基于STM32的髙压电源设计.docx

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1、 辽宁大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立完 成的。 论文中取得的研究成果除加以标注的内容外，不包含其他个人 或集体已经发 表或撰写过的研究成果，不包含本人为获得其他学位而 使用过的成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中 进行了标注，并表示谢意。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人 承担。 学位论文作者签名 : 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的原件、复印件 和电子版，允许学位论文被查阅和借阅。本人授权辽宁大学可以将本 学位论文的全部或部分

2、内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同时授权中国学术期刊 (光盘版）电子杂志社将本学位论文收录到中国博士学位论文全文 数据库和中国优秀硕士学位论文全文数据库并通过网络向社会 公众提供信息服务。学校须按照授权对学位论文进行管理，不得超越 授权对学位论文进行任意处理。 保密（），在 _年后解密适用本授权书。（保密：请在括号内 划 W ” ） 申请辽宁大学硕士学位论文 基于 STM32 的高压电源设计 A High Voltage Power Supply Design Based on STM32 作 者 ： 王 琳 才 旨 王 绩 伟 副 教 授

3、专 业 ： 微 电 子 学 与 固 体 电 子 学 答辩日期： 2 0 1 5 年 5 月 1 6 日 二 五年五月 中国辽宁 摘 要 目前电源已成为各类电子产品无法替代的组成部分，其性能的好坏对电子 产品的各项技术指标产 生重要影响。随着时代的不断发展，人们越来越重视节 能减排等方面问题，传统的线性电源虽然具有 电磁干扰小、稳定性强等优点， 但是也存在转换效率低等诸多不足，如何在提高电源转换效率的同时， 尽可能 的降低自身功耗，是实现低碳环保的一个重要方法。对此，人们研制出了被誉 为高效节能的开 关电源，它比普通的线性电源效率提高了一倍，因而在通信、 能源、以及日常生活等领域被普遍使用。 再

4、加上其效率高、性能好、体积小、 重量轻等特点，在部分领域和范围内已经逐步取代了线性调整电 源，成为稳压 电源的主流产品，得到了广泛推广。 本文设计了一款基于 STM32 的高压开关电源，该电源利用 TL494 芯片产生 的 PWM 信号进行推挽驱 动、使用 STM32 作为电源主控芯片，能够实现稳定的 高压输出。该电源具有输出电压幅值可调，纹波 系数小、性能稳定等诸多优点。 本文首先介绍了开关电源的国内外发展情况，然后对几种常见的电路控制 方法 和电源结构进行分析。进而根据设计标准选择合适的电路拓扑与控制芯片， 根据电 源的实际特点，合理的对电路中各个模块进行设计，主要包括程控稳压 模块、驱动

5、 模块、 TL494 模块、 STM32 的外围模块、倍压整流模块等，最后编 写了较合理的控 制程序，确保开关电源能实现最初的设计目标。 关键词：开关电源，脉冲宽度调制， STM32 Abstract ABSTRACT Power is an integral part of all kinds of electronic equipment, which performance is directly related to the technical index of electronic equipment and can work safely and reliably. With th

6、e continuous development of The Times, people pay more and more attention to energy conservation and emissions reduction. How to improve thepower conversion efficiency, reduce standby power consumption, become an urgent problems to be solved. Although the traditional linear power supply has the lots

7、 of advantages, such as, reliable work, simple circuit, but also has many problems such as low conversion efficiency. Switch Mode Power Supply (SMPS) is known as highly efficient energy-saving Power Supply, has been widely used in telecommunications, energy, daily life and other fields, doubled the

8、efficiency than ordinary linear PowerSupply. Switching power supply with high efficiency, small volume, light weight and other advantages, has gradually replaced the linear adjustment of power supply in some areas and scope, become the mainstream of regulated power supply products, SMPS has been wid

9、ely promoted. In this paper, the power of the PWM signal is generated by TL494 chip push-pull driving, use STM32 as power master control chip This power has advantages ofadjustable voltage output, small ripple, fast response, overvoltage protection function. This paper firstly introduces the develop

10、ment situation at home and abroad of switch power supply, then the circuit control of several common methods and analyzes the structure of the power supply. Then choose the appropriate circuit topology and control chip according to the design standard. The design of various modules in this circuit a

11、ccording to the actual characteristics of power supply, mainlyincluding program-controlled voltage regulator module, drive module, TL494 module, peripheral module of STM32, voltage doubling rectifier module. Finally writes reasonable control program, to ensure the switch power supply can achieve the

12、 original design. Keywords: switching power supply, PWM, STM32 目 录 3 目 录 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 开关电源简介 . 1 1.2 开关电源技术的发展 . 3 1. 2. 1 开关电源的发展史 . 3 1.2.2 我国发展情况 . 4 1.2.3 开关电源的发展趋势 . 4 1. 3 本文的主要研究内容 . 5 第 2 章 开 关 电 源 基 本 原 理 与 分 析 . 6 2. 1 基本非隔离型转换电路 . 8 2.1.1 升压型开关电源电路 . 8 2. 1. 2 降压型开关电源电路 . 9 2.1.3 升降压

13、型开关电源电路 . 10 2. 2 隔离型转换电路 . 11 2.2. 1 正激变换器 . 12 2.2.2 反激变换器 . 13 2. 2. 3 半桥转换器 . 14 2. 2. 4 全桥转换器 . 15 2. 2. 5 推挽式转换器 . 17 2. 3 关电源的控制方式 . 18 2.3. 1 PWM 控制的基本原理和特点 . 18 2. 3. 2 PFM 控制基本原理与特点 . 19 2. 3. 3 PWM-PFM 控制的基本原理和特点 . 20 4 2.4 开关电源反馈的基本类型 . 20 2. 4. 1 电压反馈模式 . 21 2.4.2 电流反馈模式 . 23 第 3 章 开 关

14、电 源 电 路 设 计 . 2 5 3.1 开关电源的整体设计 . 25 3.2 MCU 单元电路设计 . 25 3.2.1 供电电路设计 . 26 3.2.2 复位电路设计 . 27 3.2.3 时钟电路设计 . 28 3.2.4 Jfl 动电路设置 . 29 3.2.5 调试端口电路设计 . 29 3.2.6 串口通信电路设计 . 30 3. 3 精密 ADC 单元电路设计 . 30 3_ 4 波形发生单元电路设计 . 31 3. 5 电源单元电路设计 . 35 3.5. 1 系统供电电路设计 . 35 3.5.2 程控电源电路设计 . 36 3. 6 驱动单元电路设计 . 37 3.6.

15、 1 初级驱动电路设计 . 37 3.6. 2 髙频变压器 . 38 3. 7 倍压单元电路设计 . 39 第 4 章 系 统 的 软 件 设 计 . 4 2 4. 1 STM32 开发平台介绍 . 42 4. 2 PID 算法介绍 . 43 4. 2.1 PID 控制的基本原理 . 44 4. 2.2 本设计中采用的 PID 控制原理 . 44 4. 3 高压电源系统软件工作流程 . 46 第 5 章 系 统 测 试 . 4 8 5.1 开关电源测试项目 . 48 5.1.1 输出电压允许的容差 . 48 5. 1.2 输出电压调节范围 . 48 5. 1.3 输入电压调整率 . 49 5.

16、 1.4 负载调整率 . 49 5. 1.5 输出电压纹波系数 . 49 5. 1.6 输出电压上升 /下降时间 . 49 5. 1.7 转换效率 . 50 5. 1.8 电磁兼容性 . 50 5. 1. 9 噪声 . 50 5. 1. 10 热稳定性 . 50 5. 2 测试仪器简介 . 51 5.2. 1 频谱分析仪 . 51 5.2.2 示波器 . 51 5.2.3 高低温测试箱 . 52 5.2.4 CLIO 电声测试系统 . 53 5.2.5 直流稳压电源和万用表 . 53 5. 3 高压电源系统测试数据 . 54 5.3. 1 输出电压调节范围以及允许容差 . 54 5.3.2 输

17、入电压调整率 . 54 5.3.3 负载调整率 . 55 5.3.4 输出电压纹波系数 . 56 5.3.5 输出电压上升 /下降时间 . 56 5.3.6 转换效率 . 57 5.3.7 电磁兼容性 . 57 VI 目录 5.3. 8 噪声 . 59 5.3.9 热稳定性 . 60 第 6 章总 结 . 61 至文 i 射 . 62 参考文献 . 63 VII 图表目录 图 表 目 录 图目录 图 2-1 开关电源工作原理框图 . 6 图 2-2 占空比不意图 . 7 图 2-3 升压型电源的工作原理图 . 8 图 2-4 降压型电源的工作原理图 . 10 图 2-5 升降压型电源的工作原理

18、图 . 11 图 2-6 正激转换器电路及等效电路图 . 12 图 2-7 反激转换器电路及等效电路图 . 13 图 2-8 半桥转换器电路及等效电路图 . 15 图 2-9 全桥转换器电路及等效电路图 . 16 图 2-10 推挽式转换器电路及等效电路图 . 17 图 2-11 脉宽调制的原理图 . 19 图 2-12 脉冲频率调制的原理图 . 20 图 2-13 降压斩波器电路 . 20 图 2-14 输出电压控制电路 . 21 图 2-15 电压反馈控制模式电路图 . 22 图 2-16 电流反馈控制模式电路图 . 23 图 3-1 系统整体结构图 . 25 图 3-2 STM32 最小系统电路阁 . 26 图 3-3 供电电路图 .