基于STM32芯片的数字控制式开关电源设计与仿真分析.doc

基于STM32芯片的数字控制式开关电源设计与仿真分析

内容摘要

由于人工智能以及物联网等技术进入高速发展的时代，使得电力电子技术得到了更为广泛的关注，其应用范围也在扩大，因此对于电源方面的要求也在不断提高，促使电源不断向着轻质量、微型方向发展，现有的模拟控制电源在现有环境下满足不了使用需求，所以本文从数控开源电源出发，进行了开关电源的设计。

本文首先介绍了有关开关电源设计方向的研究背景及意义，并调研了国内外发展现状；然后在研究开关电源结构和工作原理的基础上分析了四种DC/DC变换电路；最后在STM32芯片上设计了一种数字控制式的开关电源，其主拓扑选用了移相全桥软开关变换结构，完成了变压器磁芯材料以及原副边绕组匝数的设计、驱动电路的设计和控制电路的设计，并通过MATLAB仿真平台对所设计的开关电源进行测试。

关键词：开关电源设计；DC/DC变换电路；STM32芯片

目录

TOC\o1-3\h\z\u31965内容摘要 1

278391绪论 4

29971.1课题的背景及意义 4

65161.2国内外研发状况与发展方向 5

197201.2.1国内外开关电源的研发现状 5

14781.2.2开关电源的发展方向 6

254191.3论文主要工作 7

278862开关电源原理及设计方法 7

320332.1开关电源电路结构及原理 7

189792.1.1开关电源的基本结构 7

70362.1.2开关电源的基本工作原理 8

109452.2非隔离型DC/DC变换电路 9

117022.2.1Buck电路 9

88272.2.2Boost电路 10

234012.2.3Buck-Boost电路 10

313202.2.4Cuk电路 11

210092.3论文设计电源的技术指标 12

144053开关电源的设计 12

237443.1开关电源系统设计方案 12

195823.2变压器的设计 13

323603.2.1磁芯选用 13

233393.2.2磁芯材料选择 15

193403.2.3原副边绕组匝数设计 15

30323.3驱动电路的设计 16

261963.4控制电路的设计 17

219393.5仿真测试 20

226103.5.1仿真环境搭建 20

140033.5.2实验结果及分析 23

80684结论 26

29982参考文献 27

1绪论

1.1课题的背景及意义

在电力电子系统中，在这中间有一个很突出的节点就是电源，电源是当今所有电子设备得以正常使用的保障。由于电力电子这一技术的日渐发展，电源逐渐在电力、通讯、工业自动化等各个领域[1-3]。电源基本可以分成为两类：首先是电源开关，其次是电源线性。通过分析比较可得出，这两种分别有着好坏性。二者中，针对于线性电源，一般来说功率管常在线性区进行工作，该电源的优点主要是输出电压纹波小因此其精确度也相对较高，此外抵抗外部干扰的能力也比开关电源强，能够有效地滤除一些高频噪声。线性电源拥有较为平稳的特点，迅速的瞬间响应以及相对来说简易的电路结构。但是线性电源也存在一些不可避免的缺点，主要表现为：线性电源内的变压器需要运行在工频时候，其电源整体体积略大，另外功耗也相对较大，而且转换效率偏低，大约在45%左右；由于输出电压不能高于输入电压，所以对输入电压大小拥有着比较严谨的掌握；输入、输出一定要有十分庞大的滤波电容。而在开关电源中，功率管操作在饱和区，它重点的强项是可以存在于高频环境下干活它的重量十分的轻，而且自身十分渺小质量；运作过程中对于他自身的耗用相对小，拥有比较强的效率转化；有着十分大的稳定大小。同样的，开关电源也存在一些缺点，主要表现为：电源进行开关操作时有很大的噪声、对周边电气设备会带来一定扰动，并且开关电源电路构造相对复杂。

考虑到以上的开关电源与线性电源的对比，线性电源只能起到降压作用以及效率低下的缺陷使其慢慢跟不上市场需求[4,5]。开关电源首次问世大概在上世纪60年代左右，其电源问世以来不断替代了线性电源，逐渐受到了更多的关注。开关电源自产生至现在的几十年间，其技术有了质的飞跃。20世纪80年代，随着计算机技术的不断发展，计算机内部的电源大体上已被开关电源取代；1990年以后，在电力电子领域也大力引入了开关电源等技术，引进开关电源对于通讯设施、电力检测设施而言都是相对稳定的动力设备，这对于开关电源技术的发展可以说起到十分好地加强作用；2000