双向DCDC变换器设计.docx

双向DC/DC变换器设计学生姓名：学科专业： 电气指导教师：二十一世纪以来，电力电子技术得到了飞速的发展，开关电源逐渐由满 足电力转换需求向提高电能转换效率，减小体积，提高工作频率的目标发展。 双向DC/DC变换器是典型的“一机两用”设备，可以满足绝大部分充放电场合 的需求，因此设计了基于双向Buck/boost 拓扑的变换器，当该电路正向使用 时，即使用Buck电路对电池进行充电，反向使用时，即使用Boost电路电池 进行放电。通过比较分析开关电源常用拓扑，对其工作原理进行了详细的分 析，对该系统的硬件电路进行了设计，并对电路中的主要元件的器件选型进 行了分析和总体设计，最后，根据设计的电路进行实物制作，并根据实际电 路的情况对元器件参数进行调整，所设计电路基本满足要求。关键词：开关电源 双向DC/DC 双向Buck/Boost STC12C5A60S2AbstractSince the 21st century, power electronics technology has developed rapidl y.Switching power supplies have gradual ly developed from meeting the needs of power conversion to improving the efficiency of power conversion, reducing the size, and increasing the working frequency. With the popularization of portable devices,the requirements for portable charge and discharge batteries are alsoincreasing. Therefore, a converter based on a bidirectional Buck / boost topologyis designed. When the circuit is used in the forward direction, thebatter y is charged using the Buck circuit. When used in reverse, the Boost circuit battery is used for discharge. By comparing and anal yzing the common topologies of switching power supplies, a detailed anal ysis of its working principle, the design of the hardware circuit of the sy stem, and the anal ysis andoverall design of the device selection of the main components of the circuit, and finall y, according to the design The circuit is made in kind, and the component parameters are adjusted according to the actual circuit. The design ed circuit basicall y meets the requirements.Key words Switching power suppl y bidirectional DC/DCBidirectional Buck / Boost STC12C5A60S2摘要IAbstract II第1章绪论11.1选题背景及意义11.2国内外发展现状1第2章拓扑的比较和分析32.1主要设计内容及预期目标32.2双向DC/DC变换器基本原理32. 3 双向DC/DC变换器分类42.4拓扑的比较与选择52.4.1 双向Buck-Boost 变换器原理 52.4.2 双向全桥变换器原理62.5双 向Buck-Boost 变换器系统结构 7第3章 电路设计及器件选型83.1主电路设计及器件选型83.1.1 双向 Buck-Boost 变换器电路设计 83.1.2开关管的选择 103.1.3 电流检测电路 103.1.4电感的计算与材料选择 123.2控制电路设计及器件选型 143.2.1 控制芯片选型 143.2.2 控制芯片简介 153.3驱动电路设计及器件选型 183.4辅助电源设计 19第4章软件设计 20综合考虑，软件的设计语言选择C语言。 204.1软件调试平台 204.2系统软件设计 21第五章仿真及结果分析 235.1仿真软件介绍 235.2仿真结果及结果分析 25参考文献 29致谢 31附录I原理图 32附录II部分主要代码 32CONTENTSAbstract(Chinese)Abstract(English)错误!未定义书签。错误!未定义书签。Cha pter 1 Introduction 11.1 Ba ckg rou nd and sign if ic an ce of to pic sele ction 11.2 De velopment status at home and abroa d 1Cha pter 2 C ompariso n and An alys is of Topolog y 32.1 M ain de sign co nte nt a nd ex pe cted goals32.2 Ba sic p rinc ip le of b id irec tio na l DC / D C c onver ter 32.3 Classification of bid ire ctional DC/ D C c onver ters 42.4 Top olog y c omp ariso n a nd sele ction 52.4.1 Princ iple of a bidirec tion al B uck-Boost converter 52.4.2 P rinc ip le of b id ire ctio na l f ull -br idg e converter 6Cha pter 3 C irc uit De sign and Device Selec tion 83.1 Main circu it design and de vice selec tion 83.1.1 Main circu it design 83.1.2 S ele ctio n of sw it ch tube 103.1.3 Cu rren t detection circ uit 103.1.4 In du ctan ce calculation and ma te ria l selection 123.2 Co ntrol circu it design and device selection 143.2.1 Selection of control c hip 143.2.2 In trod uction to the control chip 143.3 Dr ive circ uit design and de vice selec tion 173.4 Au xilia ry power s up ply d esign 18Cha pter 4 Software Design 204.1 S of tw are d eb ugg ing p la tf or m 204.2 System software design 21Cha pter V Simu lation and Re sults An aly sis 235.1 In trod uc tio n to S imu la tion Sof tw are 235.2 Simu lation results and result analysis 25Ref erences 2931Ac kn ow le dg eme ntsApp endix ISchematic Diag ram 33App endix IISome Main Procedures 37第1章绪论1.1选题背景及意义随着人均收入的不断提高和工业的不不断发展，人们日常生活中的用电 设备也逐渐增多，工业用电也对电源提出了更高的要求，因此，电力电子技 术也受到了广泛的关注。在科技高速发展的今日，环境保护依旧是不可忽视 的话题。时代在发展，能源在消耗，节约能源作为重点关注的内容早已被提 上日程。电子设备的发达使节能的目光聚集在提供电能的设备上，电源是电 子设备的供电环节不可或缺的核心，并且在现阶段的使用中，用电设备对电 源的要求不断提高，与此同时应该设计出既满足用电设备需求，又能达到节 能效果的电源。开关电源逐渐成为了生活和工业生产中稳压电源的中坚力量，开关电源 无论是从结构上还是性能上，都与传统的线性电源具有极大的差别，其工作 原理是采用场效应管作为开关，通过PWM信号对场效应管的开关进行控制， 减小了电源电路的能量消耗，可保持相对的稳定性和可靠性，此特性满足用 电设备所需的稳定输出电压。通常DC/DC变换器都是单向工作的，主要是因为功率关管都是单向工作 的，主电路中有二极管进行整流，由于二极管单向导电的特性，导致电路中 的能量只能单向流动，随着社会的不断进步和科技的飞速发展，双向直流不 间断电源系统、航空电源系统等场合对DC/DC变换器的需求逐渐增肌，为减 轻系统的体积和重量，节约成本，电池充放电系统得到了越来越广泛的应用。1.2国内外发展现状20世纪80年代初，为减轻人造卫星太阳能电源系统的体积和重量，美 国学者提出用Buck/Boost 型双向DC/DC变换器代替蓄电池充电器和放电器。 此后人们对人造卫星用蓄电池调节器进行了深入研究，并使之进入了实用阶 段。按照双向DC/DC 变换器的构成方法，双向DC/DC 变换器可以由单向 DC/DC 变换器演变而来，按输入和输出之间是否有电气隔离，或功率开关器 件的个数进行分类。双向直流变换器按开关转换条件，也可分为硬开关和软开关两类。桥式直流变换器有两类：一类是由双电压源型桥式直流变换器构成，主 变压器两侧电路结构对称；一类是由电压源型桥式直流变换器和电流源型桥 式直流变换器构成。这两种桥式变换器均可具有软开关特性。控制方式有两 种：变压器两侧开关管相移控制，变压器有等效电感，通过控制两侧变换 单元之间的相位关系来调节两个电源之间的能量传输大小和方向；只对变 压器一侧开关管进行控制，来调节向另一侧传递能量的大小，另一侧开关管 用其反并联二极管整流，工作原理类似单向直流变换器。双向DC/DC 变换 器是电力电子变换器的组成部分，其发展方向基本相同。但双向DC/DC变 换器是电力电子变换器的一个新分支，是伴随航空航天、电动汽车等新的无 污染能源科技的发展而发展起来的，其前景十分广阔。第2章拓扑的比较和分析2.1主要设计内容及预期目标通过查阅大量的资料以及结合实际情况设计了双向Buck/Boost 变换器， 输入电压直流3036V 条件下，实现对电池（电池组由5节18650型、容量 为20003000mAh 的锂离子电池串联组成）恒流充电。充电电流再12A范 围可调，将装置设定为放电模式，保持输出30±0.5V，带30欧姆阻性负载。2.2双向DC/DC变换器基本原理单向DC/DC 变换器，能量只能从一端输入，从另一端输出，如图2-1所 示，这类变换器的主功率传输通路上一般都有二极管这个环节，因此变换器 传递能量时只能是单向的，即图2-1中，能量只能从V 1经变换器传输到 V2，而不能反向流动.。然而对于有些需要能量可双向流动的场合（V1和 V2）可以是直流电压源或直流有源负载，它们的电压极性保持不变。能量 有时可从V2传输到V1，有时可从V1传输到V2，如果仍使用单向DC/DC 变换器，则需要将两个单向DC/DC 变换器反并联.但是这样电路就会变得 复杂化，实际上可以将这两个单向变换器的功能由一个变换器来完成，即是 双向DC/DC 变换器。双向DC/DC 变换器是指在保持变换器两端的直流电 压极性不变的情况下，能够根据需要调节能量传递方向的直流变换器。双向 DC/DC 变换器置于电源V1和V2之间，控制其间的能量传递。I 1和I 2分 别是V 1和V2的平均输入电流。根据实际需要，可以通过双向DC/DC 变 换器的控制器控制功率流向：使能量从V1传输到V2,称为正向工作模式， 此时I 1为负，I 2为正；使能量从V 2传输到V1，称为反向工作模式，此 时I 1为正，I 2为负。Il+ -V1I1 0I2单向DC/DC变换器rd+I2 0V2图2-1单向DC/DC变换器Ii 0 I2 0V2图2-2双向DC/DC变换器2. 3双向DC/DC变换器分类按照双向DC/DC 变换器的构成方法，双向DC/DC 变换器可以由单向 DC/DC 变换器演变而来，按输入和输出之间是否有电气隔离，或功率开关器 件的个数进行分类。非隔离型双向DC/DC 变换器有：双向Buck-Boost 、双向Cuk等，这类 变换器只能实现电流的双向流动，并不能改变电压的极性，故称为电流双向 变换器，即在电压和电流为坐标的平面内，仅电流可正可负，变换器工作在 第I和第II象限。电压双向变换器则只能实现电压极性的变换，电流方向 不变，变换器工作在第I和第W象限。桥式直流变换器既能实现电流的正与 负，也能改变输出电压的极性，为四象限直流变换器。因而这种四象限直流 变换器对直流电机电枢供电时，可以使直流电机在四个象限区域工作。隔离型双向DC/DC 变换器有：反激式双向DC/DC 变换器，正激式双 向DC/DC 变换器，双向半桥DC/DC 变换器，双向推挽DC/DC 变换器，双 向全桥DC/DC 变换器等。不仅同一种类型的隔离直流变换器可构成隔离型 双向DC/DC变换器，而且不同形式的隔离直流变换器也可组合成隔离型双向DC/DC 变换器。2.4拓扑的比较与选择2.4.1 双向Buck-Boost 变换器原理双向Buck-Boost 变换器是非隔离型DC/DC变换器，使用独立的Buck和 Boost电路并联组成，充电时使用Buck变换器，放电时使用Boost变换器, 如图2-3所示。Q1D1Boost方向Buck方 向图2-3双向Buck-Boost D C/DC 变换器拓扑从电路拓扑上讲，由于二极管的存在，能量只能单方向传输。双向 Buck-Boost DC/DC变换器它有两种简单的工作方式：Q2保持关断，Q1采 用PWM 方式工作，变换器实际为一个Buck电路，能量从V 1传输到V2 ； Q1保持关断，Q 2采用PWM方式工作，变换器实际为一个Boost电路， 能量从V2传输到V 1。与传统的采用双-单向DC/DC 变换器来达到能量双向传输的方案相比， 双向DC/DC变换器应用一个变换器来控制能量的双向传输，使用的总体开 关器件数目少，且可以更快的进行功率传输方向的切换。而且，一般双向 DC/DC 变换器更方便在现有的电路上使用同步整流工作方式，有利于降低通 态损耗。总之，双向DC/DC 变换器具有高效率、体积小、动态性能好和成 本低等优势。2.4.2双向全桥变换器原理在非隔离型双向Buck-Boost DC/DC 变换器的电路拓扑结构中插入高 频变压器，即可构成隔离型Buck-Boost DC/DC 变换器拓扑。其中高频整流 /逆变单元和高频逆变/整流单元可以由全桥、半桥、推挽等电路拓扑构成。 图2-4的整流/逆变单元和逆变/整流单元均是全桥结构，该变换器有两种工 作模式：当供电电源V1正常时，开关K1闭合，V1提供母线负载R 1能量， 同时通过变换器给蓄电池V2充电，称为充电模式；当供电电源V1故障时， 开关K1断开，蓄电池V2作为应急供电电源通过变换器升压后提供高压侧 母线负载R1能量，称为放电模式。充电模式时，开关管Q1Q4有驱动信号，并采用移相PWM控制方 式，而开关管Q5Q8则不加驱动信号，只利用其反并联二极管D 5D8 实现输出全桥整流。放电模式时，开关管Q5Q8有驱动信号，当四个开 关管同时导通时电感L f储能，当对开关管Q 5、Q 8 （或Q6、Q7 ）同时 导通时，向高压侧负载传递能量，实现变换器的升压功能，而开关管Q1Q4 则没有驱动信号，只利用其反并联二极管D1D4实现输出全桥整流。移 相PWM控制方式利用开关管的结电容和高频变压器的漏电感作为谐振元件。 漏感储存的能量对功率开关管的两端并联的输出电容充放电来使开关管两端 的电压下降到零，使电路的四个开关管依次在零电压下导通，在缓冲电容的 作用下零电压关断，从而有效地降低了电路的开关损耗和开关噪声，减少了 器件开关过程中产生的电磁干扰，为变换器装置提高开关频率、提高效率、 降低尺寸及重量提供了良好的条件。同时还保持了一般全桥电路中的结构简 单、控制方式简洁、开关频率恒定、元器件的电压电流应力小的优点。图2-4隔离型双向全桥DC/DC变换器结合此次设计的技术指标，输入及输出电压较低，没有电气隔离的必要， 输入和输出电压差较小，因此选用双向Buck-Boost变换器作为本次设计的主 电路拓扑。2.5双向Buck-Boost变换器系统结构双向Buck-Boost 变换器由直流输入电路，双向Buck-Boost 变换电路， 控制电路，反馈电路组成，系统结构框图如图3-1所示。图3-1系统结构框图第3章电路设计及器件选型3.1主电路设计及器件选型3.1.1双向Buck-Boost 变换器电路设计双向Buck-Boost变换器电路如图3-2所示，由滤波电容，开关管，电感， 霍尔元件组成，有两种简单的工作方式，充电时：Q2保持关断，Q1采用PWM 控制开通和关断的方式工作。放电时，Q1保持关断，Q2采用PWM控制开 通和关断的方式工作。J1-GND图3-2主电路图充电时，整个电路相当于一个Buck变换器，该电路使用Q1作为开关，Q2 保持关断，Q2内的寄生二极管相当于Buck电路的续流二极管。Buck变换器正 常工作时，开关管Q1被控制电路所发出的PWM波控制，重复导通和关断，输 入电压波形等效为方波，通过LC滤波器的滤波，最终获得近似于直流的输出 电压Vou。在连续导通模式下的Buck电路若已经处于稳定工作状态，则可以 判定输入电压、输出电压、输出负载电流以及占空比固定且不会发生变化。 Buck连续导通模式下分为两个状态：一是开关管Q1导通、开关管Q2寄生二极 管关断；二是开关管Q1关断、开关管Q2寄生二极管D导通。定义开关管Q导 通持续时间为ton，开关管S关断持续时间为toff，一个周期时间为T，占空比 记做D。开关管Q1导通，开关管Q2寄生二极管D由于承受反向电压而截止，等效的电路如图3-5所示。电感两端的承受正向电压，在连续模式下电感电流逐渐 增加的稳态波形如图3-4所示。由于作用于电感上的电压值是恒定的，因此， 电感电流呈线性增长。图3-3 Buck变换器开关Q1导通时的等效电路图3-4工作于连续模式下的电路的波形开关管Q1关断，等效电路如图3-5所示，由于电感上流过的电流不能 突变，电流从开关管Q转移到Q2的寄生二极管D上。电感两端承受反向电 压，使Q2的寄生二极管D导通，忽略Q2的寄生二极管D的压降，电感左 端相当于接地，而电感右端电压仍为Vout，实现降压输出。图3-5开关管Q1关断时的等效电路Vout电路处于放电模式时，整个电路相当于Boost变换器，此时开关管Q1 保持关断状态，Q1相当于续流二极管。当开关管Q2导通，输入电压流过电 感L1、Q2、电容C1，随着不断充电，电感上的电流线性增加，到达一定时 候电感储存了一定能量；在这过程当中，Q1的寄生二极管反偏截止，由电容 C2给负载提供能量，维持负载工作；当开关管不导通时候，此时Q2相当于 断开，由于电感有反向电动势作用，电感的电流不能瞬时突变，而是会缓慢 的逐渐放电。由于原来的电回路已经断开，电感只能通过Q1的寄生二极管、 负载、C1回路放电，也就是说电感开始给电容C2充电，加上给C2充电之 前已经有C2提供电压，因此电容两端电压升高，实现升压输出。3.1.2开关管的选择开关管的选择主要有三个参数，耐压值Vds，额定电流Ids，通态电阻 Rds，为降低电路中能量损耗，需要选择通态内阻小的MOS管，通常来说， MOS管的耐压值越低，通态电阻越小，因此不宜选择耐压值较高的MOS管， 因此，本次设计双向Buck-Boost 变换器的MOS管耐压值选择1.1倍输入电 压，输入电压为36V时，应选用耐压值39.6V 的MOS管，因此，选择型号 为IRF3205的MOS管，耐压值55V，通态电阻8毫欧，额定电流110A，远 大于电路中峰值电流的值。3.1.3 电流检测电路电流检测可分为隔离型和非隔离型，非隔离型是直接在回路中串入阻值 较小的取样电阻，将电阻上的电压进行适当的放大。隔离型通常采用电流互 感器或霍尔电流传感器进行取样，但是电流互感器只能对交流电流进行取样，霍尔电流传感器不仅能测量交流电流，还能测量直流电流。因此，提出了如 下三种设计方案：方案一：选用串联采样电阻。由于测量电阻上流过电流，电阻消耗电能， 所以电阻会发热。电阻发热会使得电阻值上升。发热越严重，电阻增大的越 多。电阻的增大，使得测量变得非线性，产生误差。因此采样电阻一般采用 康铜丝而不是碳膜电阻，康铜丝的电阻值热稳定性好，温度上升时较普通电 阻增大得小串电阻的方法虽然简单，但是由于电阻会消耗电能，在追求高效 率时采样电阻不能取的太大，所以采样电阻应尽可能小。采样电阻小，又带 来一个问题，因为开关电源开关频率高，电流回路中会耦合进来非常多的开 关噪声或称为干扰，这些噪声表现为电压噪声，所以通常采样电阻上的电压 并非是理想的U=IR。而是叠加了非常多的噪声电压，也就是说采样电阻小的 时候信噪比低。由于采样电阻两端的电压非常小，加入低通滤波器效果不明 显，且低通滤波器带来测量的非线性和相移，得不偿失。更糟糕的是，通常 采样电阻上的电压都很小，在给单片机测量前，一般需要经过放大，放大器 放大的不仅是U=IR，也放大纹波电压，如果单片机直接用AD读取，会有很 大的误差，误差与放大器的放大倍数成正比。所以提高信噪比的方法是增大 采样电阻，或者需要单片机附加滤波算法。同时在本次设计中中，电流双向 流动，假设其中一个方向单片机采到的电压为正电压，那么另外一个方向则 为负电压，负电压的采集需要具有负电压采集功能的AD芯片或者单片机， 否则直接输入到AD芯片或单片机，则有可能烧掉AD的输入口。方案一：使用专用芯片。某些厂家开发出了电流测量专用芯片，如TI 的INA282，应用电路如图3-9所示。INA282 需要配合采样电阻使用，INA282 相当于一个放大器，放大倍数为50W/V，也就是说采样电阻两端电压为0.1V 时输出为5V。因为涉及到采样电阻，采样电阻小的时候，同样存在信噪比低的问题。解决办法还是增大采样电阻的阻值，但会降低效率。这个芯片好处 是集成了放大器，同时还能加入偏置电压，偏置电压的存在，可以使得单片 机可以判断电流的方向。经过实际的使用，当电流流过该芯片上的电流较大 时，芯片发热严重，而且随着芯片的温度上升，误差越来越大，无法满足题 目中的精度要求。图3-2 INA 282内部结构图方案三：霍尔电流传感器。霍尔电流传感器属于隔离型传感器，其内部 有一个霍尔元件，而普通的电流传感器时基于变压器耦合的原理，磁场方向 必须是变化的，所以电流互感器只能测量交流电流，霍尔元件的存在使霍尔 电流传感器可以测量直流电流。综上所述，将选用方案三霍尔电流传感器作为电流检测器件，霍尔电流 传感器内部集成了放大器，放大器的同相输入端接有2.5V的齐纳二极管，使 其具有2.5V的输出偏置电压。由于最大输出电压为2A，根据霍尔电流传感 器技术手册中连接方式与量程之间的关系可知，选用匝数为3的连接方式， 此时，正向电流为2A时，放大器输出电流为2.5V+0.625V ；反向电流为2A 时，放大器输出电压为2.5-0.625V 。电流大小与放大器输出电压的关系由式 3-1可知：Vout = 0.625' + 2.5（ 3-1）22（ Vout - 2.5）r q c、I =（ 3-2 ） 0.625其中，I的正负表示电流方向。由上述分析可以看出，霍尔电流测量元件线性度好，与主电路隔离，因 为不是采用采样电阻的方法，电路损耗较小，输出信号信噪比高，缺点是温 度适用范围不大，价格较使用采样电阻高。3.1.4电感的计算与材料选择双向Buck-Boost变换器的升压和降压共用一个电感，一般计算公式都是 计算出电感的最小值，所以本次设计中的电感，既要满足充电时Buck的最 小电感，也要满足放电时Boost的最小电感。在开关电源中，开关频率越低， 开关损耗越小，但是输出纹波越大，由于本次设计中，输出端接入电池组， 电池组可以等效为一个很大的电容，因此本次设计输出纹波电压值不做约束。当电路工作在Buck电路中，即充电模式，设匕为输入电压，匕,为Buck输出电压，根据电池组18650充电电压可知V =18.5V，I为输出电流，I为outonin输入电流，F为开关频率50KZ，i网为电感电流峰值，*为电感电流纹波值，M为输出纹波电压，L为电感元件的电感值，D为开关导通占空比，根据 电感元件在一个开关周期内的伏秒特性，根据电感伏秒积平衡可知：(V. - V )DT = V (1 - D)T(3-3)若按效率百分之百计算可知、与Im的关系如下:V I = V Iout on in inIoni I in-VinD根据电感电流伏秒积平衡可知:V -V (V - V ) V (1 - D) z =(-inout )DT =inout = out(3-4)(3-5)由（3-5）可以看出， 流为30%输出电流，则:电感电流纹波值只与占空比有关，设最大纹波电D - 口 -竺V.30=0.62= 30% I -mt- = 0.6 Al maxonLF(3-6)(3-7)由电感电流计算公式可知i妍电感电流峰值：.,1, V (1 - D)T ° 0.6I = I + = I +out = I + 1 max = 2 + = 2.3 A (3-8)lpk out 2 l out 2 LF on 22电感L取值公式计算感值，则Buck电路电感感值:18.5(1-0.62)= 23如 H 0.6 x 50 X103(3-9)同理，当电路处于放电模式，即Boost电路时，输入为18.5V ,输出为30V，纹波电压0.5V，带30欧姆负载，即输出电流io=1A，根据电感元件在 一个开关周期内的伏秒特性，根据电感伏秒积平衡可知：(3-10)y - X匕t - 1D设最大纹波电流为30%输出电流,此时电感电流纹波值为：D -匕广匕-30-18,5 - 0.38(3-11)匕，30"- 30% I - 0.3 A(3-12)电感L取值公式计算感值，则Boost电路电感感值：丁 V D(1 - D)230x 0.38 x (1 - 0.38)2(3-13)L 292. H2&；x F0.3 x 50 x103因此，电感选择292微亨。目前，可在变压器中使用的磁性材料有铁氧体，磁粉芯，非晶态，超微 晶，纳米晶，硅钢片等磁性材料9，其中，非晶态，超微晶，纳米晶通常使 用在中低频开关电源变压器中，通常频率小于40KHZ，硅钢片用作工频变压 器，因此，本次设计中选用铁氧体作为磁性材料。铁氧体常见的磁芯形状有 CU型磁罐，E型常规磁芯，扁平化E型磁芯，工型磁芯，E型磁芯价格低， 窗口面积大，适用于功率密度较低的场合中，扁平化E型磁芯作为E型常规 磁芯的升级版，价格比E型磁芯略高，通常要求做成沉降式结构的电源中， 工型磁芯窗口面积比EE型磁芯小，但Ae值较大，适用于高功率密度的场合 中。本次设计制作电感，因此选用CU型磁罐，材料选择PC40。3.2控制电路设计及器件选型3.2.1控制芯片选型按照题目要求，控制芯片主要用于输出PWM，通过霍尔电流元件对电流 检测，调节输出PWM占空比，实现稳定输出等7。方案一：开关电源常用控制芯片，如SG3525，UC3843等。由于开关电 源电路中常用控制芯片输出PWM通常依赖主电路中各个元件参数及反馈电 压或电流，由于反馈电压或电流取样位置固定，无法从Buck变换器切换到Boost变换器模式，因此，需要使用可编程控制芯片进行控制。方案二：选用12系列单片机为控制核心。该方案的优点是：开发设备的 要求很低，开发时间也大大缩容短，逻辑处理能力强，可通过按键切换工作 模式。综上，本次设计将米用STC12C5A60S2作为控制芯片。3.2.2控制芯片简介STC12C5A60S2 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单 片机。它是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼 容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8 路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合，各个引脚功能 如下：VCC :供电电压；GND :接地；P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每个管脚可吸收8TTL门 电流。当P0 口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数 据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0 口作 为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须 被拉高；P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器 能接收输出4TTL门电流。P1 口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用 作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘 故。在FLASH编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收；P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接 收，输出4个TTL门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻 拉高，且作为输入。作为输入时，P2 口的管脚电位被外部拉低，将输出电流， 这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数 据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用 内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特 殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和 控制信号；P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4 个TTL门电流。当P3 口写入“1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL），也是由于上 拉的缘故。P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0（ 外部中断0）P3.3 INT1（ 外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 WR （外部数据存储器写选通）P3.7 RD （外部数据存储器读选通）同时P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号；RST :复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的 高平时间；ALE / PROG :当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁 存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平 时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用 作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在 SFR8EH 地址上置0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令时 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁 止，置位无效；PSEN :外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每 个机器周期PSEN 两次有效。但在访问内部数据存储器时，这两次有效的 PSEN信号将不出现；EA/VPP :当EA保持低电平时，访问外部ROM;注意加密方式1时，EA 将内部锁定为RESET;当EA端保持高电平时，访问内部ROM。在FLASH 编 程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）;XTAL1 :反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入；XTAL2 :来自反向振荡器的输出引脚图如图3-3所示：_J_2_J5_6_8_910n12_D1XD14 15 16 q1>18 19 2040P10VCC39P11P0038P12P0137P13P0236P14P0335P15P0434P16P0533P17P0632RESET_ 0731P30/RXDEA/VP30P31/TXDALE/PA 292 8P32 /INT0PSENP33 /INT1P2727P34/T0P2626P35/TP252 5P36WRP2424P37 /RDP2323X2P222 2X1P2121GNDP20U1STC89C52图3-3引脚图3.2.3单片机最小系统该系统的主控电路由单片机的最小系统组成，主要是由复位电路和时钟 电路两部分组成，单片机最小系统包括主芯片，复位电路和时钟震荡电路如 图3-4和图3-5所示。其中Y1为12MHz晶振，与30Pf电容并联，产生1us 的脉冲