbit cs=P32; sbit wr=P36; sbit rd=P37; void Delay(unsigned int tc) /显示延时程序while( tc != 0 )unsigned int i; for(i=0; i10

42、0; i+); tc-;unsigned char adc0804( void ) /读AD0804子程序 unsigned char addata,i; rd=1;wr=1;int1=1; /读ADC0804前准备P1=0 xff; /P1全部置一准备cs=0;wr=0;wr=1; /启动ADC0804开始测电压while(int1=1); /查询等待A/D转换完毕产生的INT（低电平有效）信号rd=0; /开始读转换后数据i=i; i=i; /无意义语句，用于延时等待ADC0804读数完毕addata=P1;/读出的数据赋与addaterd=1;cs=1;/读数完毕return(addat

43、a);/返回最后读出的数据unsigned int datpro(void)/ADC0804读出的数据处理 unsigned char x; unsigned int dianyah,dianyal; /用于存储读出数据的高字节和低字节unsigned int dianya=0; /存储最后处理完的结果 注意数据类型for(x=0;x4; /右移四位 取出高四位dianyal=dianya&0 x0f; /屏蔽高四位 取出低四位dianya=dianyal*20+dianyah*320; /最后的结果是一个四位数，便于显示return(dianya);/返回最后处理结果void Led() u

44、nsigned int date; date=datpro(); /调用数据处理最后结果 P2=P2&0 xef; P0=seg7codedate/1000|0 x80; /输出个位数和小数点 Delay(8); P2=P2|0 xf0; P2=P2&0 xdf; P0=seg7codedate%1000/100; /输出小数点后第一位Delay(8); P2=P2|0 xf0; P2=P2&0 xbf; P0=seg7codedate%100/10; /输出小数点后第二位Delay(8); P2=P2|0 xf0; P2=P2&0 x7f; P0=seg7codedate%10; /输出小数

45、点后第三位 Delay(8); P2=P2|0 xf0;main() while(1) Led( ); /只需调用显示函数 第5章 总结本文在详细分析了boost变换器的工作原理的基础上，设计了DC-DC开关电源，包括主电路和控制电路的单元模块，在电源的输出端为了方便直观的看出电路输出电压，还设计了单片机显示电路使得我不仅对开关电源电路有了更深的理解，还对单片机产生了浓厚的学习兴趣以及掌握了更多的单片机电路知识。在毕业设计期间，笔者主要做了以下工作：（1）了解了直流稳压电源的发展历程。（2）研究了DC-DC变换器的基本工作原理。（3）通过分析计算拟订了电路主要元器件的设计参数。（4）在确定具体

46、的电路系统后在万能板上做出了主电路，并到实验室进行最终的测试。（5）测试通过后，在Protel 99SE软件上画出PCB电路版图，并开板做出实物。 本次课题属于工程技术课题，在做具体的电路上花的时间较多，最终还是达到了课题的要求和预期目标，虽然如此，但由于笔者才疏学浅，疏漏之处还望老师和同学们批评指正。参考文献1周志敏,周继海. 开关电源实用技术设计与应用. 北京:人民邮电出版社,2004年。2周忠敏. 开关电源的分类及应用. 电子重量,2001年。3丁道宏. 国内外开关电源的技术与市场. 电子产品世界,1999年。4Abraham I.Pressman 著 王志强 等译.开关电源设计.北京:

47、电子工业出版社,2006年。5刘树林，刘 健，杨银玲，赵新毅.Boost 变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析.中国电机工程学报,2006第26卷 第5期 ,2006年3月。7高原,邱新芸,汪晋宽. 峰值电流控制开关电源斜坡补偿的研究.仪器仪表学报,第24卷第4 期增刊,2003年8月。8康华光.模拟电路基础.高等教育出版社,1998年。9冯桂林 编著.开关稳压电源原理与实用技术.北京:科学出版社,2005年6月。10赵负图 电源集成电路手册 化学工业出版社 2002年。11户川治郎 实用电源电路设计 科学出版社 1998年。致 谢这篇论文到今天终于圆满完成，其中的酸甜苦辣其味无穷，在这期间

48、遇到过无数的坎坷，但最终还是得以克服，这就使我学到了丰富的专业知识，在即将走进社会大门接受工作岗位之前，能有这么一次锻炼的好机会，我将信心十足的去面对社会的各种挑战在这里我首先要感谢丘伟老师和罗凯老师，是他们在我设计过程给我指点迷津，一次一次深刻的讲解，指引我一次一次的克服苦难，其次我还要感谢在设计过程中和我一起讨论的同学，感谢你们的支持和帮助感谢大学四年所有教导过我的老师，他们无私的教学使我受益良多。感谢审阅本论文的老师，感谢他们为审阅本文所付出的辛勤劳动！文英文资料原文DC-DC Converter Basics G. LedwichABSTRACTA DC-to-DC converter

49、 is a device that accepts a DC input voltage and produces a DC output voltage. Typically the output produced is at a different voltage level than the input. In addition, DC-to-DC converters are used to provide noise isolation, power bus regulation, etc. This is a summary of some of the popular DC-to

50、-DC converter topolopgies:1 BUCK CONVERTER STEP-DOWN CONVERTERIn this circuit the transistor turning ON will put voltage Vin on one end of the inductor. This voltage will tend to cause the inductor current to rise. When the transistor is OFF, the current will continue flowing through the inductor bu

51、t now flowing through the diode. We initially assume that the current through the inductor does not reach zero, thus the voltage at Vx will now be only the voltage across the conducting diode during the full OFF time. The average voltage at Vx will depend on the average ON time of the transistor pro

52、vided the inductor current is continuous. Fig. 1: Buck ConverterFig. 2: Voltage and current changesTo analyse the voltages of this circuit let us consider the changes in the inductor current over one cycle. From the relation The change of current satisfiesFor steady state operation the current at th

53、e start and end of a period T will not change. To get a simple relation between voltages we assume no voltage drop across transistor or diode while ON and a perfect switch change. Thus during the ON time Vx=Vin and in the OFF Vx=0. Thus Which simplifies toOr And defining duty ratio as The voltage re

54、lationship becomes Vo=DVin Since the circuit is lossless and the input and output powers must match on the average Vo* Io = Vin* Iin. Thus the average input and output current must satisfy Iin =D Io These relations are based on the assumption that the inductor current does not reach zero.1.1 Transit

55、ion between continuous and discontinuousWhen the current in the inductor L remains always positive then either the transistor T1 or the diode D1 must be conducting. For continuous conduction the voltage Vx is either Vin or 0. If the inductor current ever goes to zero then the output voltage will not

56、 be forced to either of these conditions. At this transition point the current just reaches zero as seen in Figure 3. During the ON time Vin-Vout is across the inductor thus (1)The average current which must match the output current satisfies (2)Fig. 3: Buck Converter at BoundaryIf the input voltage

57、 is constant the output current at the transition point satisfies (3) Voltage Ratio of Buck Converter (Discontinuous Mode)As for the continuous conduction analysis we use the fact that the integral of voltage across the inductor is zero over a cycle of switching T. The transistor OFF time is now div

58、ided into segments of diode conduction ddT and zero conduction doT. The inductor average voltage thus gives (4)Fig. 4: Buck Converter - Discontinuous Conduction (5)for the case . To resolve the value of consider the output current which is half the peak when averaged over the conduction times (6)Con

59、sidering the change of current during the diode conduction time (7)Thus from (6) and (7) we can get (8)using the relationship in (5) (9)and solving for the diode conduction (10)The output voltage is thus given as (11)defining, we can see the effect of discontinuous current on the voltage ratio of th

60、e converter. Fig. 5: Output Voltage vs CurrentAs seen in the figure, once the output current is high enough, the voltage ratio depends only on the duty ratio d. At low currents the discontinuous operation tends to increase the output voltage of the converter towards Vin. BOOST CONVERTER STEP-UP CONV