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基于單片機的降壓型dc-dc變換實驗系統設計_綜合設計說明書(編輯修改稿)

2025-08-14 16:00 本頁面

　

【文章內容簡介】。 13 結論 15 參考文獻 16 吉林化工學院信息與控制工程學院專業綜合設計說明書 1 第 1 章專業綜合設計的目的專業綜合設計是學生理論聯系實際的重要實踐教學環節，是對學生進行的一次綜合性專業設計訓練。通過專業綜合設計使學生獲得以下幾方面能力，為畢業設計（論文）奠定基礎。 1．進一步鞏固和加深學生所學一門或幾門相關專業課（或專業基礎課）理論知識，培養學生設計、計算、繪圖、計算機應用、文獻查閱、報告撰寫等基本技能； 2．培養學生實踐動手能力及獨立分析和解決工程實際問題的能力； 3．培養學生的團隊協作精神、創新意識、嚴肅認真的治學態度和嚴謹求實的工作作風。基于單片機的降壓型 DCDC變換實驗系統設計 2 第 2 章總體電路說明課題背景和意義 DCDC 直流變換作為開關電源的一個重要組成部分，廣泛應用于工業生產、家用電器、計算機、航天衛星、軍事科研等領域中，用于對電能進行轉換、加工和調節。因此，近年來 DCDC 變換器的研究倍受關注。隨著軟開關技術的發展，新穎的控制方法不斷采用， DCDC 變換器也不斷的朝著高效率、高可靠性的模塊化開關電源方向發展。傳統直流穩壓電源中的 DCDC 變換是通過粗調波段開關及細調電位器來調節的，這種變換穩壓精度不高、電路結構復雜、不易校準，而采用單片機的數字式控制能使 DCDC 變換較好地解決了以上問題。 DCDC 變換器的定義及分類直流斬波電路（ DC Chopper）的功能是將直流電變為另一固定電壓或可調電壓的直流電，也成為 DCDC 變換器。 DCDC 變換器的種類較多，包括 6 種基本的斬波電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、 Cuk 斬波電路、 Sepic 斬波電路和 Zeta 斬波電路，其中前兩種是最基本的電路 [1]。 DCDC 變換器的基本工作原理降壓斬波電路和升壓斬波電路的應用最為廣泛，理解了這兩種電路對理解其它類型的斬波電路有很大的幫助，下面分別對這兩種斬波電路的工作原理進行介紹。升壓斬波電路降壓斬波電路（ Boost Chopper）如圖 21 所示。該電路中 L 是儲能電感； V 是全控型器件； VD是二極管； C 是儲能電容。圖 21升壓斬波電路 1．工作原理：假設 L和 C 值很大。 V 處于通態時，電源 E向電感 L充電，電流恒定 I1，電容 C 向負載 R供電，輸出電壓 Uo 恒定。 V處于斷態時，電源 E 和電感 L 同時向電容 C 充電，并向負載提供能量。升壓斬波電路的工作波形如圖 22 所示。吉林化工學院信息與控制工程學院專業綜合設計說明書 3 圖 22 升壓斬波電路工作波形 2．數量關系：（ 1）設 V 通態的時間為 ton，此階段 L 上積蓄的能量為 1onEIt ；（ 2）設 V 斷態的時間為 toff，則此期間電感 L 釋放能量為 ? ? 1U E Ito off ；（ 3）穩態時，一個周期 T 中 L 積蓄能量與釋放能量相等。即 offoon tIEUtIE 11 )(= （ 21）化簡得： EtTEt ttU o f fo f f o f fono =+= （ 22） offT/t 1? ，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路， T/toff 為升壓比；升壓比的倒數記作β，即 /offtT?? （ 23） β 和 α的關系： 1???? （ 24）因此，上式可表示為 EαEβU 1 1=1=o （ 25）電壓升高的原因：電感 L 儲能起到使電壓泵升的作用，電容 C 可將輸出電壓保持住如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由負載 R 消耗，即基于單片機的降壓型 DCDC變換實驗系統設計 4 oo1 = IUEI 。（ 26）其中 I1 是假設的電源電流平均值。與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路可看作直流變壓器。輸出電流的平均值 Io 為： RERUI ?1?? oo （ 27）降壓斬波電路降壓斬波電路（ Buck Chopper）的電路結構如圖 23 所示。該電路中 V 是全控型器件； VD 是續流二極管； L 是儲能電感； EM 是負載出現的反電動勢。典型的用途之一是拖動直流電機，也可帶蓄電池負載。圖 23 降壓斬波電路圖 24 降壓斬波電路工作波形圖 1．工作作原理（ 1） t=0 時刻驅動 V 導通，電源 E 向負載供電，負載電壓 oUE? ，負載電流 io 按指數曲線上升。（ 2） t=t1 時控制 V 關斷，二極管 VD 續流，負載電壓 Uo 近似為零，負載電流呈指數曲線下降。通常串接較大電感 L 使負載電流連續且脈動小。降壓斬波電路波形圖如圖 24 所示。吉林化工學院信息與控制工程學院專業綜合設計說明書 5 2．數量關系（ 1）電流連續時負載電壓平均值設連續電流為 Io，根據能量守恒定律，一個周期輸出能量為 on ot IE ，負載和蓄電池吸收能量為()on of o ot t f I U? ，得： EαETtEtt tU ==+= ono f fon ono

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