1.引言 1

1.1研究背景 1

1.2国内外发展现状 1

1.3论文主要工作 3

2.系统总体设计 3

2.1系统功能介绍 3

2.2系统设计方案 3

3.DC-DC变换器的主要技术参数 4

3.1输入、输出与效率 4

3.2软启动与硬启动 5

3.3电压模式控制和电流模式控制 5

4. DC-DC变换电路的几种主要拓扑结构 5

4.1 Buck型（降压斩波电路) 6

4.2 Boost型（升压斩波电路） 8

4.3 Buck－Boost型（升降压斩波电路）原理及参数分析 9

4.3.1主电路原理分析 9

4.3.2主电路运行状态分析 10

4.3.3主电路参数的选择 12

4.3.4占空比α 13

4.3.5 电感L 13

4.3.6电容C 14

5. 硬件电路设计 15

5.1电路工作原理 15

5.2 PIC16f873a单片机简介 15

5.2.1PIC16f873a性能指标 15

5.2.2PIC16f873a引脚功能介绍 17

5.2.3 PIC16f873a中A/D变换模块的使用介绍 17

5.2.4 PIC16f873a中PWM(脉宽调制)模块简介 18

5.3开关管的选择 19

5.4续流二极管选择 19

6.软件仿真调试 19

6.1 Multisim13仿真结果 19

6.2 Proteus硬件电路设计与调试结果 21

7. 实物调试与验证 22

7.1硬件调试 22

7.2 实物实测 22

总结 24

参考文献 25

致谢 26

一种DC-DC变换电路的设计

曹一

,China

Abstract:A DC-DC transfer circuit was designed based on PIC platform.Using the PIC16f873a as the essential control method and BUCK-BOOST circuit topology.The duty cycle of PWM waveform is controlled by voltage sampling feedback. 5-30v voltage input, the output of the 10V DC voltage stability and ensure the stability of the circuit within a certain range.The experimental results show that the system has the advantages of high efficiency, strong anti-interference ability and good stability, and can achieve the requirement of DC-DC circuit transformation.

Keywords:PIC; DC-DC transfer circuit; BUCK-BOOST circuit; PWM wave

1.引言

1.1研究背景

DC-DC转换器是一种电压转换器，可以有效地将输入电压转换为恒定的输出电压。DC-DC转换器分为三类：直流的buck型转换器，即输出电压高于输入电压。直流的boost型转换器，即输出电压低于输入电压。直流的buck-boost型转换器。根据需求可采用三类控制。PWM控制类型效率高，具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM控制的优点是功耗小，即使它使用很长一段时间，特别是对小负载。PWM-PFM转换型小负荷、PFM控制，重载自动转换为PWM控制。

直流-直流转换器广泛应用于远距离及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到民众生活的方方面面。从上个世纪90年代以来，低功率范围成为DC-DC变换器市场最大的增长点，其中6W～25WDC-DC转换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，DC-DC转换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251W～750W的DC-DC转换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，DC-DC转换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。

1.2国内外发展现状

本世纪初以来，DC-DC电源模块的需求越来越大，这是由于微电子技术的发展，移动式电子设备也随之飞速发展和分布式电源系统在更丰富场景上的有效运用导致的。对其性能要求越来越高。除了最基础的电性能的指标以外，人们对DC-DC变换器的体积要求也越来越高，追求体积更小但是功率密度要更高的的DC-DC变换器，同时也要求DC-DC变换器拥有更高的转换效率，减少因为元件集中导致的发热等现象。这样的DC-DC变换器正常工作时间会越来越高，较之从前也越来越可靠，才能更多应用于高科技的场景上。所以，上世纪末以来，电力电子技术工程师们一直致力于开发制造出功率密度越来越高，效率越来越高，成本更加低廉但是性能更高的的DC-DC变换器产品。例如：二十年以前美国的阿特卡尔朗讯公司开发出第一个构造为半砖型的DC-DC变换器时，仅有不到30W的输出功率，不到80%的效率。然而现在半砖型构造的DC-DC变换器已经能实现高达300W甚至以上的输出功率和90%以上的高工作效率。

自从上个世纪八十年代末期开始，电子电力工程师们努力提高DC-DC变换器的功率密度并进一步减小它的元件体积，他们从提高开关电源的工作频率着手开始工作，但是他们虽然达到了大幅度缩小DC-DC变换器体积的目的但是效率却远远低于预期目标。电路体积变小但是由于效率降低导致发热变多难以散热，电路温度居高不下，无法进行实际应用。这是由于当时的技术水平限制MOSFET的开关速度达不到要求而过于注重提高频率又会使得MOSFET的开关驱动损耗大幅上升。电子工程师门为了减少开关的损耗研究各种避免开关损耗过度的软性开关技术。虽然在技术模式上讲多种多样，但从实用角度来说只有两种开发专利是真正成功应用于实用上并且一直使用到今天。其中一项是美国怀格公司的有源箝位ZVS技术；另一项就是诞生于二十世纪九十年代初期的全桥异相ZVS软性开关技术。

在直流—直流变换器业界，可以说虽然许多人付出大量精力致力于开发、实验、直到实际应用，但是收效甚微。将资金与精力投入在这里还比不上半导体工程师对MOSFET技术的不断改造，经过八代产品的更迭。光刻工艺从5μM进步到0.5μM。电阻率也因为材料科学的发展——完美晶格的外延层而大幅度下降。加上进一步减薄的晶片。高校的芯片焊接和粘结技术，让当今的MOSFET管具有低于5mΩ的导通电阻、小于20ns的开关时间，低于20nc的栅电荷等优秀性能，而且仅需要在逻辑电平下即可进行驱动。在此种情形下，同步整流技术有了更为出色的表现，DC-DC变换器的工作效率也因此提升了近百分之10。效率指标已经普遍进入了gt;90%的范围。

近来，几家美国领先水平的直流-直流变换器生产厂家已经率先将小型微处理器技术运用到体积小，功率密度高的直流-直流变换器上。它首先能够胜任很多模拟电路的工作，减少电路中模拟器件的数目，它能够取代窗口比较器、锁存器和检测器等完成启动电源的过程并对电源进行欠压/过压保护、过流保护和短路保护、过热保护等功能。因为这些功能都以来微控制器上的程序来实现，所以难以暴力破解，保密性强。另外，用相同印刷板来生产多种直流-直流产品的功能也可以通过变动微控制器的程序来实现，这大大减轻了工厂在器材管理生产计划等方面的负担。并且因为采用数字化管理，相比模拟电路，它的控制和保护功能更为精细，还可以通过修改微处理器上的微程序来解决多模块并联场景中均流和顺序排列等问题。

这些是世界顶级直流-直流变换器生产公司的产品特点。  

1. 美国功率电器公司  

世界先进水平、具有：全桥自动复位硬开关。同时还有ZVSZCS同步整流功能。操控中枢是微控制器MCU，效率高达95%。 

2. 美国Synqor公司提供两级并联，Buck 双互补forward同步整流微控制器，PWM IC和MCU IC控制，效率92~93%。 

3. 美国光辉公司提供与Power-One和Tyco半砖、1/4砖和1/8砖相同的封装和引脚输出结构开关，效率92%，功率密度240W-in3。 

4. 德国DIDT电子的初级半桥及全桥产品，PWM控制方式。ZVS，ZCS同步整流，效率91%。 

5. Ericsson全桥硬开关ZVS，ZCS同步整流，效率93%。 

6. 美国怀格公司高功率输出大功率密度，采用第一代有源箱位技术，效率能达到89%。

7. 美国艾默生子公司Artesyn的互补有源箱位推挽输出电路，效率90%，自带偏置同步整流。 

8. 美国泰科公司的有源箱位forward，同步整流，是目前世界上最先进的DC-DC产品，创立了产业的世界标准。  

9. 美国的电盛兰达公司有源箱位p沟道晶体管有源箱位，自带偏置同步整流功能。 

10. 美国IPD电源公司生产的第二代有源箝位技术并自带偏置同步整流功能，效率可达90.5%。

通过了解以上资料，不难看出，直流-直流技术的飞速发展进步离不开半导体技术的进步，国内的DC-DC技术放眼世界舞台仍然存在较大差距。

1.3论文主要工作

引言部分:分析了DC-DC变换电路在生产生活等方面的重要作用和意义，紧接着介绍了DC-DC发展研究状况和国内外技术差距。最后交代了论文各章节的工作安排

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