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1、 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第I 页 共II页目 录引言11绪 论21.1课题背景21.2开关电源的发展和趋势31.3DC/DC转换器41.4DC/DC转换器的发展趋势41.5课题研究的目的及意义51.6课题结构安排52方案设计62.1设计要求62.2方案确定63系统设计原理介绍83.1DC/DC转换器升压原理83.1.1 连续工作模式93.1.2 非连续工作模式113.2PWM调制方式123.3软启动的实现方法154硬件电路174.1硬件电路所使用芯片简介174.1.1 DC/DC转换芯片MC34063174.1.2 单片机AT89S52204.1.3 ADC0809224.
2、2硬件电路设计254.2.1 DC/DC升压稳压电路模块254.2.2 数据采集模块264.2.3 数据处理模块274.2.4 供电选择模块274.2.5 电压显示模块285系统软件设计306硬件制作及调试326.1系统PCB板的设计326.1.1 确定PCB的大小326.1.2 布局326.1.3 布线326.2硬件调试336.2.1 检测元器件336.2.2 检测各个引脚信号347结论35谢 辞36参考文献37附 录38 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第6 页 共43页引言近年来随着汽车工业的发展和人们生活水平的提高，越来越多的汽车走进了千家万户，汽车已经成为人们日常生活中的一
3、部分。但是由于汽车本身的特点所限，国家有关汽车前照灯配光性能标准中，对灯光亮度指标允许在一个非常大的范围内变化，不同类型、不同功率的大灯亮度指标相差很大，再加上供电电压有一定的允许变化范围，造成标准内不同大灯实际亮度差异很大。随着汽车电子行业的兴起，对汽车大灯增亮方案的研究也逐渐增多，主要包含以下几种：(1)增加大灯功率，这种办法花费较低，但是效果有限，反而引起线路的电压损耗相应增加，埋下事故隐患；(2)使用增光线，增光线是指在大灯与电瓶之间引入两条可由继电器控制通断的较粗的电线，通过降低线路的电压损失，这种方法只对线路老化的汽车较为明显，但同时会使大灯亮度随发动机的波动而变化，缩短大灯寿命；
4、(3)改装H I D气体放电灯，HID气体放电灯亮度高色温高，寿命长，能耗低，但是价格太高，安装不易。本文设计的增亮器基于开关电源技术，通过内置的高效 高性能电源组件对汽车发电组件的不稳定电源(10V-15V)升压、稳定处理，为汽车前照灯单独提供恒定的最佳工作电压14.5 V，这个电压符合国际标准(ISO 3559-1976道路车辆一机动车辆及其挂车装用灯具的工作电压)，汽车大灯工作在此电压时发光效率最高，色温接近日光，同时大灯的寿命损失不到15。增亮系统包含冷态启动、过热、故障等智能保护措施，是一种低成本、高性能的汽车大灯增亮器。1 绪 论1.1 课题背景改革开放以来，人们生活水平越来越高，
5、汽车逐渐走百姓的生活之中，成为代步的工具。汽车大灯作为汽车的一部分，是保障行车安全运行的重要部件之一，前照灯的配光特性、光照度是保证汽车行驶安全的重要指标。资料显示：车辆总行驶里程的25是在晚上和自然光线不足的情况下行驶的，而在此之间发生的交通事故占到33，并且50的前照灯的照明死亡事故发生在夜间。质量不合格的前照灯不能为驾驶员提供良好的照明，有些还使对面驾驶员和道路行人产生强烈的炫目，直接关系到人身安全。前照灯的照明距离越远，配光性越好，汽车行驶的安全性能就越高。因此前照灯的设计中必须做到以下两点：(1)光源技术上达到高光通量，高效率，长寿命。(2)灯具技术配光性能要好，不致使对方来车驾驶员
6、感到炫目，且设计严密，可靠性好。汽车前照灯的发展大致经历了白炽灯、卤素灯和氙气灯三个阶段。20世纪六十年代以前，白炽灯是汽车照明的首选。但是昏黄的灯光只能供给速度较慢的汽车，而且由于白炽灯质量不稳定，常有事故发生。1960年以后，卤素灯成为汽车照明的新宠儿。卤紊灯，就是在灯泡内掺入少量的的惰性气碘，从灯丝蒸发出来的钨原子与碘原子相遇反应。生成碘化钨化合物，当碘化钨化合物一接触白热化的灯丝(温度超过1450)，又会分解还原为钨和碘，钨又重新归队回到灯丝中去，碘则重新进入气体中。如此循环不已，灯丝几乎不会烧断。灯泡也不会发黑，所以它要比传统的白炽前照灯寿命更长，亮度更大。随着时代的进步和科学技术的
7、进一步发展，性能更加优良的氤气灯(HighIntensity Discharge Lamp高压气体放电灯，简称HID)的诞生，将汽车照明灯具提升到更高的层次。氙气灯的原理是在UVcut抗紫外线水晶石英玻璃管内，以多种化学气体充填，其中大部份为氙气(Xenon)与碘化物等惰性气体，然后再透过增压器(Ballast)将车上12V的直流电压瞬间增压至23000V的电流。经过高压振幅激发石英管内的氙气电子游离，在两电极之间产生光源，这就是所谓的气体放电。而由氙气所产生的白色超强电弧光，可提高光线色温值，类似自昼的太阳光芒，HID工作时所需的电流量仅为3.5A，亮度是传统卤素灯泡的3倍，使用寿命比传统卤
8、素灯泡长10倍。虽然氙气灯与普通的卤素灯相比性能有很大的优势，但是氙气灯所有这些优点的实现必须建立在一套安全可靠的高性能电子镇流器的基础上，这就造成氙气灯的改造费用相比而言非常昂贵。目前国内除了奔驰、宝马等高档轿车是原装的氙气大灯外，其他一些车辆出厂是都是卤素前照灯。而且国内目前对氙气灯的改造还没有相关的具体规定，私自改装氙气灯属于违规行为。目前国内汽车主流的汽车大灯还是卤素前照灯。目前国内很多用卤素大灯用户都反映汽车大灯不够亮，造成这种问题的原因很多都是由于汽车供电系统供给大灯的电压不够稳定，所以设计一款稳定高效的汽车大灯增亮器是非常有意义的。1.2 开关电源的发展和趋势 1955年美国的科
9、学家罗那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，此后，利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛应用于航天及军事电子设备上。由于那时的微电子设备及技术十分落后，不能制作出耐压较高、开关速度较高、功率较大的晶体管，所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入，并且转换的速度也不能太高。60年代
10、末，由于微电子技术的快速发展高反压的晶体管出现了，从此直流交换器就可以直接有家点经整流、滤波后输入，不再需要有工频变压器降压了。从而极大地扩大了它的应用范围，并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关稳压电源。省掉了工频变压器，又使开关稳压电源的体积和重量大为减少。开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。70年代以后，与这种技术有关的高频、高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器铁芯等器件也被研究出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速发展，并且被广泛地应用与电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域中，从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源中的佼佼者。目前，开关电源以小
11、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少的一种电源方式。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷
12、所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。1.3 DC/DC转换器DC/DC转换器是一种应用最广泛的电源管理系统， 它通过控制开关管的导通和关断时间的比率，将固定的直流电压转换成具有一定幅值的输出电压。由于电路的调整管
13、工作在开关状态，所以具有较高的工作效率，加上体积小、重量轻、稳压范围广等优点，广泛的应用于许多电子设备中。 从应用领域看，DC/DC转换器芯片市场的焦点集中在便携式产品、消费类电子、计算机、通讯和网络设备应用领域，同时工业设备和汽车电子对电源管理芯片，需求也呈上升趋势，这些需求让电源管理芯片市场倍添活力。由于人们在生活和工作中的移动性越来越强，对手机、数码相机、笔记本电脑、MP3 播放器等便携式产品的需求将越来越大，预计 2008 年全球所有便携式产品的出货量将增加到15 亿个，这些产品构成了电源管理芯片巨大的需求市场。随着科技的发展，在当今社会，便携式电子设备己经成为人们不可或缺的必需品。而
14、在便携式电子设备中，低电压高效率 DC/DC转换器对于单电池供电的系统显得非常的重要。1.4 DC/DC转换器的发展趋势随着半导体工艺、封装技术和高频软开关的大量使用，模块 DC/DC 功率密度越来越大，转换效率越来越高，应用也越来越简单。DC/DC转换器在产品、电路拓扑以及生产工艺等方面呈现出以下发展趋势：(1)产品的发展趋势 向低电压大电流高功率方向发展； 向分布电源方向快速发展，但集中式供电系统仍将继续存在； 向标准化、系列化产品方向发展； 向智能化、数字控制方向发展； 向总线结构和非隔离负载点(niPOL，non-isolated point of load)电源发展。非隔离式 DC/
15、DC变换器比隔离式增长速度更快。(2)电路拓扑技术发展趋势在拓扑结构方面，单元化、模块化，并以积木块(Building Block)的方式进行组合。零电压-零电流软开关技术及同步整流技术，已成为提高效率的重要途径。主要发展方向有： 高频化为缩小开关电源的体积，提高其功率密度，改善动态响应，DC/DC 电源的开关频率由现在的200500 kHz 提高到 1 MHz 以上。但高频化又会产生新的问题， 如开关损耗以及无源元件的损耗增大、高频寄生参数以及高频EMI 等问题。 软开关为提高效率，需采用各种软开关技术，包括无源无损(吸收网络)软开关技术、有源软开关技术，如 ZV-ZCS 谐振、准谐振、恒频零开关技术等，以减小开关损耗和开关应力，实现高效率的高频化。 低压输出低电压、大电流、高功率变换技术，已从313 V降至 110 V，电流已达几十至几百安培。同时，电源的输出指标，如纹波
