论文

摘要

随着微新型电子技术的发展DC-DC的转换技术在越来越多被广泛的应用于手机、MP3、等领域。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。它具有转换效率高，输出电压稳定，功耗小，效率高、体积小，重量轻 稳压范围宽 滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少的优点。本文主要利用SG3525C产生PWM波来实现DC-DC转换。实现输出电压稳定的大电流的供电系统，利用DC-DC技术使其实现高效率的电压转换。

[关键词]：PWM、 DC-DC、

一、 系统设计与方案比较

1、 利用LM22596设计

LM2596系列是美国半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器（150KHZ），和基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路：电流限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。提供有：3.3V、5V、12V及可调（-ADJ）等多个电压档次产品。

单片集成电路LM2596，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V， 可调版本可以输出小于37V的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。其封装形式包括标准的5脚TO-220封装（DIP）和5脚TO-263表贴封装（SMD）。

该器件还有其他一些特点：在特定的输入电压和输出负载的条件下，输出电压的误差可以保证在±4%的范围内，振荡频率误差在±15%的范围内；可以用仅80μA的待机电流， 实现外部断电；具有自我保护电路（一个两级降频限流保护和一个在异常情况下断电的过温完全保护电路）

LM2596系列开关稳压集成电路的主要特性如下： 1、最大输出电流：3A 2、最高输入电压：40V

3、输出电压：3.3V、5V、12V及（ADJ）等，最大输出电压37V 4、震荡频率：150KHZ

5、转换效率：75%~88%（不同电压输出时的转换效率不同） 6、工作温度范围：-40℃~+125℃

7、工作模式：低功耗/正常两种模式。可外部控制 8、工作模式控制：TTL电平相容

9、所需外部组建：仅四个（不可调）；六个（可调） 10、器件保护：热关断及电流限制

11、封装形式：5脚（TO-220(T)；TO-263(S))

LM2596内部包含150KHZ振荡器、1.23v基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、和内部放大器、比较器稳压电路等。

为了产生不同的输出电压通常将比较器的负端接基准电压（1.23V ），正端接分压电阻网络。其中R1=1KΩ ，R2分别为1.7KΩ （3.3v），3.1KΩ（5V），8.8KΩ （12V）、0（-ADJ）。将输出电压的分压电阻网络的输出同内部基准稳压值1.23V进行比较，若电压有偏差，则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比，从而使输出电压保持稳定。产生8V电路如下图所示：

利用4脚的基准电压和电阻分压产生+8V输出。 2、 Boost型DC-DC降压器。

容易实现，但输出/输入比太大的话占空比太大，输出电压范围小，难以达到较高的指标。

3、带变压器的开关电源，由于使用高频变压器可以

二、 模块设计

1、 供电部分

由于所有的供电部分只能邮24V输出且纳入效率计算，本系统采用LM2596-ADJ的输出电压可变和LM2596的固定输出电压来构成。供电系统电路图如下图所示： （1）利用LM2596-ADJ的基准电压：

图1 固定输出10V

（2）利用LM2596-5.0的固定输出产生稳压5电源给单片机供电：

图2 固定输出5V

2、 PWM波产生部分

它的主要特点是:输出级采用推挽输出，双通道输出，占空比0-50%可调.每一通道的驱动电流最大值可达200mA,灌拉电流峰值可达500mA。可直接驱动MOSET管，工作频率可高达400KHZ，具有欠压锁定、过压保护和软启动功能。该电路由基准电压源、震荡器、误差放大器、PWM比较器与锁存器、分相器、欠压锁定输出驱动级，软启动及关断电路等组成，可正常工作的温度范围是0-700C。基准电压为5.1 V士1%，工作电压范围很宽，为8V到35V.引脚功能

(1)反相输入（引脚1）误差放大器的反相输入端，该误差放大器的增益标称值为80dB，其大小由反馈或输出负载而定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容元件的组合。该误差放大器的共模输入电压范围为1.5~5.2V。此端通常接到与电源输出电压相连接的电阻分压器上。负反馈控制时，将电源输出电压分压后与基准电压相比较。

(2)同相输入端(引脚2):此端通常接到基准电压引脚16的分压电阻上，取得2.5V的基准比较电压与引脚1的取样电压相比较。

(3)同步端(引脚3):为外同步用。需要多个芯片同步工作时，每个芯片有各自的振荡频率，可以分别与它们的引脚4相副脚3相连，这时所有芯片的工作频率以最快的芯片工作频率同步;也可以使单个芯片以外部时钟频率工作。

(4)同步输出端(引脚4):同步脉冲输出。作为多个芯片同步工作时使用。但几个芯片的工作频率不能相差太大，同步脉冲频率应比振荡频率低一些。如不需多个芯片同步工作时，引脚3相副脚4悬空。引脚4的输出频率为输出脉冲频率的2倍。输出锯齿波的电压范围为0.6~3.5V。

（5）震荡电容引脚（引脚5）其取值范围0.001PF~0.1PF。

(6)振荡电阻端(引脚6):振荡电阻一端接至引脚6，另一端直接接至地端。RT的阻值决定了内部恒流值对研充电。其取值范围为2~15Okn。RT和研越大，充电时间越长;反之，则充电时间短。

(7)放电端(引脚7):Ct的放电由5、7两端的死区电阻决定。把充电和放电回路分开，有利于通过死区电阻来调节死区时间，使死区时间调节范围更宽，其取值范围为0~500no放电电阻RD和乙越大，放电时间越长;反之，则放电时间短。

(8)软起动(引脚8):比较器的反相端，即软起动器控制端(引脚8)，引脚8可外接软起动电容。该电容由内部UREF的50pA恒流源充电。

(9)补偿端(引脚9):在误差放大器输出端引脚9与误差放大器反相输入端引脚1间接电阻与电容，构成PI调节器，补偿系统的幅频、相频响应特性。补偿

端工作电压范围为1.5~5.2V。

(10)封锁端（引脚10）：引脚10为PWM所存器的一个输入端接过流信号。过流检测信号维持时间长时，软起动引脚8接的电容C将被放电。电路正常工作时，该端呈高电平，其电位高于锯齿波的峰值电位(3，30V)。在电路异常时，只要引脚10的电压大于0.7V，三极管导通，反相端的电压将低于锯齿波的谷底电压(0.9V)，使得输出PWM信号关闭，起到保护作用(输人高电平关闭信号)。

(11)脉冲输出端(引脚11、引脚14):输出末级采用推挽输出电路，驱动场效应功率管时关断速度更快。引脚11相副脚14相位相差180。，拉电流和灌电流峰值达200nA。由于存在开闭滞后，使输出和吸收之间出现重叠导通。在重叠处有一个电流尖脉冲，持续时间约为100ns。

(12)接地端(引脚12):该芯片上的所有电压都是相对于引脚12而言，既是功率地也是信号地。在实际电路中，由于接入误差放大器反相输入端的反馈电压也是相对于引脚12而言，所以主回路和控制回路的接地端应相连。

(13)推挽输出电路电压输入端屿1脚13):作为推挽输出级的电压源，提高输出级输出功率。可以和副脚15共用一个电源，也可用更高电压的电源，电压范围是18~34V。

(14)芯片电源端(引脚15):直流电源从引脚15引人分为两路:一路作为内部逻辑和模拟电路的工作电压;另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生5.1V土1的内部基准电压。如果该引脚电压低于门限电压(8V)，该芯片内部电路锁定，停止工作(基准源及必要电路除外)使消耗的电流降至很小(约2mA)。另外，该引脚电压最大不能超过35V，使用中应该用电容直接旁路到地端引脚12。

(15)基准电压端(引脚16):基准电压端引脚16的电压由内部控制在5.1V土1。可以分压后作为误差放大器的参考电压。利用SG3525产生PWM波的电路如下下图所示：

图3 SG3525产生PWM波

3、DC-DC部分

当功率晶体管受控导通时，

3、 测量部分

分别对支路1和支路2利用图 进行采样利用单片机进行计算算出支路1和支路2的电流值，总的电流值利用图 进行采样利用单片机进行计算算出支路1和支路2的电流值。

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