数字式直流开关稳压电源（A题）
2017年5月1日
摘要
关键字：BUCK同步整流，PID，蓝牙通讯，电源管理APP
摘要：本系统是基于BUCK同步整流拓扑结构，以STM32为控制核心，蓝牙传输与手机端APP相配合，从而形成了整个无线数字式开关电源。手机APP开启电源，STM32通过电压采样将采集到的数据送入PID算法进行处理后，实时动态调整输出的PWM的占空比，进而实现可控稳压。同时可通过手机APP端设置输出电压和上限电流，并实时显示当前电压和电流值，当电流超过设定值时，手机端会语音报警，并点亮APP中的过流指示灯，并立即关断电压。
Keywords: BUCK synchronous rectifier, PID, Bluetooth communication, power management APP
Abstract: this system is based on the BUCK synchronous rectifier topology, with STM32 as the control core, the Bluetooth transmission and mobile phone end APP match, thus forming the entire wireless digital switching power supply. First, the mobile phone APP to open the power supply, STM32 through the voltage sampling will be collected into the PID algorithm for data processing, real-time dynamic adjustment of the output of the PWM duty cycle, and thus achieve a regulated voltage. At the same time through the mobile phone terminal APP to set the output voltage and current limit, and display the current voltage and current value, when the current exceeds the set value, the mobile phone terminal can voice alarm, and light in APP flow indicator, and immediately turn off voltage.
目录
1系统方案 (1)
1.1 DC-DC结构的论证与选择 (1)
1.2 MOS管驱动电路的论证与选择 (1)
1.3电压采样电路的论证与选择 (1)
1.4电流采样电路的论证与选择 (1)
1.5控制系统的论证与选择 (2)
1.6无线模块的论证与选择 (2)
2.1 BUCK电路的分析 (2)
2.1.1 占空比 (2)
2.1.2 电感 (2)
2.1.3 电容 (2)
2.2 驱动电路的计算 (3)
2.2.1 自举电容的选取 (3)
2.2.2 自举二极管的选取 (3)
2.3 电流采样电路的计算 (3)
3电路与程序设计 (4)
3.1电路的设计 (4)
3.1.1系统总体框图 (4)
3.1.4电源 (4)
3.2程序的设计 (4)
3.2.1程序功能描述与设计思路 (4)
3.2.2程序流程图 (6)
4测试方案与测试结果 (7)
4.1测试方案 (7)
4.2 测试条件与仪器 (8)
4.3 测试结果及分析 (8)
4.3.1测试结果(数据) (8)
4.3.2测试分析与结论 (8)
附录1：电路原理图 (9)
附录2：PCB图 (10)
附录3: 控制端源程序 (11)
main.c (11)
delay.c (14)
adc.c (14)
timer.c (17)
usart3.c ...................................................................................................... 错误!未定义书签。
hc05.c ........................................................................................................ 错误!未定义书签。附录4：APP端源程序.......................................... 错误!未定义书签。
数字式直流开关稳压电源
1系统方案
本系统主要由DC-DC结构、MOS管驱动电路、电压采样电路、电流采样电路、控制系统、无线模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1.1 DC-DC结构的论证与选择
方案一：半桥隔离式开关电源。
半桥隔离式开关电源由两个开关管交替工作，相当于两个开关电源同时输出功率，因此其输出功率很大，当电源利用率比较低，不宜用在工作电压较低的场合。另外，半桥电路的两个开关器件没有公共地，与驱动信号的连接比较麻烦。
方案二：BUCK同步整流降压斩波式开关电源。
BUCK电路是一种降压斩波器，属于非隔离式的开关电源，降压变换器输出电压平均值Uo总是小于输入电压Uin，通常电感中的电流是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。输出电压取决于占空比的大小，电路简单易于实现,。BUCK 同步整流是在金典BUCK电路的基础上改进而来，用MOS管代替二极管续流，这样可以大大降低功率损耗。
综合以上两种方案，选择方案二。
1.2MOS管驱动电路的论证与选择
方案一：光耦隔离驱动。
使用光耦进行隔离驱动是最常用的一种驱动方式，但是由于光耦工作频率很低，响应速度慢，而开关电源工作在较高频率，且要求响应速度快，所以我们不采用这种方案。方案二：变压器隔离驱动。
使用变压器隔离驱动虽然解决了光耦驱动的不足，但是绕制变压器非常复杂，如果制作不是很规范，就容易导致驱动波形失真，所以，我们不采取这种方案。
方案三：驱动芯片驱动。
由于BUCK同步整流的上管属于高端悬浮驱动，电压是浮动的，如果采用分立结构，这样就造成了电路结构复杂，所以我们选择使用驱动芯片，可以大大提升驱动稳定度，减小开关损耗，而且可以产生带死区时间的互补PWM波，与驱动信号隔离。
综合以上三种方案，选择方案三。
1.3电压采样电路的论证与选择
方案一：直接采样。
由于使用电阻分压之后可以达到控制芯片的I/O上限电压以下，而且要求采样电路响应速度快，所以直接采样是最简单可靠的方法。
1.4电流采样电路的论证与选择
方案一：使用电流采样芯片。
TI的电流检测芯片INA282，是一款高精度、宽共模范围、双向电流并联监视器。不过电阻在大电流通过时发热造成阻值升高均会使结果出现误差。
方案二：使用运算计放大器采样。
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电
