1、 密级： NANCHANG UNIVERSITY GONGQING COLLEGE学 士 学 位 论 文（设 计）THESIS OF BACHELOR（20112015 年）二 一 五 年 六 月中文题目: 20V 输出 DC-DC 开关电源的设计与制作英文题目：20 v output DC - DC switching power supply design and production学 院： 南昌大学共青学院系 别： 电子信息工程系专业班级： 11 级电子信息工程本科 1 班学生姓名：学 号：指导教师：南昌大学共青学院毕业设计（论文） 原创性声明学士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交
2、的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本人签名： 日期： 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 摘要 I摘 要近些年来，快速发展起来的开关电源技术，其中 DC-DC 开关电源已经在广泛应用在计算机、通讯以及便携式电子产品等领域。因为高效节能的 DC-DC 开关电源所能带来的巨大经济效益，从而发展推广的特别的迅速。而这些年电力电子技术的不断发展，让开关电源技术也在不断的发展。 本次论文是设
3、计一款降压型 DC-DC 开关电源电路。首先本文详细的阐述了开关电源的原理和各种转换器的拓扑结果，其中着重解释了 DC-DC 降压的原理。然后根据性能要求设计电路的整体框图。对电路的各个部分进行设计和分析，包括整流滤波电路，BUCK 降压电路，采样电路，驱动电路，显示电路。其中输入电压是 24V，输出电压范围在 0V-20V 之间。关键词：开关电源；降压型；DC-DC 转换；BUCK 电路；南昌大学共青学院毕业设计（论文） Abstract IIAbstractIn recent years, the rapid development of the technology of switchi
4、ng power supply, the DC-DC switching power supply have been widely used in computer, communications and portable electronic products etc Because of high efficiency and energy saving DC-DC switching power supply brings enormous economic benefits, so get rapid promotion. The electric power electronic
5、technology development, so that the switching power supply technology is also in constant development. Of this thesis is to design a DC-DC buck switching power supply circuit. Firstly, this paper discusses the principle and topology of switching power converter, which focuses on the interpretation o
6、f the principle of the DC-DC buck. Then according to the overall performance requirements of the design of the circuit diagram. The design and analysis of each part of the circuit, including the rectifier filter circuit, BUCK circuit, sampling circuit, drive circuit, display circuit. The input volta
7、ge is 24V, output voltage is in the range of 0V-20V.Keywords: switching power supply; buck DC-DC converter; BUCK circuit;南昌大学共青学院毕业设计（论文） 目录 目 录摘 要 .IAbstract II第一章 引言 11.1 背景与意义 11.2 国内外开关电源研究现状 11.2.1 国外的研究现状 .21.2.2 国内的研究现状 .2第二章 开关电源的基本原理和拓扑结构 .32.1 开关电源的工作原理 32.2 开关电源的电路拓扑结构 32.2.1 Boost 变换器 32
8、.2.2 Buck 变换器 .42.2.3 Buck-Boost 变换器 42.2.4 Cuk 变换器 .52.3 降压型 DC/DC 开关电源工作原理 5第三章设计方案和硬件选型 .83.1 设计要求 83.2 整体设计方案 83.3 LM358 .83.3.1 LM358 简介 .93.3.2 LM258 的引脚图 .93.3.3 LM358 的内部原理图 .103.4 IR2103.103.4.1 IR2103 简介 .103.4.2 IR2103 功能框图 .113.4.3 IR2103 引脚图 .113.5 STC12C5A60S2 单片机介绍 .113.5.1 STC12C5A60
9、S2 单片机简介 113.5.2 STC12C5A60S2 单片机内部结构 133.5.3 STC12C5A60S2 单片机的 AD 转换器 14第四章 系统电路设计 .164.1 整流滤波电路 164.2 BUCK 主原理电路 .164.2.1 开关管及续流二极管的选择 .164.2.2 电感设计 174.2.3 滤波电容参数计算 174.3 采样电路 18南昌大学共青学院毕业设计（论文） 目录 4.3.1 电压采样 184.3.2 电流采样 184.4 驱动电路 184.5 显示电路 .20第五章 系统仿真及调试 225.1 软件仿真调试 225.2 实物调试 23总结 25参考文献 .2
10、6致谢 27附录 A 设计总电路图 .28附录 B 源程序 .29附录 C 实物图 .42南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第一章 前言1第 1 章 前言1.1 背景和意义作为信息化的时代的 21 世纪，快速发展的信息化使得人们对于电子产品、设备的依赖性越来越强。而电源就是电子产品的心脏，开关电源的重量比线性电源更轻，体积比线性电源更小，而效率比于线性电源更高。这些年来，开关电源的发展力求越来越小，越来越轻，和高频率的趋势。所以也就要求储能元件变得更小，为了让一些储能元件能减小一些，只能一定程度的提高开关电源的频率。而今高频开关电源正变得更小，更轻，效率更高，更可靠。所以，开关电源的未来是向着
11、高频的方向发展的。一切电子设备最重要的部分就是电源，其质量的优劣直接影响到电子设备的优劣性。对于开关电源，更需要重点关注这个问题。现在随着人们对于电子设备的便携式要求越来越高，而电子设备的核心，电池供电系统自然要求也更高，趋向于更小，更轻，效率更高，更可靠，DC-DC 稳压开关电源就成为了首选。模块化，集成化，这两个关键词是目前电力，电子和电路的发展的主要方向。各种各样的芯片，多样的控制功能，也是不断的朝着模块化，集成化方向发展，从而使得电源产品也越来越小、可靠性也越来越高。近些年，有着高效节能电源之称的开关电源，代表稳压电源这些年主要的发展方向。从 90 年代初到现在，开关电源不断的沿着以下
12、的两个方面发展和创新。一、中型功率的开关电源和小功率的开关电源向着单片集成化发展。二、控制电路集成化。开关电源 DC-DC 变换器，目前在国际上它已成为开发中型功率开关电源模块和小功率开关电源模块的第一选择。开关电源 DC-DC 变换器为了保持稳定的直流输出电压，所以人们研究的重点就成了各种 PWM 控制结构。设计开发开发电源，可以说是大势所趋，从各个方面来说，都有其巨大的价值。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外的研究现状1955 年的美国科学家洛耶（G.H.Royer）最早开发出使用饱和磁芯的自激晶体管的 dc /dc 转换器。从那以后，各种各样的形状的晶体管的 DC/DC 转换器这南昌
13、大学共青学院毕业设计（论文） 第一章 前言 2个技术不断发展。从而寿命比晶体管 DC/DC 转换器更短，可靠性也比其更差，转换效率比其更低的旋转和机械振子式的换流设备被慢慢的淘汰。由于功率晶体管的 dc / dc 转换器的开关状态，所以电源输出集团数量可变极、高效、小型、轻量，因此广泛使用于电脑通信，航空宇宙，电子和其他领域。60 年代的终点，微电子学技术的迅速发展，出现了高电压晶体管。这个转换器是直接输入整流，过滤，已不需要工频变压器。这样大幅度扩大的适用范围，并且无工频降压变压器的开关稳压电源在这个基础上诞生了。音量和开关电源的量大幅度减少。开关电源真的做到高效率，小型轻量。70 年代后，
14、高频，高反压的相关技术中，高频电力晶体管，开关二极管，高频电容，变压器核心组件总开关也不断的开发生产出来，所以开关电源的迅速的发展，被广泛用于电脑通信、航空航天领域，开关稳压电源成为各种各样的电源中领导者。1.2.2 国内的研究现状开关电源属于电力电子技术。直流/直流转换器晶体管稳压电源开关在我国的发展从 60 年代初到 60 年代中期开始进入实用阶段，七十年代初开始研究并制作降压变压器。过去十年，我国的许多工厂，大学和研究机构已经研究出各种降压开关电源，20kHz 左右的工作频率，低于 1000 W 的输出功率。以用于电脑，通讯，电视，并取得了不错的效果。80 年代初，人们开始研制工作频率为
15、100 kHz 至 200KHz 高频开关电源。并且在 90 年代初就成功开发出，现在国内已经进入实用的阶段，并且进一步的提高工作频率。这些年来，虽然中国在开关稳压电源的开发和研究上经过了许多努力，也取得了很不错的成果。但是和一些发达国家相比，还有很大的差距。我国对于开关电源的研究制作水平想要追上世界顶级的水平，半导体技术的进步非常重要。南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第二章 开关电源的工作原理及电路拓扑 3第 2 章 开关电源的基本原理及电路拓扑2.1 开关电源的工作原理开关电源是通过控制开关管开通和关断的时间比率，（改变开关管关断和接通时间的比例也称作改变脉冲的占空比，）根据负反馈来改变
16、电源接通和断开的占空比，从而维持稳定输出电压的一种电源。脉冲的占空比由开关电源的调制控制器来调节。开关电源有有四种调制方式：一、脉冲宽度调制(PWM)，即脉宽调制。特点：开关周期是固定值,由改变脉冲宽度从而改变占空比实现稳压的目的。PWM 开关电源应用比较广泛，因为其占空比调节的范围比其它的调制式开关电源大。二、脉冲频率调制(PFM)，即脉频调制。特点：脉冲宽度是固定值，由调节开关的频率从而改变占空比来实现稳压。三、脉冲密度调制（PDM）,即脉密调制。特点：脉冲宽度是固定值，由调节脉冲数来实现稳压。四、混合调制，它是一和二两种方式的组合，脉冲宽度和开关周期均都不固定，彼此均可调节，包含了PWM
17、 控制器和 PFM 控制器。2.2 开关电源的电路拓扑结构 开关电源的拓扑结构是指开关电源的核心部分，可以控制，转换，调节输入电压和功率的不同配置，其中主回路包含了开关电源中的滤波器，开关器件，脉冲转换器、输出整流器，储能器件，等所有功率器件，以及供电输入端和输出负载端。而小型，可靠性高的 DC-DC 直流转换电路是开关电源主要发展方向。DC-DC 开关电源变换器可以分为四种：Boost 变换器，Buck 变换器，Buck-Boost 变换器和 Cuk 变换器。 2.2.1 Boost 变换器Boost 变换器，如图 2.1 所示，也称升压变换器。输入电压的极性和输出电压的极性相同，输出电压
18、Uo 大于输入电压 Ui： ， 。1/ioUTton/工作原理：当 VT 导通时，电流通过 L 平波，L 通过输入电源充电。当 VT断开时，电感 L 与电源同时向负载端放电，输入电压加上电感输出电压等于输出电压，所以有升压的作用。南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第二章 开关电源的工作原理及电路拓扑 4图 2.1 Boost 变换电路 特点：电压较小，输出纹波较大时，由于输出电流以脉冲输出到负载和电容，会产生噪声问题，一般用于功率较低配置。 2.2.2 Buck 变换器 Buck 变换器，如图 2.2 所示，也称降压变换器。输入电压的极性和输出电压的极性相同，输出电压 Uo 小于输入电压 Ui
19、： ， 。UioTton/Uo 为输出电压，Ui 为输入电压，T 为开关管的导通周期，Ton 为开关管一周期的导通时间。图 2.2 Buck 变换电路工作原理：当 VT 导通时，输入电源经过 L 平波和 C 滤波后向负载提电；当VT 断开后，L 通过二极管来续流，使负载端的电流不断开，保持电流连续。 特点：输出电流是脉动的，只能用于降压，一般输入端需要一个滤波器，适用于大电流、中功率配置。2.2.3 Buck-Boost 变换器Buck-Boost 变换器，如图 2.3 所示，也称升降压变换器。输入电压极性与输出电压极性相反，可升压，可降压。输出电压 Uo 和输入电压 Ui 的数量关系为：，
20、。 )1/(Uio Tton/南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第二章 开关电源的工作原理及电路拓扑 5图 2.3 Buck-Boost 变换电路工作原理：在 VT 导通时，电流经过电感 L，L 储存电能。当 VT 断开时，电感向电容充电，同时向负载端放电。特点：由于来自电压源的电流及经过二极管送到输出部分的电流均是脉动的，所以很难控制其传导的电磁干扰（包括各种开关瞬间变化），一般用于几 A 的功率电源。 2.2.4 Cuk 变换器 Cuk 变换器，2.4 所示，也称串联变换器。输入电压极性与输出电压极性相反，即可升压，又可降压，输出电压 Uo 和输入电压 Ui 的数量关系为：， 。)1/(U
21、io Tton/图 2.4 Cuk 变换电路工作原理：在 VT 导通时，二极管 VD 反偏截止，此时电感 L1 储存电能；C1 的放电电流使 L2 储能，并向负载提供电流。在 VT 断开时，VD 正偏导通，这时输入电源和 L1 向 C1 充电；同时 L2 的释放能量的电流将维持负载端的电流。特点：电路相对来说比较复杂，但是纹波的情况得到改善，可用于高达 kW级甚至更高功率。 南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第二章 开关电源的工作原理及电路拓扑 62.3 降压型 DC/DC 开关电源工作原理DC/DC 转换是将一个直流电压变换成另一个稳定的或者可调的稳定直流电压的过程，完成这一转换过程的电路称
22、为 DC/DC 转换器。根据输入与输出电路之间的关系，DC/DC 转换器可以分成两种：非隔离式与隔离式。降压型 DC/DC开关电源是非隔离式的。利用单端反激拓扑结构可以实现固定电压输出，但是不能实现可调电压输出。想要输出电压可调，需要利用降压斩波电路，把较高的直流电压变成较低的直流电压。Buck 降压斩波电路可以实现这一功能，通过调节控制脉冲可以方便的调节输出电压，降压式 DC/DC 变换器基本工作原理电路如图 2.5 所示。图 2.5 降压式 DC/DC 变换器基本工作原理电路其中，VT 为开关管，控制电路决定着它的导通或者关断；电感 L 和电容 C为滤波元件。当 VT 导通时，输入电压 U
23、i 通过电感 L 向负载 R 提供电流，同时输入电压也在向电容 C 充电。此过程中，C 及 L 中储存能量。VT 断开时，L 中的电能继续向负载 R 提供电流，当输出电压 Uo 要减小时， C 中的能量也向 R 提供电流，由此来维持输出电压不变。二极管 VD 为续流二极管，以便构成电路回路。输出电压被 R1 和 R2 分压，同时把输出电压的信号反馈到控制电路，由控制电路控制改变 VT 的占空比，由此实现输出稳定的输出电压。为了让负载电流连续不断开并且让脉动小一些，一般串联 L 相对较大的电感。等到一个周期 T完结，再控制 VT 导通，循环上一周期 T 的过程。当电路运行处于稳定状态时，一个周期
24、内的负载电流的初值等于终值。负载电压平均值:(2-1) ioni UU/0南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第二章 开关电源的工作原理及电路拓扑 7式 2-1 中 为 VT 处于导通的时间， T 为开关管控制信号的周期，Uo 为输出电onT压，Ui 为输入电压。 为控制信号的占空比。该式可以看出， 最大为 1，减小，Uo 总是小于 Ui，所以，称之为降压型 DC/DC 转换器。负载电流的平均值为：(2-2) RUI/00图 2.6 负载电流断流时波形如果负载中的电感值比较小，则开关管断开后，负载电流会在一个周期内出现断流的情况，因此降压型 DC/DC 开关电源有两种工作模式，分别是非连续电流模
25、式（DCM ）与连续电流模式（CCM) ，波形图如图 2.6 与图 2.7 所示。南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第二章 开关电源的工作原理及电路拓扑 8图 2.7 负载电流连续时波形南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第三章 方案设计及硬件选型9第 3 章 方案设计及硬件选型3.1 设计要求研究开关电源的工作原理，基于模拟电路或单片机技术实现一款 20V 输出DC-DC 型开关电源，要求设计出电路方案，利用仿真平台验证方案的可行性，并制作实物样机。功能需求：DC-DC 开关电源输出电压 20V，并数码显示输出电压。性能参数：1、开关电源最大输出功率不小于 10W。2、利用数码管或液晶屏显示输
26、出电压。3、输出电压纹波不大于 100mv。3.2 整体设计方案由 220V 交流电压经变压器和整流滤波后得到直流的输入电压 24V；将输入电压输入 Buck 降压电路，由控制电路提供 PWM 控制信号控制开关管的导通与截止，用来调节直流电压的占空比，最后得到稳定或者可调的直流输出电压。输出电压范围为：0V 至 20V 直流电压。 图 3.1 整体设计框图通过对输出电压的采样，比较和放大，来调节脉冲的宽度，最后达到输出稳定的直流电压的目的。同时采用 A/D 转换器将输出电压送 LED 数码管进行显示。南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第三章 方案设计及硬件选型103.3 LM3583.3.1
27、LM358 简介LM358 是双运算放大器。LM358 内部有两个独立的，内部频率补偿，高增益的双运算放大器，电压范围比较宽的单电源比较适合使用，亦或是双电源。在正常的工作条件下，电源电流与电源电压没有联系。它的使用范围有:音频放大器，直流增益模组，传感放大器，DC 增益部件，工业控制和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 图 3.2 塑封引脚图引脚功能南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第三章 方案设计及硬件选型11图 3.3 内部电路原理图3.4 IR21033.4.1 IR2103 简介半桥驱动器 IR2103 是高电压，高速功率 MOSFET 和 IGBT 的驱动与依赖的高和低
28、侧参考输出通道。专门的 HVIC 和无影响锁存 CMOS 技术确保了单块集成电路结构的耐用。逻辑输入与标准 CMOS 输出或输入通道兼容，下降到 3.3V逻辑。输出驱动器具有高脉冲电流缓冲级设计的最小驱动器交叉传导。悬浮通道可以驱动高侧的配置高达 600V 的功率 MOSFET 或者 IGBT。图 3.4 典型连接南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第三章 方案设计及硬件选型特点：交叉传导预防逻辑，栅极驱动电压范围为 10.0V 到20.0V，3.3V，5.0V 和 15.0V 的逻辑兼容，+5.0V 的负瞬态电压 DV/dt 免疫，匹配的两个通道的传播延迟，内部设置死区时间，相高侧输出显 HI
29、N input，低端相输出 OUT 与 LIN 输入。3.4.2 IR2103(S)功能框图3.5 功能框图3.4.3 IR2103 引脚图3.6 IR2103 引脚图3.5 STC12C5A60S2 单片机介绍3.5.1 STC12C5A60S2 单片机简介在许多的 51 系列单片机中，要算国内 STC 公司的 1T 增强系列最具有竞争力，和传统 8051 指令、管脚完全兼容，而且 STC 单片机允许编写串口程序，STC 单片机对于开发的设备基本没什么要求，开发的时间也不需要太多。写入单片机里面的程序还会有加密保护，让开发人员不用担心劳动成果被窃取。STC12C5A60S2 属于 8051
30、系列单片机，与普通的 51 单片机对比有以下几个南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第三章 方案设计及硬件选型 13特点：1、有 WATCH_DOG。2、有 8 路 10 位 AD。3、有 PWM 控制功能，比普通的 51 单片机多两个定时器。4、有 EEPROM。5、有 SPI 接口。6、相比 51 单片机有 1K 的内扩 RAM。7、同样晶振的情况下，速度是普通 51 单片机的 812 倍。8、多一个串口。9、IO 口可以定义，有四种状态。10、中断优先级有四种状态可定义。3.3.2STC12C5A60S2 单片机的内部结构STC12C5A60S2 单片机中有 SPI 接口，片内 R/C 振
31、荡器，看门狗，定时器，UART 串口，外部晶体振荡电路，串口 2，I/O 接口，高速 A/D 转换，程序存储器(Flash)，PWM/PCA ，数据存储器(SRAM) 及中央处理器(CPU)等模块。STC12C5A60S2 单片机几乎包括了数据采集和控制中需要用到的所有模块，可以看做一个片上小系统。南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第三章 方案设计及硬件选型 14图 3.7 2STC12C5A60S2 单片机的内部结构框图图 3.8 管脚图3.3.3 STC12C5A60S2 单片机的 A/D 转换器A/D转换器结构：STC12C5A60S2的A/D转换口在P1口(P1.7-P1.0)，有8路
32、10南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第三章 方案设计及硬件选型 15位高速A/D转换器，速度可以达到250KHz。8路电压输入型A/D，可做频谱检测，电池电压检测，按键扫描，温度检测等。上电复位后，弱上拉型I/O口为P1口，如若要将8路中的一路设为A/D转换，可使用软件设置，而其他剩余的口可继续用作I/O 口。图3.9 STC12C5A60S2单片机ADC的结构图STC12C5A60S2单片机ADC内部存在多个单元，包括比较器，转换结果寄存器，多路选择开关，10位DAC和逐次比较寄存器所构成的。南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第四章 系统电路设计第四章 系统电路设计4.1 整流滤波电路图
33、4.1 整流滤波电路图220V 交流电压通过电源变压器变为 24V 交流电压。24V 交流电压经过整流滤波电路转换成 24V 直流电压。最终 220V 的交流输入电压变为 24V 直流输入电压进入 DC-DC 转换电路中。4.2 BUCK 主原理电路图 4.2 BUCK 原理电路图 BUCK 电路图如图 4.2 所示，C13 为输入滤波电容，TV1 为开关 MOS 管，VD1 为续流二极管，L1 为电感，C15 为输出滤波电容， R22 、R21 为输出电压的采样电阻，R23 为输出电流采样电阻，该电路图是通过 PWM 波控制 TV1 开关MOS 管的开关，并采样输出电压来调整 PWM 占空比
34、的变化来达到使输出电压稳定。南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第四章 系统电路设计 174.2.1 开关管及续流二极管选择根据选择开关管 MOS 额定电压至少比 VINMAX 大 20%的原则，计算得选择MOS 管的电压额定值应大于 VDSS=VINMAX*(1+20%)=24 (1+20%)=28.8V。根据选择开关管 MOS 额定电流至少比 IO 大 20%的原则，计算得选择 MOS管的电流额定值应大于 I=IO*(1+20%)=1 (1+20%)A=1.2A。可以选择 SI4840D 开关 MOS 管，其额定电压电流为 40V/14A，导通电阻 RDS 低至 0.009 ，这样低的电阻大
35、大地降低了功耗。同样的原理，肖特基本二极管额定电压、电流至少比 VINMAX 、I O 大 20%，可计算得所选择的续流二极管的额定电压、电流应大于 28.8V、1.2A 。根据计算结果，可采用 SR203 做为续流二极管，其参数为：V RM=30V,IO=2A,VF1=0.5V。4.2.2 电感设计1. 计算所需电感量基本的电感与电压电流关系： (4-1)dtiLVQ 导通期间（忽略 Q 的饱和压降）： (4-2)ONITQ 关断期间（忽略 D 的压降）： (4-3)FOLI输出电压与输入电压的关系： (4-5)IOFNVT所需的电感量为： H (4-6) 453.08125LOFITV式中
36、，V O 输出额定电压 20V；T OFF 一周期内开关关断时间，开关频率为25KHz,而最小占空比为 0.278，所以 ； 为输出电流纹)83.1(253OFLI波，取经验值 0.3。4.2.3 滤波电容参数计算1.输入滤波电容由于电路的输入电源会有一定的纹波，同时会采到开关器件的影响，为了减小电压纹波，在电源的输入端加一个 470F 的电解电容。2. 输出滤波电容南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第四章 系统电路设计 18占空比 D 计算：D= = (4-7) IOU83.024输出电容C 的选定取决于对输出纹波电压的要求,滤波电容量应满足下式：(4-8) FLfVDCO8)1(2式中：L
37、：电感（单位H）；f：开关频率，取25KHz；D:占空比。4.3 采样电路4.3.1 电压采样图 4.2 中 R22，R21 电压采样电阻采样输出电压，R22=10K,R21=2.2K,根据分压原理，采样电压为:V1=V0 =3.6V (4-9) 21R式中 V1 为采样电压，V O 为额定输出电压 20V。这样，通过采样电压进行 PI控制就可以使输出稳定在额定值，在图 4.3 中运放 U6A 用跟随器接法起到一定隔离作用，采样电压经滤波后通过 AD 采集送到 STC12C5A60S2 单片机进行处理，并对 MOS 的驱动 PWM 进行调整，从而实现电路的闭环控制。图 4.3 采样电路图4.3
38、.2 电流采样南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第四章 系统电路设计 19R23 为电流采样电阻，取 0.05 。当输出电流为 1A 时，R3、R4 的采样电压 Vc 为 0.05V，这个电压太小，对于有 10 位 AD 的 M0，控制精度是不够的，为了提高精度，。U5B 组成放大器，根据公式：Vop=Vc(1+ )=69 Vc (4-10) 2014R可计算得电流采样电阻的电压 VC被放大了 69 倍，达到 3V 级别。电流采样电路中也用到了和电压采样一样的低通滤波器。4.4 驱动电路图 4.4 驱动电路图这里选用型号为 IR2103 的驱动芯片驱动 MOS 管，其高端输出电压：(4-11)
39、 20SHOV最大输入端电压：OFSET6max_提供输出电流： AIO27013图 4.4 为 IR2103 组成的 MOS 管驱动电路，2 脚接 STC12C5A60S2 单片机的PWM 引脚 ,7 脚连到 MOS 管的 G 极，6 脚 VS 连到 MOS 管的 S 极，这样通过IR2103 的自举能力，就可以起到可靠驱动 MOS 开关管的作用。图中 D3 为 1N4148 消特基快恢复二极管，其作用是给驱动提供电源并防止南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第四章 系统电路设计 20电流倒灌。电容 C7、C4 为滤波电容，值取 10F。4.5 显示电路图 4.5 显示电路图图 4.6 数码管
40、管脚图本次设计选择用单片机控制系统来进行 AD 转换，把输出电压的模拟信号转换为数字信号显示出来。本次设计采用的数码管的动态显示，这个方式一般将多个数码管的 a,b,c,d,e,f,g(称为段码）都连在一起，而各数码管的位码相互独立。某一时刻，当字形码从单片机输出后，所有的数码管都收到了信号，此时，将需南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第四章 系统电路设计 21要显示的数码管的选通控制打开，该位元就会显出字形，没有选通的数码管则不会亮。以此类推，就可以使每个数码管显示出要显示的字符。虽然每个字符不是在同一时刻显示，由于人眼的视觉暂留效应和发光二极管的余辉效应，只要每个数码管显示的间隔有足够短，
41、人看起来感觉就像是同时显示的一样。动态显示得优点是，较节省 I/O 口，硬件比静态显示更简单。缺点是，显示位数较多时，CPU 逐次扫描需要用较多的时间，而且亮度不如静态显示。南昌大学共青学院毕业设计（论文） 系统仿真及调试22第 5 章 系统仿真及调试5.1 软件仿真调试图 5.1 BUCK 电路仿真图南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第五章 系统仿真及调试 23图 5.2 BUCK 电路仿真驱动波形图图 5.3 BUCK 电路仿真输出波形图南昌大学共青学院毕业设计（论文） 第五章 系统仿真及调试 24图 5.4 单片机数码管显示按键仿真根据原理图进行仿真图的绘制，运行仿真图，驱动波形和输出波形都正常，输出电压在范围内可调，经仿真证实电路原理图符合设计要求。5.2 实物调试测试方法：将开关电源电路板放在地上，插上电源，查看数码管显示的输出电压，用万用表测输出电压是否和数码管显示的电压相同。测试结果：随着调试，电压从 0V 至 20V 递增数码管都正确的显示出实际的输出电压。
