基于DC-DC的PWM恒流稳压电源.docx
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长春大学
毕业设计（论文）纸
基于PWM的DC-DC开关电源设计
伴随着电子技术的快速发展,电子系统的选用日渐大面积,电子设备的种类功能也越来越多,电子设备与人们的生活、工作的关系日益密切。
近年以来,随着功率电子器件（如IGBT、MOSFET等）、PWM技术以及电源理论不断发展 ,新一代的电源逐步取代传统电源电路。
该电源电路具有控制方便灵活，体积小，输出特性好、纹波小、负载调整率高等诸多优点。
开关电源中的功率管工作在开关状态，具有转化率高、功耗小、平稳电压区间宽、体积小、温升低等突出优点，在通信设备、仪器仪表、数控装置、家用电器、视频音响等电子电路中得到大面积的选用。
开关电源的高频变换电路形式多样, 常用的变换电路有推挽、半桥、全桥、单端正激和单端反激等多种形式。
本文为基于MSP430单片机的DC-DC平稳电压恒流电源设计。
该设计硬件电路有电流调整波形过滤电路、提高电压斩波电路、PWM驱动电路及保护电路组成。
该系统的软件是在IAREmbeddedWorkbench开发环境使用C语言编写，主要包括12高精度A/D采集、PWM驱动电路、过流保护等模块的实际，同时具有键盘设定、液晶显示实时等功能。
关键词：
IGBT，PWM，开关平稳电压电源，调压电路，单片机
BASEDONTHEDC-DCPWMSWITCHINGPOWERSUPPLY
Withthera比例积分ddevelopmentofelectronictechnology,electronicsystems,moreandmoreextensiveapplications,thetypesofelectronicequipment,moreandmoreelectronicequipmentandpeopleworkandlivecloserandcloser.Inrecentyears,withthepowerelectronicdevices（suchasIGBT,MOSFET）,PWMswitchingpowersupplytechnologyanddevelopmentofthetheory,anewgenerationofpowerbegantograduallyreplacethetraditionalpowersupplycircuits.Thecircuitissmall,flexibletocontroltheoutputcharacteristicsofagood,ripple,loadadjustmentrateandsoon.
Switchingpowersupplyinthepoweradjustmentcontrolworkintheoffstate,withlowpowerconsumption,highefficiency,widevoltagerange,lowtemperaturerise,andotheroutstandingadvantagesofsmallsize,thecommunicationequipment,CNCequipment,Instrumentation,videoaudio,homeappliancessowidelyusedinelectroniccircuits.Highfrequencyconverterswitchingpowersupplysomanyformsofcommonlyusedwithpush-pullconverter,fullbridge,halfbridge,single-endedforwardandtheformofsingle-endedflyback.
KEY WORDS:
IGBT，MOSFET，Push-pull circuit，Half bridge circuit,Single-endedforward
IV
目录
第1章绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外开关电源的发展及现状 1
1.2.1开关电源的发展及国外现状 1
1.2.2国内开关电源的发展及现状 2
1.3开关电源研究背景及意义 3
第2章系统结构和总设计方案 4
2.1基于MSP430的开关电源设计 4
2.2系统结构及思路 4
2.3控制系统有两种方案：
5
2.3.1方案一：
5
2.3.2方案二：
5
2.4DC-DC的作用及调制方式 6
2.4.1DC-DC的作用 6
2.4.2DC/DC变换器的论证和选择 7
2.5PWM的设计 8
2.5.1PWM的产生方式及论证 8
2.5.2PWM驱动电路的设计 8
2.6电流取样电阻的选择方案 9
2.6.1采样电路的确定和设计 10
2.7保护电路的设计 10
第3章开关电源基础技术 12
3.1开关电源概述 12
3.1.1开关电源的工作原理 12
3.1.2开关电源的组成 13
3.1.3开关电源的特点 13
3.2电源电路组成 14
3.3开关电源经典结构 14
3.3.1串联开关电源结构 15
3.3.2并联开关电源结构 15
3.3.3电力场效应晶体管MOSFET 16
3.3.4开关电源的技术指标 17
第4章硬件设计 20
4.1开关变换电路 20
4.2MSP430单片机简介 20
4.3MSP430单片机的特点 22
4.3.1处理能力强 22
4.3.2运算速度快 22
4.3.3超低功耗 22
4.3.4片内资源丰富 23
4.3.5方便高效的开发环境 23
第5章软件设计 24
5.1主回路器件的选择及系数计算 24
5.2MSP430的外围设计 26
5.3实验结果分析 33
结论 34
参考文献 35
致谢 36
附录Ⅰ 37
附录Ⅱ 38
第1章绪论
1.1研究背景
当今是信息化的时代，信息化的高速发展让人们对于电子产品的依赖越来越大，而这些电子产品统统离不开电源。
开关电源正在变得更小，更轻，开关电源对于线性电源来说更具有体积、转化率、重量等多方面的优势，尤其是转化率更高，也更加可靠，这些都让高频开关电源慢慢成了选用最为大面积的电源。
从开关电源的组成来讲，电源主要由两大部分组成：
功率级部分和控制级部分。
功率级部分的主要任务就是根据不同的选用场合及需求，选择不同的电路结构，同时兼顾考虑电路设计成本；控制级部分的主要任务则是根据电信号调整合适的控制方式，当前的开关电源多以PWM控制方式为主。
1.2国内外开关电源的发展及现状
1.2.1开关电源的发展及国外现状
开关电源在各个领域都得到了特别大面积的选用，甚至已经成为现代通信供电系统的主要方式，而通信业的迅猛发展也极大地推进了高频开关电源的发展。
在通信供电领域中，一般将高频电流调整器称之为一次电源，将直流--直流（DC/DC）变换器称之为二次电源。
并且开关电源在各种电子设备中，比如计算机、充电器电源等方面也得到了特别大面积的选用。
从1957年第一件可控硅（SCR）面世后，它取代了笨重且转化率低下的氧化亚铜或硒电流调整器，作为通信设备的一次电源选用。
在之后的20年之内，因为半导体工艺的进步，可控硅的电流、电压值及其它系数得到了不断提升和巨大的改进，才渐渐满足了通信设备的需要，因这，一直到70年代，一些国家还是将可控硅电流调整器作为很多通信设备的一次电源来选用。
尽管可控硅电流调整器工作比较平稳，能满足大部分通信设备的要求，但是它作为相控电源，要工作于工频，就要有庞大笨重的电感线圈、电源变压器、波形过滤电容，转化率偏低，噪偏声大，功率因数偏低，平稳电压精度也较低。
因而，自从1947年肖克来发明了晶体管之后，并在之后的几年对晶体管不断的完善提升后，人们就开始着力研究起利用晶体管进行高频变换的方案来。
1955年，美国罗耶（GH·Roger）首先发明了自激振荡推挽晶体管单变压器的直流变换器电路，它是做到高频转换电路的开端,1957年美国的查赛（JJ·JenSen）又发明了自激式推挽双变压器变换器。
以这为基础，1964年，有美国的科学家提出
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取消工频变压的串联开关电源的想法，并在著名杂志上发表了“脉宽调制选用于电源小型化”等一些文章，为让电源做到体积和重量的大幅度下降供给出一条根本的途径。
伴随着大功率晶体管的耐压值提升以及二极管反向恢复时间的缩短，1969年，25KHz的开关电源终于问世。
电源界把开关电源频率提升到了20KHz以上称为电源技术的“20KHz革命”。
又经过了几年的努力，开关电源电路拓扑型式以及相配套元器件的有关研究统统取得了巨大的发展。
电路拓扑型式开发出了包括单端贮能式反激电路、双反激电路、单端正激式电路、双正激电路、半桥电路、推挽电路、全桥电路等，可以适应不同场合、不同功率的有关需求；元件方面，功率管和电流调整二极管的性能也有了显著提升。
1976年美国硅通用公司第一个做出了脉宽调制（PWM,PulseWidthModulation）控制芯片，型号为SG1524，极大地提升了开关电源的可靠性，而且进一步减小了体积。
通信用开关电源技术的不断深入，人们对开关电源提出了更多更高的要求；高频化、模块化、数字化、绿色化、新一代电源的技术含量不断的提升，使之更加可靠、更高效、更小型、更平稳、更安全。
在高频化方面，为了提升开关频率，克服一般PWM和准谐振、多谐振变换器等缺点，再一次开发出了相移脉宽调制零电压开关谐振变换器，这个电路解决了PWM方式硬开关会造成的较大开关损耗的缺点，还做到了恒频工作，也解决了准谐振和多谐振变换器工作频率变化和电压、电流幅度大的弱点。
用这种工作电路，减小了公路功率管的损耗，不仅仅提升了转化率也提升了频率，减少了体积，更重大的是减少了系数的敏感性，加大了开关器件的工作区，一定程度上减小了对器件的要求，显著提升了开关电源的可靠性。
1.2.2国内开关电源的发展及现状
在建国初期，国内的科研人员开发出了以大功率发电机组为主的电源设备，用来作为通信的电源。
而且在引进德国FGD系列和前苏联BCC51系列自动化硒电流调整器的基础上，借鉴先进国外技术，和工厂共同研制出了国产XZL系列自动化硒电流调整器，并且在武汉通信电源厂得到了批量生产，开始用硒电流调整器装备通信局（站），替换掉了原来的电机组，这是我国国产通信电源设备跃到一个新的水平的标志。
后来，我国通信电源发展相对缓慢。
1963年开始研制和使用可控硅（SCR）的电流调整器,1965年开始着手研制逆变器以及晶体管直流—直流（DC/DC）变换器，而当时与发达国家相比只落后五六年.但是之后由于十年动乱，研制工作一度停滞不前，除了可控硅电流调整器在1967年于武汉通信电源厂开始形成了系列化生产，供通信设备作一次电源选用，并且不断得以改进，性能和质量慢慢
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提升外，其它方面进展特别有限。
直到80年代才生产出20KHzDC/DC变换器，但受元器件性能影响，质量尤其不平稳，没办法
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