中南大学优质毕业设计调研研究报告模板.docx

本科毕业设计(调研汇报)GRADUATION DESIGN(THESIS) MATERIAL 题 目 宽电压输入buck变换器 优化设计研究 学生姓名 赫玉莹 指导老师 裘智峰 韩华 学 院 信息科学和工程学院 专业班级 电气工程及其自动化1104班本科生院制 4月宽电压输入buck变换器优化设计研究摘要伴随科技发展，电子产品已和人生活息息相关，而开关电源作为其中关键更是成为研究热点。开关电源应用场所不停增加，不一样应用对经过对开关电源性能要求和优化设计也提出了越来越高要求。基于前期文件阅读和学习，现将关键内容和课题研究计划做以下汇报。第一章 简述了社会和科技发展对电源管理芯片要求，提出了研究开关型降压DC/DC变换器研究背景和意义。第二章针对电力电子开关器件研究现实状况做了总结，对过去电力电子技术研究热点做了回顾。Buck开关电源工作原理在第三章进行了简单说明。第四章在第三章原理基础上，基础确定了各个模块设计方案。第五章简述了本课题进行中，对buck变换器优化设计和制作样机所需要使用软件。第六章将详述论文关键工作和关键难题。在上述分析以后，给出课题研究预期进展和时间计划。关键词：BUCK变换器 同时整流 电磁兼容 Design of BUCK converter with wide input voltage range applicationsABSTRACTWith the development of science and technology, digital products have been the indispensable part of life, and the research of switch power supply has becoming more and more popular. As switch power supply applications increased, higher demand of performance and optimization design are required. Based on the preview of literatures, the main content and research plan will be shown in this report.The development of power electronics is introduced at first, and the research background and significance of power supplies are proposed. The research situation and focuses of switching power supplies are summarized in the second chapter. And then the basic principle and control methods of buck dc-dc converter are shown. Based on the third chapter, schemes of each module is proposed. Several softwares that will be used in the design are described simply next, and the six chapter discuss some key point in the design. Finally, the ideal research progress and time management are introduced in the last chapter.Keywords: DC-DC buck converter synchronous rectify electromagnetic compatibility目录第1章 研究背景和意义1第2章 研究现实状况22.1 开关变换器研究现实状况22.2 电源控制新技术2第3章 BUCK变换器理论基础43.1 buck变换器工作原理43.2 控制方法简述63.2.1 PWM控制63.2.2 PFM控制73.2.3 PWM/PFM混合控制73.3 电压模式控制和电流模式控制73.4 buck变换器限制8第4章 系统设计方案94.1 系统设计要求94.2 设计方案叙述94.2.1 控制回路设计方案94.2.2开关管方案94.2.3 驱动电路设计10第5章 课题研究所需软件介绍165.1 matlab软件simulink仿真介绍165.2 protues软件175.3 IAR编译器18第6章 论文关键工作和关键难点206.1 论文关键难点206.2 课题研究计划20参考文件21第1章 研究背景和意义多年来，伴随科学技术迅猛发展，电子产品如笔记本电脑、移动电话、PDA等走入每一个家庭，电力电子设备和大家生活、工作息息相关。而DC/DC开关变换器也因其转换效率高、功率密度比大、稳压范围宽、正负极灵活性广泛应用和各类电子产品中。现现在，在大家日常生活应用中电子设备种类越来越多，进而对电源各性能指标要求也越来越高。最传统是晶体管串联调整稳压电源模块。现已经有大量集成化线性稳压模块，它在享受着可靠性高、输出纹波电压小、稳定性好等优点同时，也有着很大缺点：效率问题和散热问题。调整管需要工作在线性放大状态，为了确保输出电压稳定，集电极和发射极之间电压差比较大，电源效率较低；其次，因为调整管静态损耗大，散热严重，往往需要安装一个很大散热器，这对电源体积要求增加了障碍，无法满足电力电子发展需求1。于是，在20世纪50年代，美国宇航局开发了开关电源，并逐步替换了线性稳压电源得到广泛应用。开关电源含有效率高、可靠性和稳定性好、体积小、重量轻、对供电电网电压波动不敏感优点，但也有瞬变响应差、电磁干扰等缺点，但伴随技术发展，这些不足正在不停得到改善1。到20世纪80年代，开关电源化已经在计算机上实现，以后，到20世纪90年代，开关电源就已在电气设备、家电领域、航空航天等得到了广泛应用，开关电源技术发展突飞猛进。对于中国，在开关电源方面起步较晚，还有较大发展空间。开关电源技术是在20世纪80年代引入中国，伴随计算机、汽车、通讯等行业迅猛发展，开关电源市场也不停增加，而开关电源控制研究更是受到广泛关注，成为中国功率电子学领域关注热点。中国现在能源紧缺，伴随可再生能源发展，对电力变换器研究和优化发展更是迫切2。直流变换器广泛应用于稳压开关模式直流电源和直流电动机驱动。变换器输入通常为线电压整流后非稳压直流电压，所以线电压幅值改变会引发输入电压波动3。经过开关模式，DC-DC变换器可将输入非稳压直流电压变换为期望输出可控直流电压。伴随电子产品功效变得更多，对适适用于这类产品buck变换器性能提出了很高要求，所以，研究buck变换器并进行优化设计含相关键理论和现实意义。第2章 研究现实状况2.1 开关变换器研究现实状况DC/DC开关变换器研究，是电力电子技术中开关电源技术一部分，利用功率变换器进行电能变换，以满足用户用电需求。自其问世，在过去20年里，高频化和软开关技术是国际电力电子届研究热点之一，到了90年代中期，集成电力电子模块和集成电力电子应用技术开始应用发展，使得电源产品愈加标准化、模块化、可制造性、低成本等得以实现3。总来说，在过去近50年开关电源技术进步和发展进程中，有三大标志： 功率半导体开关器件功率MOSFET和IGBT替换了之前一般功率晶体管 高频化PWM和PFM控制技术应用和软开关技术应用 开关电源系统集成应用国外在集成化研究上已开展了近20年，但伴随全球集成电路设计和工艺水平不停进步，对系用设计相关技术也产生了新挑战，对于中国，起步较晚，而且因为中国半导体技术和工艺跟不上时代发展，造成开关稳压电源中关键器件，如功率开关晶体管、高频开关变压器磁性材料、储能电感、快恢复续流二极管还全部是从国外引进。而对于开关电源技术发展趋势，能够归纳为以下四点4： 小型化、轻量化、薄型化、高频化。 提升可靠性和集成度，提升平均无故障时间。 在提升频率同时，降低开关噪声 采取计算机软件对设计过程和开关电源性能优化2.2 电源控制新技术1）软开关技术软开关技术是实现高频化一个转折点，它是应用谐振原理，使开关器件中电流或电压根据正弦规律改变，经过零电压开通、零电流关断实现降低开关损耗效果，它不仅能够处理硬开关变换器开关损耗问题、二极管反向恢复问题，还能处理相关电磁兼容性问题5。在开关频率增大到兆赫兹级，开关应力和噪声将不能忽略，其中谐振变换器便会产生较大循环能量，为了处理这一问题，发展了很多软开关技术。其中，为了改善零开关条件，有些人提出将谐振网络并联在主开关管上，后发展会零转换PWM软开关变换器，取软开关技术之所长，并填补了前述不足。现在，无源无损缓冲电路将成为实现软开关技术关键技术之一，在直流开关电源中也广泛应用。2） 交错并联技术大功率电源采取交错运行，能够很好地处理纹波问题。交错运行属于并联运行方法，若N模块并联交错运行，要求各模块同频率，开关导通时刻依次滞后N分之一个开关周期6。这种方法，使得输出电流电压纹波峰值大为减小，从而减小了所需滤波电感值，减小了电源体积，提升了其功率密度。3） 多电平变换器控制方法多电平变换器控制方法包含：三角载波PWM法、空间电压矢量PWM（SVPWM）法。三角载波PWM法又可分为：消谐波（SHPWM）、三角载波移相（PSPWM）法和开关频率最优PWM（SFOPWM）法。当各级联单元利用率一致时，逆变器效能比最大。当直流电源为电池组时，均衡电池组放电含有尤其关键意义，均衡控制关键包含直流电源输出功率均衡和开关器件利用率均衡，为此，提出了循环分配和交替分配两种均衡控制方法7。4） 均流技术设计分布式并联电源系统时，需采取必需方法使得每个模块平均分担输出电流，以确保系统稳定可靠地工作，充足发挥并联电源优点。均流技术经过控制电路调整各模块输出电压，从而调整输出电流，常见均流控制方法有：输出阻抗法（即调整变换器输出阻抗来实现均流）；主从设置法（定义其中一个电源模块为主模块，其它为从模块，从模块跟随主模块调整输出电流，属于闭环控制方法）；平均电流均流法（将各模块电流放大器输出端经过电阻R接到均流母线上实现均流）；最大电流均流法（将输出电流最大模块自动变为主模块，其它为从模块，依次整定）。5） 功率因数校正（PFC）为处理谐波污染问题，需要降低电源设备本身谐波污染，提升功率因数。PFC目标是将设备输入端口对交流电网展现纯阻性，使得输入电流和电网电压为同频同相正弦波，功率因数靠近17。PFC技术分为无源功率因数校正和有源功率因数校正两种。第3章 BUCK变换器理论基础3.1 buck变换器工作原理以下图3-1所表示，为buck变换器工作原理图。它是由一个功率晶体管开关Q和负载串联组成。驱动信号ub周期地控制功率晶体管Q导通和截止，当晶体管导通时，若忽略其饱和压降，输出电压uo等于输入电压；当晶体管截止时，若忽略晶体管漏电流，输出电压为08。这么一个电压方波平均值等于所期望直流输出电压，后面LC低通滤波器用来减弱方波中交流量，使输出为所需直流电压，输出电压和参考电压作比较，生成响应控制PWM波，输入给MOS管控制端，从而控制开关管占空比，形成一个负反馈。该电路基础特征是：在电压值上，输出电压低于输入电压；在电流值上，输出电流为连续，输入电流是脉动。其工作分连续模式和断续模式，开关转换线路是否工作在CCM或DCM，关键取决于流过电感电流是否连续。图3-1 buck变换器工作原理图以下图3-2所表示，为buck电路工作时理想波形6-8。图3-2 buck电路工作时理想波形图其中所做理想假设为： MOS管为理想开关器件，导通压降为0，截止漏电流为0。 电感电容为理想元件，电感工作在线性区，寄生电阻为0，电容ESR也为0。 输出电压纹波能够忽略不计。 ：开关管导通时，输出电感储能，流过电感电流线性增加，同时给负载提供能量； (3-1) ：关管关断，输出电感经过diode进行续流，流过电感电流线性减小。 (3-2)依据电感伏秒平衡原理可得： (3-3)由式(3)可得： (3-4)当开关转换线路工作于CCM/DCM边界：可得边界条件为： (3-5)即:当初，buck变换器工作在CCM模式；当初，buck变换器工作在DCM模式；当初，buck变换器工作在CCM/DCM边界；边界条件也可写为：，该值为临界电感，当R、D、固定时，若，则系统由CCM状态转为DCM状态，当增大时，值降低。3.2 控制方法简述为了确保一个系统稳定性、快速性、正确性，并综合考虑体积成本、控制效率等原因，需要对系统采取适宜控制策略。DC-DC变换器控制方法可分为PWM控制(pulse-width-modulation)、PFM控制(pulse-frequency-modulation)、PWM/PFM混合控制。下面将分别对这三种控制方法进行简明说明。3.2.1 PWM控制PWM控制即脉冲宽度控制，经过改变在固定工作周期内开关管导通关断时间来改变占空比，经过调整占空比使得输出电压稳定。以下图3-3所表示，为PWM模式下稳定状态工作波形，对应状态等效图图3-4所表示。在开关周期初始，开关管导通，电感两端产生稳定正向压降，流过电感电流开始增大，电感中储存了一部分能量；以后，当开关管关断，二极管导通续流，电感电流减小，其中储存能量传送到电容和负载上。在一个开关周期中，开关管连续地开通和关断，于是在负载端形成连续电流。在这个过程中，因为被调制是方波占空比D，即脉冲宽度，所以将这种工作模式叫做脉冲宽度调制控制。图3-3 PWM控制下稳定状态工作波形图3-4 buck电路状态图3.2.2 PFM控制PFM控制即脉冲频率调整，和PWM相对比，其工作周期不固定，经过改变开关管开通和关断脉冲频率来改变占空比，从而经过调整占空比使得输出电压稳定。PFM控制中，一个工作周期通常分为3个阶段：电感电流为0、电感电流上升、电感电流下降9。在实现PFM控制时有两种方法：电感电流上升和下降频率固定，当负载变轻时，电感电流为0时间增加，系统工作频率变小，此时经过调整这一频率实现输出稳定。利用单稳态触发器替换振荡器，当电感电流不为0时，单稳态触发器和电流检测电路共同形成占空比信号，系统输出控制何时电感电流为0。3.2.3 PWM/PFM混合控制对于PFM控制，在轻载时，开关工作频率降低，开关损耗减小，而对于PWM控制，导通损耗和负载成正比，开关损耗和负载无关，所以，轻载时PFM控制方法效率相对较高。但因为PFM控制方法是经过多个周期时间改变才能完全响应负载改变，PWM控制在每个周期内全部可改变占空比，所以，前者含有更大开关噪声。在考虑高效率和低噪声两个原因下，通常采取PWM/PFM混合控制：重载时采取PWM控制，轻载时采取PFM控制。这么将大大提升系统灵活性和效率10。3.3 电压模式控制和电流模式控制电压模式控制和电流模式控制是根据控制电学参数来分，这二者全部有输出电压反馈和电压反馈，不一样之处于于：电压模式控制只有一个电压环，而电流模式控制是双环：电压环和电流环。电压环作为外环，电流环作为内环11。电流控制模式比较复杂，它把输出电压和基准电压相比较后产生控制电压和电流反馈信号相叠加，再和振荡器产生三角波进行比较，最终产生占空比可变PWM方波来控制开关管和整流管开断。结构即使复杂，但性能愈加好，其优点为： 系统稳定性增强 系统动态特征改善，对输入电压抗扰性增强。电压环响应速度较慢，低频纹波极难消除，而采取电流控制环后对纹波处理能力将显著增强。 含有快速限制电流能力。经过对电流给定信号限幅，能够很轻易地限制电路中电流，有效降低电流冲击。当然，电流模式控制也有一定不足。通常电流模式控制用电阻来检测电流，并把电流信号反馈，不过当负载电流减小时候，检测到电流自然也伴随减小，假如负载过轻，电流信号就能够忽略不计，系统就变成了电压模式控制。假如负载是改变，且改变范围约为10:1，就不能用电流控制模式，不然会引发不稳定。当电流模式控制变换器占空比超出50%时，变换器会在开关频率次谐波频率点出现震荡，次谐波频率点通常是在开关频率二分之一地方1,2,12。引发这种现象原因为：在电流模式控制下，当电流达成一定大小时，开关关断，假如占空比大于50%，电感电流上升时间大于整个周期50%，则当开关关断器件，电流还没有来得及回到静态初始值，下一个周期又开始了。在下一个周期中，初始电流变大了，很快就会上升到参考值，导通时间变短，占空比变得更窄；和上一个周期相比，这个周期占空比小于50%。以此循环往复，间隔一个周期过大一个周期过小，从而会产生次谐波震荡。处理该问题方案是在电流上叠加一个固定斜坡信号，因为所叠加斜坡是一个固定值，电流闭环影响能够得到很好抑制。系统稳定通常要求时外环电压环带宽要比内环电流环校，电流环带宽能够等于开关频率1,2。3.4 buck变换器限制1）Buck变换器电路中没有隔离变压器，且只能有一路输出；2）Buck变换器只能对输入电压进行降压变换，即输入电压必需高于输出电压，不然变换器就不能正常工作；3）即使Buck变换器工作状态即能够在电流连续状态，又能够在电流断续状态，不过对输入电流来说，该电流值总是断续。在每个周期内，当开关关断时，输入电流为0，这使得EMI滤波器设计愈加复杂。4）Buck变换器门级驱动比较麻烦。难点在于驱动N沟道MOSFET时，门级电压最少要比输入电压高5V，甚至要求高出10V，最简单方案是避开这个问题，采取P沟道MOSFET，这么只要把门级电平拉到地就能够使开关管开通。不过，P沟道MOSFET导通电阻比N沟道MOSFET要大，损耗也会更大。另外，使用P沟道通常会使用下拉关断电阻，开关管开关速度会受到影响。第4章 系统设计方案4.1 系统设计要求依据毕业设计任务书，要求实现以下Buck变换器性能指标： 输入电压：Vin = 36V72V 输出性能：Vout = 12V Vout （p-p） 100mV Iout = 2.5A 效率达成0.85以上4.2 设计方案叙述基于第3章对buck电路工作原理和限制性分析，分别针对控制回路、开关管选择、驱动电路设计提出以下多个方案，接下来将对多个设计方案进行对比论证。为了提升开关电源效率，采取同时整流buck变换器，采取MOSFET替换肖特基二极管续流。4.2.1 控制回路设计方案系统检测到输出电压和电流，经过控制回路输出PWM控制信号，从而控制开关管占空比。控制回路能够经过由AD采样信号输送给PWM控制芯片来实现，PWM控制芯片包含电压控制型和电流控制型，技术已经比较成熟，不过对于反馈回路赔偿设计等相对比较复杂，对于电流控制型芯片，还需要加入斜坡赔偿。另一个方法，是将输出信号采样后传给微处理器，经过软件编程，输出对应控制信号。这种方法灵活性较高，但成本较高。在本设计中，为了实现系统优化，采取了后者，即经过微处理器组成控制反馈回路，反馈回路采取微处理器进行，通常是采取PI控制，在此经过软件修正可找到最优PI参数；也能够设法优化控制算法。4.2.2开关管方案早期大部分电源采取双极型晶体管，现代开关电源更多采取MOSFET。下面将针对MOS和BJT进行对比：1. 驱动MOSFET比驱动BJT轻易13-15。BJT需要更大驱动电流来使其导通，而且需要连续注入才能使它保持导通状态，而MOSFET只需要在栅极外加适宜电压并维持住，就能够保持导通。简单地说，MOSFET为压控型器件，BJT为流控性器件。实际上，现代MOSFET在开关转换过程中也需要一定栅极电流，所以实际上往往要在栅极注入或抽出大量电流，以加紧响应速度。2. BJT驱动要求更轻易满足。对于N沟道MOSFET，栅极电压必需必源级电压高几伏才行，在一些类型DC-DC变换器中，N沟道MOSFET所需驱动电压可能比变换器输入电压还要高很多，这时就要用到自举电路。3. BJT即使在电磁兼容、噪声和纹波方面比MOSFET占有优势，但这是以牺牲开关速度为代价。4. BJT更适合于大电流装置，因为即使开关电流很大，其正向导通压降基础不变，开关损耗显著降低，开关频率越低，效果越显著。综合二者，出现了IGBT，它驱动特征和MOSFET类似，不过在其它方面如正向压降和开关速度和BJT类似。IGBT是采取MOS结构双极性器件，导通压降很小，但因为其存放电荷增强和耗散产生了开关损耗，且关断时集电极拖尾电流和较大集射间电压深入增大开关损耗，所以，IGBT频率不能太大，适合于高压高功率场所。基于本设计，要求输出电压为12V，功率为30W，即电流为2.5A，综合考虑，在此选择MOSFET。4.2.3 驱动电路设计由微处理器产生PWM控制信号后，高电平还不足以使开关管开通，需要经过驱动电路。对于开关电源设计，市场上已广泛存在响应驱动芯片，也有将驱动电路和PWM产生电路集成在一起PWMIC，但因为本设计为了愈加好地研究学习，采取了单片机，所以放弃了集成PWM控制芯片方案。对于驱动芯片，选择IR2110进行驱动。设计方案1：MOS管选择PMOS，采取一个NMOS去驱动该PMOS，中间采取大功率电阻进行分压配比，使得MOS极间电压满足要求。以下图4-1所表示，设置电阻值图，当输入Q2栅极为高电平（通常额外12V或15V，依据驱动芯片供电电压而定），Q2为NMOS能够导通，V1和R2、R3、R4组成通路，依据分压原理，Q1栅极电压约为V13/10，从而PMOS导通，且GS间电压差在其承受范围内。此设计所存在问题在于电阻选择。电阻值不能太小，不然经过电流会很大，发烧很严重。同时，电阻值还不能太大，不然电流值会很小，使得驱动能力差，进而影响开关速度。当开关速度过慢，就会增大开关损耗。所以，驱动电阻选择必需折中。折中buck电路驱动设计针对本毕设要求应该是合理，但若输入电压深入加大，范围深入拓宽，则这种设计就又不适用了。另外，电阻值通常会伴随工作时间有一定改变，这对开关管工作状态会造成影响，而且，电阻上会分担一定功率，使得开关电源效率很低。图4-1 采取PMOS设计方案此设计所存在问题在于电阻选择。电阻值不能太小，不然经过电流会很大，发烧很严重。同时，电阻值还不能太大，不然电流值会很小，使得驱动能力差。以下图4-2所表示，对驱动电阻仿真图，绿线表示驱动电阻很大时，MOSG极电压波形上升沿。图4-2 不一样驱动电阻MOS栅极电压波形图从图中能够看出，当驱动电阻很大时，驱动能力有些力不从心。同理，下降沿也是如此效果。电阻太大会影响驱动快慢，进而影响开关速度。当开关速度过慢，就会增大开关损耗。然而，驱动电阻大还有着能够利用优点。有些人曾针对驱动电阻做过傅里叶仿真分析，在此引用其结论：驱动电阻增加能够降低MOS管开关时电压电流改变率，比较慢开关速度，有利于EMI，高频谐波显著减小。以下图4-3所表示。图4-3 不一样驱动电阻下DS电压波形傅里叶分析图所以，驱动电阻选择必需折中。这个值将在实际设计操作中进行把握确定。另外，折中buck电路驱动设计针对本毕设要求应该是合理，但若输入电压深入加大，范围深入拓宽，则这种设计就又不适用了。综合以上分析，本种设计思绪是不适合。设计方案2：采取NMOS作为开关器件，采取下图4-3和图4-4所表示驱动电路。这两个图是被提出针对低压应用、宽电压应用、双电压应用全部相对比较适用结构。在这三种场所，图腾柱结构不能满足需求，而现成驱动芯片也没有包含门级电压限制。但图4-5和4-6全部比较复杂，在实际应用中还需要很多改善，不好调试。图4-5 驱动电路设计方案2图4-6 驱动电路设计方案3:设计方案3：采取自举电路。以下图4-7所表示，增加二极管、L2、C3，以提供一个在MOS导通期间保持足够、相对S脚驱动电压，其中，二极管正向为电容充电，反向确保电容电压不变，电感L2是为了确保buck拓扑不高频短路，要远大于buck电感，C3大小要稳定驱动电压就能够了。图4-7 驱动电路设计方案4基于此原理，部分企业开发出了对应高压门极驱动芯片，通常见于半桥变换器高低侧驱动，其工作示意图以下图4-8所表示。要求对自举电路反复充电放电，所以在占空比和导通时间上会有一定不足。关键在于对自举电容、门极开通电阻和关断电阻选择。图4-8 高压门级驱动芯片自举电路示意图综合以上多个设计方案，方案1效率低，开关响应慢且损耗大，不可行；方案2适应性强，但结构比较复杂，实际调整较麻烦，相比而言，方案3更为简便，且对应驱动芯片已将复杂电路部分集成化，体积更小，效率也比较高。所以，在本设计中，选择方案3。4.2.4 检测电路设计方案要对buck电路实现控制，需要检测其负载侧电压和电感电流，实现闭环控制。在本设计中，电压采样经过输出电压经过运放将电压正确缩小到MSP430单片机AD口能够检测到值，放大器设计为高阻抗输入低阻抗输出起到隔离作用。电流检测采取了20m康铜丝，而且用单电源仪表放大器INA118对采样电压信号进行放大，以提升精度。以下图4-9所表示为电压检测电路图，图4-10所表示为电流检测电路图。图4-9 电压检测电路图图4-10 电流检测电路图整个系统设计思绪以下图4-11所表示。图4-11 系统设计思绪第5章 课题研究所需软件介绍 总体来说，本课题研究过程中所需要软件有：matlab或Pspice仿真分析软件；protues电路板设计软件和对应嵌入式编程软件。5.1 matlab软件simulink仿真介绍SIMULINK是一个对动态系统（包含连续系统、离散系统和混合系统）进行建模、仿真和综合分析集成软件包，是MATLAB一个附加组件，其特点是模块化操作、易学易用，而且能够使用MATLAB提供丰富仿真资源14。在 SIMULINK环境中，用户不仅能够观察现实世界中非线性原因和多种随机原因对系统行为影响，而且也能够在仿真进程中改变感爱好参数，实时地观察系统行为改变。所以SIMULINK已然成为现在控制工程界通用软件，而且在很多其它领域，如通信、信号处理、DSP、电力、金融、生物系统等，也取得关键应用19。Simulink模块库有两部分组成：基础模块和多种应用工具箱。在simulink中创建系统模型步骤： 新建一个空白模型窗口（只有在模型窗口中才能创建用户自己系统模型）。方法是：依次单击simulink模块库浏览器“File”菜单NewModel，将弹出一个图5-1所表示模型窗口。 在simulink模块库浏览器中，将创建系统模型所需要功效模块用鼠标拖放到新建模型窗口中，图5-1所表示。图5-1 模型窗口示意图 将各个模块用信号线连接，设置仿真参数，保留所创建模型（后缀名.mdl）。 点击模型窗口中按钮，运行仿真。仿真时需依据情况选择对应算法，设置仿真参数。在仿真前必需对模型仿真参数进行相关设置才能确保仿真有效性。在模型窗口中依次点击顶层菜单SimulationConfiguration Parameters，弹出以下图5-2所表示对话框：图5-2 仿真参数设置界面5.2 protues软件Protues软件含有一个功效强大ISIS原理图布局工具，和SPICE仿真和PCB板设计，并提供了丰富资源：1）Protues仿真元器件包含30多个元件库：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件。2）Protues仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。3）除了现实存在仪器外，Protues还提供了一个图形显示功效，能够将线路上改变信号，以图形方法实时地显示出来，其作用和示波器相同，但功效更多。这些虚拟仪器仪表含有理想参数指标，比如极高输入阻抗、极低输出阻抗。这些全部尽可能降低了仪器对测量结果影响。 4）Protues调试 Protues提供了比较丰富测试信号（模拟信号和数字信号）用于电路测试。 软件仿真:支持目前主流单片机，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。1）提供软件调试功效2）提供丰富外围接口器件及其仿真3） 提供丰富虚拟仪器4） 含有强大原理图绘制功效在PROTUES绘制好原理图后，调入已编译好目标代码文件：*.HEX，可在PROTUES原理图中看到模拟实物运行状态和过程。5.3 IAR编译器本设计拟使用MSP430，内置A/D为10位，为16位单片机，基础能够满足题目需求。编译器采取IAR编译器，其C编译器IAR Embedded Workbench支持众多著名半导体企业微处理器，应用在多种领域中。下面针对嵌入式系统开发过程中，怎样用IAR建立、配置、编译和下载进行简明介绍，图5-3至5-7所表示。 图5-3 新建工程 图5-4 新建分组 图5-5 新建文件 图5-6 将文件添加进工程图5-7 工程配置图图5-8 link属性配置其它如代码编写、调试、链接等全部很简单，在此不再赘述。第6章 论文关键工作和关键难点基于前几章分析，对本课题进行基础原理、拓扑结构、使用工具全部有了一定了解。在此，分析列出本设计进行关键工作和关键难点并给出课题研究计划。6.1 论文关键难点整体来说，需设计整流器将交流市电整流为要求输入36V72V范围，设计滤波电路，其次，设计DC/DC buck变换器，实现输出12V直流电，并进行滤波。具体工作为： 在simulink软件或saber软件上搭建仿真模型，实现要求效果，并确定电感、电容、变压器等各参数值，确定选型。 经过Autium designer软件绘制电路板，进行焊接 编写控制算法，依据文件调研，拟采取电压外环反馈、电流内环反馈，内环频率为外环N倍。 在硬件搭建和软件设计基础上进行调试、优化。课题进行关键难点在于：宽电压范围输入同时，对效率和控制要求；当输入电压从36V向72V改变时，对扰动响应和消除；整个系统对电磁干扰抗扰处理和设计；控制算法优化。6.2 课题研究计划 3月25号-4月10号 完成主电路、控制电路、驱动电路、反馈电路等设计，并进行仿真。 4月10号-4月30号 完成PCB板绘制和焊接，软件基础框架搭建完成 4月25号-5月15号 编写控制算法，调试系统 5月15号-6月1号 完成毕业设计论文书写，准备答辩参考文件1 Abraham I.Pressman, Keith Billings, Taylor Morey著，王志强、肖文勋、虞龙等译，开关电源设计M.电子工业出版社，.6.2 Xue S Y, Chang L C, Kjaer S B, Bordonau J, Shimizu T.Topologies of single-phase inverters for small distributed power generation: An overviewJ. IEEE Transactions on Power Electronics, ,19(5): 1305-1314.3 Ron Lenk著，王正仕、张军明译，实用开关电源设计M. 人民邮电出版社，.44王兆安，杨旭等，电力电子集成技术现实状况及发展方向J. 电力电子技术，(10)，第37卷第5期.5 张占松，蔡宣三，开关电源管理和设计M. 北京：电子工业出版社，.6 阮新波，严仰光，直流电源软开关技术M. 北京：科学出版社，.7 M.Caccito, A.Consoli, R.Attanasio, and F.Gennaro, Soft-switching converter with high-frequency transformer for grid-connected photo-voltaic systems J. IEEE Transactions on Industrial Electronics, , 57(5): 1678-1686.8 辛伊波，新型电源变换和控制M. 西安：电子科技大学出版社，.9 杨孟福等，电力电子装置及系统M. 北京：清华大学出版社，.10 王兆安，黄俊，电力电子技术M. 北京：机械工业出版社，.11 邹一照，一个基于同时整流技术降压DC-DC转换器设计D， 硕士论文12 Anthony John Stratakos,“High-Efficiency Low-Voltage DC-DC Converdion for Portable Applications”D,PHD Dissertation, University of California, Berkeley13 华伟，“通信开关电源五种PWM反馈控制模式研究”J，通信电源技术，.6，第二期14 J.Park, J.Fan, X.Wang, and A.Huang, A sample-data model for double edge current programmed mode control(DECPM) in high-frequency and wide-range dc-dc converters J. IEEE Transactions on Power Electronics, , 25(4): 1023-1033.15 Karppanen M, Suntio T, Sippola M. Dynamical characterization of