双向DC-DC变换器设计开题报告

1. 研究目的与意义

电源是自人类使用电以来都不可或缺的科学技术。从日常应用到高新科技，从电气机械到电子产品，所有工具的使用都与电源技术不可分割。电源技术也正是在这种历史背景中一天天发展过来的。dc-dc变换器是多种学科混合技术，包括功率的变换技术，常用的电子技术，自动控制技术等。dc-dc变换器的发展经历了多次革新，因而从本质上讲是变换器的革新，即功率转换的革新。发电机组就是功率转换技术革新的开端，半导体功率器件应用于生产则是其变革的开始，不间断/间断工作模式就是其发展到现在的革新成果，以上就是dc-dc变换器的发展经历。开关电源即运行于开关状态的功率变换器件。当前，dc-dc变换器是指开关在高速变换下运行的电子器件所组成的dc电源。

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。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^[1]。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。

目前，美国几家高级dc/dc制造商已经在高功率密度的dc/dc中使用了小型微处理器的技术。首先它可以取代很多模拟电路，减少了模拟元件的数量，它可以取代窗口比较器、检测器、锁存器等完成电源的起动、过压保护、欠压锁定、过流保护、短路保护及过热保护等功能。由于这些功能都是依靠改变在微控制器上运行的微程序。所以技术容易保密。此外，改变微控制器的微程序还可以适应同一印板生产多品种dc/dc的要求，简化了器材准备、生产管理等的复杂工作。由于它是数字化管理，它的保护功能及控制功能比采用模拟电路要精密得多，有了它还可以解决多个模块模块模块模块并联工作的排序和均流问题。

第二代微控制器控制的dc/dc还没有将典型的开关电源开关电源开关电源开关电源进行全面的数字闭环控制，但是已经没有pwmic出现在电路中，一个小型mcu参与dc/dc的整个闭环控制。但pwm部分仍是模拟控制，现在，采用dsp数字信号处理器参与脉宽调制，最大、最小占空比控制、频率设置、降频升频控制、输出电压的调节等工作，以及全部保护功能的dc/dc变换器已经问世^[2]。这就是使用ti公司的tsm320l2810控制的开关电源是全数字化的电源，这时dc/dc的数字化进程就真正地实现了。好在半导体技术的进步能很大幅度地降低芯片成本，因此，电源技术的数字化革命应该说号角已经吹响。

2. 研究内容和预期目标

stc12c5a60s2/ad/pwm 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1t)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成max810专用复位电路,2路pwm,8路高速10位a/d转换(250k/s，即25万次/秒),针对电机控制， 强干扰场合。1. 增强型 8051 cpu，1t，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统80512. 工作电压：stc12c5a60s2 系列工作电压： 5.5v - 3.5v（5v单片机）stc12le5a60s2 系列工作电压： 3.6v - 2.2v（3v单片机）3. 工作频率范围：0～35mhz，相当于普通8051的 0～420mhz4. 用户应用程序空间 8k /16k / 20k / 32k / 40k / 48k / 52k / 60k / 62k 字节......5. 片上集成1280字节 ram6. 通用i/o口（ 36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统i/o口）可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/上拉，仅为输入/高阻，开漏每个i/o口驱动能力均可达到20ma，但整个芯片最大不要超过120ma7. isp（在系统可编程） / iap（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（ p3.0/p3.1）直接下载用户程序，数即可完成一片8. 有eeprom功能(stc12c5a62s2/ad/pwm无内部eeprom)9. 看门狗10.内部集成max810专用复位电路（外部晶体12m以下时，复位脚可直接1k电阻到地）11. 外部掉电检测电路: 在p4.6口有一个低压门槛比较器5v单片机为1.33v，误差为±5%,3.3v 单片机为1.31v，误差为±3. 时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部r/c振荡器(温漂为±5% 到±10% 以内)用户在下载用户程序时，可选择是使用内部r/c 振荡器还是外部晶体/ 时钟常温下内部r/c 振荡器频率为：5.0v 单片机为： 11mhz ～ 17mhz3.3v 单片机为： 8mhz ～ 12mhz精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准13. 共4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器t0和t1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再上2路pca模块可再实现2个16位定时器14. 3个时钟输出口，可由t0的溢出在p3.4/t0输出时钟，可由t1的溢出在p3.5/t1输出时钟,独立波特率发生器可以在p1.0口输出时钟15. 外部中断i/o口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的pca模块， power down模式可由外部中断唤醒， int0/p3.2,int1/p3.3,t0/p3.4, t1/p3.5, rxd/p3.0,ccp0/p1.3(也可通过寄存器设置到p4.2), ccp1/p1.4(也可通过寄存器设置到p4.3)16. pwm(2路） / pca（可编程计数器阵列,2路）--- 也可用来当2路d/a使用--- 也可用来再实现2个定时器--- 也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)17. a/d转换, 10位精度adc，共8路，转换速度可达250k/s(每钟25)18. 通用全双工异步串行口(uart)，由于stc12系列是高速的8051，可再用定时器或pca软件 实现多串口19. stc12c5a60s2系列有双串口，后缀有s2标志的才有双串口， rxd2/p1.2(可通过寄存器设 置到p4.2)， txd2/p1.3(可通过寄存器设置到p4.3)20. 工作温度范围： -40 ~ 85℃(工业级) / 0 ~ 75℃(商业级)21. 封装： lqfp-48, lqfp-44, pdip-40, plcc-44, qfn-40i/o口不够时，可用2到3根普通i/o口线外接74hc164/165/595（均可级联）来扩展i/o口,还可用a/d做按键扫描来节省i/o口，或用双cpu,三线通信，还多了串口。

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。下面分别论证这些方面的详细方案选择。

3．2各部分电路的选择

3. 研究的方法与步骤

本次课程设计要设计出一种高效实用的dc-dc变换器开关电源系统。根据这些功能，以单片机为唯一控制器，加上一些必要的硬件电路，采用脉宽调制控制技术，集合成一个完整的控制系统，能够获得一定的实际应用和理论价值。本次设计通过单片机对开关电源进行指挥调节的方式，以及所使用的外部电路，设计基于stc12c5a60s2的控制电路。

1、dc-dc变换器控制方式

dc-dc变换器当前的控制方式主要为pwm、pfm控制和调频调宽混合控制三种。

4. 参考文献

[1]张相军, 刘冠男, 王懿杰,等. 软开关双向dc-dc变换器控制模型[j]. 电机与控制学报, 2013, 17(11):89-96

[2]沈红卫著.基于单片机的智能系统设计与实现.电子工业出版社,2005

[3]张春红, 杨海钢, 史传进,等. 一种带动态开关控制电路的开关式dc-dc转换器[j]. 电子与信息学报, 2013, 35(12):3018-3023.

5. 计划与进度安排

1-4周 完成翻译和文献调研

5-12周 制作设计与仿真

13-16周 完成毕业论文