基于单片机高效DC-DC变换器设计开题报告

1. 研究目的与意义

21世纪的如今，电子科技在迅速的发展，同时也带动了整个电子行业的发展。电子产品在不断的更新替换，但是它在使用中却离不开最基础也是最重要的能量。因为市场的需求变促进了便携式充电产品的产量增长，也使得电池充放电技术得到了提升。开关电源根据其工作方式分为直流式和交流式。在本次设计中，我所使用的是直流开关电源，所以本次就对直流开关电源进行详细介绍。直流开关电源的功能是将电能质量较差的市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电源。其核心是dc-dc转换器。直流dc-dc转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为隔离式dc-dc转换器和非隔离式dc-dc转换器。非隔离式dc-dc转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。单管dc-dc转换器共有六种，在这六种单管dc-dc转换器中，buck和boost式dc-dc转换器是基本的同时双管dc-dc转换器有双管串接的升压式dc-dc转换器以及四管dc-dc转换器常用的是全桥dc-dc转换器^[1]。

我国电子业兴起和经济进步的同时，日常使用的电子商品的快速普及，电源控制半导体商品行业表现出快速增长的趋势，隐隐有赶超半导体存储器和数字信号处理器(dsp)等产品的势头。dc-dc变换器的增长主要来源于电池供电的便携式电子设备，如影音播放器、平板电脑、手机、机械测量工具和手持医疗仪器等^[2]。这些设备大多是由管理芯片对dc-dc变换器的主导来实现对设备的提供电力的。所以，正是由于这些电子产品的大量涌现，对开关电源的发展产生了很大的正面作用。当然开关电源也存在缺点：其一，就是使用高频变压器作为传输能量的电子器件，开关电源一般工作在几百khz以上，必然会产生电磁干扰，所以会影响产品自身或另外部分的正常运行，其二，开关电源也存在输出电压纹波的问题^[3]。不过由于电子产业的进步，以上不足已经得到很好的改善，进而使dc-dc变换器在使用中体现出了其优越的性能。随着微电子技术的快速发展，生产技术的成熟以及ic行业的发展，单片机开关电源集成电路具有物有所值、很好的集合到模块上等优点，一经出现就显示出很好的适应力。

1、线性电源和开关电源

2. 研究内容和预期目标

本课题系统的设计的目的是为了进行能量转换，所以采用了开关电源拓扑结构，以mcu为控制核心，使得电路运行更加的智能化，电路中应该包含主回路、辅助电源供电、按键电路，以及显示模块。

① 方案论证与各元器件确定：拓扑方案的选择和论证，dc-dc选择，电路供电电源的选择，电流检测电路选择，电压检测电路选择，按键电路选择，液晶显示模块确定

② 完成芯片参数的分析、计算和选择：buck的lc滤波电路参数，电流检测电路和电压检测电路参数

3. 研究的方法与步骤

基于单片机的开关电源设计，由stc单片机、同步buck（boost）电路、2104电路、辅助电源供电、按键电路、液晶电路、电压检测电路、电流检测电路等组成。

1、拓扑方案的选择和论证

方案一：使用lm2596分别做两个电路，一个用max417和lm2596做恒流源，实现外部电源给电池恒流充电，另一路使用lm2596作恒压源，实现电池给负载供电。

4. 参考文献

[1] 侯世英,陈剑飞,孙韬等.基于开关电容网络的DC-DC变换器[J].电工技术学报,2014,29(10):90-97. [2] 葛中海. 开关电源实例电路测试分析与设计[M]. 电子工业出版社, 2015.[3] 钱平, 蒋伟凌, 袁正民,等. 开关电源的发展趋势[J]. 上海冶金高等专科学校学报, 1999(2).[4] 辛伊波, 陈文清. 开关电源基础与应用[M]. 西安电子科技大学出版社, 2011.[5]杨恒. 开关电源印制电路板（PCB）工程设计－北京：中国电力出版社，2009.[6]陈章勇,许建平,王金平等.一种新型非调节隔离DC-DC变换器[J].电工技术学报,2014,29(12):58-65,72. [7]王创社，乐开端，谭玉山，开关电源两种控制模式的分析与比较[M]，电力电子技术，1998.[8] 王水平, 宣宗强, 张昌民. DC/DC变换器集成电路及应用:混合式DC/DC变换器[M]. 西安电子科技大学出版社, 2006.[9] 潘永雄. 开关电源技术与设计[M]. 西安电子科技大学出版社, 2016.[10]王冕,田野,李铁民等.应用于储能系统的双向DC-DC变换器研究[J].电工技术学报,2013,28(8):66-71. [11]武琳,刘志刚,洪祥等.隔离式双向全桥DC-DC变换器的功率控制特性比较与分析[J].电工技术学报,2013,28(10):179-187.[12] 肖金球, 冯翼. 增强型51单片机与仿真技术[M]. 清华大学出版社, 2011.[13]李航标,张波,罗萍等.开关DC-DC变换器的自适应占空比跨周期控制方法[J].电子与信息学报,2014,36(9):2265-2271.[14]肖旭,张方华,郑愫等.移相 PWM控制双Boost半桥软开关双向DC-DC变换器软开关过程的分析[J].电工技术学报,2015,30(16):17-25,55. [15]王创社，乐开端，谭玉山，开关电源两种控制模式的分析与比较[M]，电力电子技术，1998.

5. 计划与进度安排

①1周~4周：进行课题相关外文的翻译(电流–频率 模拟数字转换器,植入式血糖监测仪)和文献的调研

②5周~7周：对方案进行初步分析，并且计算和验证各器件的参数（同步整流的buck/boost拓扑电路的电容以及电感、电流检测电路lm358中的中运放的放大倍数、电压检测电路的电压）

③8周~9周：绘制课题相关电路图并且仿真，得出结论