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1、本科毕业论文 设计题目：基于单片机控制的DC-DC变换器研究 学生姓名： 学 号： 专 业：电气工程及其自动化 指导教师： 学 院：电气工程学院基于单片机控制的DC-DC变换器设计专业：电气工程及其自动化 姓名： 指导老师：摘 要 本毕业设计通过网上和图书馆获取资料，在查询了DC-DC变换器的特点和发展状况后，了解了它在实际生产应用方面的不足。第一，能量传输由高频变压器来完成是DC-DC变换器会有的一些不足，开关电源一般工作在几百KHz以上，因此会产生电磁干扰，故可能会影响其自身或其它系统的正常工作；除此以外，开关电源也存在输出电压纹波较大的问题。设计一种基于单片机控制的DC-DC变换器可以弥
2、补它在应用方面的不足。于系统的实现上，单片机因具有计算机的基本组成部分与功能，又具备体积小，电路精简、故障概率低、可靠性高及成本低等优点，因而被应用于DC-DC变换器PID控制系统的实现。本系统通过输出PWM信号由单片机控制三极管的通断，达到控制电压的输出，模数转换器则转换输出信号并反馈给单片机分析和处理，使系统变为闭环。本设计分模块详细地阐述了升降压型DC-DC开关电源以及其控制、反馈电路的设计，分为单片机控制输出电压、DC-DC变换、单片机闭环参和控制DC-DC的输出，三个阶段说明此变换器的实现原理。本设计应用软硬件相结合组成的实际控制系统。设计过程主要分成以下几个部分：算法确定，程序编写
3、，结构模型建立，电路设计，总结。关键词 开关电源，单片机，PWM，闭环控制，ADC AbstractThe graduation project by querying the data, the development and application of DC-DC converter, know the lack of production applications. DC-DC converter has its own shortcomings, one of which is the application of high-frequency transformer for ene
4、rgy transmission device. Switching power supplies typically operate at more than a few hundred KHz, produce electromagnetic interference, it may affect their own or other system to work properly; addition, the switching power supply output voltage ripple larger issues. Designed for the deficiencies
5、in the application of a new microcontroller-based control DC-DC converter. In the implementation of the system, the microcontroller basic components and functions of a computer, but also with small, streamlined circuit, low failure probability, high reliability and low cost, which is applied to the
6、DC-DC converter PID control system is achieved. The system adopted by the microcontroller output PWM signal to control switching transistor off, thus achieving the purpose of controlling the output voltage, the ADC is to convert the output signal and the feedback to the microcontroller analysis and
7、processing, to form a closed-loop system. The sub-module of the design detailed description of the design of the buck-boost DC-DC switching power supply and control, the feedback circuit, divided into single-chip control the output voltage, DC-DC conversion, single-chip closed-loop parameters and co
8、ntrol the output of the DC-DC the stages of this converter realization of the principle. Design and Application of the actual control system consisting of a combination of hardware and software. The design process is divided into the following sections: algorithm to determine the procedures for the
9、preparation, structure modeling, circuit design, summed up.Keywords: Switching Power Supply; Microcontroller; PWM; Closed-loop Control; ADC目录1.1 设计背景11.2 电源技术的发展与方向21.2.1 开关电源和线性电源21.2.2 电源技术的发展方向31.3 课题研究内容、目的及意义3第2章 系统的总体设计及算法确定42.1 DC-DC变换器基本介绍42.1.1 DC-DC变换器基本工作原理52.2 总体方案设计论证62.2.1 系统功能与组成简介72.
10、2.2 主要方法和技术分析82.3 PID算法控制8第3章 系统硬件电路设计103.1 总体分析控制系统的硬件电路103.2 设计单片机最小系统113.2.1 AT89C51管脚功能及特点介绍113.2.2 设计最小的系统电路133.3 组成系统的硬件电路153.3.1 设计控制电路系统153.3.2 设计DC-DC变换电路163.3.3 设计数据采集电路163.3.4 设计人机界面电路的18第4章 设计系统软件部分194.1 设计系统软件部分194.1.1 软件系统的逻辑控制194.1.2 软件系统的结构194.2 系统主控程序设计204.3 设计各部分子程序204.3.2 数码显示子程序2
11、24.3.3 数据采集子程序224.3.4 定时中断处理子程序设计24结 论25致 谢26参 考 文 献26第1章 绪论1.1 设计背景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
12、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
13、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。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。1.2 电源技术的发展与方向1.2.1 开关电源和线性电源线性稳定电源的特点是:它的电子设备运行在线性区，由控制电子设备间的电压变化来稳定输出。
14、线性电源也有它一定的缺点，主要包括：输出精度低、效率不高、降温方面不足和不易工作在常见电压的输入大小内，但更严重的不足仍然是份量和体型过大。由输入控制器能够使输出的准确性提高，不过这更增加了能源的损耗，并使效率更低。DC-DC变换器很难达到49%的实际有效使用，其浪费掉的功率同时产生降温问题。若可以让线性电源运行于常见的输入电压范围，将可能出现很差的线性电源效率。开关型直流稳压电源就是DC-DC变换器。开关电源和线性电源的根本区别是它的变压器不运行在工频上，而是运行在几十千赫兹到几兆赫兹频率上。电力电子设备运行于截止区饱和区，因此叫做开关电源。由于技术上的不足，DC-DC变换器的电路因一种PW
15、M开关电源控制器在集成化上的研究没有取得令人满意的进展。不过近来，大型号和超大型号集成电路技术的很快进步，产生了很多新型的全控型电力电子元件。首先是功率MOS管的出现，中小功率电源从而向高频化发展，接着绝缘门极双极晶体管的问世，又推动大中型功率电源向高频发展。所以当前为了再次增加开关电源的可靠性和功能可通过集成复杂的功能电路。根据上面的分析可以得出，开关电源的效率很高，而且性能完美。此外，开关电源还有一个优势是在于它可以极大地缩小变压器的重量和体积，原因是开关电源中的变压器是在50KHz1MHz这样的高频状态下工作，这一点跟线性电源不同，线性电源的变压器是在50Hz的低频状态下工作的，如此一来就很好的优化了变压器的重量和体积，整个系统也就同时得到优化。所以，以后的发展势头将是开关电源代替线性电源。1.2.2 电源技术的发展方向（1）智能化（2）高效（3）低功耗（4）高集成（5）多功能1.3 课题研究内容、目的及意义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AT89C51的控制电路。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
