dc电源十篇

dc电源篇1

关键词：DC-DC；同步整流；BUCK结构；续流；均流技术

1 系统方案整体结构

该系统方案主要由两个BUCK变换器构成的DC-DC降压式电路、主控电路、采样电路、驱动电路以及PWM模块组成。主控芯片通过采样得到的电压电流参数来控制输出PWM波的占空比，进而控制开关管的开关频率，闭环控制电流电压，使其稳定输出。提高了供电的效率和稳定性。系统方案框图如图1所示。

2 各模块的设计与实现

2.1 DC-DC模块

系统方案的DC-DC模块采用是两个相同的BUCK拓扑结构，并且使电感始终工作在电流连续状态，否则闭环稳压时易振荡。另外，为了降低电路损耗，本系统方案选用导通电阻较低的开关管IRF3205（额定电流110A，耐压达55V，导通电阻小于8毫欧）。

对于BUCK电路滤波电感L1的计算如下：

为使输出电流连续且稳定，本设计选择L1=800uh。为了避免电感饱和，且更好地实现电感的储能功能，本设计选用外径为4.8cm的铁粉磁环绕制电感。由于电流可高达2-3A，为了降低电感线圈的发热损耗，选用2股直径为0.64mm的漆包线绕制。

2.2 MOS管驱动电路设计

如图3所示，MOS管驱动电路选用具有波形互补的可编程芯片IR2104，PWM波从2脚输入，HO和LO输出两路反相的PWM分 别控制两个MOS管的开断。

D5和C1/C2为自举二极管和自举电容，两者串联起到电流配合的作用实现电压自举，抬高VS的电位，使输出的PWM更稳定，同时二极管起到防止电流倒灌的作用。

2.3 电流采样电路

如图4所示，该部分选择高边电流采样的方案，高边电流采样要求放大器必须具备大动态输入范围以及高共模抑制比，所以采用TI公司专用高边电流采样芯片INA282；采样电阻选择耐高温，温度系数小，精度可控的康铜丝电阻。

INA282的增益为50，采样电阻阻值为RS，反馈电压为：

VIFB=50×RS×I0

考虑到单片机ADC的采样范围为0～2.5V，对应0～2.5A，根据公式可知RS=10毫欧。

2.4 过流保护电路

过流保护是由电流采样电阻、运算放大电路及保护电路组成。主要是通过运算放大电路采取采样电阻两端的电压，从而可以间接知道电阻两端的电流，利用LM358比较器，设定电路的阈值当电路中的电流值超过了指定的阈值时，此时整个电路的供电就断开了，从而起到了保护作用。

3 均流技术-PID算法

采样DC/DC模块1的输出电流I1，反馈控制DC/DC模块1的开关PWM波，使DC/DC模块1输出电流I1维持一固定值；采样负载两端电压V0，反馈控制DC/DC模块2的开关PWM波，是负载两端电压为定值V0。在负载电阻一定时，由于负载电压稳定，输出总电流I一定，又因DC/DC模块1的输出电流I1稳定，故可以确定DC/DC模块2的输出电流I2。从而可以实现均流的目的。

4 结束语

文章提出了一种DC-DC开关电源模块并联供电系统的技术方案，该设计方案采用多模块并联操作可以很好的解决市场上单一集中式电源；从实际的测试数据中，电路的供电效率达到了97.21%；电流的分配效果非常精准，可以很好的利用在开关电源的行业，电路结构简单，利用率高，具有很好的推广前景。

参考文献

[1]张天芳.开关电源的并联运行及其数字均流技术[J].淮海工学院学报，2006，15（1）：29-32.

[2]吴志明，孙道宗，黄孝远，等.程控开关电源并联供电系统的设计与实验[J].电子设计工程，2013，21（7）：108-111.

[3]阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社，2006.

dc电源篇2

【关键词】STM32 DC-DC电源 Sepic变换电路

1 Sepic变换电路原理

Sepic变换电路是6中基本的DC-DC开关电源拓扑结构之一，其特点为：既可以升压，也可以降压，输入电压与输出电压同极性。

如图1，左端为输入电压Vin，右端为输出平均电压Vout。在一个周期内，当开关V闭合，电源为电感L1充电，同时耦合电容C1经开关V为电感L2充电，续流二极管D1截止，此时，输出端滤波电容C2维持负载两端的电压；当开关V断开，电感L2经续流二极管为负载供电，同时，电感L1释放能量为耦合电容C1充电，在同一个时刻电容C1、续流二极管D1为负载供电，在断开情况下流过续流二极管D1的电流iD为电感L1、电感L2流过电流之和。输出平均电压Vout可由下列关系式得到：

式中，ton为开关每次接通的时间，toff为开关每次关断的时间。由上式可以看出，只要控制好一个周期内开通与关断的时间，就可以设置该电源为升压型或降压型。

开关电源的核心是对开关的开通和关断时间的控制，一般选用全控型器件作为开关器件如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。续流二极管采用肖特基二极管可以降低导通压降，提高转换效率。在开关周期T恒定，通过改变脉冲宽度ton来改变占空比，这种方式称为脉冲宽度调制（PWM），用来实现对电压幅值频率的控制。

2 基于STM32的PID控制原理

本文选用STM32f103为例进行讲解。使用stm32单片机作为核心，采用闭环反馈控制，控制系统如图2。

该控制系统的传递函数为：

设定值与输出控制值之间的关系：

（3）式中，e（t）=R（t）-Uout（t），Kp为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数当输出值与设定值不同时，PID调节器就会快速稳定响应（比例控制能够提高系统的动态响应速度，迅速反应误差从而减小误差；积分控制的作用消除静差；微分控制用来减小超调量，克服震荡，使得系统稳定性提高），通过定时器输出不同占空比的PWN波来精准控制IGBT的开通与关断从而控制输出电压。需要注意的是，由于stm32最大出3.3V电压，不能直接驱动IGBT的导通与关断，因此需要在stm32单片机与IGBT之间添加驱动电路。

整个电路的逻辑框图如图3所示。

3 仿真结果

本设计采用了Multisim 14.0进行系统仿真，设计输入为10V，输出可调范围为3V至40V。输出波形如下：

由4、5图可以看出，在输入10V的情况下，通过改变PWM的占空比，可以在2V至40V之间进行自由快速切换。

在输出端加入LDO线性稳压装置，采用分立元件，可以有效降低纹波，提高整个电路的稳定性。

4 结语

在电子技术快速发展的今天，电子产品正朝着小型化，智能化的方向发展。本设计正是着眼于电子产品发展趋势，通过主流的STM32单片机，实现了对直流电源快速精准的控制并且实现了小型化，智能化，为电子产品内部节省了宝贵的空间，降低了功耗，符合国家节能减排，绿色发展的理念。

参考文献

[1]王兆安.电力电子技术（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2009.

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[4]陈伟，马金平，杜志江，李永利.基于DSP的PWM型开关电源的设计[J].微计算机信息，2006.

[5]潘永雄.开关电源技术与设计[M].西安：西安电子科技大学，2016.

[6]顾骏，唐湘.基于STM32单片机的程控恒流源系统的设计[J].仪表技术，2015.

dc电源篇3

系统DC电源输出响应速度

许多设备在多种不同的DC偏置电压上进行测试，以在指定工作范围内保证正确的性能。多次改变偏置电压可能会累积几秒的时间，占测试时间的很大比重。

在把电源输出电压设置变成新值时需要几个步骤，如图1所示。这些步骤所需的时间都有限。

在电源收到一条命令时，电源会处理命令．这就是其命令处理时间。然后电源输出会作出响应，变成新的设置。在一定的稳定频段中到达最终值所需的时间是其输出响应时间。

各种系统电源之间的差异可能会非常大。表1比较了许多系统DC电源与安捷伦N6750A系列DC电源模块典型的命令处理和输出响应时间，后者是为吞吐量优化的。该模块属于N6700模块化电源系统系列，如图2所示。拥有快速输出响应可以把每次电压设置变动时间降低几百微秒。

降压编程器加快输出响应时间

在两个方向上迅速改变电压对高吞吐量测试非常关键，因此有必要提一下降压编程输出响应时间，许多电源依赖DUT的实际负荷，来降低电压。在负荷低的情况下，如果没有降压编程器，某些电源可能需要一秒的时间才能达到最终值。为高吞吐量优化的电源采用内置降压编程器。降压编程器是一条负荷电路，它迅速放电电源和DUT电容，快速进行降压编程，而与DUT负荷无关。

响应速度对测试吞吐量的影响：

汽车ECU实例

汽车电子控制单元([CU)在测试过程中可能会有最多20种偏置电压设置，如图3所示。使用为吞吐量优化的电源可以节约几秒的测试时间，对测试时间为20秒的ECU，吞吐量可以提高20％。基于明显的原因，这种改进得到了汽车电子行业的广泛欢迎系统DC电源测量速度

几乎在测试过程中一直要进行DC偏置电流测量，以确定缺陷。使用系统DC电源的内置电流回读功能、而不是外置仪表，在速度和性能方面都是明智之选。当前的系统DC电源提供了广泛的电流测量功能，适合大多数应用。值得一提的是其测量速度。通常情况下，多项偏置电流测量是在测试过程中在设备上进行的，这会累积起来，给吞吐量产生更大的影响。此外，测量精度和速度是相互矛盾的，进一步使事情复杂化。有3个步骤会影响测量时间：

1．电源收到并处理测量命令。

2．电源采集实际测量数量。

3．采集的值返回电源。

大多数通用系统DC电源采用一条传统回读电路，如图4所示。对这种传统方法，命令处理时间一般是主导因素，累加测量时延会高达100毫秒。快速ADC测量采集和返回单个读数的时间很小，通常不超过2毫秒。整个测量时间通常作为一个基准处理。

这种基本方法对许多情况(如果不是所有情况的话)在精度和吞吐量之间实现了合理的平衡。对高波峰因数电流信号，如数字手机的脉冲式耗电量，测量可重复性误差或”抖动”会影响这种平衡。对多次测量进行平均在一定程度上有所帮助，但会增加大量的测试时间。

程控积分提供了快速准确的测量结果

为吞吐量优化的系统DC电源的测量命令处理时间要低得多。许多电源还有程控测量积分时间，代替固定的ADC和低通滤波器，如图4所示．以增强性能。与传统方法一样，它可以设置成快速测量采集时间。也可以使用程控积分，抵消信号中的周期噪声和AC成分，大幅度改善测量性能，但其代价是时间会大大提高。人们熟悉的实例是在电源线周期上求积分(1 PLC，16．7或20毫秒)．以抵消AC线路噪声。安捷伦已经在许多系统电源产品中采用不同的方法，包括N6760A系列DC电源模块。它们采用程控取样周期和数字信号处理，进行快速精确的测量。在测量采集积分时间能够编程时，必需在总测量时间基准中单独考虑测量采集积分时间。

测量速度对测试吞吐量的影响

表2比较了传统系统DC电源有代表性的测量命令处理和采集时间与为吞吐量优化的电源系统的时间，在本例中是安捷伦N6760A系列DC电源模块。

从传统系统DC电源切换到为测量吞吐量优化的电源可以把测量时间从大约100毫秒降低到最低只有几毫秒。对ECU之类的测试设备，通常会进行多项耗电量测量。可以简便地节约另外0．5－1秒的时间，有效改善了测试吞吐量。半导体设备测试则要更加严格。由于测试时间只有几秒或更低，因

此即使100毫秒长的测量也没有空间。

在使用多个输出时实现更高的吞吐量

系统DC电源中设计的功能和程序命令对测试时间的影响可能要超过出响应和测量速度的影响。一个实例是使用多个DC输出．为拥有多个偏置输入的设备供电．或并行测试多台设备，如图5所示。最经常的情况是需要单独发送和处理每个DC电源输出变化或测量读回操作，甚至对多个输出系统DC电源也是如此。能够在多个输出中同时执行类似操作会明显改善测试吞吐量。在并行设备测试中．其较顺序测试各台设备可能要改善几倍。在测试时间只有几秒长，并且已经通过传统方式优化时，这为大幅度改善吞吐量提供了有效的备选方案。N6700模块化电源系统提供了一个通道列表命令集，在多个输出模块上同时支持类似操作，以实现更大的测试吞吐量。

结语

系统DC电源是既供电又测量的部分仪器之一，其对测试吞吐量的影响要超过通常的预期水平。必须认真考察和基准测试供电和测量速度属性，以评估其测试吞吐量的影响。切换到为吞吐量优化的系统DC电源可以把测试时间降低几

秒的时间．同时提供快速准确的测量功能。

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跨多种应用领域的系统设计人员具有类似的需求以及对倾向于采用 dc/dc 电源模块的要求。最经常提到是对更薄厚度、更小面积、更高效率及更大功率密度 [1] 等特性的需求。新一代 dc/dc 电源模块应运而生，正开始步入市场以满足上述要求。这些双输出和三输出隔离式模块运行于标准的 -48V 局端电源中，可提供 3W～100W 的功率。它们包括输出电压最低达 1.0V 的模块及最高输出电流达 30A 的模块。

尺寸

系统设计人员为在更小空间中实现更高性能的信号处理电路，所面临的竞争挑战日益激烈。先进的 DSP 与 ASIC 有助于提供此功能，但需要更多电压较低的电源轨，并需具备高精度排序与调节。通过减少实施电力系统所需的整体模块数，最新的多输出电源模块满足了这一要求。

描述模块效率面积（平方英寸） 成本(1千/年) 多个单输出隔离式模块33W效率 单输出3.3V/9A89.0%3.742.38美元 20W 单输出 2.5V/8A75.0%3.0638.52美元 总计：77.6%9.82119.42美元 单个三输出隔离式模块25A 三输出3.3/2.5/1.8V87.0%5.4196.64美元

多输出电源模块提供了可节省板级空间的独特设计选择。分布式电源架构正逐渐渗透电信与数据通信市场。就需要超过三种不同电压的应用而言，设计人员可使用多输出模块提供电源总线隔离，并可为各种负载点模块供电。这种配置使设计人员不必再担心使用所有单输出模块所需的板级空间。

电气性能

排序

最新的 DSP、ASIC、FPGA 及微处理器需要多个低电压，并可能要求复杂多变的加电／断电排序。由于产品上市时间的限制，众多更高级产品（其中电源模块仅是该产品的一个组件）的设计没有时间或板级空间来构建外置排序电路。而且，即便不受时间与板级空间的限制，他们也必须考虑组件成本的增加。比较简单的解决方案就是选择采用可利用新型内部排序多输出电源模块的系统电源架构。

例如，诸如德州仪器 (TI) PT4850 系列的三输出模块的加电特性就能够满足微处理器及 DSP 芯片组的要求。该模块运行于标准的 -48V 输入电压下，其额定组合输出电流可达 25A。输出电压选项包括一个用于 DSP 或 ASIC 内核的低电压输出，以及两个用于I/O和其他功能的额外电源电压。

PT4850提供了最佳的加电顺序，可监视输出电压，并可在短路等错误情况出现时提供所有电压轨道的有序关闭。所有三个输出均在内部进行排序以便同时加电启动。

在加电启动时，Vo1起初升至约0.8V，随后Vo2 与 Vo3 快速增加至与 Vo1 相同的电压数。所有三个输出而后一起增加，直至每个均达到其各自电压为止。该模块一般在 150ms 内产生完全自动调整的输出。在关闭时，由于整流器活动开关的放电效果，所有输出快速下降。放电时间一般为100µs，但根据外部负载电容而有所差异。

效率

在低功率应用中，即便最小的 dc/dc 电源模块可能也会有数百毫瓦的静态损失。这解些损失主要由耗费功率的组件造成的，如整流器、交换晶体管及变压器。如果使用一个部件来提供原本需要二至三个独立分组部件所做的工作，那么就可以减少耗费功率的组件总数量。如表1所示，这提高了 9.4% 的效率。

一些最新的多输出模块可在全额定负载电流中以 90% 的效率运行。这样的高效率恰恰是由那些使用 MOSFET 同步整流器的拓扑实现的。该整流器消耗的电量比上一代 dc/dc 电源模块中使用的肖特基二极管耗电要少。

互稳压

最新的多输出电源模块采用先进的电路，消灭了互稳压问题，提高了输出电压的波纹和瞬态相应。根据以前的经验，在模块的任何一个输出上增加输出电流均会导致其他输出上的电压改变。TI 的 PT4850 与 PT4820 系列三输出模块则解决了这一问题。新一代电源模块在隔离阻障的输出端上就每个输出都采用稳压控制电路。通过专有磁耦合设计，控制信号可在模块初级端与二级端之间进行传递。图5显示了输出一 (≤5mV) 在输出二负载增加情况下的变化。

瞬态与波纹

PT4820 与 PT4850 系列具有出色的瞬态响应和输出电压波纹性能等特点。该模块的三逻辑电压输出是独立调节的，这有助于可与单输出电源模块相媲美的瞬态响应 (≤200µSec) 和输出电压波纹 (≤20mV)。

成本

多输出电源组件不再需要两个或更多单输出器件，这就减少了成本。表1显示了电源相同的一个25A三输出模块与三个单输出模块的对比。

在分布式电源应用中，设计人员通过利用单个多输出模块和非隔离式负载点模块（图2）替代了高成本的单输出砖，从而实现了成本节约。也可以实现，由于多输出模块在更少组件情况下也可得以实施，因此进一步节约了成本（和板级空间）。例如，在某些应用中，多输出模块仅要求一个热插拔控制器和输入去耦电容器。相反，这些组件在电源系统中则必须与每个单输出砖结合使用。

产品上市时间是一种间接成本，利用多输出电源模块可减少该成本。这种成本节约主要是由于 OEM 厂商减少了设计、测试和制造等资源。

故障管理

设计人员必须确定其电源系统如何对故障情况进行响应。当今的多输出电源模块结合了先进的故障管理功能。这些功能包括过压、过流和短路保护，有助于防止损坏设计者的电路。

输出过电压保护利用的是可不断检测输出过电压情况的电路系统。当电压超过预设级别 (preset level) 时，电路系统将关闭或箝住电源输出，并使模块进入锁定状态。为了恢复正常操作，一些模块必须主动重启。这可通过立刻消除转换器的输入电源得到实现。为了实现故障自动保护运行和冗余，过电压保护电路系统是独立于模块的内部反馈回路的。

过电流保护可防止负载错误。在某些设计中，一旦来自模块的负载电流达到电流限制阈值，如果负载再尝试吸收更多电流的话，那么就会导致模块稳压输出电压的下降。该模块不会因为持续施于任何输出的负载错误而损坏。

当模块各输出的组合电流超过电流限制阈值时（如任何输出引脚上发生短路），短路保护将关闭模块。该关闭将迫使所有输出的输出电压同时降至零。关闭之后，模块将在固定间隔时间中通过执行软启动加电定期尝试恢复。如果负载故障仍然存在，那么模块将持续经历连续的过电流错误、关闭和重启。

灵活性

电压和电流输出以及封装设计的灵活性是多输出电源模块的一个关键特性。某些制造商可提供24V（18V至36V）与48V（36V至72V）两种输入。其采用完全隔离输出的通用架构可使系统设计人员在双或三输出电路中使用模块，而不会造成过多最低负载要求或

互稳压降级的情况。 由于芯片供应商开发器件的操作电压不一定符合以前的迭代法，因此电压和电流输出方面的灵活性正变得日趋重要。众多的多输出模块都以独立调节和可调的输出电压来解决此问题。为了获得独特的电压，某些模块上的输出可从外部电压进行远程编程。此外，诸如Tyco公司的CC025等三输出系列模块还可以通过使用连接到调整引脚 (trim pin) 的外部电阻来允许输出电压设定点调整。

封装灵活性简化了主板设计人员的工作。许多现有的多输出模块都使用业界标准的砖形封装 (brick type packaging) 和面积规格，这确保了引脚兼容性和辅助货源。TI 的Excalibur™ 系列等创新型模块均采用具有表面安装、垂直通孔和平行通孔封装风格的镀锡薄板铜盒。

多输出电源模块的商业可用性为设计人员提供了极佳的灵活性。表2显示了一些制造多输出模块的业界领先供应商。这些模块存储于领先的分销商处，可为设计资格认证和最后时刻的更改提供极快的可用性。

表2、多输出模块制造商

制造商产品类型Artesyn 科技公司15W至60W双、三输出Astec20W至150W双输出爱立信30W至110W双、三输出APower-One2.5W至195W双、三、四输出SynQor40W至60W双输出德州仪器3W至75W双、三、四输出Tyco Power Systems25W至50W双、三输出

可靠性

具有高度可靠性的电源系统设计是系统设计人员始终都要面对的挑战。从内在来说，使用单个多输出模块的电源系统的可靠性要高于所有单输出模块。例如，一个三输出模块可提供1,108,303小时的额定MTBF（902.3 FIT）。与此相对照，提供相同输出电压和电流的三个单输出模块则达到了984,736 MTBF (1015.5 FIT) 的额定MTBF。多输出模块之所以具有更高的可靠性，是因为其架构中使用的总体组件数量更少。

结论

随着产业潮流要求设计人员使用体积更小、效率更高的电源供应，电源模块制造商推出了可简化系统设计及操作的多输出dc/dc电源模块，以响应上述潮流。最新的多输出模块能够通过为混合逻辑应用（诸如DSP、ASIC和微处理器等）提供稳压低电压输出而使设计人员受益。与前代产品相比，上述模块显著提高了给定面积上的功能。在某些情况下，该小型架构所占空间仅为单输出电源模块的55%。减少模块数量也可以降低成本，同时提高效率和可靠性。内置的操作和保护特性免除了开发外部电路系统的任务和费用，从而不仅节省了板级空间，而且还大大加快了产品的上面进程。

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DC变换器的设

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申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 摘 要：本文介绍了一种新颖的具有升降压功能的DC/DC变换器的设计与实现，具体地分析了该DC／

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1 CCD数码相机的架构及电源要求

CCD数码相机一般由以下几部分组成：

（1）镜头模块（含CCD传感器、镜头和马达）。CCD传感器一般需要+15V和-7V～-8V电源，最大电流约20mA；马达一般需要3.3V或5V电源。

（2）模拟前端电路（AFE），包括CDS、AGC及A/D转换器，它们所需电源一般为3.3V。

（3）ASIC芯片，包括时钟发生器、JPEG、DSP、LCD驱动器、CPU及外界音频、USB、存储器（SD卡、CF卡等）以有视频电路的接口等。其中输出端口需3.3V电压，CPU核需要1.8V或2.5V电源。

（4）其它电路，包括装载ROM、SDRAM、键盘扫描、电源管理及RTC等，一般也需要3.3V电源。

（5）TFT LCD面板，一般需要+15V和-10V～-32V的驱动电源，有时还需要另一路Vcom电源和白色LED背光电源。

（6）闪光灯电源，一般用反激电路将电池电压升至300V，再由DC-AC转换器和大容量电容得到4kV的交流电。表1列出了数码相机的电源规格。

表1 数码相机电源规格范例

电  压误差范围电    流标准值最大值用途DC/DC（1）15.5V±0.45V-20mACCD15.0±1.0V-10mALCDDC/DC（2）-8.0V±0.35V-30mACCD&LCDDC/DC（3）5.0V±0.5V10mA20mALCD5.3V±0.2V5mA10mALCD VCOMDC/DC（4）3.3V±5%150mA200mA系统DC/DC（5）1.8V±5%100mA150mACPU核DC/DC（6）4.8V±5%350mA500mA马达DC/DC（7）7.0V±0.5V20mA30mA背光Maxim公司针对不同的数码相机推出了多种电源芯片和电路，下面给出两个典型的应用方案。

2.1 基于MAX1800～MAX1802的电源方案

Maxim专为数码相机或摄像机设计的第一代电源电路是MAX1800。该芯片内置高效、升压型DC-DC转换器、三组辅助升压转换器以及一路用于驱动外部P沟道MOSFET以构成线性稳压器的增益电路。主DC-DC转换器可接受+0.7～5.5V输入电压，能提供2.7～5.5V的可调输出，其输出电流可达1.5A。它内置同步整流电路，且工作频率可调节（最高至1MHz），轻载时会进入脉冲调频模式，从而可为设计人员提供最佳的效率、尺寸及成本组合。它的三组辅助升压转换器及增益电路可用于CCD、LCD、背光和ASIC核电源。此外MAX1800还可提供振荡器及参考输出，可用于驱动从控制器MAX1801。MAX1801是一款低成本控制器，可设计成升压、升降压（SEPIC）或反激拓扑电路，并可提供一路额外的电源。此外，MAX1800还提供了一些辅助功能，其所有DC-DC转换器均带有过流保护，关断模式下耗电仅1μA。三组辅助升压转换器及增益电路都具有软启动电路，并可有效抑制浪涌电流，所有电路在主升压转换器只有激活后才能进入有效工作状态，每组转换器有独立的开关控制端。图1所示为MAX1800配合MAX1801构成的典型应用电路。

图1 MACX1800+MAX1801标准电源电路

    MAX1802与MAX1800的功能类似，但其主DC-DC转换器为降压型控制器，其输入/输出电压范围分别为2.5V～11V和2.7V～5.5V，占空比可达100%；另外，MAX1800的增益电路被改为DC-DC转换器后，最大占空比为94%，最大输入电流为500mA，输出电压可调至1.25V。

2.2 基于MAX1565的数码相机电源电路

MAX1565芯片具有5路输出，是一种高效率IC，适用于2至3节碱性电池、NiMH电池或单节锂电池应用。MAX1565内含内步整流的主升压DC-DC转换器、降压DC-DC转换器以及三组辅助PWM控制器，其中主升压型DC-DC的输入为0.7～5.5V，输出电压为固定的3.3V或2.7～5.5V可调。其内置同步整流可获得95%的效率，且在轻载时可进入脉冲跳频模式，以提高轻载效率。

降压型DC-DC转换器可提供95%以上的转换效率，输出电压可低压1.25V。有时甚至会更低。软启动电路可有效抑制电池浪涌电流，降压转换器在主升压转换器启动1024个振荡周期后才会激活。如果由升压转换器输出提供输入，则可构成效率达90%的升/降压型控制器，如果直接由电池输入，则应保证200mV以上的压差。

该器件的三组辅助PWM控制器为固定频率的电压模式，其输出功率由外部MOSFET决定，但需在主升压转换器输出稳定后才能正常工作。利用图2电路可为数码相机提供电池，并可为马达、LCD、CCD以及白色LED背光供电。此外，MAX1565还有过流保护功能，它的每组转换器皆有独立的开关控制，并可与MAX1801配合产生额外的一路电源。

2.3 MAX1584/MAX1585

该产品是Maxim公司专为溥型CCD数码相机设计的电源芯片，其应用与MAX1565相似，但三组辅助PWM控制器的结构有所不同:MAX1584的三组辅助PWM控制器中有二组为升压结构，中用来产生5V及LCD、CCD偏压，这部分同MAX1565相似。另一组为降压电路。MAX1585的三组辅助PWM控制器中有一组为升压结构，一组为降压结构，另一组为反相器，可用来产生CCD/LCD的负偏压而不需变压器，因此，适用于薄型CCD数码相机。具体电路可参考MAX1854/MAX1858数据资料。

图2 MAX1565典型电路

dc电源篇7

关键词： 双向DC/DC转换器； 升降压控制； PID控制算法； 补偿网络

中图分类号： TN710?34； TG202 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）19?0144?04

Abstract： The bidirectional DC/DC converter can realize the high voltage and low voltage bidirectional conversion， and is widely used in the design of various DC voltage?stabilized power supply. The nonlinear DC/DC converter is transformed into the linear mathematical model by means of the small signal analysis method for study. The transfer functions of full?bridge DC/DC converter in Boost/Buck modes are determined. And then the discrete PID control algorithm is used to analyze the stability of the control system and determine the PID parameters. The compensation network of the converter was designed. The simulation model and prototype experiment were verified， and the results show that the Boost?Buck control system of the bidirectional full?bridge DC/DC converter is effective.

Keywords： bidirectional DC/DC converter； Boost?Buck control； PID control algorithm； compensation network

0 引 言

双向DC/DC转换器是电能转换的关键部件，在电动汽车上应用广泛[1]。它可实现电能在高低压电源系统之间转换，也可实现电能在存储系统与驱动系统之间转换。在电动汽车工作时，对双向DC/DC转换器进行升降压控制，可实现对动力电池组的充放电主动管理[2] 。对电动汽车来说，双向DC/DC转换器是一个非常核心的控制模块，因此对双向DC/DC转换器的升降压控制系统进行优化就显得非常必要。

1 双向DC/DC转换器的数学建模

对于双向DC/DC转换器系统，若能够通过较好的反馈控制设计，在负载或输入电源改变时，精确地调节闭环反馈转换器中开关管的通断时间，就可保证系统输出不变，从而使系统具有良好的静态特性和动态特性。进行反馈控制环路的设计，必须先建立开关转换器的动态数学模型。而该动态数学模型为非线性模型，如果要用线性系统控制理论进行转换器系统的反馈设计，则需要在静态工作点附近将动态数学模型的非线性特性线性化。

小信号分析法是进行非线性系统线性化研究的一种常用办法，开关转换器系统在某一稳定工作点附近，在扰动信号非较小时，可将转换器近似看成线性系统，由此可以建立开关转换器的小信号线性动态模型[3]。

1.1 全桥DC/DC转换器降压模式的动态建模

1.1.1 基于开关周期平均法的非线流模型建立

在降压模式下，当导通逆变桥开关管时，输入电源的电能经变压器由原边电路传递至副边电路，通过全桥整流电路，将电能传递至滤波电感及负载；而当断开逆变桥功率开关管时，变压器不传递电能，此时在变压器另一侧的副边电路，滤波电感将储存的电能释放到负载。这种能量传递的形式与Buck转换器相似，主要不同之处在于输出电源的电能通过了隔离变压器的传导。开关管导通时，电源的绝大部分电能都经变压器由原边传递至副边，仅有很少部分的能量用来励磁或在变压器漏感中损失，如果将变压器的漏感及励磁电流忽略不计，则电压型全桥DC/DC转换器就可以等效为理想状态变压器的Buck电路，其变比为[1 ∶ n，]具体如图1所示。

经过以上分析可以看出，DC/DC转换器具有时变和非线性特性，可采用开关周期平均和低频小信号扰动法，建立开关转换器交流小信号线性模型[7]，进而确定转换器的传递函数。由此可对闭合控制系统补偿网络进行设计，使转换器在一定程度上达到稳态和动态性能要求。

2 闭环控制系统设计

依据小信号线性模型，采用连续系统的设计法，在升压和降压模式下，分别对转换器闭环补偿控制系统进行数字化设计。

2.1 降压模式电压闭环控制系统设计

通过分析，原DC/DC转换器系统的直流和低频增益非常有限，因此需要使用PI补偿网络提升系统的稳态性能。

通过PID控制校正，为系统中引入了新的极点及零点，由此改变了原始系统的频域特性，使其稳态性能及动态性能都达到较好的状态。为使校正后系统在高频段快速衰减，抑制高频段噪声，需在PID控制中加入一阶振荡，引入高频极点，提高系统高频段的抑制能力。

基于此，闭环补偿控制系统的具体设计如下：

（1） 确定校正后的开环系统穿越频率[fc，]设置在工作频率的[15～120]处，根据研究的具体双向全桥DC/DC转换器，取值为10 kHz；

（2） 确定补偿控制系统的零极点频率[wz1，]设置在原系统转折频率的[12～14]处，取值为3 500 rad/s；

（3） 确定闭环补偿控制系统增益[K，]此处[K]取1 574；

（4） 确定其他参数，[wz2]设置在原系统转折频率的1～[12]处，取值为8 000 rad/s；极点[wp1]设置在穿越频率的1.5倍以上，取值为1 256 000 rad/s。

由此，就可得到具体的传递函数表达式。确定具体的传递函数之后，还需要将其离散化。此处使用零极点变化法离散化后，在高频阶段与原连续传递函数相比，相频特性相差明显增大，相比之下，双线性变换法更为合适，使用双线性变换法对传递函数离散化后。其频率响应曲线如图3所示。

2.2 升压模式电压闭环控制系统设计

升压模式控制系统的数字化设计方法与降压模式相同，只是原始系统的开环传递函数、分压网络控制到输出的传递函数不一样。

升压模式下，原始系统开环传递函数一个非小相位一阶微分环节会引起系统在高频段幅频特性增益衰减减小，系统的抗高频干扰能力就会降低；同时系统相位滞后也会增加，系统的稳定性也会变差。

通过PID控制对闭环传递函数进行校正，最后通过对两种离散化得到的频率特性比较后，采用零极点匹配法将闭环补偿传递函数进行离散。其频率响应曲线如图4所示。

2.3 降压模式电流闭环控制系统设计

降压模式下，将输出电流当做闭环补偿时，式（6）就是电路由控制到输出的传递函数。在设计电路中，霍尔传感器将电流进行采样，把电流信号转换为电压信号输入到采样单元。

原始电路的开环传递函数的频率特性完全满足了系统的性能要求，不需要额外的闭环补偿，电流反馈电路系统具有良好的稳定性和动态性能。所以闭环补偿函数为1。

2.4 升压模式电流闭环控制系统设计

升压模式下，将输出电流当做闭环补偿时，式（11）就是电路由控制到输出的传递函数。原始电路的开环传递函数与式（14）相同。原始电路的开环传递函数的频率特性已经满足系统的性能要求，不需要额外的闭环补偿，闭环补偿函数为1。

3 双向全桥DC/DC转换器仿真

3.1 降压模式全桥DC/DC转换器仿真

在降压模式下，DC/DC转换器采用的是移相全桥ZVS控制策略，在Matlab/Simulink里可进行仿真，但需要用户自己建立一个专门用来进行移相控制的PWM模块[8]。建完PWM模块后，因为要引入PID算法进行控制校正，所以还需要对模块进一步进行完善。理论上计算周期即为开关周期，然而整个系统的仿真步长要高于开关频率，这属于多任务仿真，需要转换两个任务的采样时间。这样既能控制PID算法的计算周期，又能解决系统仿真速率不同带来的问题，可有效地提高系统的仿真精度。通过调整完善后，最终可以得到一个完整的系统仿真模型。

在仿真模型中，输入相关电压、负载、电容等参数，可以得到仿真结果。设定系统输入电压为350 V，通过仿真，得到输出阶跃的稳定时间大约为0.015 s，证明PID参数设置是合理的。同时，通过仿真可以看出，当系统输出稳定时，与系统主电路相对应的控制信号产生了一定的相位角，这证明仿真模型的移相控制信号产生方案是合理的。

通过仿真可以看出转换器仿真模型可使转换器稳定工作，也验证了仿真模型及控制策略的有效性。

3.2 升压模式全桥DC/DC转换器仿真

在升压模式下，双向DC/DC转换器采用Boost PWM型控制策略，其仿真模型的建立过程与降压模式相似。PWM发生单元的主电路结构与降压模式相比，只是能量的输入输出端出现了变化。

建立最终仿真模型后，通过仿真，可以得出：在升压模式下，系统的阶跃响应速度比降压模式慢得多，但系统具有良好的稳定性，验证了闭环控制的正确性。

4 升降压实验

为了进一步验证转换器在升、降压模式下的有效性，特制作了一台实验样机。对双向DC/DC转换器的降压模式、升压模式进行了实验验证。

4.1 降压模式样机实验

针对双向全桥转换器在降压模式下的一些问题和状况，主要对原副边占空比丢失、滞后臂ZVS实现情况以及转换器的工作效率，进行了实验。实验的几个工作状态的效率曲线如图5所示。

通过具体实验可以看出，变压器原副边占空比损失现象不严重，对转换器效率的影响也不大。当源漏极电压降为零之后，驱动电压才开始由零上升。这说明超前臂完成了零电压导通。在中大功率条件下 （输出电流40 A以上），转换器的工作效率能够达到90%以上，最大效率达到了92.5%，满足了设计的需求。实验结果表明双向DC/DC转换器在降压模式下的设计是有效的。

4.2 升压模式样机实验

根据升压模式控制策略和升压模式电压闭环网络设计，进行了升压模式样机试验。

根据实验结果和数据分析可以得出，两驱动信号都是高电平时，电感处于储能状态；一个驱动信号为高电平另一个驱动信号为低电平时，低压电源和电感的能量通过变压器传递到高压端，实现升压。当输出电压值为200 V 时，两驱动信号都为高电平的时间大概为4 μs，与计算的占空比基本吻合，由此证明了升压控制的有效性。

5 结 论

依据转换器的工作原理，建立了双向DC/DC转换器降压模式及升压模式的数学模型。并在数学模型的基础上，依据控制理论，设计了各种工作模式的闭环网络数学模型，并进行了稳定性分析和PID参数整定，然后通过Simulink模型对闭环控制设计的合理性及可靠性进行了验证。最后通过样机对降压和升压模式进行了实验验证，实验结果证明了双向全桥DC/DC转换器控制系统设计的正确性。

参考文献

[1] 刘彬，沈爱弟，高迪驹.混合动力船舶双向DC?DC变换器的研究与设计[J].现代电子技术，2014，37（24）：133?137.

[2] 甘鸿坚，严仰光.高频PWM直?直变换器的同步整流技术[J].电力电子技术，1998（4）：105?108.

[3] PRESSMAN A I， BILLINGS K， MOREY T.开关电源设计[M].北京：电子工业出版社，2012.

[4] QIAO C M， SMEDLEY K M. An isolated full bridge boost converter with active soft switching [C]// Proceedings of 2001 Power Electronics Specialists Conference. Vancouver： IEEE， 2001： 896?903.

[5] 赵川红，徐德鸿，范海峰，等.PWM加相移控制的双向DC/DC转换器[J].电力电子技术，2014，23（10）：72?77.

[6] 程红.开关转换器建模、控制及其控制器的数字化实现[M].北京：清华大学出版社，2013.

dc电源篇8

关键词：MSP430；开关电源；并联DC/DC；电流调节

中图分类号：TP368 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 17-0000-01

Switching Power Supply Modules Parallel Power Supply System on MSP430 MCU

Xue Xiao1,2

(1.Nanyang Polytechnic,Nanyang473000,China;2.China University of Geosciences,Wuhan430074,China)

Abstract:In this paper,low-power MSP430 microcontrollers produced by two parallel power supply system,the use of integrated chip LM2596 converter output voltage 8V,power of 16W,the conversion efficiency of 65%,and maximum current up to 4.5A;two DC/DC module the current ratio can be automatically adjusted within 2%error.After testing, the basic part and the part played some of the indicators are in line with requirements.

Keywords:MSP430;Switching Power;Parallel supply DC/DC;Current regulator

根据2011年全国电子设计竞赛A题题目要求：设计并制作一个由两个额定输出功率均为16W的8VDC/DC模块构成的并联供电系统。根据这一目标，设计了基于MSP430单片机的开关电源模块并联供电系统

一、理论分析与计算

（一）DC/DC变换器稳压的方法。用开关电压调节器进行电压控制，采用LM2596电源管理单片集成电路，不仅可以输出3A的电流，还拥有很好线性、功耗小、效率高、负载调节特点。电路简单可靠，采用两相同模块并联，可以输出6A电流。输入电压为24V时，要求的输出8V电压刚好在可输出电压范围内，从而达到了要求。

电压输出：

因此，系统电压稳定在8V。

（二）电流电压检测。在输出端串联一个1Ω的电阻，通过运放衰减电路，采用MSP430单片机片内12位AD采集1Ω的电压值，得到DC/DC模块的电流。

ADC采样电压：

因此，单个DC/DC模块的电流： （单位：A）

（三）均流方法。本设计主要根据PID算法，在键盘上输入命令后，单片机动态调节电流比例，从而最终达到理想稳定的状态。离散化公式：

当 时：

； ；

当 时：

； ； ；

对于LM2596来说，电流输出比与FB端口的电压比有关，单片机MSP430采集各个DC/DC模块电流后通过片内DAC模块控制FB端口，从而控制了电流的输出比值

二、电路设计

（一）系统组成。系统包括MSP430单片机最小系统，两个额定输出功率为16W的8VDC/DC模块，一个输入命令的键盘，显示检测电压值的液晶。键盘输入命令后单片机根据命令利用片内ADC和DAC控制DC/DC模块的电流比例，并且将采集的数据显示在液晶上。

（二）DC/DC模块设计。输入的直流电源经过电感滤波后输入到LM2596第一管脚，通过R3和R10调节目标电压，通过以上计算公式公式得：R3为5.5KΩ

（三）测控电路。测控电路主要使用MSP430片内单片机ADC与DAC及键盘，在采集和控制电路上分别使用运放LM385电压跟随电路，并且在采集电路上进行1/2分压，使信号刚好在ADC有效范围内。

三、测试结果及分析

（一）基本要求测试

1.额定输出功率下，负载电压及效率

2.负载电流1A时，系统测试数据

3.负载电流1.5A时，系统测试数据

（二）发挥部分测试

1.负载电流0.5A-3.5A时，系统测试数据

dc电源篇9

[关键词]三电平 DC/DC模块 充电装置

中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0108-01

引言

储能式现代有轨电车作为低碳、绿色、智能的轨道交通工具，已越来越受到世界的关注和推广，其配套的地面充电装置也已经在广州海珠、淮安、武汉等项目上进行了成功的运用。但是随着储能式现代有轨电车逐步发展，用户对于配套的地面充电装置提出了更高的要求，主要包括充电装置的噪音以及可靠性等方面。因此如何减小充电装置噪音以及提高充电可靠性显得尤为重要。

1 充电装置系统

充电装置采用直流1500V输入，每套充电装置主要由2组充电回路组成，2组充电回路互相独立，当其中任意一组充电回路出现故障均不影响另一组充电回路工作。每组充电回路由4个DC/DC模块并联输出，每个DC/DC模块最大可输出225A电流，每个充电柜的最大输出电流为1800A。

2 DC/DC模块功能

DC/DC模块是充电装置的核心部件，将母线DC1500V输入电压，经过BUCK降压控制，输出电流为车载储能电源充电。输出恒流范围0A-225A，输出电压范围为0V-950V。在输出电压小于设定电压值时，按恒流225A充电。在输出电压接近设定电压值时，进入恒压模式。

DC/DC模块由控制板、功率驱动板、功率部件（IGBT、续流二极管等主电路元件）、输出的电压、电流和温度传感器组成。功率部件为执行单元，输出功率；

IGBT驱动板安装在IGBT上，接收DC/DC模块控制板通过光纤发来的PWM信号，驱动IGBT；

输出级的电压、电流传感器实时监控模块的工作情况，反馈到模块控制板，由模块控制板采集和处理。

3 DC/DC模块主要技术参数

输入直流电压：DC1500V（1000V～1800V）；输出电压范围：0V-950V；输出电流：0A-225A；BUCK电路开关频率：5kHZ；输出电流整定误差

4 DC/DC模块原理

DC/DC模块采用两个IGBT（Q1和Q2）及两个二极管（D1和D2），输出端设置一个滤波电感。两个二极管（D1和D2）用与Q1和Q2一样的IGBT代替，主要有3点好处：1、通过Q1和D2给电容C3和C4提供电充电通路；2、静态时四个功率管的参数接近（主要是漏电流），可以保证静态分压相一致；3、采用相同结构的功率管，可以实现能量双向变换。Q1和Q2交错工作，其驱动信号相差180°相位角。原理图如图1所示。

DC/DC模块工作分为两种模式，过程如下：

模式1：

（1）阶段1：Q1导通，Q2关断

电流通过Q1、C3、C4和D1流向电感，输入电源向负载供电，同时也向电容C3、C4充电。此时Ua=Ud/2。

（2）阶段2：Q2导通，Q1关断。

电流通过C3、C4、Q2和D2流向电感，电容C3、C4向负载供电。此时Uo1=Ud/2。此后，又回复到阶段1。Uo1及各功率管的电流波形如图2所示，图中Ts是Q1和Q2的开关周期。

从图3可知，输出电压Uo1的波形是间断的，输出平均电压小于Ud/2。

此阶段定义为工作模式1。随着输出电压增大，Uo1的脉冲宽度增加，到波形没有间断时，输出平均电压为Ud/2。当输出电压继续增大时，Q1和Q2的开通出现重叠，输出的电压和各功率管的电流波形如图3所示，图中Ts是Q1和Q2的开关周期。此时输出电压平均值大于Ud/2，为工作模式2。

从图2和图3我们得到如下结论：

（1）电容C2的充放电时间相等，因此宏观上看其输出电压不变；

（2）所有功率管承受的电最大电压为Ud/2（ 不计C2上的电压脉动）；

（3）输出电压Uo1的输出周期是开关周期的一半，即频率是开关频率的2倍；

（4）输出电压有三种电平：模式1是0和Ud/2，模式2是Ud/2和Ud；

（5）两种模式下，电压波动都是Ud/2，两电平电压变化是0和Ud。

正是由于上述特点，所以采用三电平时，与两电平相比，有如下优势：

1）功率管可选用低级电压的器件---价格便宜，损耗小；

2）器件同一频率下，电感上的电压频率频率提高一倍，电压脉动减小一倍，电感量减小4倍――体积重量减小，噪声产减小。

5 研究性试验

为了验证充电装置的性能，对该充电装置做了输出电能质量测试。试验结果表明，充电装置的输出特性满足恒流限压的充电要求，纹波电流有效值系数和纹波电流峰值系数均在要求的范围内。

6 结束语

基于buck三电平的DC/DC充电装置的成功研制验证了三电平技术的可行性，减小了IGBT两端的电压，提高了IGBT开关频率，且具有良好的动态性能，为后期地面充电站的工程化提供了依据。

参考文献

dc电源篇10

关键词：DC-DC；白光 LED；驱动电路；PWM

中图分类号：TN432 文献标识码：A

Research and Design of White LED Driver Based on DC/DC

ZHAN Jun，MA Xiao-jun

(College of Automation，Nanjing University of Technology，Nanjing 210009,China)

Abstract: LED has developed rapidly in recent years because of its characteristic, such asenvironmental, durable and low power consumption etc. The research and the design of LED drives also become popular. This paper designs the boost DC/DC circuits with PWM dimming and current-mode control to drive the load LEDs. Then it simulated with the Spectre software and the results show that this system can work properly and can also meet the design requirements.

Key words: DC-DC；white LED；drive circuit；PWM

随着半导体照明技术的发展，LED作为新型的照明器件，具有安全、环保、高效、节能和使用寿命长等特性，得到了广泛的应用。而白光LED将代替白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯等传统光源，成为21世纪的新一代光源，其应用前景十分巨大，因此对白光LED驱动电路的研究有重要的理论意义和应用价值。

1白光LED驱动方式

目前，LED照明的应用主要集中在两个方向上，一个是需要高亮度照明的应用场合，包括大平面液晶的背光照明、汽车用照明、家用及户外照明等，对于这种大功率的照明应用场合，LED在功耗和寿命上面的优势很明显。另一个是低亮度应用场合，包括手机、PDA等小型便携式电子产品的背光照明，电子仪表的照明等。随着这些便携式电子产品的液晶显示屏从黑白背景换成了彩色背景，要显示色彩丰富逼真的图像，就必须放弃有色LED作为液晶背光照明的方案，而采用白光LED照明方案[1]。

由于对亮度均匀性的要求及其自身的特点，白光LED需要有适合的驱动电路才能达到满意的发光效果。目前，白光LED驱动电路按照负载连接方式分为：并联型、串连型和串并混联型；从提供驱动源的类型分为：电压驱动型和电流驱动型。通常白光LED的驱动分类是结合上面两种分类，分为以下四种常用的电源驱动：①电压源加镇流电阻；②电流源加镇流电阻；③多路电流源；④磁升压方式驱动串联LED。

2开关电源 DC-DC 转换器

原始电源有各种形式，但无论哪种电源，一般都不能直接给LED供电。因此，要用LED作照明光源就要解决电源变换的问题。开关稳压电压简称开关电源（switching power supply），因电源中起调整稳压控制功能的器件始终以开关方式工作而得名。开关电源的核心为电力电子开关电路，根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求，利用反馈控制电路，采用占空比控制方法，对开关电路进行控制。

开关电源DC-DC转换器由控制级电路和功率级电路组成，功率级主要由电感、电容、开关管和整流管组成。在开关管闭合的时候，将能量储存在电感中，在开关管关断的时候，电感中的能量会通过整流管进入到电容，这样就实现了能量的传输和转换。

2.1开关电源 DC-DC 转换器的分类

DC-DC转换器的功率级有几种拓扑结构，由于开关以及滤波元件的组合位置不同，最后产生的直流电压和输入电压的大小关系也不同。如果比输入电压大,称之为升压型转换器；如果比输入电压小,称为降压型转换器；既可以比输入电压大，也可以比输入电压小，则称之为升降压型转换器，它们都是从相同的基本单元经过一些变换得到的。而控制级电路主要是利用输出量的反馈，产生一定的方波信号来控制开关管，从而得到稳定的输出电压[2]。

（1）Boost 变换器――升压变换器，其输出平均电压 Vo 大于输入电压 Vin，极性相同；

（2）Buck 变换器――降压变换器，其输出平均电压 Vo 小于输入电压 Vin，极性相同；

（3）Buck－Boost 变换器――降压或升压变换器，其输出平均电压 Vo 大于或小于输入电压 Vin，极性相反，电感传输。

2.2 PWM 控制基本原理

大部分DC/DC变换器都是通过控制功率MOSFET导通时间和脉冲周期之比（即占空比）来改变输出电压的，这种控制方式通常称为脉冲宽度调制（PWM）[3]。在PWM控制器中，对输出电压Vo进行检测，并采样Vf=KVo的电压反馈，加至运放的同相输入端，一个固定的参考电压VR加至运放的反相输入端。放大后输出直流误差电压Ve加至PWM比较器的反相输入端；将固定频率振荡器产生的方波，经锯齿波发生器产生锯齿波信号Vosc，加至PWM比较器的同相输入端。Ve和Vosc经PWM比较器比较后输出一个方波信号，此方波信号的占空比随着误差电压Ve变化，这样就实现了脉宽调制。图1是PWM控制波形的示意图。

PWM DC-DC 转换器具有很高的效率，其原因是开关晶体管的耗散功率小，在开关管导通的时候，由于开关晶体管的饱和压降非常低，即使流过的电流较大，总的消耗功率较小；在开关管截止时，流过晶体管的电流很小，消耗的功率仍然很小，开关电源总的消耗功率能保持在较低的水平，其大小基本与负载电路无关，具有较高的效率。

2.3升压式 DC-DC 开关变换器的工作模式

升压式DC-DC开关变换器的工作模式是依据流经电感的电流是否降为零来区分，一般可区分为两种工作模式[4]：

（1）连续导通模式(continuous-conduction mode; CCM)；

（2）不连续导通模式(discontinuous conduction mode; DCM)。

当流过电感的电流不会降为零时，定义转换器工作在连续导通模式，而当其电感电流将会降为零时，定义转换器工作在不连续导通模式，亦即流经电感器之电流为不连续。

3PWM升压式DC-DC转换器内部电路的设计

本文设计的芯片是升压式 DC-DC 转换芯片，采用 PWM 控制方式和电流控制模式，对外接串联的 LED 进行驱动，有两个反馈回路，一个是通过采样电压监视输出电压的环路，另一个是功率开关管的电流检测回路环路。总的电路原理框图如图 2 所示。图中，由外部分压电阻反馈回来的电压从反馈信号输入脚 FB 输入，电流反馈从功率开关管发射极电阻上取样。

升压式DC-DC变换器的基本电路是由1.2MHz振荡器、斜坡发生器、RS触发器、带隙基准电路、误差放大器A1、PWM比较器A2、电流采样回路和开关管驱动器组成的。

1.25V基准电压源经两个电阻分压后产生95mV的基准电压，输入误差放大器A1的同相端，其反相端接与检测流过LED电流成比例的反馈电压，误差放大器A1的输出端接PWM比较器A2的反相端。振荡器产生1.2MHz的方波，输入斜坡信号发生器上，产生相应的斜坡信号。一个正比于开关电流的电压加到稳定的斜坡电压上，其总和送到PWM比较器A2的同相端。比较结果输入RS触发器以控制开关管的导通。

误差放大器是将反馈回来的电压同95mV的基准电压进行比较，将其差值放大，并输入到PWM比较器的反向端，这个差值将与来自同向端的信号进行比较，并将输出信号输入到触发器的R端，触发器的S端接振荡器产生的1.2MHz的方波信号，在每一个振荡器周期中，RS触发器以一定的占空比来控制开关管的导通及截止。当这个电压超过A2反相端的电压时，RS触发器复位，关闭开关管。

误差放大器设定了正确的开关管峰值电流的大小来保持输出电流的稳定。如果误差放大器A1输出电压有增加（说明流经LED的电流小了），则需要增加PWM的占空比，使有更多的电流提供输出以保证电流的稳定。

设计指标：

输入电压范围：2.5～10V

工作环境温度：-40°C～85°C

最大输出电流：20mA

芯片转换效率：85%

开关频率：1.2MHz

4电路总体仿真

根据总体设计，电路是用来驱动串联白光LED均衡发光，图3为应用电路，输入偏置电容为1uF，输出电容为0.22μF，储能电感大小为22μH，升压二极管采用低压降的高速肖特基二极管，R1串联在LED支路中，用来检测LED电流大小，将采样值输入反馈端 FB。

用Spectre对整个电路进行模拟，输入电压为3V，可以得到输出信号波形。同时可以测得流过负载的电流波形，以及当使能控制为低时的静态电流，分别如图4、5、6。由图 4，电路为开关型输出，输出电压纹波小于100mV。图 4 在检测电阻为 4.75Ω时，负载电流为20mA。

跟据上面的模拟结果可以看出，作为 LED 驱动电路，系统能够达到设计要求，能够提供稳定的工作环境。

参考文献

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[2]张占松.开关电源的原理与设计(修订版) [M]. 北京电子工业出版社.2002, 北京.

[3]刘岩,常估,田立欣. 电流控制型开关电源[J]. 现代电子技术.2001(10):60-63.