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1、摘 要随着科技的进步社会的发展，电器时代的到来带来了一系列新的机遇和新的挑战，而在这场挑战中电源占着很重的比例。每一种电器都要电源来提供，电源的好坏在一定程度上决定了很多产品的性能，模拟电源技术的发展促进了电源的发展，而在数字化时代数控电源成为一大话题。在各种拓扑结构中，本次设计采用boost结构，此结构主要能实现输出电压比输入电压高，即实现电压的上升。所采用的控制芯片是德州仪器（TI）生产的MSP430X149通过对boost主电路进行采样分析，然后产生PWM波控制开关管的开断，通过电感、电容进行充放电来实现电压的上升。在软件中通过PID算法来对反馈进行分析补偿校正，使得输出稳定在一个较小的
2、波动范围内，通过12864液晶来显示当前输出电压和所需电压，通过按键实现所需电压的升降并通过确定键来确定输出电压的大小。关键词：PWM MSP430 PID BOOST变换器 数控电源论文类型：应用型ABSTRACTWith the development of society and science, the electrical era has brought a range of new opportunities and new challenges, and occupied for a heavy proportion of power in this challenge. Eac
3、h type of electrical appliances must be power supply to provide the power is good or bad to a certain extent determines the performance of many products, analog power technology development to promote the development of the power, digitally controlled power in the digital age to become a major topic
4、.In a variety of topologies, this design uses a boost structure, this structure can achieve high output voltage than input voltage, that is, the voltage rising. The control chip produced by Texas Instruments (TI) MSP430X149 through sampling and analysis, and then generate the PWM wave control switch
5、 for breaking the main circuit of boost inductors, capacitors charge and discharge voltage rising. To the feedback by the PID algorithm in the software to analyze the compensation correction, making the output stability in a smaller fluctuation range 12864 to display the current output voltage and t
6、he required voltage, and by identifying the key to achieve the required voltage rise and fall the key to determine the size of the output voltage.Key words：PWM MSP430 PID boost converter digitally controlled powerType of Thesis： Applied前 言DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改
7、变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。其中 Boost（升压式）变换器是从Buck（降压式）变换器进行对偶变换后得到的，Boost变换器称为并联开关变换器，与Buck变换器不同的是，Boost型电感在输入端，Buck型电感在输出端，Boost型变换器的输出电压V0总是大于输入电压Vi。其工作原理在于当开关管导通时，二极管关闭，电感与开关管的节点电压为0，当开关管关闭时，电感两端的电势翻转从而电感与开关管的接的电压大于输入电压Vi，电感电流通过二极管续流，使得V0大于Vi。升压电路的典型应用有：1）直流电动机传动；2）单相功率因数校正（Power Factor
8、Correction-PFC）；3）用于其他交直流电源中；4）用于手机内部的升压电路中等电路中。Boost变换器的优点有：1）输入电流是连续的，这减轻了对电源的电磁干扰；2）开关管发射级接地，使驱动电路简单。其缺点有：1）输出侧二极管的电流是脉动的，使输出纹波较大。在实际应用中，在二极管与输出直接经常加一个输出滤波网络；2）电压比永远大于1，只能实现升压，不能实现降压。本次设计采用的是非隔离的Boost电路，相对隔离的电路非隔离的Boost来讲，Boost能够很简单的实现功能且电路的面积小、结构简单、成本低廉等优点。通过数字控制能够更好的适应各种环境，还可以通过液晶来显示当前输出电压，使得更容
9、易观察。1绪 论1.1 数控电源的发展数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一
10、个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦数字化智能电源模块是
11、针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和开关器件（MOSFET、BJT等）构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺
12、少的一种电源方式。数字控制的开关电源应用在电子、电气、航天、国防等领域，尤其在数字化得以广泛应用的时代，数控电源得到更加广泛的使用。传统的直流电源的稳压过程是由电源变换器、整流、滤波、稳压等部分组成，其具有功能简单的优点，但是其可靠性低、精度也不高、体积大等缺点。但是数控电源可靠性得到进一步提高，精度也能够达到要求，体积相对较小，能够很好的控制等优点得到很多人的青睐。电源采用数字控制，具有以下明显优点:1)易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。2)控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。3)控制系统的可靠性提高，易于标准化，
13、可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。4)系统维护方便，一旦出现故障，可以很方便地通过RS232接口或RS485接口或USB接口进行调试，故障查询，历史记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试;也可以通过MODEM远程操作。5)系统的一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不像模拟器件那样存在差异，所以，其一致性很好。由于采用软件控制，控制板的体积将大大减小，生产成本下降。6)易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。而本次设计所采用的是非隔离的boost变换电路。1.2 boost变换器的常见分类1.2.1 按稳压控
14、制方式脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制、(PFM)直流变换电路。1.2.2 按变换器的功能降压变换电路(Buck)、升压变换电路(Boost)、升降压变换电路(Buck-Boost)、库克变换电路(Cuk)和全桥直流变换电路。1.2.3 按是否隔离根据开关变换器的输出与输入是否电气隔离（即是否存在开关变压器隔离）， 可以将其划分为隔离开关变换器和非隔离开关变换器。非隔离的开关变换器主要包括：Buck、boost、buck-boost cuk sepic和zeta六类基本变换器。六种非隔离开关变换器中，buck boost和buck-boost变换器机构较为简单，因此，也较常用，其中boos
15、t和buck变换器分别可以实现升、降压输出；而buck-boost变换器能实现升压或降压输出，且输出电压极性与输入相反。而cuk、sepic、和zeta变换器由于结构复杂，所用元器件较多，在实际工程中应用不多。本次设计采用的是非隔离开关变换器中的boost结构。2 设计电路的基本原理2.1 电容的安秒平衡开关变换器中的开关受PWM控制器的控制，周期性地开通和关断，其中的电容也有规律地充放电，其充、放电电流满足 （2.1）式中,、分别为电容电流和电压。在一个开关周期中对式（2.1）积分，可得 （2.2）式中，Ts为开关周期。当变换器处于稳态时，电容在一个开关周期开始时的电压值一定等于结束时的电压值，即一个开关周期电容电压的净变化量必须为零（上式的积分为零），即有 （2.3）由此得出结论：在稳态条件下，电容电压在每一个开关周期内重复相同的波形，因此每一开关周期中相同相位的电容电压值相等，即每一开关周期开始时刻的电压值相等。同时可得电
